Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008

181
NGHIÊU CỨU TƯƠNG TÁC ĐỘNG GIỮA ĐẤT NỀN-
KẾT CẤU DƯỚI TÁC DỤNG ĐỘNG ĐẤT
INVESTIGATION OF DYNAMIC SOIL- STRUCTURE INTERACTION ON
SEISMIC RESPONSE

SVTH: ĐOÀN VIỆT LÊ
Sinh viênk khoa XDCĐ, Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
CBHD: ThS. NGUYỄN VĂN MỸ, KS. ĐỖ VIỆT HẢI
Khoa XDCĐ, Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt
Điều kiện nền đất có ảnh hưởng rất quan trọng đến sự phá hoại của công trình trong quá trình
động đất. Đề tài phân tích tương tác động giữa đất nền- kết cấu do động đất tác dụng lên công
trình cầu được đặt trên nhóm cọc. Tương tác giữa đất- cọc được mô hình dầm trên nền phi
tuyến Winkler sử dụng lò xo và hệ cản song song nhau và sử dụng phương pháp phổ phản
ứng. Từ đó, xác định được các hiệu ứng tải trọng do động đất gây ra.
Abstract
Soil conditions have a great deal to do with damage to structures during earthquakes. This
paper presents the influence of dynamic soil- structure interaction (SSI) on the behavior of
structures overlying pile groups. The soil- piles interaction is modeled as a beam on nonlinear
Winkler foundation using continuously distributed hysteretic springs and viscous dashpots
connected in parallel and response spectrum analysis. On the theories of the seismic, the load
effects on bridge structure have been determined.

1. Đặt vấn đề
Nguyên nhân chủ yếu gây ra sự hư hỏng hoặc sụp đổ các công trình xây dựng khi động
đất xảy ra chính là sự phản ứng của chúng đối với chuyển động nền đất. Để xác định hiệu ứng
tải trọng do động đất tác dụng lên công trình một cách chính xác thì cần xét đến tương tác của

là gia tốc chuyển động của nền
đất,
{}B
bao gồm véctơ mang giá trị 0 và 1 do gia tốc đất nền
{}
g
u

ảnh hưởng đến bậc tự do
động của kết cấu.
Khi thiết kế kết cấu công trình chịu tác dụng lực động đất, ta không nhất thiết phải biết
được lịch sử phản ứng của hệ kết cấu theo thời gian mà chỉ cần biết giá trị lớn nhất của biên độ
vận tốc, gia tốc và chuyển vị của hiệu ứng lực trong quá trình chịu tác dụng động đất. Vì lý do
này khái niệm phổ phản ứng đã được đề xuất. Phổ phản ứng của một trận động đất là một đồ
thị mà các tung độ của nó biểu thị giá trị lớn nhất của một trong các thông số phản ứng
(chuyển vị tương đối, vận tốc tương đối, gia tốc tuyệt đối ) của hệ kết cấu theo chu kỳ (tần số)
dao động của nó và độc lập với lịch sử chuyển động của kết cấu theo thời gian. Trong tính
toán kháng chấn công trình thường sử dụng 3 loại phổ phản ứng động đất là phổ chuyển vị
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 182
tương đối (chuyển vị phổ) PT(2.2), phổ tốc độ tương đối (tốc độ phổ) PT(2.3), phổ gia tốc
tuyệt đối (tuyệt đối phổ) PT(2.4) :

d
max
S = { }u
(2.2)


S
u




(2.6)

2
a v d
max
{ } { } = S = S = S
g
uu


 
(2.7)
trong đó
d
S
,
v
S
a
S
tương ứng là chuyển vị phổ, tốc độ phổ, tuyệt đối phổ của công trình. Bằng
cách dựa vào phổ thiết kế theo một tiêu chuẩn qui định, các phổ trên được tính toán nhằm
phân tích phản ứng của kết cấu dưới tác dụng của động đất.
3. Mô hình tương tác giữa đất- cọc- kt cấu dưới tác dụng động đất

k
là hệ số sức kháng của đất,
r
k
là hệ số sức kháng của đất trên mỗi đơn vị diện tích,
s
k
là độ cứng của lò xo theo phương vuông góc với cọc,
S
G
là modun cắt của đất,
s

là hệ số
poisson của đất,
s
E
là môđun đàn hồi của đất, d là đường kính của cọc.
x
F
C
K

500
10500

Hình 1. Mô hình dầm trên nền đàn hồi Winkler
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008

183
/
s s s
VG



(3.6)
/2
s s f
Vd



(3.7)
0
/
ss
a d V



(3.8)

( / )kg cm

s


3
/g cm



s


s
k

kg/cm
s
V

/ms

s
c

kg.s/cm
Cát hạt
mịn
5.00 21.84 1.67 0.40 0.07 35831 30.25
3551

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 184

Momen Lực cắt Lực dọc
Hình 2. Biểu đồ nội lực trong cọc và kết cấu dưới tác dụng động đất

Hình 3. Phổ gia tốc thiết kế
Bng 2. Nội lực tại chân tháp
Nội lực tại
chân tháp
P V2 M3
KN KN KN-m
Có xét SSI 0 2025.3 197487.5
Không xét SSI 0 3010.5 280389.1
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008

185
5. Kt luận
Qua kết quả phân tích, ta thấy rằng khi xét đến yếu tố tương tác giữa đất nền và công
trình (SSI) do động đất gây ra thì hiệu ứng lực tác dụng đến công trình được giảm đáng kể. Từ
đó, khi tính toán cường độ chịu lực của kết cấu kháng chấn sẽ được giảm đáng kể.
Kết quả tính toán động đất bằng phổ phản ứng là đủ tin cậy và được dùng trong việc
thiết kế các công trình chịu tải trọng động đất.
Hiệu ứng của tải trọng được dùng khi thiết kế kháng chấn cho công trình chịu tải trọng
động đất chính là tại vị trí có lực cắt và momen lớn nhất tại chân công trình xây dựng; ví dụ
chân tháp cầu, móng nhà, ...

TÀI LIỆU THAM KHẢO