Ứng xử ngang của gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết hình khối hộp chịu chuyển vị lớn

Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2020. 14 (1V): 81–92<br /> <br /> <br /> <br /> ỨNG XỬ NGANG CỦA GỐI CÁCH CHẤN ĐÀN HỒI CỐT SỢI<br /> KHÔNG LIÊN KẾT HÌNH KHỐI HỘP CHỊU CHUYỂN VỊ LỚN<br /> <br /> Vũ Quang Việta , Ngô Văn Thuyếtb,∗<br /> a<br /> Khoa Công trình, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, số 484 Lạch Tray, quận Lê Chân, Hải Phòng, Việt Nam<br /> b<br /> Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi, số 175 Tây Sơn, quận Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam<br /> Nhận ngày 03/12/2019, Sửa xong 27/12/2019, Chấp nhận đăng 31/01/2020<br /> <br /> <br /> Tóm tắt<br /> Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết (gọi tắt là gối U-FREI) là một loại gối cách chấn tương đối mới<br /> đang được phát triển trên thế giới. Các nghiên cứu về gối U-FREI ở Việt Nam mới chỉ xem xét gối U-FREI chịu<br /> chuyển vị ngang với giá trị nhỏ (nhỏ hơn 1,0tr , trong đó tr là tổng chiều dày các lớp cao su trong gối U-FREI).<br /> Trong nghiên cứu này, ứng xử ngang của gối U-FREI hình khối hộp chịu đồng thời tải trọng thẳng đứng có giá<br /> trị không đổi và chuyển vị ngang vòng lặp dạng hàm điều hòa có độ lớn tăng dần đến giá trị 2,0tr được khảo sát<br /> bằng phương pháp phân tích mô hình số. Nghiên cứu chỉ ra rằng tại các chuyển vị nhỏ, độ cứng ngang của gối<br /> U-FREI giảm xuống do gối cách chấn có biến dạng cuộn, nhưng ở các chuyển vị lớn, độ cứng ngang của gối<br /> U-FREI tăng lên.<br /> Từ khoá: gối cách chấn; gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết; biến dạng cuộn; ứng xử ngang; chuyển vị<br /> ngang lớn.<br /> HORIZONTAL RESPONSE OF A SQUARE UN-BONDED FIBER REINFORCED ELASTOMERIC ISO-<br /> LATOR UNDER LARGE DISPLACEMENT<br /> Abstract<br /> Un-bonded fiber reinforced elastomeric isolator (U-FREI) is relatively new seismic isolator which has been<br /> developed in the world. In Vietnam, research related to this U-FREI only focused on investigating its horizontal<br /> response under low displacement but not large displacement (lesser than 1.0tr , where tr is total height of elas-<br /> tomer). In this study, the horizontal response of a square U-FREI under the simultaneous action of a constant<br /> vertical load and cyclic horizontal displacement with increasing amplitudes up to 2.0tr is investigated by finite<br /> element analysis. This study indicates that at low amplitudes of displacement, the horizontal stiffness of the<br /> U-FREI is decreased due to rollover deformation; however, at large amplitudes of displacement, its horizontal<br /> stiffness is increased.<br /> Keywords: base isolator; un-bonded fiber reinforced elastomeric isolator; rollover deformation; horizontal re-<br /> sponse; large horizontal displacement.<br /> c 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE)<br /> https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(1V)-08 <br /> <br /> <br /> 1. Giới thiệu<br /> <br /> Gối cách chấn đa lớp là một trong những thiết bị cách chấn đáy được sử dụng phổ biến hiện nay để<br /> giảm hư hỏng cho công trình chịu động đất. Gối cách chấn thường được đặt bên trên phần đài móng<br /> và bên dưới phần thân công trình. Gối cách chấn có độ cứng theo phương ngang có giá trị thấp nên<br /> công trình chịu được chuyển vị theo phương ngang với giá trị lớn của các trận động đất, nhưng có độ<br /> <br /> ∗<br /> Tác giả chính. Địa chỉ e-mail: thuyet.kcct@tlu.edu.vn (Thuyết, N. V.)<br /> <br /> 81<br />  Việt, V. Q., Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng<br /> <br /> cứng theo phương đứng cao nên vẫn đảm bảo chịu được trọng lượng công trình. Nhờ sử dụng hệ gối<br /> cách chấn nên chu kỳ dao động theo phương ngang của công trình cách chấn đáy được tăng lên. Các<br /> gối cách chấn đa lớp thường được cấu tạo bởi các lá thép mỏng xen kẹp và gắn kết với các lớp cao su,<br /> và hai tấm đế thép dày ở đáy và đỉnh gối để liên kết với phần đài móng và phần thân công trình. Các<br /> gối cách chấn đa lớp thường nặng, giá thành cao và phức tạp trong thi công xây lắp nên chúng thường<br /> được sử dụng cho các công trình có tầm quan trọng cao và đắt tiền.<br /> Một loại gối cách chấn đa lớp mới đang được phát triển hiện nay là gối cách chấn đàn hồi cốt sợi<br /> (fiber reinforced elastomeric isolator – gọi tắt là gối FREI). Gối FREI được đề xuất lần đầu tiên vào<br /> năm 1999 bởi Kelly [1]. Gối FREI có cấu tạo tương tự như gối cách chấn đa lớp thông thường nhưng<br /> các lớp sợi (thường là sợi cacbon) thay thế cho các lớp lá thép mỏng. Sợi cacbon có trọng lượng riêng<br /> khoảng 1600 kg/m3 thấp hơn nhiều so với thép là 7850 kg/m3 nên các gối FREI có trọng lượng thấp<br /> hơn nhiều so với các gối cách chấn đa lớp thông trường cùng kích thước. Việc chế tạo sợi cacbon cũng<br /> đơn giản hơn so với gia công các lá thép. Gối FREI đang được nghiên cứu, phát triển theo hai dạng:<br /> gối FREI liên kết (Bonded fiber reinforced elastomeric isolator, gọi tắt là gối B-FREI) và gối FREI<br /> không liên kết (gọi tắt là gối U-FREI). Trong khi gối B-FREI có hai tấm đế thép dày ở đáy và đỉnh<br /> gối để liên kết với phần móng và phần thân công trình thì gối U-FREI đã loại bỏ hai tấm đế thép này.<br /> Gối U-FREI được đặt trực tiếp lên bên trên phần đài móng và dưới phần thân công trình mà không<br /> cần bất kì một liên kết nào giữa chúng. Nhờ loại bỏ hai tấm đế thép dày, gối U-FREI có trọng lượng<br /> nhẹ hơn, dễ dàng thi công lắp dựng vào công trình hơn so với gối B-FREI. Gối U-FREI được kì vọng<br /> sử dụng cho các công trình dân dụng trung và thấp tầng với chi phí rẻ ở những nước đang phát triển.<br /> Nghiên cứu về ứng xử ngang của gối U-FREI đã được thực hiện bằng cả thí nghiệm và phân tích<br /> mô hình số trong hơn chục năm qua. Dezfuli và Alam [2] đã tiến hành thí nghiệm điều tra các đặc tính<br /> cơ học trong ứng xử ngang của các gối U-FREI. Strauss và cs. [3] đã thí nghiệm điều tra ảnh hưởng<br /> của mô-đun cắt đến ứng xử ngang của các loại gối cách chấn đa lớp. Thuyet và cs. [4, 5] đã nghiên cứu<br /> thực nghiệm và mô hình số để đánh giá độ cứng ngang hiệu dụng và ảnh hưởng của phương chuyển<br /> vị ngang đến ứng xử ngang của nguyên mẫu gối U-FREI hình khối hộp. Ở Việt Nam, một vài nghiên<br /> cứu mô hình số về nguyên mẫu gối U-FREI cũng đã được thực hiện [6, 7]. Trong các nghiên cứu này,<br /> độ lớn của chuyển vị ngang tác dụng vào gối cách chấn thường có giá trị nhỏ, nhỏ hơn 1,0tr (tr là tổng<br /> chiều dày của các lớp cao su trong gối cách chấn). Dao động nền đất của các trận động đất lớn có thể<br /> gây ra chuyển vị lớn cho gối cách chấn. Vì vậy, ứng xử ngang của gối U-FREI chịu chuyển vị ngang<br /> có giá trị lớn nên được tiếp tục nghiên cứu.<br /> Nghiên cứu này trình bày ứng xử ngang của gối U-FREI hình khối hộp chịu đồng thời tải trọng<br /> thẳng đứng có giá trị không đổi và chuyển vị ngang dạng hàm điều hòa có giá trị độ lớn tăng dần đến<br /> 2,0tr bằng phân tích mô hình số đồng thời phân tích quá trình làm việc của gối U-FREI.<br /> <br /> 2. Cấu tạo chi tiết của gối cách chấn U-FREI<br /> <br /> Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi hình khối hộp có cạnh là a = 250 mm, tổng chiều cao là h = 100<br /> mm. Gối U-FREI được cấu tạo từ 18 lớp cao su xen kẹp và gắn kết với 17 lớp sợi cacbon hai hướng<br /> vuông góc (0◦ /90◦ ). Mỗi lớp cao su và sợi cacbon dày tương ứng là 5 và 0,55 mm. Mặt cắt dọc theo<br /> phương đứng và kích thước của gối cách chấn được miêu tả trong Hình 1. Các thông số chi tiết về kích<br /> thước và vật liệu của gối cách chấn được cho trong Bảng 1.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 82<br /> 17 lớp sợicao là h = hai<br /> cacbon 100 hướng<br /> mm. Gối U-FREI<br /> vuông gócđược cấu0tạo<br /> (00/90 từ 18<br /> ). Mỗi lớplớpcao<br /> caosu<br /> suvà<br /> xensợi<br /> kẹp và gắndày<br /> cacbon kết với<br /> tương<br /> 0 0<br /> 17 lớp sợi cacbon hai hướng vuông góc (0 /90 ). Mỗi lớp<br /> ứng là 5 và 0,55 mm. Mặt cắt dọc theo phương đứng và kích thước của gối cách chấncao su và sợi cacbon dày tương<br /> ứng là 5 và 0,55 mm. Mặt cắt dọc theo phương đứng và kích thước của gối cách chấn<br /> được miêu tả trong Hình 1. Các thông số chi tiết về kích thước và vật liệu của gối cách<br /> được miêu tả trong Hình 1. Các thông số chi tiết về kích thước và vật liệu của gối cách<br /> chấn được cho trongViệt,<br /> Bảng<br /> V. Q., 1.<br /> Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng<br /> chấn được cho trong Bảng 1.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE<br /> (a)(a)<br /> CấuCấu tạolớp<br /> tạo các cáccaolớp cao<br /> su và sợi su và sợi<br /> cacbon<br /> cacbon (b) Kích thước<br /> (b) Kích thướccủa gối(mm)<br /> của gối (đơn vị:<br /> (a) Cấu tạo các lớp cao su và<br /> Mô-đunsợi cacbon (b) Kích thước mm)của gối (đơn vị:<br /> Hình 1. Cấu tạo chi cắt củacách<br /> tiết gối caochấn<br /> su theo phương<br /> đàn hồi cốt sợi ngang, G (MPa) 0<br /> mm)<br /> Hình 1.Mô-đun<br /> Cấu tạođàn hồi gối<br /> chi tiết củacách<br /> hỗn chấn<br /> hợp cao<br /> đàn su-sợi<br /> hồi cốtcacbon<br /> sợi<br /> Bảng 1. Chi tiết các thông số kích thước và vật liệu của gối U-FREI (GPa)<br /> Hình 1. Cấu tạo<br /> trongchi<br /> gốitiết<br /> cáchgối cách<br /> chấn chấn<br /> theo đàn<br /> phương hồi cốt<br /> ngang, E sợi<br /> Bảng 1. Chi tiết các thông số kích thước và vật liệu của gối U-FREI<br /> Thông<br /> Bảng số tiết cácHệ<br /> 1. Chi số poisson<br /> Thông số<br /> thông số kíchcủa gối, μvà vật liệu<br /> thước<br /> Đơn vị<br /> Đơn của<br /> vị gối U-FREI<br /> Giá trị Giá trị 0<br /> Kích thước của gối (mm) 250 × 250 × 100<br /> Thông Kích thước của3.gối<br /> số (mm)<br /> Mô hình gối cách chấn và tải trọng<br /> Đơn vị 250×250×100<br /> Giá<br /> Số lớp cao su, ne 18 trị<br /> Chiều dày Sốmột<br /> lớplớp<br /> caocao<br /> su,su,<br /> ne te Gối cách chấn đàn hồi cốt (mm)<br /> sợi(mm) 18 kích thước nêu trê<br /> kết 5,0<br /> không liên 250×250×100<br /> với<br /> Kích thướcdày<br /> Tổng chiều<br /> của<br /> lớp<br /> gối<br /> cao su, t (mm) 90<br /> Chiều dày một sát lớp ứng<br /> r cao su,<br /> xử tngang<br /> e chịu đồng thời tải (mm)<br /> trọng thẳng đứng 5,0có giá trị không đổi<br /> Số<br /> Số lớp caocacbon,<br /> lớp sợi su, nen f 1718<br /> Tổng chiều dày ngang<br /> lớp<br /> Chiều dày của một lớp sợi cacbon, t f caovòng<br /> su, t lặp<br /> r dạng hàm điều hòa<br /> (mm) hình<br /> (mm) sin có giá trị độ lớn tăng dần đ<br /> 90<br /> 0,55<br /> Chiều<br /> Mô-đundày Số một<br /> cắt lớp<br /> của sợi<br /> lớp cao sucao<br /> theo<br /> cacbon, su,<br /> phương nf te pháp<br /> phương ngang, dụng(mm)<br /> môGphỏng số sử (MPa) phần mềm kết cấu 175,0<br /> 0,90 ANSYS v.14.0.<br /> Mô-đun đàn hồi của hỗn hợp cao su-sợi cacbon (GPa) 40<br /> Tổng chiều dày lớp cao<br /> trong gối cách chấn theo 3.1. phương<br /> su,<br /> Lựatngang,<br /> r chọn loại phần tử<br /> E<br /> (mm) 90<br /> Số<br /> Hệlớp<br /> số poisson của gối,nµf<br /> sợi cacbon, Cao su trong gối cách chấn có biến dạng lớn trong 0,20 17quá trình làm việ<br /> su được mô hình bằng 3phần tử khối SOLID185 với 8 nút. Phần tử này có<br /> 3. Mô hình gối cách chấn vàhình hóa vật liệu siêu đàn hồi và ứng xử biến dạng lớn của vật liệu. Sợ<br /> tải trọng<br /> cường được mô hình bằng phần tử khối SOLID46 với 8 nút và có khả n<br /> Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết với kích thước nêu trên được khảo sát ứng xử ngang<br /> 3 một tấm. Chú ý rằng phần tử sợi cacbon được<br /> chịu đồng thời tải trọng thẳng nhiều<br /> đứng cólớp<br /> giámỏng<br /> trị khôngtrong<br /> đổi và chuyển vị ngang vòng lặp dạng hàm điều<br /> 0 phương<br /> hướng<br /> hòa hình sin có giá trị độ lớn tăng dầnvuông góc<br /> đến 2,0t r (0<br /> bằng và 900)pháp<br /> trongmômột lớpsố<br /> phỏng như<br /> sử miêu tả trong<br /> dụng phần mềmHình 2. Ha<br /> kết cấu ANSYS v.14.0. dày (coi như rất cứng) được mô hình ở đáy và đỉnh gối, để mô phỏng<br /> 3.1. Lựa chọn loại phần tử móng và phần thân công trình, cũng được mô hình bằng phần tử SOLID18<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. Phần<br /> tử này có khả năng mô hình hóa vật liệu siêu<br /> đàn hồi và ứng xử biến dạng lớn của vật liệu. Sợi<br /> cacbon gia cường được mô hình bằng phần tử khối<br /> SOLID46 với 8 nút và có khả năng mô hình nhiều<br /> lớp mỏng trong một tấm. Chú ý rằng phần tử sợi<br /> cacbon được đan theo hai hướng vuông góc (0◦ và<br /> 90◦ ) trong một lớp như miêu tả trong Hình 2.Hình<br /> Hai 2. Các lớp<br /> Hình và phương<br /> 2. Các của sợi<br /> lớp và phương củacacbon trong<br /> sợi cacbon gối U-FREI<br /> trong<br /> gối U-FREI<br /> tấm đế thép dày (coi như rất cứng) được môU-FREI<br /> Do gối hình đặt trực tiếp lên trên phần đài móng và dưới phần th<br /> (các bệ đỡ) mà không có bất kì liên kết vật lý nào nên khi mô hình gối U<br /> phần mềm ANSYS 83 các phần tử tiếp xúc mặt-tới-mặt được sử dụng. Phầ<br /> CONTA173 được dùng để định nghĩa cho các mặt của lớp cao su ngoài c<br /> cao su tiếp xúc với phần đài móng và phần thân công trình) và phần<br />  Việt, V. Q., Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng<br /> <br /> ở đáy và đỉnh gối, để mô phỏng cho phần đài móng và phần thân công trình, cũng được mô hình bằng<br /> phần tử SOLID185.<br /> Do gối U-FREI đặt trực tiếpTạp lênchítrên phần đài móng và dưới phần thân công trình (các bệ đỡ) mà<br /> Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE<br /> không có bất kì liên kết vật lý nào nên khi mô hình gối U-FREI trong phần mềm ANSYS các phần<br /> tử tiếp xúc mặt-tới-mặt được sử dụng. Phần tử tiếp xúc CONTA173 được dùng để định nghĩa cho các<br /> mặt của lớp cao Cácsuthôngngoàisốcùng<br /> vật liệu<br /> (mặtcho màtrong<br /> cao su Bảng<br /> tiếp1xúcđược vớisửphần<br /> dụngđài để móng<br /> mô hình và trong<br /> phần thânANSYS. công trình)<br /> Cao su trong gối U-FREI có ứng xử phi tuyến khi chịu<br /> và phần tử tiếp xúc TARGE170 được dùng để định nghĩa cho các mặt của hai đế thép ở vị trí chuyển vị lớn nên được môtiếp xúc<br /> hìnhchấn.<br /> với gối cách bằng Mô mô hình<br /> hình vật<br /> maliệu siêu đàn hồi<br /> sát Coulomb đượcvà mô hình để<br /> sử dụng vậttruyền<br /> liệu đàn lựcnhớt.<br /> cắt từVậtcác<br /> liệu<br /> mặt đàntiếphồixúc đến<br /> siêu cao dùng để mô phỏng<br /> các mặt mục tiêu với hệ số ma sát bằng 0,85. các vật liệu có thể chịu biến dạng đàn hồi lớn mà vẫn phục<br /> hồi được. Vật liệu giống như cao su và nhiều vật liệu polymer khác thuộc loại này. Vật<br /> 3.2. Mô liệu<br /> hìnhsiêu<br /> vật đàn<br /> liệu hồi có độ cứng thay đổi theo mức độ của ứng suất. Các nghiên cứu [8,9]<br /> cho thấy<br /> Các thông sử dụng<br /> số vật mô trong<br /> liệu cho hình Ogden<br /> Bảng 13-termđược sử vàdụng<br /> mô hìnhđể mô ứnghìnhxử trong<br /> cắt đàn nhớt đểCao<br /> ANSYS. mô su hình trong gối<br /> U-FREI chocó ứng<br /> vật liệu cao su trong gối cách chấn là tương đối phù hợp. Trong nghiên cứu này,siêu đàn<br /> xử phi tuyến khi chịu chuyển vị lớn nên được mô hình bằng mô hình vật liệu<br /> hồi và mô caohình<br /> su vật<br /> cũng liệu đànmô<br /> được nhớt. Vậtbằng<br /> hình liệu đàn<br /> mô hìnhhồi siêu<br /> Ogdencao 3-term<br /> dùng đểvàmô môphỏnghình cácứng vật<br /> xử liệu có thể chịu<br /> cắt đàn<br /> biến dạng đàn hồi lớn mà vẫn<br /> nhớt với các thông số như sau: phục hồi được. Vật liệu giống như cao su và nhiều vật liệu polymer<br /> khác thuộc loại này. Vật liệu siêu đàn hồi có độ cứng thay đổi theo mức độ của ứng suất. Các nghiên<br /> cứu [8, 9] choOgden<br /> thấy sử(3-term):<br /> dụng mô μ1hình<br /> = 1,89 × 1063-term<br /> Ogden (N/m2);vàμ2mô = 3600<br /> hình(N/m<br /> ứng xử<br /> 2<br /> ); μcắt<br /> 3 =đàn<br /> -30000<br /> nhớt(N/mđể mô<br /> 2<br /> ); hình cho<br /> vật liệu cao su trong gối cách chấn là tương<br /> α1 = 1,3 ; α2 đối = 5 phù<br /> ; αhợp. Trong nghiên cứu này, cao su cũng được mô<br /> 3 = -2 ;<br /> hình bằng mô hình Ogden 3-term và mô hình ứng xử cắt đàn nhớt với các thông số như sau:<br /> Mô hìnhµứng xử cắt đàn nhớt: 2a1 = 0,3333; t1 = 0,04; a2 = 0,3333; t2 = 100;<br /> 1 = 1,89 × 106 (N/m ); µ2 = 3600 (N/m ); µ3 = −30000 (N/m ); α1 = 1,3; α2 =<br /> 2 2<br /> - Ogden (3-term):<br /> 5; α3 = −2;<br /> 3.3. Tải trọng<br /> - Mô hình ứng xử cắt đàn nhớt: a1 = 0,3333; t1 = 0,04; a2 = 0,3333; t2 = 100.<br /> Ứng xử ngang của gối U-FREI được khảo sát chịu đồng thời tải trọng thẳng đứng<br /> 3.3. Tải có giá trị không đổi và chuyển vị ngang vòng lặp. Tải trọng đứng thiết kế cho gối là<br /> trọng<br /> Ứng 350 kN (tương<br /> xử ngang của gốiứngU-FREI<br /> với áp lực<br /> được thẳng<br /> khảođứng lên bề<br /> sát chịu mặtthời<br /> đồng gốitảilà 5,6<br /> trọng MPa),<br /> thẳngkhông<br /> đứngđổi trong<br /> có giá trị không<br /> đổi và chuyển vị ngang vòng lặp. Tải trọng đứng thiết kế cho gối là 350 kN (tương ứng với dụng<br /> suốt quá trình điều tra. Tải trọng thẳng đứng đại diện cho lực dọc tại chân cột tác áp lực thẳng<br /> đứng lênvào gối cách<br /> bề mặt gối làchấn. Chuyểnkhông<br /> 5,6 MPa), vị ngang đổi theo<br /> trongphương<br /> suốt quá X dạng<br /> trình hàm<br /> điều điều hòatrọng<br /> tra. Tải hình sinthẳngtheo đứng đại<br /> diện choquylực định<br /> dọc tại trong<br /> châncáccột<br /> tiêu<br /> tácchuẩn<br /> dụng hiện hànhcách<br /> vào gối [10,11]<br /> chấn.vềChuyển<br /> công trình cách chấn<br /> vị ngang theo đáy,<br /> phương hai vòng<br /> X dạng hàm<br /> điều hòachohìnhmộtsin độtheolớnquychuyển vị, được<br /> định trong các gán<br /> tiêu vào<br /> chuẩnphần hiệnđếhành<br /> thép[10,phía11]trênvềcủacông gốitrình<br /> cáchcách<br /> chấn. chấn đáy,<br /> hai vòngChuyển<br /> cho mộtvịđộngang vòng lặp<br /> lớn chuyển vị,ởđượcmột gánđộ lớnvàochuyển<br /> phần đế vị thép<br /> đượcphía miêutrêntả như<br /> của Hình<br /> gối cách3. Chu<br /> chấn. kỳChuyển<br /> vị ngangcủavòng lặp ở một độ lớn chuyển vị được miêu tả như Hình 3.<br /> chuyển vị ngang lấy bằng T = 1s (hay tần số f = 1 Hz) là phù hợp với chu kỳ trội Chu kỳ của chuyển vị ngang lấy<br /> bằng T =của s (hay<br /> 1 lịch sử tần số fvị=thường<br /> chuyển 1 Hz) xảy là phù hợpvới<br /> ra đối vớicácchucông<br /> kỳ trội<br /> trìnhcủadânlịch<br /> dụng sửtrung<br /> chuyển và vị<br /> thấpthường<br /> tầng xảy ra<br /> đối với các<br /> trong thực tế. Giá trị độ lớn chuyển vị ngang được tăng dần từ 0 mm đến 180 ngang<br /> công trình dân dụng trung và thấp tầng trong thực tế. Giá trị độ lớn chuyển vị mm được<br /> tăng dần(2,0t<br /> từ 0 mm đến 180 mm<br /> ). Phần chân đế thép phía<br /> (2,0t ). Phần chân đế<br /> r dưới được giữ cố định. thép phía dưới được giữ cố định.<br /> r<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Chuyển vị ngang ở một giá trị độ lớn gán vào gối U-FREI<br /> <br /> 84<br /> <br /> 5<br />  (Font chữ<br /> (Font trong<br /> chữ hình<br /> trong Times<br /> hình New<br /> Times Roman,<br /> New không<br /> Roman, viết<br /> không đậm)<br /> viết đậm)<br /> <br /> 3.4. Kích<br /> 3.4. thước<br /> Kích lưới<br /> thước chia<br /> lưới phần<br /> chia tử tử<br /> phần<br /> ẢnhẢnh hưởng<br /> hưởng củacủakích<br /> kích<br /> Việt, thước<br /> V. thước<br /> Q., lưới<br /> Thuyết, N. chia<br /> lưới Tạpphần<br /> V. /chia chíphầntửhọc<br /> Khoa đến<br /> tử đếnkết<br /> Công quả<br /> kết<br /> nghệ quả<br /> Xây phân<br /> phân<br /> dựng tích<br /> tíchứngứngxửxửngang<br /> ngang<br /> củacủa<br /> gối U-FREI<br /> 3.4.gối U-FREI<br /> Kích<br /> được<br /> được<br /> thước lưới<br /> phân<br /> chiaphân<br /> tích<br /> phần tử<br /> thông<br /> tích thông qua quababa cách<br /> cáchchiachiasau:<br /> sau:(a)(a)kích<br /> kích thước<br /> thước lưới<br /> lưới chia<br /> chia lớn;<br /> lớn;<br /> (b)(b)<br /> kíchkíchthước<br /> thước chia<br /> chianhỏnhỏvàvà (c)(c)<br /> kích<br /> kích thước<br /> thước lưới<br /> lưới chia<br /> chiarấtrất<br /> nhỏ.<br /> nhỏ. Trong<br /> Trong cảcảbabacáchcáchchiachianày,này,<br /> Ảnh hưởng của kích thước lưới chia phần tử đến kết quả phân tích ứng xử ngang của gối U-FREI<br /> cáccác<br /> lớplớp<br /> được caocao<br /> phân su đều<br /> su<br /> tích đềuđược<br /> thông được chia<br /> qua ba theo<br /> chia<br /> cách theo<br /> chia cả phương<br /> cả<br /> sau: phương<br /> (a) chiều<br /> kích thướcchiều dày<br /> lưới dày vàlớn;<br /> chia vàphương<br /> (b) kíchnằm<br /> phương nằmngang;<br /> thước nhỏcác<br /> ngang;<br /> chia vàcáclớp<br /> (c) lớp<br /> sợisợi<br /> cacbon<br /> cacbon<br /> kích thướcdolưới<br /> docóchia<br /> chiều<br /> có chiềudày<br /> rất nhỏ. dàykhákhá<br /> Trong mỏng<br /> cảmỏng (0,55<br /> ba cách chiamm)<br /> (0,55 mm)<br /> này, nên<br /> các nênchỉ<br /> lớp chỉ<br /> caochia<br /> chia<br /> su theo<br /> đều theo<br /> đượcphương<br /> phương<br /> chia theonằm<br /> nằm<br /> cả ngang,<br /> ngang,<br /> phương<br /> chiều dày và phương nằm ngang; các lớp sợi cacbon do có chiều dày khá mỏng (0,55 mm) nên chỉ<br /> phương<br /> phương chiều<br /> chia theochiều<br /> dày nằm<br /> phươngdày<br /> không<br /> không chia.<br /> ngang, chia.<br /> Theo<br /> phươngTheo<br /> đó,dày<br /> chiều đó,<br /> ở không<br /> cách<br /> ở cách chia<br /> chia<br /> chia.<br /> (a),<br /> Theo<br /> (b),ở (c)<br /> (a),<br /> đó,(b), (c)các<br /> cách cáclớp<br /> chia lớp<br /> (a),<br /> cao(c)sucác<br /> (b),cao suvàlớp<br /> vàsợisợi<br /> cacbon<br /> cacbon<br /> cao suchia<br /> chia<br /> và theo<br /> sợi phương<br /> theo<br /> cacbonphương nằm<br /> chia theo nằm ngang<br /> phươngngang kích<br /> nằm kíchthước<br /> ngang kích lần<br /> thước lầnlượt<br /> thước lượt<br /> lần là là10<br /> lượt là10mm,<br /> 10 mm,8 88<br /> mm, mm,mm,66 mm;<br /> mm, 6mm;<br /> mm; vàvàvà<br /> phương<br /> phương<br /> phương chiều<br /> chiều<br /> chiều dày<br /> dày<br /> dàycủacủa<br /> của cáclớp<br /> các các lớp<br /> cao<br /> lớpcao<br /> sucao susu<br /> chia chia<br /> thành<br /> chia2thành<br /> phần.<br /> thành 2 phần.<br /> Mô 2hình<br /> phần. Mô<br /> gối Môhình<br /> U-FREI hình gối<br /> đã chia<br /> gối U-FREI<br /> phần<br /> U-FREI đãđãchia<br /> tử theo bachia<br /> cách chia trên được thể hiện như Hình 4.<br /> phần<br /> phầntử tử<br /> theo<br /> theobaba cách<br /> cáchchia<br /> chia trên<br /> trênđược<br /> được thểthểhiện<br /> hiệnnhư nhưHình<br /> Hình 4. 4.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE<br /> <br /> (a)(a) Kích<br /> Kích thước<br /> thước lưới<br /> lưới chia<br /> chia lớnlớn<br /> (a) Kích thước lưới chia lớn<br /> (b)(b)(b) Kích thước lưới chia vừa<br /> Kích<br /> Kích thước<br /> thước lưới<br /> lưới chia<br /> chia vừa<br /> vừa<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 6 6<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (c) Kích thước lưới chia rất nhỏ<br /> (c) Kích thước lưới chia rất nhỏ<br /> Hình 4. Kích thước các cách chia lưới gối U-FREI<br /> Hình 4. Kích thước các cách chia lưới gối U-FREI<br /> Kết quả chuẩn hóa ứng suất (tức là tỷ85số ứng suất với áp lực thẳng đứng) S33/p ở<br /> lớp cao su và lớp sợi cacbon ở khoảng giữa chiều dày gối U-FREI theo phương chuyển<br /> vị tại độ lớn 135 mm (1,50tr) của chuyển vị ngang được thể hiện trong các Hình 5 và 6.<br />  Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE<br /> <br /> <br /> Kết quả chuẩn hóa ứng suất (tức là tỷ số ứng suất với áp lực thẳng đứng) S33/p ở<br /> lớp cao su và lớp sợi cacbon ở khoảng giữa chiều dày gối U-FREI theo phương chuyển<br /> vị tại độ lớn 135Việt, mmV.(1,50t r) của<br /> Q., Thuyết, N. chuyển<br /> V. / Tạp chívịKhoa<br /> nganghọc được thể Xây<br /> Công nghệ hiệndựng<br /> trong các Hình 5 và<br /> 6.quả<br /> Kết Trong cáchóa<br /> chuẩn hìnhứng này,<br /> suấtchuẩn<br /> (tức làhóa chiều<br /> tỷ số ứng rộng là tỷ<br /> suất với áp lệ<br /> lựcgiữa<br /> thẳngvị đứng)<br /> trí củaS điểm đang xét với<br /> 33 /p ở lớp cao su và lớp<br /> sợi cacbon ở khoảng giữa chiều dày gối U-FREI theo phương chuyển vị tại độ lớn 135 này<br /> chiều rộng gối U-FREI theo phương của chuyển vị ngang. Kết quả từ các hình mmcho(1,50tr )<br /> thấy rằng<br /> của chuyển ứng được<br /> vị ngang suất trong lớptrong<br /> thể hiện cao các<br /> su ởHìnhgiữa5chiều dày gối<br /> và 6. Trong cácU-FREI<br /> hình này,theo phương<br /> chuẩn chuyển<br /> hóa chiều rộng là<br /> tỷ lệ giữa vị trí của<br /> vị ngang điểm<br /> tại độ lớnđang<br /> 135 xét<br /> mmvới có chiều<br /> dạng rộng<br /> biểu gối<br /> đồ vàU-FREI<br /> giá trịtheo<br /> tương phương<br /> tự như của chuyển<br /> nhau với vị<br /> cácngang.<br /> cách Kết<br /> quả từchia<br /> các hình<br /> lưới khác nhau. Tuy nhiên, ứng suất trong lớp sợi cacbon ở giữa chiều dày gối phương<br /> này cho thấy rằng ứng suất trong lớp cao su ở giữa chiều dày gối U-FREI theo U-<br /> chuyển vị ngang tại độ lớn 135 mm có dạng biểu đồ và giá trị tương tự như nhau với các cách chia<br /> FREI theo phương chuyển vị ngang tại độ lớn 135 mm có giá trị đỉnh ứng suất nén<br /> lưới khác nhau. Tuy nhiên, ứng suất trong lớp sợi cacbon ở giữa chiều dày gối U-FREI theo phương<br /> chuyểntheo các cách<br /> vị ngang chia<br /> tại độ lớnkhác<br /> 135 mm nhaucólàgiágầntrị như<br /> đỉnh nhau,<br /> ứng suấtchỉnén<br /> khác<br /> theovềcác<br /> dạngcáchbiểu<br /> chiađồ; trong<br /> khác nhauđó,<br /> là gần<br /> dạng biểu đồ của cách chia lưới (c) là mịn và trơn nhất. Các dạng biểu đồ<br /> như nhau, chỉ khác về dạng biểu đồ; trong đó, dạng biểu đồ của cách chia lưới (c) là mịn và trơn nhất. ứng suất của<br /> cáchbiểu<br /> Các dạng chiađồlưới<br /> ứng(c)suất<br /> tương<br /> củađối<br /> cáchphù hợp<br /> chia với(c)<br /> lưới cáctương<br /> kết quả<br /> đối phân<br /> phù hợptíchvới<br /> ứngcácsuất<br /> kếtvềquả<br /> gốiphân<br /> U-FREI<br /> tích ứng<br /> suất vềcủa<br /> gốicác nghiên cứu [12,13]. Vì vậy, cách chia lưới phần tử (c) được chọn sử dụng<br /> U-FREI của các nghiên cứu [12, 13]. Vì vậy, cách chia lưới phần tử (c) được chọn sử dụng<br /> trong nghiên cứu này.<br /> trong nghiên cứu này.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình Hình 5. Chuẩn<br /> 5. Chuẩn suấtTạp<br /> hóa ứnghóa S 33chí<br /> ứng /p Khoa<br /> suất S33học<br /> ở lớp caoởCông<br /> /p sulớp nghệ<br /> cao<br /> giữa Xây<br /> su<br /> chiều dựng<br /> giữa<br /> dày NUCE<br /> chiều<br /> gối dày theo<br /> U-FREI gối U-FREI theo vị<br /> phương chuyển<br /> phương chuyển vị tại độ lớn 135 mm theo các cách chia khác nhau<br /> tại độ lớn 135 mm theo các cách chia khác nhau<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình Hình 6. Chuẩn<br /> 6. Chuẩn hóa ứnghóa<br /> suấtứng suấtở lớp<br /> S 33 /p S33/p<br /> sợiởcacbon 7giữa<br /> lớp sợi cacbon<br /> chiều giữa chiều<br /> dày gối dày theo<br /> U-FREI gối U-FREI theo vị<br /> phương chuyển<br /> tại độ lớn 135 mm theo các cách chia khác nhau<br /> phương chuyển vị tại độ lớn 135 mm theo các cách chia khác nhau<br /> Với cách chia lưới phần tử (c), lớp sợi cacbon chia lưới theo phương nằm ngang kích thước là 6<br /> Với cách chia lưới phần tử (c), lớp sợi cacbon chia lưới theo phương nằm ngang<br /> 86 là 0,55 mm, tỷ lệ giữa chiều dài nhất và<br /> kích thước là 6 mm, theo chiều dày kích thước<br /> chiều ngắn nhất của phần tử là xấp xỉ 10,1 lần. Tỷ lệ này tuy lớn nhưng vẫn có thể<br /> chấp nhận được trong phân tích mô hình số. Do bài toán trong nghiên cứu này phân<br /> tích vật liệu làm việc trong miền phi tuyến và phân tích động nên yêu cầu về cấu hình<br />  Việt, V. Q., Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng<br /> <br /> mm, theo chiều dày kích thước là 0,55 mm, tỷ lệ giữa chiều dài nhất và chiều ngắn nhất của phần tử<br /> là xấp xỉ 10,1 lần. Tỷ lệ này tuy lớn nhưng vẫn có thể chấp nhận được trong phân tích mô hình số. Do<br /> bài toán trong nghiên cứu này phân tích vật liệu làm việc trong miền phi tuyến và phân tích động nên<br /> yêu cầu về cấu hình thiết bị và thời gian phân tích là tương đối lớn. Vì vậy, có thể coi cách chia lưới<br /> phần tử (c) là hợp lý, phù hợp nhất trong ba cách chia cho phân tích bài toán ở nghiên cứu này.<br /> <br /> 3.5. Sự tách lớp giữa các lớp cao su và sợi cacbon trong gối U-FREI<br /> Đối với các gối cách chấn đa lớp thông thường, liên kết giữa các lớp lá thép với các lớp cao su<br /> cần có kỹ thuật/công nghệ sản xuất và chất kết dính đặc biệt để trong quá trình làm việc gối cách<br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE<br /> chấn không bị tách lớp. Ở gối cách chấn dạng này, chiều dày lớp lá thép cũng lớn hơn chiều dày lớp<br /> sợi trong gối FREI nên việc tách lớp giữa các lớp lá thép và lớp cao su có thể xảy ra ở các chuyển vị<br /> ngang có giá trị nhỏ. nén này. Chuyển vị ngang vòng lặp có giá trị độ lớn tăng dần từ 20 mm<br /> Tuy nhiên, đối với gối U-FREI, chiều dày lớp sợi là tương đối nhỏ (trong nghiên cứu này chiều<br /> vòng lặp cho mỗi giá trị độ lớn của chuyển vị (như Hình 3). Trong thí<br /> dày một lớp sợi cacbon là 0,55 mm), liên kết giữa các lớp sợi với các lớp cao su có độ bám dính tốt<br /> hơn nhiều so với liên kết giữachuyển vịthép<br /> ngang lớn lớp<br />