Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
SỰ PHỤC HỒI MULLINS EFFECT
TRONG CAO SU CÓ ĐỘ CẢN CAO
Nguyễn Anh Dũng
Trường Đại học Thủy lợi, email: dung.kcct@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG cứu đối với ứng xử của các vật liệu cao su
Việc sử dụng cách chấn đáy đã được [8]. Trong nghiên cứu này, sự phục hồi của
chứng minh là một kỹ thuật rất hữu hiệu để Mullins effect trong các mẫu cao su có độ
bảo vệ kết cấu công trình khỏi động đất. Có cản cao đã chất tải được nghiên cứu dưới các
hai mục đích chính của của việc sử dụng các thí nghiệm tải tam giác. Kết quả thí nghiệm
thiết bị cách chấn là nhằm dịch chuyển chu được phân tích dưới dạng ba tham số là ứng
kỳ dao động riêng và hấp thụ năng lượng cho suất lớn nhất, hằng số hấp thụ năng lượng
công trình [1]. Gần đây có gối cao su có độ tương đương và mô đun cắt tương đương của
cản cao (high damping rubber bearings- cao su.
HDRB) được sử dụng rộng rãi ở Nhật Bản do
đặc tính hấp thụ năng lượng của chúng được 2. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
gia tăng [2, 3]. Tuy niên cao su nói chung và 2.1. Mẫu thí nghiệm và máy thí nghiệm
cao su có độ cản cao nói riêng được biết đến
có đặc tính gọi là Mullins effect [4], đây là Mẫu thí nghiệm gồm 2 lớp cao su dày
ứng xử mà ứng suất của gối bị mềm hóa sau 4mm có diện tích 25x25mm được dán chặt
vòng chất tải đầu tiên và làm ứng xử vòng với 3 thanh thép tạo thành một khuôn mẫu
đầu tiên rất khác các vòng còn lại. như hình 1. Các thí nghiệm này được được
Trong các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn tiến hành trên một máy thí nghiệm được điều
hiện nay [5, 6], HDRB được mô tả dưới khiển bằng máy tính như Hình 2.
dạng mô hình song tuyến tính, các tham số
của mô hình này được xác định từ số liệu
thí nghiệm trên các mẫu HDRB đã được
chất tải trước để loại hiện tượng Mullins
effect ra khỏi các ứng xử cơ học khác của
HDRB (Mullins effect được cho rằng chỉ
xuất hiện ở các mẫu cao su nguyên gốc và
không xuất hiện trong các mẫu đã bị chất
tải trước). Tuy nhiên đã có nghiên cứu
trước đã chỉ ra, Mullins effect có khả năng
phục hồi theo thời gian trong các mẫu đã
được chất tải [7]. Sự phục hồi này có thể sẽ
ảnh hưởng tới sự làm việc của hệ kết cấu có
sử dụng HDRB khi chịu động đất.
Mặc dù Mullins effect đã được nghiên cứu
hơn 60 năm qua, nhưng nó vẫn được ghi
nhận là một đặc tính khó khăn trong nghiên Hình 1. Mẫu thí nghiệm
57
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
Hình 2. Máy thí nghiệm
2.2. Thí nghiệm chất tải tam giác (a)
Sơ đồ chất tải bảo gồm 10 vòng tải dạng
tam giác với biên độ chất tải là 100% được
mô tả như Hình 3. Sẽ có ba mẫu được sử
dụng trong thí nghiệm và cách thức thí
nghiệm được tiến hành là tác dụng 10 vòng
tải tam giác lên cả ba mẫu sau đó sẽ tác dụng
lại 10 vòng tải này sau 1 ngày, 1 tuần và 3
tuần. Để cho dễ phân biệt sơ đồ chất tải của 2
lần được sẽ lệch nhau 1 giây trong Hình 3.
(b)
Hình 3. Vòng tải tam giác
3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN
TÍCH THAM SỐ
3.1. Kết quả thí nghiệm (c)
Hình 4 thể hiện phản ứng ứng suất thu Hình 4. So sánh ứng suất thu được từ thí
được của thí nghiệm đầu tiên và thí nghiệm nghiệm ban đầu với thí nghiệm lặp lại sau:
lập lại sau 1 ngày, 1 tuần và 3 tuần. (a) 1 ngày (b) 1 tuần (c) 3 tuần
58
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
Từ Hình 4 cho thấy, biên độ ứng suất của 4. KẾT LUẬN
thí nghiệm lập lại sau 1 tuần gần sát với biên
Sự phục hồi của Mullins effect trong cao
độ ứng suất của thí nghiệm đầu tiên, điều này
su có độ cản cao được nghiên cứu thông qua
ngụ ý là Mullins effect có thể phục hồi gần
một loạt các thí nghiệm chất tải dạng tam
như hoàn toàn sau 1 tuần. Sự sai khác giữa
giác. Các kết quả thí nghiệm cho thấy sự
hai thí nghiệm giảm dần khi so sánh từ thí
phục hồi này xảy ra ngay sau một ngày chất
nghiệm sau 1 ngày, sau 1 tuần và sau 3 tuần,
tải và sau ba tuần thì sự phục hồi này vẫn
điều này thể hiện sự phục hồi theo thời gian
diễn ra. Điều đó cho thấy sự hồi phục của
của Mullins effect.
Mullins effect diễn ra rất nhanh nhưng trong
3.2. Phân tích kết quả thí nghiêm một thời gian dài nó vẫn chưa kết thúc.
Trong nghiên cứu này, ngoài so sánh về sự Ngoài ra sự phục hồi này của Mullins effect
giảm phản ứng ứng suất của các mẫu thí còn được thể hiện thông qua ba tham số là tỷ
nghiệm, sự phục hồi của Mullins effect còn số ứng suất lớn nhất, hằng số hấp thụ năng
được thể hiện thông qua ba tham số động lực: lượng tương đương, và mô đun cắt tương
biên độ ứng suất, hằng số hấp thụ năng lượng đương của cao su. Kết quả cho thấy sau một
tương đương - hB và mô đun cắt tương đương ngày các tham số này đã hồi phục hơn 80%,
- GB. Trong đó biên độ ứng suất được xác tuy nhiên sau ba tuần thì các tham số vẫn chưa
định là giá trị ứng suất trong từng thí nghiệm, hồi phục hoàn toàn và đạt trên 90%.
hB được xác định thông qua công thức (1) và 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Geq được xác định thông qua công thức (2).
ΔW [1] Yoshida, J., Abe, M., Fujino, Y. Constitutive
hB = (1) model of high-damping rubber materials.
2π W Journal of engineering mechanics, 130(2),
Trong đó ΔW là năng lượng hấp thụ trong 1 129-141 (2004).
chu trình, W là năng lượng biến dạng đàn hồi. [2] Yamamoto, M., Minewaki, S., Yoneda, H.,
+ − Higashino, M. Nonlinear behavior of
τ max − τ max high damping rubber bearings under
Geq = + − (2)
γ max − γ max horizontal bidirectional loading: full scale
tests and analytical modeling. Earthquake
+
Trong đó τ max và τ max là ứng suất cắt
−
Engineering & Structural Dynamics, 41(13),
+ − 1845-1860 (2012).
dương và âm lớn nhất, γ max và γ max là biến [3] Nguyen, D.A., Dang, J., Okui, Y., Amin,
dạng cắt dương và âm lớn nhất tương ứng A.F.M.S., Okada, S., Imai, T. “An improved
trong 1 chu trình. rhe-ology model for the description of the
Bảng 1 thể hiện sự phục hồi của các tham rate-dependent cyclic behavior of high
số này. Ba tỷ số này được so sánh giữa các damping rub-ber bearings”. Soil Dynamics
giá trị của thí nghiệm đầu tiên và thí nghiệm and Earthquake Engineering, 77, 416-431
lặp lại sau các khoảng thời gian đã nói ở trên. (2015).
Sau 1 ngày cả ba tham số đều phục hồi hơn [4] Mullins L. Softening of rubber by
80% và sau ba tuần thì đều trên 90%. deformation. Rubber Chemistry and
Technology, 42, 339-362 (1969).
Bảng 1. Sự phục hồi của các tham số [5] American association of state highways and
Tỷ lệ phục hồi Một Một transportation officials-AASHTO. 3rd
Ba tuần Edition. Washington DC: Guide
(%) ngày tuần
Specification for Seismic Isolation Design
Tỷ số ứng suất 88.90 94.81 97.43 (2010).
hB 82.69 84.50 90.34 [6] Japan road association-JRA: Specifications
Geq 86.64 97.98 98.64 for highway bridges. Part V: seismic design.
Tokyo: Maruzen (2004).
59
nguon tai.lieu . vn
