Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
SO SÁNH ỨNG XỬ NGANG CỦA GỐI CÁCH CHẤN ĐÀN HỒI
CỐT SỢI LIÊN KẾT VÀ KHÔNG LIÊN KẾT
Ngô Văn Thuyết
Trường Đại học Thủy lợi, email: thuyet.kcct@tlu.edu.vn
1. ĐẶT VẤN ĐỀ đỉnh gối đã được loại bỏ. Gối U-FREI được
đặt trực tiếp lên trên phần đài móng và dưới
Trong kỹ thuật giảm chấn, nhiều phương
pháp đã được sử dụng như phương pháp phần thân công trình mà không cần bất kì
giảm chấn chủ động, giảm chấn bán chủ động một liên kết nào. Do đó, gối U-FREI được
và giảm chấn thụ động. Giảm chấn thụ động gọi tên là gối cách chấn không liên kết.
là phương pháp giảm chấn mà nguồn năng Hình 1 thể hiện sự làm việc của các gối B-
lượng hoạt động của các thiết bị giảm chấn FREI và gối U-FREI khi chịu chuyển vị
được lấy từ chính năng lượng dao động của ngang. Khi gối B-FREI làm việc, các lớp cao
bản thân công trình. Năng lượng động đất có su ngoài cùng luôn tiếp xúc với phần móng
thể tiêu tán nhờ biến dạng dẻo, ma sát hoặc và phần thân công trình (do được liên kết
hệ số cản nhớt của thiết bị giảm chấn. Gối bằng bulông giữa phần đế thép và công trình,
cách chấn đáy là một loại thiết bị giảm chấn Hình 1a). Ngược lại, ở gối U-FREI các lớp
của phương pháp giảm chấn thụ động. cao su này có một phần tách rời (không liên
Gối cách chấn đa lớp thông thường được kết) với phần móng và phần thân công trình
cấu tạo từ các lớp cao su mỏng và các lớp lá (Hình 1b). Hiện tượng biến dạng này gọi là
biến dạng cuộn. Biến dạng cuộn là một đặc
thép xen kẹp, gắn kết với nhau; có hai phần
trưng cơ bản của gối U-FREI.
đế thép dày ở phần đáy và phần đỉnh để liên
kết với phần móng và phần thân công trình
thông qua liên kết bulông. Các gối này
thường nặng và đắt tiền nên thường được sử
dụng cho các tòa nhà cao tầng có tầm quan
trọng cao ở các nước phát triển. Gối cách
chấn đàn hồi cốt sợi liên kết (bonded fiber (a) Gối B-FREI
reinforced elastomeric isolator, gọi tắt là gối
B-FREI) là một loại gối cách chấn đa lớp mới
trong nỗ lực giảm trọng lượng và giá thành
của gối. Gối B-FREI có cấu tạo tương tự như
gối đa lớp thông thường nhưng các lớp lá (b) Gối U-FREI
thép được thay thế bằng các lớp sợi, thường
là sợi cacbon. Để giảm hơn nữa trọng lượng, Hình 1. Biến dạng của các loại gối FREI
giá thành và đơn giản trong thi công, gối cách khi chịu chuyển vị ngang
chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết (un- Một số nghiên cứu về ứng xử ngang của
bonded fiber reinforced elastomeric isolator, gối U-FREI đã được thực hiện như Nezhad
gọi tắt là gối U-FREI) đã được phát triển. Gối và cs (2011), N.V. Thuyết (2018),... Ở Việt
U-FREI có cấu tạo tương tự như gối B-FREI Nam, tác giả N.V. Thuyết và P.T. Hiền
nhưng hai phần đế thép dày ở phần đáy và (2017) đã nghiên cứu về ứng xử ngang của
45
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
gối B-FREI hình vuông. Tuy nhiên, chưa có Trong mô hình gối U-FREI, các phần tử
nghiên cứu nào so sánh ứng xử ngang của gối tiếp xúc mặt - tới-mặt được sử dụng. Phần tử
U-FREI với gối B-FREI cùng kích thước. CONTA173 được dùng để định nghĩa cho
Nghiên cứu này phân tích ứng xử ngang các mặt của lớp cao su ngoài cùng và phần tử
của gối U-FREI và B-FREI bằng mô hình số. TARGE170 được dùng để định nghĩa cho các
So sánh các đặc tính cơ học của hai gối được mặt của hai đế thép ở vị trí tiếp xúc với gối
thực hiện. cách chấn. Đối với gối B-FREI, mô hình
tương tự như gối U-FREI nhưng các phần tử
2. CẤU TẠO CHI TIẾT GỐI FREI tiếp xúc được loại bỏ. Mô hình gối cách chấn
Các gối B-FREI và U-FREI có hình chiếu FREI đã chia phần tử như Hình 3.
bằng hình vuông cạnh 100mm. Gối được chế
tạo từ 19 lớp cao su mỏng xen kẹp và gắn kết
với 18 lớp sợi cacbon hai hướng. Chiều dày
mỗi lớp cao su là 5mm và mỗi lớp sợi là
0.55mm. Tổng chiều dày của gối là 104.9mm.
Mặt cắt dọc theo phương đứng của các gối
FREI được miêu tả trong Hình 2. Các thông
số về vật liệu được cho trong Bảng 1.
Hình 3. Mô hình gối FREI
3.2. Mô hình vật liệu
Cao su có ứng xử phi tuyến khi chịu
chuyển vị lớn nên được mô hình bằng mô
Hình 2. Các lớp cấu tạo của gối FREI hình vật liệu siêu đàn hồi và đàn nhớt.
Bảng 1. Vật liệu của các gối FREI 3.3. Tải trọng chi tiết
Thông số Giá trị Các gối FREI chịu đồng thời tải trọng
Mô-đun cắt của cao su, G, (MPa) 0.80 thẳng đứng và chuyển vị ngang vòng lặp. Tải
trọng thẳng đứng và chuyển vị ngang vòng
Mô-đun đàn hồi của gối, E, (GPa) 40
lặp được gán vào phần đế thép phía trên.
Hệ số poisson của gối, µ 0.20 Phần đế thép phía dưới được giữ cố định.
Trong nghiên cứu này, tải trọng thẳng
3. MÔ HÌNH CÁC GỐI FREI đứng được giữ không đổi là 12 kN. Chuyển
Ứng xử ngang của các gối FREI được vị vòng lặp được gán theo phương ngang vào
phân tích bằng phương pháp mô hình số sử phần đế thép ở đỉnh gối. Chuyển vị ngang
dụng phần mềm ANSYS v.14.0. dạng hình sin được miêu tả như Hình 4.
3.1. Lựa chọn loại phần tử
Cao su được mô hình bằng phần tử khối
SOLID185. Sợi cacbon hai hướng được mô
hình bằng phần tử khối nhiều lớp SOLID46.
Hai tấm đế thép ở đáy và đỉnh gối để mô
phỏng cho phần móng và phần thân công
trình cũng được mô hình bằng phần tử
SOLID185. Hình 4. Chuyển vị ngang gán vào các gối
46
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
4. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH nhau của chuyển vị ngang cho kết quả trong
Bảng 2. Các giá trị cho trong bảng là giá trị
4.1. Vòng lặp trễ của các gối FREI
trung bình cho mỗi độ lớn của chuyển vị.
Ứng xử phi tuyến của các gối FREI được Bảng 2. Đặc tính cơ học của các gối FREI
thể hiện qua vòng lặp trễ. Kết quả vòng lặp
trễ của các gối FREI được cho trong Hình 5. Độ lớn Gối B-FREI Gối U-FREI
chuyển vị Keffh β Keffh β
(mm) (kN/m) (%) (kN/m) (%)
10.0 89.7 12.1 88.3 12.3
20.0 86.4 12.3 76.5 12.8
30.0 83.2 12.3 66.2 13.1
40.0 79.3 12.5 56.9 13.9
50.0 74.7 12.8 46.2 15.2
60.0 70.7 13.1 39.3 16.1
Kết quả trong Bảng 2 cho thấy độ cứng
(a) Gối B-FREI ngang hiệu dụng của gối U-FREI nhỏ hơn và
hệ số cản nhớt của gối U-FREI lớn hơn giá trị
tương ứng của gối B-FREI ở cùng một độ lớn
của chuyển vị ngang.
5. KẾT LUẬN
Nghiên cứu này so sánh ứng xử ngang của
các gối B-FREI và gối U-FREI chịu đồng
thời tải trọng thẳng đứng và chuyển vị ngang
(b) Gối U-FREI vòng lặp bằng phương pháp phân tích mô
hình số. Kết quả cho thấy độ cứng ngang
Hình 5. Vòng lặp trễ của gối FREI hiệu dụng của gối U-FREI nhỏ hơn và hệ số
4.2. Đặc tính cơ học của các gối FREI cản nhớt của gối U-FREI lớn hơn giá trị
tương ứng của gối B-FREI ở cùng một độ lớn
Theo tiêu chuẩn International Building của chuyển vị ngang và càng rõ rệt hơn ở
Code (IBC-2000), độ cứng ngang hiệu dụng, những giá trị chuyển vị ngang lớn.
Keffh, của gối cách chấn ở một độ lớn của
chuyển vị ngang được tính theo công thức: 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
F − Fmin
K effh = max (1) [1] International Building Code (2000). USA.
umax − umin [2] Nezhad H.T., Tait M.J., Drysdale R.G.
trong đó, Fmax, Fmin là các giá trị lớn nhất, (2011). “Bonded versus Unbonded Strip
nhỏ nhất của lực cắt ngang. umax, umin là các Fiber Reinforced Elastomeric Isolators:
giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của chuyển vị. Finite Element Analysis”. Composite
Hệ số cản nhớt, β, được tính thông qua structures, Vol. 93, pp. 850-859.
[3] Ngô Văn Thuyết, Phạm Thu Hiền (2017).
năng lượng tiêu tán trong một chu kì chuyển “Ứng xử ngang của gối cách chấn đàn hồi
vị ngang, Wd (bằng diện tích của một vòng FREI hình vuông”, Tuyển tập HNKHTN,
lặp trễ ở hình 5) theo công thức sau: Trường Đại học Thủy lợi, (tháng 11/2017),
Wd tr. 69-71.
β = (2)
2π K eff
h
Δ 2max [4] Ngô Văn Thuyết (2018). “Nghiên cứu ứng
xử ngang của nguyên mẫu gối cách chấn đàn
trong đó, Δmax = ( umax + umin ) / 2
hồi cốt sợi không liên kết”, Tạp chí Khoa
Độ cứng ngang hiệu dụng và hệ số cản học Công nghệ Xây dựng, Đại học Xây
nhớt của các gối FREI ở các độ lớn khác dựng, số 12(6), tr. 39-48.
47
nguon tai.lieu . vn
