Nghiên cứu ứng xử ngang của nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết

Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2018. 12 (6): 39–48<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ NGANG CỦA NGUYÊN MẪU<br /> GỐI CÁCH CHẤN ĐÀN HỒI CỐT SỢI KHÔNG LIÊN KẾT<br /> Ngô Văn Thuyếta,∗<br /> a<br /> <br /> Khoa Công trình, Đại học Thủy lợi, 175 Tây Sơn, quận Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam<br /> Nhận ngày 29/05/2018, Sửa xong 20/06/2018, Chấp nhận đăng 25/09/2018<br /> <br /> Tóm tắt<br /> Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết là kết quả của nỗ lực đơn giản hóa kỹ thuật sử dụng gối cách chấn<br /> cho công trình chịu động đất. Gối cách chấn không liên kết được đặt trực tiếp lên trên phần đài móng và dưới<br /> phần thân công trình mà không cần bất kì một liên kết vật lý nào. Đây là một loại gối cách chấn đàn hồi tương<br /> đối mới, đang được phát triển trên thế giới. Nghiên cứu này phân tích sự làm việc của nguyên mẫu gối cách<br /> chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết bằng mô hình số. Hiệu quả của gối cách chấn cốt sợi không liên kết này<br /> được so sánh với gối cốt sợi liên kết thông thường.<br /> Từ khoá: gối cách chấn; nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết; biến dạng cuộn; độ cứng<br /> ngang hiệu dụng; chuyển vị ngang vòng lặp.<br /> STUDY ON HORIZONTAL BEHAVIOR OF PROTOTYPE UN-BONDED FIBER REINFORCED ELASTOMERIC ISOLATOR<br /> Abstract<br /> Un-bonded fiber reinforced elastomeric isolator (U-FREI) is a result of the effort for the ease of installation<br /> of the seismic isolation technology. U-FREI is installed directly between the substructure and superstructure<br /> without any connection at the interfaces. It is relatively new seismic isolator which have been developed in the<br /> world. In this study, horizontal behavior of a prototype U-FREI is investigated by finite element analysis. The<br /> effectiveness of horizontal behavior of the U-FREI is compared to corresponding bonded isolator.<br /> Keywords: base isolator; prototype un-bonded fiber reinforced elastomeric isolator; rollover deformation; effective horizontal stiffness; cyclic horizontal displacement.<br /> c 2018 Trường Đại học Xây dựng (NUCE)<br /> https://doi.org/10.31814/stce.nuce2018-12(6)-05 <br /> <br /> 1. Giới thiệu<br /> Giảm chấn thụ động là một trong bốn phương pháp giảm chấn (gồm giảm chấn chủ động, giảm<br /> chấn bán chủ động, giảm chấn thụ động và giảm chấn dạng lai) đang được sử dụng phổ biến hiện nay<br /> cho công trình chịu động đất. Trong phương pháp giảm chấn thụ động, nguồn năng lượng hoạt động<br /> của các thiết bị giảm chấn được lấy từ chính năng lượng dao động của bản thân công trình. Gối cách<br /> chấn đáy là một thiết bị phổ biến của phương pháp giảm chấn thụ động. Gối cách chấn thường nằm ở<br /> phần nối tiếp giữa phần đài móng và phần thân công trình. Khi sử dụng gối cách chấn đáy, năng lượng<br /> của động đất được tiêu tán nhờ chuyển hóa thành động năng của công trình. Có được điều này là do<br /> gối cách chấn có độ cứng theo phương ngang thấp nên chịu được chuyển vị lớn của các trận động đất,<br /> nhưng vẫn đảm bảo độ cứng theo phương đứng để chịu được trọng lượng của công trình.<br /> ∗<br /> <br /> Tác giả chính. Địa chỉ e-mail: thuyet.kcct@tlu.edu.vn (Thuyết, N. V.)<br /> <br /> 39<br /> <br /> Có<br /> loạitrọng<br /> gối cách<br /> thường<br /> dùng là gối cách chấn đàn hồi và gối cách chấn<br /> chịuhai<br /> được<br /> lượngchấn<br /> của công<br /> trình.<br /> trượt, trong đó gối cách chấn đàn hồi được sử dụng phổ biến hơn. Gối cách chấn đàn hồi<br /> hai loại gối cách chấn thường dùng là gối cách chấn đàn hồi và gối cách chấn<br /> thông thườngCóSREI<br /> (steel reinforced elastomeric isolator) được cấu tạo từ các lớp cao su<br /> trượt, trong đó gối cách chấn đàn hồi được sử dụng phổ biến hơn. Gối cách chấn đàn hồi<br /> mỏng và các lớp lá thép xen kẽ, gắn kết với nhau; và có hai đế thép dày ở phần đỉnh và<br /> thông thường SREI (steelThuyết,<br /> reinforced<br /> elastomericCông<br /> isolator)<br /> được cấu tạo từ các lớp cao su<br /> N.và<br /> V. /phần<br /> Tạp chí Khoa họccông<br /> nghệ Xây dựng<br /> phần đáy<br /> để và<br /> liêncáckếtlớpvới<br /> thânkẽ,<br /> gối SREI<br /> mỏng<br /> lá phần<br /> thép xen<br /> gắn kết móng<br /> với nhau; vàtrình.<br /> có haiCác<br /> đế thép<br /> dày ở này<br /> phầnthường<br /> đỉnh và<br /> nặng và<br /> đắt<br /> tiền<br /> nên<br /> chúng<br /> thường<br /> được<br /> sử<br /> dụng<br /> trong<br /> các<br /> tòa<br /> nhà<br /> cao<br /> tầng,<br /> đắt<br /> tiền.<br /> Có<br /> hai<br /> loại<br /> gối<br /> cách<br /> chấn<br /> thường<br /> dùng<br /> là<br /> gối<br /> cách<br /> chấn<br /> đàn<br /> hồi<br /> và<br /> gối<br /> cách<br /> chấn<br /> trượt,<br /> trong<br /> đó<br /> phần đáy để liên kết với phần thân và phần móng công trình. Các gối SREI này thường<br /> Gối cách<br /> đàntiền<br /> hồi<br /> cốt<br /> sợi<br /> liên<br /> kếtbiến<br /> B-FREI<br /> (bonded<br /> reinforced<br /> elastomeric<br /> gối chấn<br /> cách<br /> đàn<br /> hồi<br /> được<br /> sử dụng<br /> phổ<br /> hơn.<br /> cáchtrong<br /> chấn fiber<br /> đàn<br /> thông<br /> SREIđắt<br /> (steel<br /> nặng<br /> và chấn<br /> đắt<br /> nên<br /> chúng<br /> thường<br /> được<br /> sửGối<br /> dụng<br /> các hồi<br /> tòa<br /> nhà thường<br /> cao tầng,<br /> tiền.<br /> reinforced<br /> elastomeric<br /> isolator)<br /> được<br /> cấu<br /> tạo<br /> từ<br /> các<br /> lớp<br /> cao<br /> su<br /> mỏng<br /> và<br /> các<br /> lớp<br /> lá<br /> thép<br /> xen<br /> kẽ,<br /> gắn<br /> kết<br /> isolator)<br /> là<br /> một<br /> cải<br /> tiến<br /> của<br /> gối<br /> cách<br /> chấn<br /> đàn<br /> hồi<br /> thông<br /> thường<br /> SREI,<br /> trong<br /> đó<br /> các<br /> lớp<br /> Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết B-FREI (bonded fiber reinforced elastomeric<br /> với<br /> nhau;<br /> và<br /> có<br /> hai<br /> đế<br /> thép<br /> dày<br /> ở<br /> phần<br /> đỉnh<br /> và<br /> phần<br /> đáy<br /> để<br /> liên<br /> kết<br /> với<br /> phần<br /> thân<br /> và<br /> phần<br /> móng<br /> công<br /> lá thépisolator)<br /> trong gối<br /> đãtiến<br /> được<br /> thế bằng<br /> thường<br /> sợi carbon.<br /> Đểcác<br /> giảm<br /> là SREI<br /> một cải<br /> củathay<br /> gối cách<br /> chấncác<br /> đànlớp<br /> hồi sợi,<br /> thông<br /> thườnglàSREI,<br /> trong đó<br /> lớp<br /> trình. Các gối SREI này thường nặng và đắt tiền nên chúng thường được sử dụng trong các tòa nhà<br /> hơn nữa<br /> trọng<br /> lượng,<br /> thành<br /> và đơn<br /> trong<br /> gối cách<br /> chấn<br /> đàn Để<br /> hồigiảm<br /> cốt<br /> lácao<br /> thép<br /> trong<br /> gối giá<br /> SREI<br /> đã được<br /> thay giản<br /> thế bằng<br /> cáclắp<br /> lớpdựng,<br /> sợi, thường<br /> là sợi<br /> carbon.<br /> tầng, đắt tiền. Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết B-FREI (bonded fiber reinforced elastomeric<br /> hơn<br /> nữa<br /> lượng,<br /> giá<br /> và đơn<br /> giản<br /> trong<br /> lắp SREI,<br /> dựng,trong<br /> gối đó<br /> cách<br /> chấn<br /> cốt<br /> sợi không<br /> liênlàtrọng<br /> kết<br /> (un-bonded<br /> fiber<br /> reinforced<br /> elastomeric<br /> isolator)<br /> đã hồi<br /> được<br /> isolator)<br /> một U-FREI<br /> cải<br /> tiến của<br /> gốithành<br /> cách chấn<br /> đàn<br /> hồi<br /> thông<br /> thường<br /> các<br /> lớp lá đàn<br /> thép<br /> trong<br /> sợi<br /> không<br /> liên<br /> kết<br /> U-FREI<br /> (un-bonded<br /> fiber<br /> reinforced<br /> elastomeric<br /> isolator)<br /> đã<br /> được<br /> phát triển.<br /> So với<br /> gối thay<br /> liênthế<br /> kếtbằng<br /> B-FREI,<br /> gốithường<br /> không<br /> liên<br /> kết U-FREI<br /> cónữa<br /> cấutrọng<br /> tạolượng,<br /> tương<br /> gối SREI<br /> đã được<br /> các lớp sợi,<br /> là sợi<br /> carbon.<br /> Để giảm hơn<br /> giátự<br /> phát<br /> triển.<br /> So<br /> với<br /> gối<br /> liên<br /> kết<br /> B-FREI,<br /> gối<br /> không<br /> liên<br /> kết<br /> U-FREI<br /> có<br /> cấu<br /> tạo<br /> tương<br /> thành<br /> đơn giản<br /> lắp dựng,<br /> chấn<br /> đàn đã<br /> hồi được<br /> cốt sợi loại<br /> khôngbỏ.<br /> liênKhác<br /> kết U-FREI<br /> (un-bonded<br /> nhưng hai<br /> đếvàthép<br /> dàytrong<br /> ở phần<br /> đáy gối<br /> và cách<br /> phần<br /> đỉnh<br /> với gối<br /> liên kếttự<br /> nhưng<br /> hai đế thép<br /> dày<br /> ở isolator)<br /> phần đáy<br /> và phần<br /> đỉnh<br /> đã với<br /> được<br /> loại<br /> bỏ.B-FREI,<br /> Khác<br /> với<br /> gốivàliên<br /> fiber<br /> elastomeric<br /> đã<br /> được<br /> pháttrực<br /> triển.tiếp<br /> So<br /> liên phần<br /> kết<br /> gối không<br /> liênkết<br /> B-FREI,<br /> gốireinforced<br /> không<br /> liên<br /> kết U-FREI<br /> được<br /> đặt<br /> lêngốitrên<br /> đài móng<br /> dưới<br /> kết<br /> U-FREI<br /> có<br /> cấu<br /> tạo<br /> tương<br /> tự<br /> nhưng<br /> hai<br /> đế<br /> thép<br /> dày<br /> ở<br /> phần<br /> đáy<br /> và<br /> phần<br /> đỉnh<br /> đã<br /> được<br /> loại<br /> bỏ.<br /> Khác<br /> B-FREI,<br /> không<br /> liên kếtcó<br /> U-FREI<br /> trên phần<br /> đài móng<br /> và việc<br /> dưới<br /> phần thân<br /> cônggối<br /> trình<br /> mà không<br /> bất cứđược<br /> liên đặt<br /> kết trực<br /> nào tiếp<br /> giữalên<br /> chúng.<br /> So sánh<br /> sự làm<br /> với gối<br /> liên công<br /> kết B-FREI,<br /> gối<br /> không<br /> liên<br /> kết<br /> U-FREI<br /> được<br /> đặtnào<br /> trựcgiữa<br /> tiếp lên<br /> trên phần<br /> đài<br /> móng<br /> và<br /> dưới<br /> phần<br /> thân<br /> trình<br /> mà<br /> không<br /> có<br /> bất<br /> cứ<br /> liên<br /> kết<br /> chúng.<br /> So<br /> sánh<br /> sự<br /> làm<br /> việc<br /> của gối phần<br /> liênthân<br /> kếtcông<br /> B-FREI<br /> vàkhông<br /> gối có<br /> không<br /> liên<br /> kếtnàoU-FREI<br /> được<br /> miêu<br /> tả trong<br /> Hình<br /> 1.kết<br /> Từ<br /> trình<br /> mà<br /> bất<br /> cứ<br /> liên<br /> kết<br /> giữa<br /> chúng.<br /> So<br /> sánh<br /> sự<br /> làm<br /> việc<br /> của<br /> gối<br /> liên<br /> của<br /> gối<br /> liên<br /> kết<br /> B-FREI<br /> và<br /> gối<br /> không<br /> liên<br /> kết<br /> U-FREI<br /> được<br /> miêu<br /> tả<br /> trong<br /> Hình<br /> 1.<br /> Từ<br /> Hình 1 có<br /> thể thấy:<br /> trong liên<br /> quákếttrình<br /> làmđược<br /> việc,<br /> gốitả liên<br /> kết<br /> B-FREI<br /> luôn<br /> giữ<br /> chặt trong<br /> với phần<br /> B-FREI<br /> và<br /> gối<br /> không<br /> U-FREI<br /> miêu<br /> trong<br /> Hình<br /> 1.<br /> Từ<br /> Hình<br /> 1<br /> có<br /> thể<br /> thấy:<br /> quá<br /> Hình 1 có thể thấy: trong quá trình làm việc, gối liên kết B-FREI luôn giữ chặt với phần<br /> đài móng<br /> vàlàm<br /> phần thân<br /> móng<br /> do được<br /> kết bằng<br /> các bulông<br /> 1a),<br /> ngược<br /> lại,liên<br /> các<br /> trình<br /> gối liên<br /> kết B-FREI<br /> luônliên<br /> giữ chặt<br /> móng và (Hình<br /> phần thân<br /> móng<br /> do được<br /> đài<br /> móngviệc,<br /> và phần<br /> thân<br /> móng do<br /> được<br /> liên với<br /> kếtphần<br /> bằngđàicác<br /> bulông<br /> (Hình 1a),<br /> ngược<br /> lại, các<br /> kết<br /> bằng<br /> các<br /> bulông<br /> (Hình<br /> 1(a)),<br /> ngược<br /> lại,<br /> các<br /> lớp<br /> cao<br /> su<br /> ngoài<br /> cùng<br /> ở<br /> gối<br /> không<br /> liên<br /> kết<br /> U-FREI<br /> lớp caolớp<br /> sucao<br /> ngoài<br /> cùng cùng<br /> ở gốiởkhông<br /> liên liên<br /> kết U-FREI<br /> có có<br /> mộtmột<br /> phần<br /> tách<br /> su ngoài<br /> gối không<br /> kết U-FREI<br /> phần<br /> táchrời<br /> rời(không<br /> (khôngliên<br /> liên<br /> có<br /> một phần<br /> táchvà<br /> rờiphần<br /> (không<br /> liên kết)<br /> vớitrình<br /> phần móng<br /> và1b).<br /> phần Hiện<br /> thân công<br /> trìnhbiến<br /> (Hìnhdạng<br /> 1(b)). không<br /> Hiện tượng<br /> kết) vớikết)<br /> phần<br /> móng<br /> thân<br /> công<br /> (Hình<br /> tượng<br /> liên<br /> móng<br /> vànày<br /> phần<br /> công trình<br /> 1b).dạng<br /> Hiện<br /> tượng biến dạng không liên<br /> biếnvới<br /> dạngphần<br /> không<br /> liên kết<br /> củathân<br /> gối U-FREI<br /> được (Hình<br /> gọi là biến<br /> cuộn.<br /> kết nàykết<br /> củanày<br /> gốicủa<br /> U-FREI<br /> được<br /> gọi<br /> làgọi<br /> biến<br /> dạng<br /> cuộn.<br /> gối U-FREI<br /> được<br /> là biến<br /> dạng<br /> cuộn.<br /> <br /> (a) Gối liên kết B-FREI<br /> <br /> (b) Gối không liên kết U-FREI<br /> <br /> Biến<br /> dạng<br /> của<br /> các<br /> loạiloại<br /> gối<br /> chấn<br /> khác<br /> nhau<br /> khi<br /> chịu<br /> chuyển<br /> ngang:<br /> Hình của<br /> 1.<br /> Biến<br /> dạng<br /> của gối<br /> các<br /> gốicách<br /> cách<br /> khác<br /> nhau<br /> khi<br /> chịu<br /> chuyển<br /> vị<br /> ngangvịvịngang:<br /> Hình 1.Hình<br /> Biến1.dạng<br /> các<br /> loại<br /> cách<br /> chấnchấn<br /> khác<br /> nhau<br /> khi<br /> chịu<br /> chuyển<br /> (a) Gối liên kết B-FREI; (b) Gối không liên kết U-FREI<br /> <br /> Gối không<br /> U-FREI<br /> có nhiều ưu(b)<br /> điểm<br /> hơnkhông<br /> so với gối<br /> liênkết<br /> kết B-FREI<br /> thông thường. Trọng<br /> (a) liên<br /> Gốikếtliên<br /> kết B-FREI;<br /> Gối<br /> liên<br /> U-FREI<br /> lượng và giá thành của gối không liên kết U-FREI được giảm đáng kể so với gối liên kết B-FREI do<br /> Gối<br /> không<br /> liên kết<br /> U-FREI<br /> có<br /> nhiều liên<br /> ưu kết<br /> điểm<br /> hơnđơn<br /> sogiản<br /> vớitrong<br /> gối thi<br /> liên<br /> kếtlắpB-FREI<br /> đã loại<br /> bỏ hailiên<br /> phần kết<br /> đế thép<br /> dày. Hơncó<br /> nữa,nhiều<br /> gối không<br /> U-FREI<br /> công<br /> dựng<br /> Gối<br /> không<br /> U-FREI<br /> ưu<br /> điểm<br /> hơn<br /> so<br /> với<br /> gối<br /> liên<br /> kết<br /> B-FREI<br /> thông<br /> thường.<br /> Trọng Ngoài<br /> lượngra,vàgối<br /> giá<br /> thành<br /> của<br /> gối<br /> không<br /> liênsảnkết<br /> U-FREI<br /> được<br /> giảm<br /> đáng<br /> hơn<br /> so<br /> với<br /> gối<br /> B-FREI.<br /> không<br /> liên<br /> kết<br /> U-FREI<br /> có<br /> thể<br /> xuất<br /> thành<br /> một<br /> tấm<br /> lớn<br /> trong<br /> thông thường.<br /> Trọng<br /> lượng<br /> và giá thành<br /> của<br /> gối<br /> không<br /> liên<br /> kết<br /> U-FREI<br /> được<br /> giảm<br /> đáng<br /> kể<br /> so<br /> với<br /> gối<br /> liên<br /> kết<br /> B-FREI<br /> do<br /> đã<br /> loại<br /> bỏ<br /> hai<br /> phần<br /> đế<br /> thép<br /> dày.<br /> Hơn<br /> nữa,<br /> gối<br /> không<br /> nhà máy, sau đó cắt nhỏ theo yêu cầu kích thước của nhà thiết kế, trong khi đó gối liên kết B-FREI<br /> kể so với<br /> gối<br /> liên<br /> kết B-FREI<br /> do<br /> đã<br /> loại<br /> bỏ hai<br /> phần<br /> đế thép<br /> dày.<br /> nữa,Ngoài<br /> gối<br /> không<br /> liên<br /> kếtthể<br /> U-FREI<br /> trong<br /> thi<br /> công<br /> dựng<br /> hơn<br /> so<br /> gối Hơn<br /> B-FREI.<br /> ra, gối<br /> chỉ có<br /> sản xuấtđơn<br /> theo giản<br /> từng đơn<br /> vị sản<br /> phẩm. lắp<br /> Những<br /> ưu điểm<br /> nàyvới<br /> đã được<br /> nêu ra ở [1].<br /> Từ những<br /> liên kếtkhông<br /> U-FREI<br /> đơn<br /> giản<br /> trong<br /> thi<br /> công<br /> lắp<br /> dựng<br /> hơn<br /> so<br /> với<br /> gối<br /> B-FREI.<br /> Ngoài<br /> ra,<br /> gối<br /> U-FREI<br /> sản xuất<br /> lớncách<br /> trong<br /> sau thường<br /> đó cắtsử<br /> nhỏ<br /> ưu điểmliên<br /> đó, kết<br /> gối không<br /> liêncó<br /> kếtthể<br /> U-FREI<br /> được thành<br /> kì vọngmột<br /> thay tấm<br /> thế gối<br /> chấnnhà<br /> đànmáy,<br /> hồi thông<br /> không liên<br /> kết<br /> U-FREI<br /> có<br /> thể<br /> sản<br /> xuất<br /> thành<br /> một<br /> tấm<br /> lớn<br /> trong<br /> nhà<br /> máy,<br /> sau<br /> đó<br /> cắt<br /> nhỏ<br /> dụng cho công trình trung và thấp tầng ở các nước đang phát triển như ở Việt Nam.<br /> Nghiên cứu ứng xử theo phương ngang của gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết U-FREI<br /> 2 mô hình số. Ứng xử ngang của gối không liên<br /> đã được thực hiện bằng cả thí nghiệm và phân tích<br /> 2 thước nhỏ đã được điều tra trong phòng thí nghiệm<br /> kết U-FREI hình khối hộp với các mẫu có kích<br /> bởi [1]. Ứng xử ngang của gối không liên kết U-FREI hình khối hộp theo các phương khác nhau của<br /> chuyển vị ngang đã được nghiên cứu bằng phương pháp Phần Tử Hữu Hạn (PTHH) sử dụng phần<br /> mềm MSC.Marc bởi [2]. Ở Việt Nam, Thuyết [3] đã nghiên cứu về ứng xử ngang của nguyên mẫu<br /> gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết B-FREI. Tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu phân tích sự làm việc<br /> của gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết U-FREI, đặc biệt là gối có kích thước nguyên hình.<br /> 40<br /> <br /> Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng<br /> <br /> Theo [4], gối cách chấn nguyên mẫu là gối có hệ số hình dạng (S) nằm trong khoảng từ 10 đến 20.<br /> Hệ số hình dạng (S) được định nghĩa bằng tỷ số giữa diện tích mặt cắt ngang gối với tổng diện tích<br /> xung quanh ở mặt bên của một lớp cao su của gối. Một vài nghiên cứu về nguyên mẫu gối cách chấn<br /> không liên kết U-FREI như ảnh hưởng của phương chuyển vị ngang đến ứng xử của nguyên mẫu gối<br /> U-FREI hình khối hộp và ảnh hưởng của mô-đun cắt đến sự làm việc của nguyên mẫu gối U-FREI đã<br /> được thực hiện bởi [5, 6]. Tuy vậy, có rất ít nghiên cứu so sánh ứng xử ngang của gối đàn hồi không<br /> liên kết U-FREI với gối đàn hồi liên kết B-FREI có cùng kích thước, các lớp cấu tạo và vật liệu như<br /> nhau để thấy được hiệu quả cách chấn của gối U-FREI so với gối B-FREI.<br /> Nghiên cứu này trình bày ứng xử ngang theo một phương của nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi<br /> cốt sợi không liên kết U-FREI hình khối hộp (có hệ số hình dạng S = 15,5) bằng phân tích mô hình số.<br /> Ứng xử ngang của gối không liên kết U-FREI được so sánh với ứng xử của gối liên kết thông thường<br /> B-FREI. Kết quả so sánh chỉ ra rằng gối cách chấn không liên kết U-FREI có thể thay thế gối cách<br /> chấn liên kết B-FREI để sử dụng cho các công trình trung và thấp tầng.<br /> 2. Cấu tạo chi tiết nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi<br /> Nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi hình khối hộp có cạnh là 310 mm. Kích thước gối được<br /> thiết kế để sử dụng vào công trình thực tế tại Ấn Độ. Cấu tạo gối được đề cập trong [7] gồm có 18<br /> lớp cao su, mỗi lớp dày 5 mm, và 17 lớp sợi carbon, mỗi lớp dày 0,55 mm. Các lớp cao su và lớp sợi<br /> carbon hai hướng vuông góc (0◦ /90◦ ) nằm xen kẽ, gắn kết với nhau. Mặt cắt dọc theo phương đứng<br /> và kích thước của gối cách chấn được miêu tả trong Hình 2. Hệ số hình dạng (S ) của gối là 15,5, lớn<br /> hơn nhiều so với hệ số hình dạng của các gối trong các nghiên cứu trước đây. Các thông số chi tiết về<br /> Journal of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018. 12(6):1-11<br /> kích thước và vật liệu của gối cách chấn được cho trong Bảng 1.<br /> Journal of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018. 12(6):1-11<br /> <br /> (a) Cấu tạo các lớp cao su và sợi carbon<br /> <br /> (b) Kích thước của gối (đơn vị: mm)<br /> <br /> Hình<br /> 2.<br /> Cấu<br /> tạo tạo<br /> chi<br /> cách<br /> chấn<br /> hồisợi<br /> cốt hồi<br /> sợi: cốt sợi:<br /> Hình<br /> Cấu<br /> tiếtgối<br /> gối<br /> đànđàn<br /> hồi<br /> cốt<br /> Hình<br /> 2.2.Cấu<br /> tạochitiết<br /> chi<br /> tiếtcách<br /> gốichấn<br /> cách<br /> chấn<br /> đàn<br /> (a)<br /> cáccác<br /> lớplớp<br /> caocao<br /> su và<br /> (b) Kích<br /> gối của<br /> (đơngối<br /> vị: (đơn<br /> mm) vị: mm)<br /> (a)Cấu<br /> Cấutạotạo<br /> susợi<br /> vàcarbon;<br /> sợi carbon;<br /> (b)thước<br /> Kích của<br /> thước<br /> 3.<br /> Mô hình<br /> gốitiết<br /> cách<br /> chấn<br /> và tải<br /> Bảng<br /> 1. Chi<br /> các<br /> thông<br /> sốtrọng<br /> kích thước và vật liệu của gối cách chấn đàn hồi cốt sợi<br /> <br /> Bảng 1. Chi tiết các thông số kích thước và vật liệu của gối cách chấn đàn hồi cốt sợi<br /> <br /> Cả hai loại gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết B-FREI và không liên kết U-FREI với kích thước<br /> Thông số<br /> Đơn vị<br /> Giá trị<br /> và các lớp cấu tạo như nhau (như nói ở trên) được điều tra ứng xử ngang bằng phương pháp PTHH sử<br /> Thông số<br /> Đơn vị<br /> Giá trị<br /> dụng<br /> phần<br /> mềm của<br /> kết cấu<br /> tích mô hình<br /> số ứng xử của gối<br /> Kích<br /> thước<br /> gốiANSYS v.14.0. Độ phù hợp của kết quả phân<br /> (mm)<br /> 310x310x100<br /> cáchKích<br /> cách chấn<br /> đàncủa<br /> hồi cốt<br /> bằng thực nghiệm<br /> trong<br /> thước<br /> gốisợi bằng phần mềm ANSYS đã được kiểm chứng<br /> (mm)<br /> 310x310x100<br /> lớp cao<br /> su, ne<br /> 18<br /> cácSố<br /> nghiên<br /> cứu [8–10].<br /> <br /> Số lớp cao su, n<br /> <br /> dày loại<br /> mộtphần<br /> lớp etử<br /> cao su, te<br /> 3.1.Chiều<br /> Lựa chọn<br /> <br /> Chiều<br /> dàydày<br /> mộtlớplớp<br /> Tổng<br /> chiều<br /> caocao<br /> su,su,<br /> tr te<br /> Tổng<br /> chiều<br /> dày nlớp<br /> cao su, tr<br /> Số<br /> lớp sợi<br /> carbon,<br /> f<br /> Chiều<br /> dày<br /> của<br /> một lớpnfsợi carbon, tf<br /> Số lớp<br /> sợi<br /> carbon,<br /> <br /> (mm)<br /> <br /> 5,0<br /> <br /> 18<br /> <br /> (mm) (mm)<br /> <br /> 90<br /> <br /> 5,0<br /> <br /> (mm)<br /> <br /> 17<br /> <br /> 90<br /> <br /> 0,55<br /> <br /> 17<br /> <br /> 41<br /> <br /> (mm)<br /> <br /> Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng<br /> <br /> Bảng 1. Chi tiết các thông số kích thước và vật liệu của gối cách chấn đàn hồi cốt sợi<br /> <br /> Thông số<br /> <br /> Đơn vị<br /> <br /> Giá trị<br /> <br /> Kích thước của gối<br /> (mm)<br /> 310 × 310 × 100<br /> Số lớp cao su, ne<br /> 18<br /> Chiều dày một lớp cao su, te<br /> (mm)<br /> 5,0<br /> Tổng chiều dày lớp cao su, tr<br /> (mm)<br /> 90<br /> Journal of Science and Technology<br /> in Civil Engineering<br /> NUCE 2018. 12(6)<br /> Số lớp sợi carbon, n f<br /> 17<br /> Chiều dày của một lớp sợi carbon,<br /> Trongt f mô hình gối không(mm)<br /> liên kết U-FREI, 0,55<br /> các phần tử tiếp xúc mặ<br /> Hệ số hình dạng, S sử dụng. Phần tử tiếp xúc CONTA173 được dùng<br /> 15,5để định nghĩa cho cá<br /> Mô-đun cắt của cao sucao<br /> theosuphương<br /> G phần tử tiếp<br /> (MPa)<br /> ngoàingang,<br /> cùng và<br /> xúc TARGE1700,90<br /> được dùng để định ngh<br /> Mô-đun đàn hồi của gối<br /> theo<br /> phương<br /> ngang,<br /> E<br /> (GPa)<br /> 40<br /> của hai đế thép ở vị trí tiếp xúc với gối cách chấn. Đối với gối liên kết BHệ số poisson của gối, µ<br /> 0,20<br /> <br /> tương tự như gối không liên kết U-FREI nhưng các phần tử tiếp xúc đượ<br /> ảnh gối cách chấn đã chia phần tử được thể hiện như Hình 3.<br /> <br /> Cao su trong gối cách chấn có biến dạng lớn<br /> trong quá trình làm việc. Ở đây, cao su được mô<br /> hình bằng phần tử khối SOLID185 với 8 nút. Sợi<br /> carbon hai hướng vuông góc (0◦ và 90◦ ) trong một<br /> lớp được mô hình bằng phần tử khối nhiều lớp<br /> SOLID46. Hai tấm đế thép được mô hình ở đáy và<br /> đỉnh gối, để mô phỏng cho phần đài móng và phần<br /> thân công trình, cũng được mô hình bằng phần tử<br /> SOLID185.<br /> Trong mô hình gối không liên kết U-FREI, các<br /> phần tử tiếp xúc mặt-tới-mặt được sử dụng. Phần<br /> tử tiếp xúc CONTA173 được dùng để định nghĩa<br /> cho các mặt của lớp cao su ngoài cùng và phần tử<br /> tiếp xúc TARGE170 được dùng để định nghĩa cho<br /> các mặt của hai đế thép ở vị trí tiếp xúc với gối<br /> cách chấn. Đối với gối liên kết B-FREI, Hình<br /> mô hình<br /> 3. Mô Hình<br /> hình3.gối<br /> chấn<br /> sợisợi(đã<br /> Môcách<br /> hình gối<br /> cáchđàn<br /> chấnhồi<br /> đàn cốt<br /> hồi cốt<br /> (đãchia phần<br /> tương tự như gối không liên kết U-FREI nhưng các<br /> chia phần tử)<br /> phần tử tiếp xúc được loại bỏ. Hình ảnh gối cách<br /> 3.2.hiện<br /> Mônhư<br /> hình<br /> vật3.liệu<br /> chấn đã chia phần tử được thể<br /> Hình<br /> <br /> Các thông số vật liệu cho trong Bảng 1 được sử dụng để mô hình<br /> Cao<br /> su<br /> trong gối cách chấn có ứng xử phi tuyến khi chịu chuyển vị lớn. V<br /> Các thông số vật liệu cho trong Bảng 1 được sử dụng để mô hình trong ANSYS. Cao su trong<br /> hình<br /> mô hình<br /> vậtVìliệu<br /> đànmô<br /> hồihình<br /> và bằng<br /> mô hình<br /> vậtvậtliệu đàn nh<br /> gối cách chấn có ứng xử phimô<br /> tuyến<br /> khibằng<br /> chịu chuyển<br /> vị lớn.<br /> thế,siêu<br /> nó được<br /> mô hình<br /> cứuvật[11,12]<br /> thấy<br /> dụngcứu<br /> mô[11,<br /> hình<br /> liệu siêu đàn hồi và mô hình<br /> liệu đàncho<br /> nhớt.<br /> Cácsử<br /> nghiên<br /> 12]Ogden<br /> cho thấy3-terms<br /> sử dụng và<br /> mômô<br /> hìnhhình ứng x<br /> để<br /> mô<br /> hình<br /> cho<br /> vật<br /> liệu<br /> cao<br /> su<br /> trong<br /> gối<br /> cách<br /> chấn<br /> là<br /> tương<br /> đối phù hợp<br /> Ogden 3-terms và mô hình ứng xử cắt đàn nhớt để mô hình cho vật liệu cao su trong gối cách chấn<br /> này,cứu<br /> cao<br /> cũng<br /> được<br /> mômôhình<br /> môhình<br /> hình<br /> Ogden<br /> 3-terms và m<br /> là tương đối phù hợp. Trongcứu<br /> nghiên<br /> này,sucao<br /> su cũng<br /> được<br /> hìnhbằng<br /> bằng mô<br /> Ogden<br /> 3-terms<br /> với số<br /> cácnhư<br /> thông<br /> số như(3-terms):<br /> sau:<br /> và mô hình ứng xử cắt đàn cắt<br /> nhớtđàn<br /> với nhớt<br /> các thông<br /> sau: Ogden<br /> µ1 = 1,89 × 106 (N/m2 );<br /> 3.2. Mô hình vật liệu<br /> <br /> µ2 = 3600 (N/m2 ); µ3 = −30000 (N/m2 ); α1 = 1,3; α2 = 5; α3 = −2. Mô<br /> hình ứng xử cắt đàn nhớt:<br /> Ogden (3-terms): μ1 = 1,89 x 106 (N/m2); μ2 = 3600 (N/m2); μ3 = -30<br /> a1 = 0, 3333; t1 = 0, 04; a2 = 0, 3333; t2 = 100;<br /> <br /> α1 = 1,3 ; α2 = 5 ; α3 = -2 ;<br /> <br /> Mô hình ứng 42<br /> xử cắt đàn nhớt: a1 = 0,3333; t1 = 0,04; a2 = 0,3333; t2<br /> 3.3. Tải trọng<br /> <br /> Để mô phỏng quá trình làm việc của gối cách chấn chịu động đấ<br /> <br /> Journaland<br /> of Science<br /> and Technology<br /> in Civil Engineering<br /> NUCE<br /> 2018. 12(6):1-11<br /> Journal of Science<br /> Technology<br /> in Civil Engineering<br /> NUCE 2018.<br /> 12(6):1-11<br /> Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng<br /> <br /> vòng<br /> lặp được<br /> miêuHình<br /> tả như<br /> Hình 4.<br /> Phần<br /> thépdưới<br /> phíađược<br /> dưới giữ<br /> đượccốgiữ cố<br /> ng vòngngang<br /> lặp Tải<br /> được<br /> tả như<br /> 4. Phần<br /> chân<br /> đếchân<br /> thépđế<br /> phía<br /> 3.3.<br /> trọngmiêu<br /> định.<br /> h.<br /> Để mô phỏng quá trình làm việc của gối cách chấn chịu động đất, các tải trọng thẳng đứng và<br /> chuyển vị ngang vòng lặp được gán đồng thời vào phần đế thép phía trên của cả gối liên kết B-FREI<br /> và gối không liên kết U-FREI. Tải trọng thẳng đứng tác dụng vào gối được lấy theo lực dọc lớn nhất<br /> tại chân cột công trìnhJournal<br /> và giữ<br /> giá trị không đổi bằng 540 kN. Chuyển vị ngang theo phương X dạng<br /> of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018. 12(6):1-11<br /> hình sin có giá trị độ lớn tăng dần từ 20 mm tới 90 mm, hai vòng lặp cho mỗi giá trị độ lớn của chuyển<br /> lặplặp<br /> được<br /> miêu<br /> tả như<br /> Hình<br /> 4. Phần<br /> chânchân<br /> đế thép<br /> cố giữ cố định.<br /> vị. Chuyển vịngang<br /> ngangvòng<br /> vòng<br /> được<br /> miêu<br /> tả như<br /> Hình<br /> 4. Phần<br /> đế phía<br /> thép dưới<br /> phíađược<br /> dưới giữ<br /> được<br /> định.<br /> <br /> Hình 4.vịChuyển<br /> ngang<br /> cách chấn<br /> Hình 4. Chuyển<br /> ngang vị<br /> gán<br /> vào gán<br /> gối vào<br /> cáchgối<br /> chấn<br /> Hình 4. Chuyển vị ngang gán vào gối cách chấn<br /> <br /> Hình 4. Chuyển vị ngang gán vào gối cách chấn<br /> <br /> 4. kết<br /> Phân<br /> tích<br /> kết<br /> quả<br /> vàquảbình<br /> luận<br /> hân tích<br /> quả<br /> và<br /> bình<br /> luận<br /> 4. Phân<br /> tích kết<br /> và bình luận<br /> 4.1. Biến dạng của gối cách chấn<br /> 4.1.<br /> Biếngối<br /> dạng<br /> của<br /> gốibình<br /> cách<br /> chấn<br /> Biến dạng<br /> của<br /> cách<br /> 4. Phân<br /> tích<br /> kết<br /> quảchấn<br /> và<br /> luận<br /> <br /> Biến dạng của các loại gối cách chấn liên kết B-FREI và không liên kết U-FREI<br /> <br /> 4.1. Biến<br /> của<br /> gối<br /> cách<br /> chấn<br /> tại độ<br /> lớn<br /> 90gối<br /> mm<br /> của<br /> chuyển<br /> vịcách<br /> ngang<br /> hiện trong<br /> Hình<br /> Kết và<br /> quả không<br /> cho<br /> Biến dạng<br /> củadạng<br /> các<br /> loại<br /> chấn<br /> liênđược<br /> kếtthểliên<br /> B-FREI<br /> và 5.không<br /> liênthấy:<br /> kếtliên<br /> U-FREI<br /> Biến<br /> dạng<br /> của<br /> cáccách<br /> loại<br /> gối<br /> chấn<br /> kết B-FREI<br /> kết U-FREI<br /> khi gối cách chấn chịu chuyển vị ngang, các mặt của lớp cao su ngoài cùng của gối liên<br /> dạng<br /> của<br /> cáccủa<br /> loại<br /> cách<br /> chấn<br /> liên<br /> kết<br /> và<br /> không<br /> liên<br /> kết<br /> U-FREI<br /> tại<br /> độ<br /> lớn<br /> 90thấy:<br /> mm<br /> độ lớn 90<br /> của<br /> chuyển<br /> vịgối<br /> ngang<br /> được<br /> thểB-FREI<br /> hiện<br /> trong<br /> Hình<br /> Kết<br /> quả<br /> cho<br /> tại mm<br /> độBiến<br /> lớn<br /> 90<br /> mm<br /> chuyển<br /> vị<br /> được<br /> thể<br /> hiện<br /> trong<br /> Hình<br /> 5.<br /> Kết<br /> quả<br /> cho thấy:<br /> kết<br /> B-FREI<br /> luôn<br /> giữ<br /> tiếp xúc<br /> vớingang<br /> các mặt<br /> của<br /> đế thép,<br /> trong<br /> khi<br /> đó,<br /> các5.<br /> mặt<br /> của lớp<br /> cao<br /> su<br /> ngoài<br /> cùng<br /> của<br /> gối<br /> không<br /> liên<br /> kết<br /> U-FREI<br /> có<br /> một<br /> phần<br /> không<br /> tiếp<br /> xúc<br /> với<br /> các<br /> mặt<br /> của<br /> chuyển<br /> vị<br /> ngang<br /> được<br /> thể<br /> hiện<br /> trong<br /> Hình<br /> 5.<br /> Kết<br /> quả<br /> cho<br /> thấy:<br /> khi<br /> gối<br /> cách<br /> chấn<br /> chịu<br /> chuyển<br /> vịgối liên<br /> gối cáchkhi<br /> chấn<br /> ngang,vịcác<br /> mặt của<br /> lớp của<br /> cao lớp<br /> su ngoài<br /> gốicủa<br /> liên<br /> gối chịu<br /> cách chuyển<br /> chấn chịuvịchuyển<br /> ngang,<br /> các mặt<br /> cao sucùng<br /> ngoàicủa<br /> cùng<br /> của<br /> đế<br /> thép<br /> để<br /> sinh<br /> ra<br /> biến<br /> dạng<br /> cuộn.<br /> ngang,giữ<br /> các mặt<br /> của<br /> lớp với<br /> su<br /> ngoài<br /> cùng<br /> củađế<br /> gốithép,<br /> liên kếttrong<br /> luônđó,<br /> giữ các<br /> tiếp xúc<br /> vớicủa<br /> các mặt<br /> của<br /> B-FREIkết<br /> luôn<br /> tiếp<br /> xúc<br /> các<br /> mặt<br /> của<br /> mặtcác<br /> lớp<br /> cao<br /> B-FREI<br /> luôn<br /> giữcao<br /> tiếp<br /> xúc<br /> với<br /> các<br /> mặt<br /> của đếB-FREI<br /> thép,khi<br /> trong<br /> khi<br /> đó,<br /> mặt<br /> của<br /> lớp cao<br /> đế thép, trong khi đó, các mặt của lớp cao su ngoài cùng của gối không liên kết U-FREI có một phần<br /> goài cùng<br /> củatiếp<br /> gối<br /> không<br /> liêncủakết<br /> U-FREI<br /> có<br /> một phần<br /> không<br /> xúc<br /> với<br /> cácvớimặt<br /> sukhông<br /> ngoài<br /> cùng<br /> của<br /> liênđểkết<br /> cócuộn.<br /> một<br /> phần tiếp<br /> không<br /> tiếp<br /> xúc<br /> các mặt<br /> xúc với<br /> cácgối<br /> mặt không<br /> đế thép<br /> sinh U-FREI<br /> ra biến dạng<br /> đế thépcủa<br /> để sinh<br /> ra biến<br /> dạng<br /> cuộn.<br /> đế thép<br /> để sinh<br /> ra biến<br /> dạng cuộn.<br /> <br /> Hình 5. Biến dạng của các loại gối cách chấn tại độ lớn 90 mm của chuyển vị ngang:<br /> (a) Gối liên kết B-FREI; (b) Gối không liên kết U-FREI<br /> 4.2. Vòng lặp trễ của gối cách chấn<br /> <br /> ình 5.<br /> <br /> Ứngliên<br /> xửkết<br /> ngang<br /> phi tuyến của các gối cách chấn được<br /> qualiên<br /> vòng<br /> trễ.<br /> (a) Gối<br /> B-FREI<br /> (b)thể<br /> Gốihiện<br /> không<br /> kết lặp<br /> U-FREI<br /> Các vòng lặp trễ trình bày mối quan hệ giữa lực cắt ngang và chuyển vị ngang vòng lặp.<br /> Lực cắt ngang<br /> của gối cách<br /> cách chấn<br /> được tại<br /> tính độ<br /> là tổng của90<br /> tất cả<br /> các lực<br /> cắtchuyển<br /> theo phươngvị ngang:<br /> Biến<br /> dạng<br /> của<br /> loại<br /> của<br /> Hìnhcác<br /> 5. Biến<br /> dạnggối<br /> của các<br /> loạichấn<br /> gối cách<br /> chấn tạilớn<br /> độtại<br /> lớnđộ<br /> 90 mm<br /> mm của<br /> chuyển<br /> vị<br /> ngang<br /> Hình<br /> 5. Biến<br /> cách<br /> mm<br /> của<br /> vị ngang:<br /> ngangdạng<br /> trên tấtcủa<br /> cả cáccác<br /> nút ởloại<br /> phầngối<br /> đế thép<br /> phía chấn<br /> trên đỉnh<br /> gối. Kếtlớn<br /> quả 90<br /> so sánh<br /> vòng<br /> lặp chuyển<br /> trễ<br /> của gối liên kết B-FREI và không liên kết U-FREI được thể hiện trong Hình 6.<br /> <br /> (a) Gối liên<br /> (b) Gối không<br /> kết liên<br /> U-FREI<br /> (a)kết<br /> GốiB-FREI;<br /> liên kết B-FREI;<br /> (b) Gốiliên<br /> không<br /> kết U-FREI<br /> <br /> 4.2. Vòng lặp trễ của gối cách chấn<br /> Ứng<br /> xử ngang<br /> phi tuyến<br /> các gối cách chấn6 được thể hiện qua vòng lặp trễ. Các vòng lặp trễ<br /> Vòng lặp<br /> của<br /> gốitrễ<br /> cách<br /> 4.2.trễ<br /> Vòng<br /> lặp<br /> củachấn<br /> gốicủa<br /> cách<br /> chấn<br /> <br /> trình bày mối quan hệ giữa lực cắt ngang và chuyển vị ngang vòng lặp. Lực cắt ngang của gối cách<br /> <br /> Ứng xử ngang<br /> tuyến phi<br /> củatuyến<br /> các gối<br /> chấn<br /> được<br /> hiệnthểqua<br /> vòng<br /> Ứng phi<br /> xử ngang<br /> của cách<br /> các 43<br /> gối<br /> cách<br /> chấnthể<br /> được<br /> hiện<br /> qua lặp<br /> vòngtrễ.<br /> lặp trễ.<br /> vòng lặp<br /> trễ<br /> trình<br /> bày<br /> mối<br /> quan<br /> hệ<br /> giữa<br /> lực<br /> cắt<br /> ngang<br /> và<br /> chuyển<br /> vị<br /> ngang<br /> vòng<br /> lặp.<br /> Các vòng lặp trễ trình bày mối quan hệ giữa lực cắt ngang và chuyển vị ngang vòng lặp.<br /> cắt ngang<br /> gối cách<br /> được<br /> tínhđược<br /> là tổng<br /> tất cả<br /> cắtlực<br /> theo<br /> Lực của<br /> cắt ngang<br /> của chấn<br /> gối cách<br /> chấn<br /> tính của<br /> là tổng<br /> củacác<br /> tất lực<br /> cả các<br /> cắtphương<br /> theo phương<br /> ng trên ngang<br /> tất cả các<br /> nút<br /> ở<br /> phần<br /> đế<br /> thép<br /> phía<br /> trên<br /> đỉnh<br /> gối.<br /> Kết<br /> quả<br /> so<br /> sánh<br /> vòng<br /> trễlặp trễ<br /> trên tất cả các nút ở phần đế thép phía trên đỉnh gối. Kết quả so sánhlặp<br /> vòng<br /> <br />