Khảo sát thiết định Tải Trọng Động Đất tác dụng lên Công trình
Cầu ở Việt Nam trên cơ sở Xác suất thống kê
Determination of Design Earthquake Load for Bridge in Vietnam
from Probabilistic Viewpoint
Nguyễn Hồng Phương1

Toshiyuki Sugiyama2

Junji Yoshida3

Nguyễn Ngọc Thủy4

Tóm tắt: Căn cứ vào Catalog các trận động đất lịch sử (từ năm 114 đến
năm 2005), nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích phổ gia tốc
của Nhật Bản, vận dụng lý thuyết xác xuất để thiết định tải trọng động
đất tác dụng lên công trình Cầu ứng với 61 tỉnh thành Việt Nam. Kết quả
là mô phỏng được bản đồ phân vùng phổ gia tốc đối ứng cực đại (SA
Map) trên toàn lãnh thổ Việt Nam. Bên cạnh đó, nghiên cứu đề xuất
phương pháp đánh giá tác động của tải trọng động đất lên công trình
Cầu (hiện hữu), trên cơ sở các thông số liên quan đến công trình như:
tọa độ công trình (kinh độ, vĩ độ); yếu tố đất nền; chu kỳ dao động và
thời gian khai thác.
1. Mở đầu
Ở nước ta hiện nay có tất cả 26 trạm quan trắc địa chấn, phần lớn tập trung ở miền Bắc.
Khác hẳn với Nhật Bản, một đất nước nằm trong vành đai động đất, động đất ở nước ta là một
hiện tượng được xem là hiếm. Tuy nhiên trên thực tế, động đất thường xuyên xảy ra trên lãnh
thổ nước ta, đặc biệt là ở khu vực miền Bắc nước ta. Bình quân khoảng 50 năm động đất sẽ
xuất hiện một lần với chấn cấp từ 6 – 6.8 độ. Theo số liệu quan trắc các trận động đất lịch sử
[1], trong vòng 100 trở lại đây, đã ghi chép được 120 trận động đất, trong đó có 32 trận có
chấn độ lớn hơn 6. Điển hình là động đất cấp 7 ở Điện Biên năm 1935 và ở Tuần Giáo năm
1983.

bản đồ phân vùng phổ gia tốc đối ứng cực đại (SA Map) trên toàn lãnh thổ Việt Nam. Bên
cạnh đó, nghiên cứu đã đề xuất phương pháp đánh giá tác động của tải trọng động đất lên
công trình Cầu (hiện hữu), trên các thông số liên quan đến công trình như: tọa độ (kinh độ, vĩ
độ); yếu tố đất nền; chu kỳ dao động và thời gian khai thác.
2. Cơ sở tính toán
2.1. Phương trình dao động tắt dần của phổ gia tốc đối ứng [6]
Phổ gia tốc đối ứng là đại lượng đặc trưng cho sự dao động của công trình khi động đất
xảy ra và thường được sử dụng trong thiết kế kháng chấn.
Với việc ghi nhận được thành phần gia tốc theo phương ngang của 394 trận động đất tiêu biểu
trên toàn nước Nhật, sử dụng phương pháp phân tích đường hồi qui, trong trường hợp hệ số
triết giảm theo thời gian 0.05s, phương trình dao động tắt dần của phổ gia tốc đối ứng (thành
phần theo phương ngang) được xác định theo công thức (1)
−1.178
b T , GCi ) M
······················(1)
S A (T , 0.05 ) = a (T , GCi ) × 10 (
× ( Δ + 30 )

Trong đó:

S A (T , 0.05 ) : Độ lớn của phổ gia tốc đối ứng (tổng hợp từ 2 thành phần theo
phương ngang) [gal]
M : Magnitude
Δ : Khoảng cách từ tâm chấn đến vị trí công trình [km], xác định
được khi biết tọa độ tâm chấn (XD,YD) và tọa độ công trình đang
tính toán (XS,YS)
GCi : Địa chất nền ( i = 1, 2, 3)
T : Chu kỳ dao động riêng của công trình [s] ( T = 0.1, 0.15, 0.2, 0.3,
0.5, 0.7, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0)
a (T , GCi ) , b (T , GCi ) : Các hệ số phụ thuộc vào chu kỳ dao động riêng của công

0.50
0.70
1.00
1.50
2.00
3.00

Địa chất nền nhóm 1

Địa chất nền nhóm 2

Địa chất nền nhóm 3

a (T , GCi )

b (T , GCi )

a (T , GCi )

b (T , GCi )

a (T , GCi )

b (T , GCi )

2420
2407
1269
574.8
211.8

0.315
0.345
0.388
0.44
0.548
0.63
0.644
0.586

1307
948.2
1128
1263
580.6
65.67
7.41
0.803
0.351
0.262

0.208
0.238
0.228
0.224
0.281
0.421
0.541
0.647
0.666
0.635

1970
1970
1970
1970
1970
1970
1970

23.59
7.50
22.98
20.50
8.90
13.39
23.93
22.87
23.02
18.44

102.72
105.30
101.02
108.30
108.00
108.90
102.93
100.85
100.76
109.50




đất có thể giả thiết theo Poisson Process
hay không. Trên Hình 2, hình dạng của
tập hợp các điểm chấm càng gần dạng
đường thẳng thì giá trị của ε càng nhỏ,
qui luật phát sinh động đất càng gần với
Poisson Process.
⎧ε ≤ 0.5 → Poisson Process
······ (2)
⎨
⎩ε > 0.5 → Renewal Process
Trong đó:
N

∑ {t − log (1 − y ) α }

ε =λ×

i =1

10

i

i

N −2

N

Hình 1. Giá trị SV tương ứng với 61 vùng

∞

FZ ( x ) = ∑ { FS ( x )}
k =0

k

(ν TS )
×
k!

k

exp ( −ν TS )

(3)
Trong đó:
FS ( x ) : phân bố xác suất về độ lớn
Hình 2. Đồ thị phân bố động đất phát sinh theo thời
gian (tại vùng 37. Long An)

d

của SA ứng với các trận động đất
ν : xác suất bình quân xảy ra động
đất [lần⋅năm-1]

Trường hợp Renewal Process

thể hiện như trong Hình 3.
Bat dau

Load file du lieu
equake-data.txt

Nhap du lieu
(XS, YS)
Dia chat (1,2,3)
SV, T

Load cac he so
a(T, GCi)
b(T, GCi)
c(T, GCi)

Tinh

ε≤0.5

Xac dinh Fz(x)
theo cong thuc (3)
Tinh , X90

ε>0.5
Xac dinh Fz(x)
theo cong thuc (4)
Tinh , X90

Xuat ket qua

sử dụng Catalog động đất từ năm 1900 đến
năm 2005 (gọi tắt là DATA2), các giá trị X90
và ν cũng đã được toán xuất. Hình 4 thể
hiện kết quả của sự khác nhau này khi tính
toán cho thủ đô Hà Nội.
Kết quả so sánh giữa việc sử dụng DATA1 và
DATA2, khi tính toán ν , trường hợp sử dụng
DATA2 luôn cho kết quả lớn hơn trường hợp
sử dụng DATA1. Tuy nhiên, khi tính toán
X90, trường hợp sử dụng DATA1 lại cho kết
quả lớn hơn. Sự khác biệt này biển hiện rõ
nét ở các vùng 11 (Bình Thuận), 22 (Hà Nội),
23 (Hà Tây), 25 (Hải Dương), 39 (Nghệ An),
40 (Ninh Bình) và 54 (Thanh Hóa) và được
thể hiện như trong Hình 5.
4.2. Phân vùng phổ gia tốc đối ứng
Phổ gia tốc đối ứng được tính toán trong
trường hợp địa chất công trình loại 1, chu kỳ
dao động riêng của công trình được chọn
T =0.15s vì đây là trường hợp được cho là
bất lợi nhất của tải trọng động đất tác động
Hình 5. Sự khác biệt của giá trị X90
lên công trình [9]. Catalog động đất được sử
dụng để tính toán là DATA2.
Thời điểm tính toán được chọn là tháng 1 năm 2006, với chu kỳ sử dụng của công trình
TS =50năm. Kết quả tính toán được thể hiện trong Hình 6, Hình 7.
Hình 6 biểu hiện qui luật phát sinh động đất ở 61 vùng trên toàn lãnh thổ. Qui luật phát sinh
động đất không tuân theo Poisson Process thể hiện rõ nét ở các vùng 8 (Bình Định), 29 (Hưng
Yên), 38 (Nam Định), 39 (Nghệ An), 42 (Phú Thọ), 45 (Quảng Nam), 52 (Thái Bình) và 61
(Yên Bái).


Kết quả của bảng đồ phân bố phổ gia tốc đối ứng X90 trên toàn lãnh thổ, cùng với ứng
suất bình quân động đất xảy ra cho thấy rằng: Phần lớn các vùng có ảnh hưởng mạnh đến tải
trọng động đất phần lớn tập trung ở miền Bắc, đặc biệt là các vùng 4 (Bắc Giang), 21 (Hà
Nam), 38 (Nam Định), 39 (Nghệ An), 40 (Ninh Bình), 42 (Phú Thọ), 43 (Phú Yên), 47
(Quảng Ninh), 50 (Sơn La), 52 (Thái Bình), 53 (Thái Nguyên), 58 (Tuyên Quang), 60 (Vĩnh
Phúc), 61 (Yên Bái). Điều này hoàn toàn có thể hiểu được, do tâm địa chấn phần lớn tập trung
tại các tỉnh phía Bắc. Đối với các công trình trong phạm vi các vùng này, việc thiết kế kháng
chấn là việc không thể thiếu.
Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Ngọc Thủy, CD-ROM “Danh mục động đất Việt Nam”, Viện Vật Lý Địa Cầu,
11/ 2006.
[2] Trần Thị Mỹ Thành, 2005. Influence of calculation methods and attenuation equations
on the seismic hazard assessment for Viet Nam and adjacent areas, Viet Nam
Geological reports, No.288/5-6/2005
[3] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 375-2006. Design of structures for earthquake
resistance, pp.259∼279, 2006
[4] T. Katayama, An engineering prediction model of acceleration response spectra and its
application to seismic hazard mapping, Earthquake Engineering and Structural
Dynamics, Vol. 10, pp.149∼163, 1982
[5] T.Sugiyama, 1994．Probabilistic estimation of design value of earthquake effects
considering possibility of existence of unrecorded earthquake, Structural Safety &
Reliability, Schueller, Shinozuka & Yao (eds), 1994 Balkema, Rotterdam, ISBN 90
5410 357 4
[6] Hiệp hội Cầu đường Nhật Bản. Tiêu chuẩn thiết kế Cầu đường Bộ, Quyển 5 – Thiết kế
kháng chấn, 2002 (tiếng Nhật)
[7] T. Sugiyama, N. Togashi, K. Orii, 1991. Determination of design value of seismic
response spectra considering the probabilistic characteristics of earthquake occurrence,
Journals of Japan Society of Civil Engineering, Vol. 37A, pp.607∼616, 3/1991
[8] Gumbel E.J.，1954．Statistical theory of extreme value and some practical application,