BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRỊNH THỊ HOA
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA BỂ NƯỚC
ĐẾN MỨC ĐỘ GIẢM CHẤN CỦA
NHÀ CAO TẦNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT
Ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Đặc biệt
Mã số: 9580206
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Hà Nội - 2022
Công trình được hoàn thành tại:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. NGUYỄN THỊ TUYẾT TRINH
2. GS.TS. NGUYỄN TIẾN CHƯƠNG
Phản biện 1: ………………………………………………
…………………………………………………………….
Phản biện 2 ………………………………………………
…………………………………………………………..
Phản biện 3: ………………………………………………
……………………………………………………………..
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà
nước họp tại
…………………………………………………………………
vào hồi giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Thư viện Trường Đại học Giao thông vận tải
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Một trong những mục tiêu chính của thiết kế các tòa nhà cao tầng,
ngoài việc chịu được các tải trọng thông thường ra là chịu các tải trọng đặc
biệt như gió lớn và động đất. Những quy định cho các kết cấu chịu các loại
tải trọng đặc biệt này được phản ánh trong Bộ luật Xây dựng Quốc tế (IBC)
- 03 hay Tiêu chuẩn châu Âu Eurocode 8 - Thiết kế chống động đất cho kết
cấu, Tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 về động đất, TCVN 229:1999 về gió
động, TCVN 2737:2020 về tải trọng và tác động.
Trong thiết kế kháng chấn nhà cao tầng, tác dụng của động đất là một
vấn đề quan trọng do những thiệt hại mà nó gây ra cho kết cấu tòa nhà.
Thiết kế kháng chấn nhà cao tầng nhằm thỏa mãn cả trạng thái giới hạn về
cường độ và trạng thái giới hạn về biến dạng, là một thách thức đối với các
kỹ sư thiết kế.
Hiện nay có nhiều giải pháp thiết kế kháng chấn cho nhà cao tầng,
trong đó giải pháp giảm chấn chất lỏng (TLD) là một trong các giải pháp
được sử dụng nhiều nhất nhờ tính hiệu quả và chi phí hợp lý. Tuy nhiên, sự
phức tạp trong việc tối ưu hóa các thông số thiết kế của bể chứa chất lỏng,
như tối ưu hóa kích thước của bể, chiều cao mực nước trong bể, số lượng
bể, gối liên kết giữa bể và kết cấu tòa nhà, vị trí đặt bể trên chiều cao tòa
nhà... khiến công tác tiêu chuẩn hóa các quy tắc thiết kế hệ giảm chấn chất
lỏng TLD gặp nhiều khó khăn.
Với các phân tích trên, Luận án đề xuất nội dung nghiên cứu là phân
tích ảnh hưởng của bể nước đến mức độ giảm chấn nhà cao tầng khi chịu
động đất, nghiên cứu các thông số tối ưu của bể nước như kích thước bể,
chiều cao mực nước trong bể, số lượng bể và gối liên kết giữa bể và kết cấu.
Đặc biệt nghiên cứu đề xuất phương pháp và mô hình tính toán thuận tiện
cho hệ giảm chấn chất lỏng để phản ánh đúng bản chất làm việc của sóng
chất lỏng trong bể chứa, mang lại hiệu quả giảm chấn tốt nhất cho tòa nhà
khi chịu động đất.
2. Tên và mục tiêu nghiên cứu của Luận án
Tên của Luận án: “Phân tích ảnh hưởng của bể nước đến mức độ
2
giảm chấn cho nhà cao tầng khi chịu động đất”
Mục tiêu nghiên cứu: Phân tích ảnh hưởng của bể nước đến mức độ
giảm chấn nhà cao tầng khi chịu động đất
Xây dựng đề xuất mô hình tính toán cho bể chứa chất lỏng bao gồm
bể và chất lỏng bên trong bể. Mô hình đề xuất phản ánh đúng bản chất sự
chuyển động của sóng chất lỏng bên trong bể theo mô hình cơ học chất
lỏng. Dựa trên mô hình đề xuất, Luận án nghiên cứu ảnh hưởng bể chứa
chất lỏng lên kết cấu công trình chịu tác dụng của động đất - ảnh hưởng của
liên kết giữa bể và kết cấu tòa nhà. Áp dụng các kết quả nghiên cứu để phân
tích ảnh hưởng giảm chấn của bể nước cho một tòa nhà cao tầng cụ thể chịu
tác dụng của động đất.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a) Đối tượng nghiên cứu: Bể nước đặt trên tòa nhà cao tầng, và liên
kết giữa bể và kết cấu tòa nhà.
b) Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu bể chứa nước hình chữ nhật,
dạng đáy phẳng, đặt trên nhà cao tầng chịu tác dụng của động đất.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp phân tích lý thuyết kết hợp với phương pháp mô phỏng
số để nghiên cứu ảnh hưởng của bể nước đến mức độ giảm chấn cho kết
cấu nhà cao tầng chịu tác dụng của động đất. Bên cạnh đó, sử dụng phương
pháp so sánh kiểm chứng một số kết quả nghiên cứu của Luận án với các
kết quả thực nghiệm của các nghiên nghiên trước đó.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu
a) Ý nghĩa khoa học
Luận án nghiên cứu ảnh hưởng của bể nước đến mức độ giảm chấn
cho tòa nhà cao tầng khi chịu tác dụng của động đất. Luận án đã xây dựng,
đề xuất mô hình tính toán phản ánh sự chuyển động thực của chất lỏng bên
trong bể theo mô hình cơ học chất lỏng. Kết quả nghiên cứu đã đề xuất các
thông số bể chứa chất lỏng, số lượng bể, vị trí đặt bể theo chiều cao tòa nhà,
đặc biệt là đề xuất thông số độ cứng gối liên kết giữa bể và tòa nhà, thông
qua tỷ lệ khối lượng và tỷ lệ tần số giữa bể chứa và tòa nhà, để tăng hiệu
quả giảm chấn cho toà nhà khi chịu động đất.
b) Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của Luận án có thể làm căn cứ trong thiết kế giảm
3
chấn cho kết cấu tòa nhà thông qua việc sử dụng bể chứa nước. Góp phần
đẩy mạnh hướng nghiên cứu giải pháp ứng dụng bể chứa nước để giảm
chấn cho kết cấu tòa nhà khi chịu động đất.
6. Cấu trúc của Luận án
Luận án bao gồm Phần mở đầu, 4 chương và phần kết luận, kiến nghị.
Cụ thể là:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu và ứng dụng bể chứa chất lỏng
đến giảm chấn cho kết cấu nhà cao tầng chịu tác dụng của động đất
Chương 2: Cơ sở lý thuyết phân tích chuyển động của bể chứa chất
lỏng trên công trình chịu động đất
Chương 3: Phân tích ảnh hưởng bể nước đến mức độ giảm chấn cho
kết cấu dưới tác dụng của động đất
Chương 4: Nghiên cứu áp dụng bể nước để giảm chấn cho kết cấu
nhà cao tầng dưới tác dụng của động đất
Kết luận và Kiến nghị
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BỂ
CHỨA CHẤT LỎNG ĐẾN GIẢM CHẤN CHO KẾT CẤU NHÀ
CAO TẦNG CHỊU TÁC DỤNG CỦA ĐỘNG ĐẤT
1.1. Các tác động gây ra dao động cho kết cấu nhà cao tầng
Tác động gây ra dao động cho kết cấu nhà cao tầng bao gồm tác động
theo phương thẳng đứng và tác động theo phương ngang. Khác với tòa nhà
thông thường, đối với tòa nhà cao tầng các tác động theo phương ngang là
yếu tố quan trọng. Trong thiết kế nhà thấp tầng các tác động theo phương
ngang nhìn chung được quan tâm ít hơn so với tác động theo phương đứng,
nguyên nhân là do ảnh hưởng của tải trọng ngang lên kết cấu thấp tầng nhỏ.
Khi chiều cao nhà tăng lên thì nội lực và chuyển vị của công trình do tác
động theo phương ngang như áp lực gió và tác động của động đất gây ra,
tăng lên nhanh chóng. Việc tạo ra hệ kết cấu để chịu các tác động này là
vấn đề quan trọng trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng. Hoặc đề xuất những
giải pháp để giảm thiểu những tác động theo phương ngang gây ra cũng là
rất cần thiết.Trong phạm vi nghiên cứu của Luận án, xét ảnh hưởng của
