PHÂN TÍCH PHI TUYẾN VÀ THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN CÁC CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP

2

PHÂN TÍCH PHI TUYẾN VÀ THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN
CÁC CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP

Xuất bản bởi
Peter Fajfar and Helmut Krawinkler

Elsevier Applied Science (tên nhà cung cấp dịch vụ)
Cũng có thể dùng như một quyển sách in
Có thể thấy tiêu đề sách trong mã số sách tiêu chuẩn quốc tế (ISBN)


3
Bộ sách này bao gồm các bài báo công bố tại Hội thảo về phân tích phi tuyến và thiết kế kháng
chấn các công trình bê tông cốt thép, Bled, Slovenia, Nam Tư, từ 13-16 tháng 7 năm 1992.
Tháng 7 năm 1992.


4

PHÂN TÍCH PHI TUYẾN VÀ THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN
CÁC CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP

Xuất bản bởi
PETER FAJFAR
Trường đại học của Ljubljana, Slovenia
And
Helmut Krawinkler
Trường đại học Stanford, Hoa kỳ

Cung cấp bởi: ELSEVIER APPLIED SCIENCE
LONDON VÀ NEW YORK


5
Nhà xuất bản Elsevier Science LTD
Crown House, Linton Road, Barking, Essex IG11 8JU, England
Phiên bản này được công bố trên Taylor & Francis e-Library, 2005.
"Để mua bản sao của tài liệu này hoặc bất kỳ tài liệu nào của Taylor & Francis hoặc Routledge
của bộ sưu tập của hàng ngàn tài liệu vui lòng vào www.eBookstore.tandf.co.uk. "
Nhà phân phối độc quyền tại Mỹ và Canada
Nhà xuất bản Elsevier Science.
655 Avenue of the Americas, New York, NY 10010, USA
VỚI 21 bảng biểu và 215 hình ảnh minh họa
Nhà xuất bản Elsevier Science, 1992
Thư viện Anh biên mục trong bản dữ liệu chung
Phân tích phi tuyến và thiết kế kháng chấn các công trình bê tông cốt thép
I. Fajfar, Peter II. Krawinkler, Helmut
693.54
ISBN 0-203-21517-6 Master e-book ISBN
ISBN 0-203-27153-X (Bản đọc điện tử)
ISBN 1-85166-764-4 (Bản in)
Thư viện dữ liệu hội nghị CIP
Không chịu trách nhiệm bảo lãnh cho các nhà xuất bản với bất kỳ sai sót hoặc thiệt hại nào về
người và tài sản như một vấn đề về trách nhiệm sản phẩm, do sơ suất hay không, hay từ bất kỳ sử
dụng các ứng dụng nào của các phương pháp, sản phẩm, hướng dẫn hoặc những ý tưởng chứa
trong các tài liệu này.
Quy định đặc biệt cho độc giả ở Mỹ
Ấn phẩm này đã được đăng ký với Copyright Clearance Center Inc. (CCC), Salem,
Massachusetts. Thông tin có thể được thu nhận từ CCC về điều kiện sao chép các phần của ấn

phẩm này có thể được thực hiện ở Mỹ. Tất cả câu hỏi về bản quyền khác, bao gồm cả sao chép
bên ngoài nước Mỹ, nên được chuyển đến các nhà xuất bản.
Tất cả quyền được bảo lưu. Không có phần nào của ấn phẩm này có thể được sao chép, lưu trữ
trong hệ thống phục hồi, hoặc truyền dưới mọi hình thức hoặc bằng bất kỳ phương tiện, điện tử,
cơ khí, sao chép, ghi âm... mà không được trước sự cho phép bằng văn bản của các nhà xuất bản.


6
LỜI NÓI ĐẦU
Chuyên khảo này là một bản tóm tắt các bài viết, tập trung vào hai chủ đề chính liên quan
đến việc kháng chấn các kết cấu bê tông cốt thép:
(a) Khái niệm năng lượng và mô hình phá hoại trong phân tích và thiết kế kháng chấn
(a) Phân tích và ứng xử của nhà với kết cấu tường cứng chịu tác dụng động đất
Các bài viết này nhằm chuẩn bị cho một đánh giá trạng thái kiến thức và việc xác định các
nghiên cứu và thực hiện các nhu cầu trong tương lai về hai chủ đề này. Chúng tạo thành cơ sở
cho các cuộc thảo luận sẽ diễn ra tại một hội thảo dự kiến cho mùa hè năm 1992 và cho các
khuyến nghị để phát triển và thông tin cho cộng đồng nghiên cứu và thiết kế theo dõi xuất bản.
Người ta hy vọng rằng cả chuyên khảo và hội thảo này sẽ đóng góp vào việc đạt được các mục
tiêu của Thập kỷ Quốc tế cho giảm nhẹ thiên tai (IDNDR).
Hai chủ đề này đã được lựa chọn vì tầm quan trọng của chúng trong thiết kế kháng chấn và
sự cần thiết cho việc đánh giá và phổ biến các tiến bộ gần đây trong các khu vực. Đã từ lâu công
nhận rằng năng lượng đầu vào, năng lượng hấp thu và năng lượng tiêu tán là những yếu tố cơ bản
nhất kiểm soát hoạt động địa chấn. Đã ở cuối của tuổi ngũ tuần, GWHousner đề xuất "một kiểu
thiết kế giới hạn trong phân tích để đảm bảo rằng kết cấu có khả năng hấp thụ năng lượng để
cung cấp cho một yếu tố đủ an toàn chống lại sự sụp đổ trong trường hợp chuyển động mặt đất
cực kỳ mạnh". Năm 1960 John A.Blume, trong bài báo kinh điển của ông về các kỹ thuật dự trữ
năng lượng (2WCEE), nói rằng "với các thủ tục được nêu, những bất thường của nhiều trận động
đất lịch sử khó hiểu có thể được giải thích như thể khoảng cách giữa dữ liệu phổ đàn hồi và khả
năng chống động đất ". Tuy nhiên ngày nay, khái niệm năng lượng đã bị bỏ qua trong thiết kế
chống động đất vì sự phức tạp trong việc định lượng rõ ràng về nhu cầu năng lượng cũng như

năng lực và sự thực hiện đầy đủ của họ trong quá trình thiết kế. Các bài báo trình bày trong phần
đầu tiên của chuyên khảo này minh họa các dạng năng lượng cùng với các mô hình tích lũy thiệt
hại có thể được sử dụng để cung cấp thông tin định lượng hữu ích để đánh giá thiệt hại và thiết kế
như thế nào. Người ta hy vọng rằng một nghiên cứu của các bài báo này để lại cho người đọc với
một ấn tượng rằng thiết kế dựa trên năng lượng là một khái niệm khả thi, nhưng nó cũng thừa
nhận rằng còn nhiều việc cần phải được thực hiện để đơn giản hóa thiết kế dựa trên năng lượng
đến một mức độ có thể hữu ích cho thiết kế thực hành.
Ở nhiều quốc gia, sử dụng rộng rãi kết cấu tường cứng (tường chịu cắt) để tăng sức mạnh
và độ cứng của hệ thống chịu tải trọng ngang. Mới đây các trận động đất thường cho thấy khả
năng chịu lực tốt hơn của các tòa nhà cao tầng có chứa kết cấu tường cứng so với các tòa nhà có


7
hệ thống kết cấu thuần khung. Rõ ràng, sự nhận xét này không thể được khái quát từ những hoạt
động kháng chấn bị ảnh hưởng rất nhiều bởi sự bố trí, độ cứng và cấu tạo, cũng như bởi chế độ
biến dạng chính của tường cứng (uốn hay cắt). Mặc dù tường cứng có tầm quan trọng lớn trong
hoạt động kháng chấn từ lâu đã được công nhận, nhưng mô hình toán học của ứng xử tĩnh và
động phi tuyến của các kết cấu có chứa tường cứng chỉ đang trong giai đoạn phát triển. Phần thứ
hai của chuyên khảo này giải quyết các vấn đề quan trọng về mô hình và thiết kế cho kết cấu
tường cứng và các tòa nhà có sự tham gia của các tường cứng trong kháng chấn. Các bài báo
minh họa sự phức tạp của các vấn đề nhưng cũng đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm mục đích
đóng góp cho một dự đoán chính xác hơn về ứng xử của các tòa nhà chứa kết cấu tường cứng
chịu động đất.
Chuyên khảo này thảo luận về lựa chọn các vấn đề quan trọng trong thiết kế kháng chấn
các công trình bê tông cốt thép. Nó không yêu cầu đưa ra các giải pháp cuối cùng cho bất kỳ vấn
đề nào được nghiên cứu và có thể đề xuất câu hỏi nhiều hơn là trả lời. Mục đích của nó là để tạo
cơ sở cho hội thảo khoa học nhà nước và nghiên cứu cũng như thực hiện các nhu cầu. Độc giả
được khuyến khích trao đổi các ý kiến của mình với các tác giả hoặc biên tập sách để xem xét tại
hội thảo cho các bài báo đã được viết và được lên kế hoạch cho tháng 7 năm 1992.
Chúng tôi biết ơn sâu sắc đến các tác giả đã viết bài và chuẩn bị chu đáo cho chuyên khảo

này và đã thực hiện các cam kết tham gia vào một hội thảo quốc tế tại Bled gần Ljubljana. Hội
thảo này đã được lên kế hoạch ban đầu cho tháng sáu năm 1991 nhưng đã bị hoãn lại cho đến
mùa hè năm 1992. Chúng tôi cũng cảm ơn nhiều tới Nhà xuất bản Elsevier Science Ltd đã đồng ý
để thực hiện các ấn phẩm này giúp các bạn đọc có thể quan tâm một cách kịp thời.
Tài trợ cho hội thảo để các bài báo này được viết được cung cấp bởi Quỹ Mỹ-Yugoslav
phần Hợp tác khoa học và kỹ thuật trong liên kết với Mỹ. Quỹ Khoa học Quốc gia, Mỹ. Viện
Tiêu chuẩn và Công nghệ, Bộ Khoa học và Công nghệ của Cộng hòa Slovenia, và Học viện Khoa
học và Nghệ thuật Slovenia.
Peter Fajfar
Giáo sư Kết cấu và kỹ thuật địa chấn, Đại học Ljubljana, Ljubljana, Slovenia.
Helmut Krawinkler
Giáo sư Kỹ thuật Xây dựng, Đại học Stanford, Stanford, California, Mỹ


8
NỘI DUNG
Lời nói đầu
Khái niệm năng lượng và mô hình thiệt hại
Các vấn đề và định hướng tương lai trong việc sử dụng một phương pháp năng lượng
cho thiết kế kháng chấn công trình.
V.V.Bertero và Chia-Ming Uang
Thiết kế kháng chấn dựa trên độ dẻo, Yêu cầu và khả năng tích lũy thiệt hại
H.Krawinkler và A.A.Nassar
Theo nhu cầu và dự trữ năng lượng trong hệ SDOF
P.Fajfar, T.Vidic và M.Fischinger
Thiết kế kháng chấn các kết cấu theo kiểm soát thiệt hại
A.M.Reinhorn, S.K.Kunnath và JB.Mander
Phân tích kháng chấn các mô hình bằng khái niệm hàm thiệt hại
E.Cosenza và G.Manfredi
Yêu cầu năng lượng kháng chấn trên nhà khung bê tông cốt thép đàn dẻo

T.J.Zhu, Wai K Tso và A.C.Heidebrecht
Ứng xử của khung bê tông cốt thép dưới tác dụng của động đất mạnh
H.Akiyama và M.Takahashi
Mô hình phá hủy dựa trên nguyên lý năng lượng để phân tích động lực học đàn dẻo
khung bê tông cốt thép
C.Meyer
Khả năng phá hủy của các công trình có kết cấu tường cứng bê tông cốt thép chịu
động đất
K.Meskouris, WB.Krätzig và U.Hanskötter
So sánh các giới hạn phá hoại dùng cho thiết kế các cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn
C.A.Zeris
Ứng xử của nhà có kết cấu tường cứng
Thiết kế kết cấu tường cứng BTCT: Cân bằng độ dẻo và độ cứng
S.L.Wood
Những tiến bộ trong thiết kế kết cấu tường cứng BTCT chịu cắt dưới tác dụng của tải
trọng động đất
E.Keintzel
Cường độ kháng cắt cần thiết của tường cứng BTCT chịu cắt dưới tác dụng động đất
S.K.Ghosh
Mô hình vĩ mô dùng cho phân tích phi tuyến kết cấu tường bê tông cốt thép
A.Vulcano
Phân tích kháng chấn phi tuyến kết cấu tường cứng sử dụng mô hình nhiều phần tử
thanh thẳng đứng
M.Fischinger, T.Vidic và P.Fajfar
Mô hình phân tích mặt cắt cho ứng xử phi tuyến của cấu kiện BTCT dưới tác dụng
của tải trọng lặp

v
2

27
48
72
89
113
126
137

148

160

174
186

200
211
226

241


9
A.S.Elnashai và K.Pilakoutas
Phân tích phần tử hữu hạn phi tuyến hai chiều và ba chiều kết cấu tường cứng
M.D.Kotsovos, M.N.Pavlovićand I.D.Lefas
Mô hình phần tử hữu hạn trong phân tích kết cấu bê tông cốt thép
F.B.Damjanić
Phân tích kháng chấn phi tuyến công trình bê tông cốt thép có kết cấu khung – vách
chịu lực

H.Bachmann, T.Wenk và P.Linde
Phân tích trạng thái tới hạn kết cấu khung – vách bê tông cốt thép
J.Banovec
Ứng xử tuyến tính và phi tuyến của hệ kết cấu đúc sẵn (khung – tường cao chịu cắt)
chịu động đất
M.Čaušević
Thí nghiệm trong phòng và mô hình toán học của hệ thống tường đôi chịu cắt BTCT
trong dự báo ứng xử phi tuyến tĩnh và động với tải trọng thay đổi quanh trục trong mỗi
lần xem xét
B.Simeonov và D.Ristić
Ứng xử phi tuyến kết cấu xây dựng không đối xứng và quy định kháng chấn: Xem xét
tiến bộ nhất
A.Rutenberg
Bảng chú dẫn cộng tác viên

Khái niệm năng lượng và mô hình thiệt hại

256
272
284

296
306

316

328

357

10
CÁC VẤN ĐỀ VÀ ĐỊNH HƯỚNG TƯƠNG LAI TRONG VIỆC SỬ DỤNG MỘT
PHƯƠNG PHÁP NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN CÔNG TRÌNH
VITELMO V.BERTERO
Giáo sư Kết cấu, 783 Davis Hall, Đại học California, Berkeley, CA 94720
Giáo sư thỉnh giảng tại Đại học Stanford, Palo Alto, CA
CHIA-MING UANG
Trợ lý Giáo sư, Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Đại học Northeastern, Boston, MA 02115
TÓM TẮT
Bài viết này trình bày các kiến thức tiến tiến trong việc sử dụng các khái niệm năng lượng
trong thiết kế kháng chấn các công trình trong đó nhấn mạnh các vấn đề và định hướng tương lai
trong việc sử dụng nhiều khái niệm làm cơ sở đúng đắn của thiết kế chống động đất. Sau một
đánh giá ngắn gọn về bản chất của vấn đề động đất, trình bày nhu cầu cải tiến thiết kế kháng chấn
các kết cấu mới và cải tạo phù hợp các công trình nguy hiểm hiện tại. Điều nhấn mạnh là ở nhu
cầu và những khó khăn trong việc thực hiện thiết kế kháng chấn phi tuyến (không đàn hồi). Sự
khác biệt giữa thiết kế và phân tích được chỉ ra, và vai trò của phân tích phi tuyến trong quá trình
thiết kế được bàn luận. Tóm tắt các kiến thức tiến tiến trong việc sử dụng các khái niệm năng
lượng trong thiết kế kháng chấn các kết cấu mới và đặc biệt là trong việc lựa chọn cải tạo kháng
chấn thích hợp (hiệu quả) các công trình nguy hiểm hiện tại. Tầm quan trọng của việc dự báo
đáng tin cậy năng lượng đầu vào của trận động đất có thể xảy ra tại vị trí xây dựng của kết cấu để
lựa chọn chuyển động tới hạn (ví dụ, để thiết lập các trận động đất thiết kế phù hợp) được nhấn
mạnh. Các thông số kỹ thuật khác nhau cần thiết để thiết lập phù hợp trận động đất thiết kế được
bàn luận, kết luận rằng trong khi năng lượng đầu vào, E 1, là một thông số đáng tin cậy để lựa
chọn động đất thiết kế, nhưng một mình nó là không đủ để thiết kế phù hợp kết cấu. Đối với các
kích thước và chi tiết cụ thể của một kết cấu, nó là cần thiết để xác định phổ phản ứng không đàn
hồi nhẵn cũng như lịch sử thời gian của năng lượng tiêu tán. Việc kiến nghị cho nghiên cứu và
phát triển cần phải cải thiện việc sử dụng các khái niệm năng lượng trong xây dựng kháng chấn
được đưa ra.
GIỚI THIỆU

PHẦN TRÌNH BÀY VỀ CÁC VẤN ĐỀ. Chúng ta thừa nhận rằng hầu hết thương tích về người
và thiệt hại về kinh tế trong các trận động đất vừa hoặc mạnh là do sự thiếu khả năng của các
công trình dân dụng (đặc biệt là các tòa nhà), nhiều trong số đó được cho là đã được thiết kế và
xây dựng để chống lại các hiểm họa tự nhiên. Điều này đã được khẳng định một cách đáng kể
trong các động đất gần đây trên thế giới (động đất năm 1988 Armenia, 1989 Loma Prieta, 1990
Iran, và năm 1990 Philippines). Vì vậy, một trong những cách hiệu quả nhất để giảm thiểu những
tác hại của động đất là cải tiến các phương pháp hiện tại và / hoặc phát triển các phương pháp
thiết kế mới và tốt hơn, xây dựng, bảo trì các kết cấu mới và sửa chữa, nâng cấp các công trình
nguy hiểm hiện tại, đặc biệt là các tòa nhà.


11
Mặc dù bài viết này sẽ chỉ trình bày những vấn đề liên quan đến thiết kế kháng chấn các
kết cấu, cần lưu ý rằng, trong khi một thiết kế được nói là cần thiết, điều này là không đủ để bảo
đảm một kết cấu chống động đất thỏa đáng. Phản ứng địa chấn của kết cấu phụ thuộc vào trạng
thái của tương tác tổng thể đất – nền móng – kết cấu phần thân và hệ thống các thành phần phi
kết cấu khi động đất xảy ra, tức là, phản ứng không chỉ phụ thuộc vào kết cấu đã được thiết kế và
xây dựng như thế nào, nhưng làm thế nào nó đã được duy trì cho đến thời gian xảy ra động đất.
Một thiết kế chỉ có thể có hiệu quả nếu mô hình đã thiết kế có thể được và được xây dựng và duy
trì. Mặc dù tầm quan trọng của xây dựng và bảo trì trong việc thực hiện kháng chấn kết cấu đã
được công nhận, nhưng sự nỗ lực đã được thực hiện không đủ để cải thiện các thực hành này (ví
dụ, giám sát và kiểm tra) [1].
Trong một nỗ lực để thực hiện những cải tiến đã đề cập ở trên, các tác giả và cộng sự
nghiên cứu đã thực hiện một loạt các nghiên cứu kiểm tra các vấn đề gặp phải trong việc cải thiện
thiết kế kháng chấn các kết cấu mới và sự phát triển các phương pháp tin cậy hơn đối với cải tạo
kháng chấn các công trình nguy hiểm hiện có. Bởi vì dữ liệu cơ bản về chuyển động động đất cần
thiết để kiểm soát tin cậy chỗ yếu đánh giá của các kết cấu và công trình hiện tại và sau đó để
phát triển các chiến lược hiệu quả cho cải tạo kháng chấn các kết cấu nguy hiểm cũng giống như
yêu cầu cho thiết kế kháng chấn các kết cấu mới, chỉ có trường hợp cuối cùng này sẽ được thảo
luận trong tài liệu này với sự nhấn mạnh đặc biệt trên kết cấu nhà.

Các tri thức tiên tiến trong lý thuyết và thực hành thiết kế kháng chấn và xây dựng các tòa
nhà đã được xem xét trong một loạt các ấn phẩm gần đây của các tác giả và các đồng nghiệp của
ông [Refs. 2-4]. Tầm quan trọng của một số vấn đề mà nó đã được nghiên cứu và đề cập đến
trong các đánh giá gần đây đã được xác nhận bởi: các chuyển động mặt đất được ghi nhận trong
hai động đất chính năm 1985 (03 tháng 3 tại Chile và 19 tháng 9 tại Mexico) và Trận động đất
Loma Prieta năm 1989; kết quả thu được từ việc xử lý các hồ sơ này; hiệu quả hoạt động của các
kết cấu, đặc biệt là các tòa nhà trong trong thời gian trước và những trận động đất gần đây khác;
và kết quả của phân tích tổng hợp và những nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành gần đây.
Để nhận ra tầm quan trọng cũng như những khó khăn liên quan đến việc giải quyết các vấn đề
chung (Vấn đề) gặp phải trong thiết kế kháng chấn các kết cấu, nó là thuận tiện để xem xét ngắn
gọn những vấn đề này.
Tổng quan về các vấn đề đặc biệt thường gặp trong thiết kế kháng chấn kết cấu.
Để tiến hành hiệu quả thiết kế kháng chấn của một công trình (ví dụ, một tòa nhà), cần
phải dự đoán đáng tin cậy ứng xử động lực học của hệ thống đất – móng – kết cấu phần thân và
các thành phần phi kết cấu của cả hệ thống tòa nhà. Các vấn đề chung liên quan đến việc dự đoán
các phản ứng địa chấn của một tòa nhà được định nghĩa tượng trưng và minh họa bằng sơ đồ
trong hình 1.
Vấn đề đầu tiên là để ước lượng chính xác chuyển động mặt đất tại các nền móng của tòa
nhà, X3. Đối với một trận động đất cường độ nhất định, M L, và khoảng cách chấn tâm, R 1, có thể
thực hiện phân tích để ước lượng chuyển động mặt đất cơ bản tại vị trí xây dựng của tòa nhà, X1,
nếu biết được [X1 = f (R1, ML)]. Dự đoán X3, tuy nhiên, phải giải thích cho sự ảnh hưởng của các
lớp đất bên dưới và / hoặc xung quanh một tòa nhà. Các hiệu ứng này có thể được phân loại theo
hai nhóm: Một là liên quan đến các ảnh hưởng của các đặc tính động lực học của các lớp đất khác
nhau trên đường truyền X1 đến mặt đất tự do, được chỉ ra trong hình 1 bởi một hệ số suy giảm


12
hoặc khuếch đại, A [X2 = A.X1]; hai là liên quan đến sự tương tác giữa kết cấu và nền đất, miêu
tả tượng trưng bằng một hệ số I. Có những yếu tố không chắc chắn lớn hiện nay đối với các giá
trị thực tế của A và I, và những sai số chính có thể được giới thiệu bởi cố gắng để định lượng hai

yếu tố này bằng cách sử dụng kỹ thuật phân tích có sẵn. Ngay cả nếu X 1 có thể được dự đoán với
độ chính xác kỹ thuật, nỗ lực để xác định sự ảnh hưởng của điều kiện đất nền trên X 1 để đạt được
X2 và X3 sẽ cho kết quả trong một loạt các giá trị ước lượng. Ứng xử của đất có thể rất nhạy cảm
với các cường độ của sóng địa chấn, cũng như tốc độ biến dạng chúng có thể gây ra. Như vậy,
phân tích hoặc thiết kế sẽ không hoàn toàn dựa vào kết quả thu được từ một phân tích đơn xác
định.

Hình 1: Minh họa những vấn đề và các yếu tố tham gia vào dự đoán
ứng xử địa chấn của một công trình
Các giới hạn biến thiên có thể của A và I cũng nên được xem xét.
Vấn đề thứ hai là để dự đoán các biến dạng, X4, từ dao động tại nền móng, X3 bởi một toán
tử động lực học, D. Mặc dù đây là một biểu thức đơn giản, nhưng sự không chắc chắn liên quan
đến ước lượng thực tế X3 và D làm tăng thêm những khó khăn quan trọng trong việc đạt được
một giá trị số chính xác của X4.
Thậm chí nếu có thể dự đoán được các đặc tính cơ học của một tòa nhà, vẫn còn nhiều sự
bất ổn trong việc thiết lập sáu thành phần quan trọng của X 3, và cố gắng để dự đoán phản ứng
(cường độ và biến dạng) của tòa nhà nên xem xét trong phạm vi đầy đủ, hoặc ít nhất là giới hạn
của đặc tính động lực học của các kích thích có thể, X 3. Do các bất ổn này, các giải pháp lý tưởng
sẽ là một bảo thủ mà nó sẽ xác định các kích thích quan trọng, X 3, để xây dựng tòa nhà. Mặc dù
nó rất dễ dàng để xác định X 3 này như nó làm cho một kết cấu ứng xử tối đa của nó, xác định số


13
lượng cụ thể của nó là phức tạp hơn. Định lượng là khả thi cho ứng xử đàn hồi, nhưng là phức tạp
cho các trường hợp liên quan đến ứng xử phi tuyến.
Việc đánh giá chính xác giá trị của X 4 tại bất kỳ điểm nào trên kết cấu cần thiết lập ba
thành phần chuyển vị tiến tiến và ba thành phần chuyển vị xoay. Hơn nữa, các dự đoán của X 4
cho một tòa nhà cụ thể với một chuyển động mặt đất cụ thể phụ thuộc vào sự kết hợp ảnh hưởng
và đặc tính động lực học của tất cả các kích thích tác động vào tòa nhà. Thông thường các kích
thích chính lên một kết cấu trong một trận động đất mạnh là do: (1) các lực trọng trường, G(t),

với các ảnh hưởng kèm theo của sự thay đổi thể tích gây ra do sự dãn nở của vật liệu kết cấu, đặc
biệt là bê tông; (2) những thay đổi do điều kiện môi trường, E (t), chẳng hạn như ứng suất được
gây ra bởi sự biến thiên nhiệt độ; và (3) ít nhất ba thành phần chuyển vị tịnh tiến của chuyển động
nền móng, X3(t).
Như thể hiện trong biểu thức (1a), các đặc tính động lực học của toàn bộ hệ thống, có thể
thay đổi liên tục như các kết cấu bị biến dạng trong giới hạn không đàn hồi của nó, có thể được
tóm tắt bằng cách biểu thị chúng như các giá trị tức thời của: (1) Khối lượng, M (t); (2) Hệ số suy
giảm dao động, ξ(t); và (3) khả năng kháng, (R chống lại X 4)(t). Chúng cũng có thể được biểu
diễn minh họa như trong biểu thức (1b) bởi các giá trị tức thời của: (1) chu kỳ dao động cơ bản,
T(t); (2) Hệ số suy giảm dao động, ξ(t); (3) cường độ dẻo, Ry(t); và (4) khả năng hấp thụ và tiêu
tán năng lượng biểu thị ở tính dẻo tức thời, nó là một hàm của X4(t).

Đặc tính động lực học của
các kích động

Đặc tính động lực học của toàn bộ
hệ nền móng – toà nhà

Phân tích các thông số trong các biểu thức (1a) và (1b) chỉ ra tầm quan trọng của các vấn
đề liên quan đến dự đoán ứng xử với chuyển động mặt đất động đất. Vấn đề là phải dự đoán X 4,
X4 phải được biết. Một vấn đề khác là tất cả các thông số là hàm của thời gian, mặc dù các lực
trọng trường và các điều kiện môi trường có xu hướng gần như không đổi trong suốt thời gian
một trận động đất. Cần lưu ý rằng giá trị của ΔE(t) miêu tả không chỉ ứng suất gây ra bởi những
sự thay đổi về môi trường xảy ra trong thời gian xảy ra trận động đất tới hạn, X 3; nó còn giải
thích cho ứng suất và biến dạng hiện tại trong thời gian của trận động đất là do (1) sự thay đổi
nhiệt độ hoặc co ngót, mà nó gây ra ứng suất hoặc phá hoại, và sự suy giảm do lão hóa và ăn
mòn; (2) sự suy giảm cường độ và độ cứng gây ra trước tác hại của gió lớn, hỏa hoạn, động đất;
(3) sức mạnh và độ cứng gây ra bởi sự thay đổi công năng, sửa chữa hoặc gia cường. Từ bất kỳ
một trong các điều kiện này có thể ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử của kết cấu, các yếu tố phải
được xem xét trong xác định độ bền và khả năng biến dạng bao gồm các biến trong tải trọng và

lịch sử môi trường trong thời gian khai thác của các tòa nhà và ảnh hưởng của chúng lên các điều
kiện của kết cấu tại thời điểm xảy ra sự thay đổi đáng kể của môi trường. Điều cuối cùng, E(t)
cũng gây ảnh hưởng tới (R chống lại X4)(t).


14
Một khó khăn khác là trong trường hợp dự đoán ứng xử, X 4(t), đến chuyển động mặt đất
cực hạn (an toàn), điều này thường liên quan đến ứng xử phi tuyến (không đàn hồi). Vì vậy, nó
không thể áp dụng các nguyên lý xếp chồng và giải quyết vấn đề một cách độc lập cho mỗi kích
thích khác nhau và sau đó cộng tác dụng. Đây là một trong những lý do chính tại sao trong thực
tế các nhà thiết kế muốn đơn giản hóa dự đoán phản ứng địa chấn của một kết cấu, do đó, giới
hạn thiết kế chúng trong giới hạn đàn hồi tuyến tính của các thực tế phản ứng.
Sự khác nhau giữa phân tích và thiết kế, giữa thiết kế và xây dựng. Một thiết kế kết
cấu sơ bộ nên được tiến hành phân tích đàn hồi tuyến tính và phi tuyến (không đàn hồi) với các
mô hình tổng thể đất – móng – kết cấu phần thân. Việc nhận rõ sự khác biệt giữa phân tích và
thiết kế, đồng thời xác định những vấn đề cố hữu trong việc thiết kế kết cấu chống động đất, là
thuận tiện để phân tích các bước chính tham gia vào đáp ứng, nó có thể được gọi là phương trình
thiết kế cơ bản:
Yêu cầu/nhu cầu
≤ Khả năng/đáp ứng
Trên
Của
Độ cứng
Độ cứng
Độ bền
Độ bền
Độ ổn định
Độ ổn định
Khả năng hấp thụ và tiêu tán năng lượng
Khả năng hấp thụ và tiêu tán năng lượng

Đánh giá nhu cầu và dự đoán khả năng là không đơn giản, đặc biệt đối với các tòa nhà
chống động đất. Việc xác định nhu cầu mà nó thường được thực hiện bằng cách phân tích số các
mô hình toán học của toàn bộ hệ thống Nền đất – Móng – Kết cấu phần thân, phụ thuộc vào sự
tương tác của hệ thống này như một chỉnh thể với các kích thích khác nhau có nguồn gốc từ
những thay đổi trong môi trường hệ thống và sự tương tác nội tại giữa nhu cầu và khả năng của
bản thân nó.
Trong ba thập kỷ qua, khả năng phân tích các mô hình toán học của tòa nhà khi xảy ra
động đất đã được cải thiện đáng kể. Các chương trình máy tính phức tạp đã được phát triển và sử
dụng trong các phân tích số ứng xử địa chấn tuyến tính và phi tuyến với các mô hình kết cấu ba
chiều của một tòa nhà đối với các trận động đất giả định (động đất đầu vào). Cơ hội là chín muồi
để tận dụng lợi thế của những cải tiến này để phân tích trong thiết kế kháng chấn kết cấu. Nói
chung, tuy nhiên, các phân tích này đã thất bại trong việc dự đoán ứng xử thực của tòa nhà, đặc
biệt là tại trạng thái cực hạn. Như một hậu quả của điều này và do sự thiếu các mô hình đáng tin
cậy để dự đoán khả năng thực sự của kết cấu, đó vẫn chưa được cải thiện tương ứng trong thiết kế
các kết cấu chống động đất. Có một nhu cầu cấp thiết là phải cải thiện mô hình toán học thực sự
của công trình. Điều này đòi hỏi phải phân tích một cách đầy đủ và tiến hành nghiên cứu thực
nghiệm.
Các bộ phận và chi tiết của các phần tử kết cấu của một tòa nhà thường được thực hiện
thông qua các phương trình xuất phát từ lý thuyết cơ học môi trường liên tục hoặc sử dụng các
công thức thực nghiệm. Ngoại trừ trong trường hợp uốn thuần túy, một lý thuyết tổng quát với
các phương trình đáng tin cậy mà có thể dự đoán chính xác khả năng hấp thụ và tiêu tán năng
lượng của các phần tử kết cấu và các phần tử phi kết cấu, là không được phát triển. Cải thiện tình
trạng này sẽ đòi hỏi phải phân tích đầy đủ và nghiên cứu thực nghiệm trong lĩnh vực này (thông


15
qua thiết bị đo đạc chuyên dụng tòa nhà) và trong phòng thí nghiệm thử nghiệm thông qua việc
sử dụng các mô hình công trình chịu động đất hoặc tác động động lực học giả.
Các thông tin cần thiết để cải thiện dự báo ứng xử địa chấn của kết cấu và từ đó cần thiết
để cải thiện thiết kế của họ, có thể được nhóm theo ba yếu tố cơ bản sau đây: động đất đầu vào,

nhu cầu của kết cấu, và khả năng đáp ứng của kết cấu. Tác giả tin rằng một cách tiếp cận đầy hứa
hẹn cho việc cải thiện giải pháp các vấn đề có liên quan tới ba yếu tố này là thông qua việc sử
dụng các khái niệm năng lượng [6]. Để thấy được sự tiên tiến nhất trong việc sử dụng các khái
niệm này là một trong những mục tiêu chính của bài báo này. Do giới hạn độ dài, bài viết này sẽ
cố gắng tập trung vào sự tiên tiến nhất trong việc sử dụng phương pháp năng lượng duy nhất để
giải quyết vấn đề lựa chọn đúng đắn động đất đầu vào.
Động đất đầu vào; Thông số kỹ thuật của động đất thiết kế và tiêu chuẩn thiết kế.
Động đất thiết kế phụ thuộc vào tiêu chuẩn thiết kế, tức là trạng thái giới hạn kiểm soát thiết kế.
Dựa trên khái niệm, trận động đất thiết kế nên là chuyển động mặt đất mà nó sẽ làm cho một kết
cấu đến ứng xử tới hạn của nó. Trong thực tế, áp dụng các khái niệm đơn giản này lại gặp những
khó khăn nghiêm trọng bởi vì, thứ nhất, là không chắc chắn lớn trong việc dự đoán các đặc tính
động lực học chính của chuyển động mặt đất mà nó có thể xảy ra tại vị trí xây dựng, và thứ hai,
thậm chí ứng xử tới hạn của một hệ kết cấu cụ thể sẽ thay đổi tùy theo trạng thái giới hạn khác
nhau mà nó có thể kiểm soát việc thiết kế.
Cho đến một vài năm trước đây các tiêu chuẩn kháng chấn đã quy định động đất thiết kế
cụ thể cho một khu vực xây dựng, một hệ số độ mạnh nền, hoặc một đỉnh gia tốc nền. Phụ thuộc
vào các chỉ số này, tuy nhiên, thường là không đầy đủ, và những phương pháp sử dụng phổ
chuyển động mặt đất (GMS) và phổ phản ứng thiết kế đàn hồi đã làm trơn (SEDRS) dựa trên gia
tốc đỉnh hiệu quả (EPA) đã được đề nghị [2-5]. Trong khi điều này đã là một cải tiến lớn về mặt
khái niệm, những bất ổn lớn về giá trị thích hợp cho EPA và GMS, cũng như các thông số khác
đã được đề nghị để cải thiện [5 & 7]. Các tác giả tin rằng một tham số kỹ thuật đầy hứa hẹn cho
cải thiện lựa chọn các trận động đất thiết kế thích hợp là thông qua các khái niệm về năng lượng
đầu vào, EI, và những tham số kèm theo.Việc sử dụng các khái niệm này và các tham số kèm theo
là chủ đề chính của bài viết này mà nó có những mục tiêu sau đây.
NHỮNG MỤC TIÊU. Mục tiêu chính của bài viết này là: Thứ nhất, để thảo luận về nhận
thức tiến tiến nhất trong việc sử dụng các khái niệm năng lượng trong thiết kế kháng chấn các kết
cấu với sự nhấn mạnh về việc thiết lập phù hợp động đất thiết kế thông qua việc sử dụng E I và
các tham số kèm theo và, thứ hai, để chỉ ra các vấn đề chính và định hướng tương lai trong việc
sử dụng phương pháp năng lượng.

NHỮNG KIẾN THỨC TIÊN TIẾN NHẤT TRONG VIỆC SỬ DỤNG
CÁC KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG
NHẬN XÉT CHUNG.Theo truyền thống, chuyển vị dẻo đã được sử dụng như một tiêu
chí để thành lập phổ phản ứng thiết kế không đàn hồi (IDRS) dùng cho thiết kế kháng chấn các


16
tòa nhà [8]. Sức mạnh yêu cầu tối thiểu (hoặc khả năng cho lực ngang) của một tòa nhà được dựa
trên IDRS đã chọn. Là một thay thế cho phương pháp thiết kế truyền thống này, một phương
pháp dựa trên năng lượng được đề xuất bởi Housner[9]. Mặc dù dự toán đã được thực hiện trên
năng lượng đầu vào của hệ một bậc tự do, SDOFS, [10] và thậm chí với hệ nhiều bậc tự do,
MDOFS, (kết cấu thép được thiết kế vào những năm 60 cho một số các chuyển động mặt đất
được ghi nhận) [11], gần đây phương pháp này đã được sự chú ý rộng rãi [12]. Phương pháp thiết
kế này được dựa trên tiền đề rằng nhu cầu năng lượng trong một trận động đất (hoặc một tập hợp
những trận động đất) có thể được dự đoán và đáp ứng năng lượng của phần tử kết cấu( hoặc một
hệ kết cấu) có thể được thiết lập. Một thiết kế đạt yêu cầu có nghĩa rằng đáp ứng năng lượng nên
lớn hơn so với nhu cầu năng lượng.
Để phát triển các phương pháp thiết kế đáng tin cậy dựa trên phương pháp năng lượng, nó
là cần thiết phải thiết lập các phương trình năng lượng. Mặc dù kết cấu thực thường là hệ nhiều
bậc tự do, để thuận lợi cho việc phân tích và hiểu được ý nghĩa vật lý của phương pháp năng
lượng, nó là thuận tiện để thiết lập các phương trình năng lượng đầu tiên cho hệ một bậc tự do và
sau đó thiết lập các phương trình này cho hệ nhiều bậc tự do.
NGUỒN GỐC CỦA CÁC PHƯƠNG TRÌNH NĂNG LƯỢNG: Hệ một bậc tự do đàn
hồi tuyến tính – dẻo lý tưởng. Trong tài liệu 13 là một thảo luận chi tiết về nguồn gốc của hai
phương trình năng lượng cơ bản dưới đây bắt đầu trực tiếp từ phương trình (2) cho một hệ cản
nhớt một bậc tự do chịu động đất.
Trong đó: m = khối lượng; c = hệ số cản nhớt; f s = lực phục hồi (nếu k = độ cứng, f s = kv cho một
hệ thống đàn hồi tuyến tính); vt = v + vg = chuyển vị tuyệt đối (chuyển vị tổng) của khối lượng; v
= chuyển vị tương đối của khối lượng với mặt đất; và vg = chuyển dịch của mặt đất.
Nguồn gốc của phương trình năng lượng "tuyệt đối". Lấy tích phân phương trình 2 đối với

v từ thời điểm kích thích chuyển động mặt đất bắt đầu và xem xét rằng v = v t – vg, nó có thể được
thể hiện như sau:

(4)
Động năng
(tuyệt đối)

Năng lượng
cản

Năng lượng
hấp thu

Năng lượng đầu vào
(tuyệt đối)

Xem xét rằng Ea bao gồm năng lượng biến dạng đàn hồi, E s và năng lượng trễ không phục
hồi, EH, Phương trình (4) có thể được viết lại như sau:

EI được định nghĩa là "Năng lượng đầu vào tuyệt đối", bởi vì nó phụ thuộc vào gia tốc tuyệt đối,
vt . Về mặt vật lý, nó thể hiện cho lực quán tính tác dụng vào kết cấu. Lực này bằng với lực phục
hồi cộng với lực cản [xem phương trình (2) và hình 2], cũng giống như lực tổng cộng tác dụng


17
vào kết cấu móng. Do đó, EI biểu diễn công của tổng lực cắt tại vị trí móng sinh ra trên chuyển vị
móng, vg.
Nguồn gốc của phương trình năng lượng "tương đối". Xét phương trình (2) có thể được
viết lại như sau:

và hệ kết cấu trên hình 2(a) có thể được chuyển đổi dễ dàng như hệ tương đương trong hình 2(b)
với một chân móng cố định và phải chịu tác dụng của một lực động theo phương ngang, − mvg .
Tích phân phương trình (6) đối với v, có thể nhận được:

Hệ có chân móng chuyển động

Hệ có chân móng cố định tương đương

Hình 2: Mô hình toán học của hệ SDOFS chịu động đất

Động năng
(tương đối)

Năng lượng
cản

Năng lượng
hấp thu

Năng lượng đầu vào
(tương đối)

Với Ea = Es + EH, phương trình (8) có thể được viết lại như sau:

E I' được định nghĩa là năng lượng đầu vào tương đối biểu diễn công của lực quán tính tĩnh tương

đương( − mvg ) trên hệ có chân móng cố định tương đương. nghĩa là, nó đã bỏ qua ảnh hưởng của
của sự dịch chuyển phần chân cứng của kết cấu.

18
Sự khác nhau giữa các năng lượng đầu vào. Theo tài liệu 13, thảo luận chi tiết sự khác biệt
giữa các giá trị của các năng lượng đầu vào EI và E I' . Mặc dù mô tả sơ bộ của lịch sử thời gian
năng lượng được tính bằng phương trình năng lượng tuyệt đối (3) khác xa với những tính toán
bởi phương trình tương đối thông thường 7, nhưng mà các giá trị lớn nhất của E I và E I' với một tỷ
lệ chuyển vị dẻo cố định là rất gần nhau trong phạm vi các chu kỳ thực tế quan tâm của các tòa
nhà: 0,3-5,0 giây.
So sánh EI với năng lượng đầu vào lớn nhất được tích lũy trong hệ một bậc tự do đàn hồi
tuyến tính. Đối với hệ một bậc tự do đàn hồi tuyến tính, năng lượng đầu vào tối đa tích lũy là:

Với SPV là phổ vận tốc giả đàn hồi tuyến tính.
EIS này đã được sử dụng bởi một số nhà nghiên cứu như nhu cầu năng lượng cho một hệ
không đàn hồi. Tài liệu 13 cho thấy rằng E IS có thể thấp đáng kể so với E I đối với hệ không đàn
hồi. Trong tài liệu tham khảo này, nó cũng chỉ ra rằng, ngoại trừ chuyển động mặt đất rất điều
hòa (như ghi tại SCT ở thành phố Mexico trong trận động đất năm 1985), E I cho một tỷ số độ dẻo
cố định có thể được dự đoán đáng tin cậy bởi phổ năng lượng đầu vào đàn hồi bằng cách sử dụng
thủ tục của Iwan [14] mà nó đưa vào sự xem xét các tác động của việc tăng tỷ số cản và chu kỳ tự
nhiên.
Năng lượng đầu vào với hệ nhiều bậc tự do. EI cho một tòa nhà N tầng có thể được tính
như sau [13]:

Trong đó: mi là khối lượng tập trung tại mức sàn ứng với vti , và biểu tượng là gia tốc tổng
tại tầng thứ i. Nói cách khác, EI là tổng công sinh ra bởi lực quán tính tổng (m ivti) tại mỗi tầng
trên chuyển dịch mặt đất vg. Phân tích các kết quả thu được từ các thí nghiệm được tiến hành trên
các hệ kép thép tăng trung bình chỉ ra rằng E I đối với một tòa nhà nhiều tầng có thể được ước tính
với đủ độ chính xác thực tế bằng cách tính toán E I của hệ một bậc tự do sử dụng chu kỳ dao động
cơ bản của kết cấu nhiều tầng.
ƯU ĐIỂM CỦA SỬ DỤNG CÁC KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG THIẾT KẾ
KHÁNG CHẤN KẾT CẤU. Phương trình (5) có thể được viết lại như sau:

Trong đó: EE được xem là năng lượng đàn hồi dự trữ, E D là năng lương tiêu tán. So sánh phương
trình này với các phương trình thiết kế, rõ ràng rằng E I biểu diễn cho các nhu cầu, và tổng của E E
+ ED biểu diễn cho khả năng. Phương trình (12a) chỉ ra cho người thiết kế rằng để có được một
thiết kế kháng chấn hiệu quả, bước đầu tiên là phải có một ước lượng tốt giá trị E I của trận động


19
đất. Sau đó, các nhà thiết kế phải phân tích nếu có thể để cân đối nhu cầu này với chỉ ứng xử đàn
hồi của kết cấu được thiết kế hoặc nó sẽ được thuận tiện để cố gắng làm tiêu tán nhiều nhất có thể
một phần của EI, nghĩa là sử dụng ED. Theo phương trình (12b), có ba cách để tăng E D: Một là
tăng cản nhớt tuyến tính, Eξ ; cách khác là để tăng năng lượng trễ, E H; và thứ ba là kết hợp tăng
Eξ và EH. Tại nay thực tế chung là chỉ cố gắng tăng E H nhiều nhất có thể thông qua ứng xử không

đàn hồi (dẻo) mà nó dẫn đến phá hủy các thành phần kết cấu. Chỉ mới gần đây người ta mới công
nhận rằng có thể tăng đáng kể E H và kiểm soát phá hủy thông qua việc sử dụng thiết bị phân tán
năng lượng.
Nếu về mặt kỹ thuật hoặc kinh tế không thể để cân bằng được E I với chỉ mình EE hoặc EE
+ ED, người thiết kế có lựa chọn cố gắng điều khiển (giảm) E I tác động đến kết cấu. Điều này có
thể được thực hiện bằng kỹ thuật cách chấn. Một sự kết hợp của việc điều khiển (giảm) E I bằng
kỹ thuật cách chấn và tăng ED việc sử dụng các thiết bị tiêu hao năng lượng là một chiến lược rất
hứa hẹn không chỉ để đạt được thiết kế kháng chấn hiệu quả và xây dựng các kết cấu mới, mà còn
giúp cho việc nâng cấp kháng chấn các kết cấu đang nguy hiểm [15]. Để sử dụng tin cậy phương
pháp năng lượng này, cần thiết phải có thể lựa chọn chuyển động mặt đất quan trọng (động đất
thiết kế), tức là, nó điều khiển thiết kế; nói cách khác, nó là chuyển động mặt đất mà có nguy cơ
gây thiệt hại lớn nhất cho kết cấu được thiết kế. Mặc dù nhiều thông số đã và đang được sử dụng
để thiết lập các trận động đất thiết kế, hầu hết trong số đó là không đáng tin cậy để đánh giá nguy
cơ phá hủy của động đất. Như đã đề cập trong phần giới thiệu, một tham số hứa hẹn để đánh giá
nguy cơ phá hủy của những chuyển động này là E I [6]. Tuy nhiên, vì nó sẽ được thảo luận dưới
đây, một tham số này là không đủ để đánh giá (hình dung) ED (đặc biệt là EH) mà phải được cung
cấp để cân bằng EI cho bất kỳ thiệt hại nào về lý thuyết có thể chấp nhận được. Thông tin bổ sung

là cần thiết.
NHỮNG THÔNG TIN CẦN THIẾT ĐỂ KIỂM SOÁT
TIN CẬY THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN
NHẬN XÉT CHUNG. Đã chỉ ra trước đó rằng bước đầu tiên và cơ bản trong thiết kế kháng
chấn cấu trúc là thành lập tin cậy động đất thiết kế. Điều này đòi hỏi một đánh giá đáng tin cậy
khả năng phá hủy của tất cả các chuyển động mặt đất động đất có thể xảy ra tại địa điểm xây
dựng. Một đánh giá của các thông số khác nhau mà chúng đã và vẫn đang được sử dụng được
cung cấp trong tài liệu 6. Hiện nay, đối với các kết cấu có thể chịu một mức độ thiệt hại xác định,
cấp động đất thiết kế an toàn hoặc tồn tại được định nghĩa thông qua phổ ứng xử thiết kế không
đàn hồi nhẵn, SIDRS. Hầu hết các SIDRS sử dụng trong thực tế (tiêu chuẩn kháng chấn) đã thu
được trực tiếp từ phổ ứng xử thiết kế đàn hồi nhẵn, SEDRS, thông qua việc sử dụng các tỷ số độ
dẻo chuyển vị, µ , hoặc hệ số giảm, R. Tính hợp lý của các thủ tục đó đã được đặt câu hỏi, và
người ta tin rằng ở thời điểm hiện nay, SIDRS có thể thu được trực tiếp là trung bình hoặc trung
bình cộng với một độ lệch chuẩn của các phổ phản ứng không đàn hồi, IRS, tương ứng với tất cả
các lịch sử thời gian khác nhau của các chuyển động mặt đất mạnh có thể xảy ra tại các vị trí nhất
định từ những trận động đất mà nó có thể xuất hiện ở tất cả các nguồn có thể có ảnh hưởng đến vị
trí xây dựng [7].
Trong khi những thông tin trên là cần thiết để tiến hành thiết kế tin cậy cho sự an toàn, tức
là, để tránh sụp đổ hoặc thiệt hại nghiêm trọng có thể gây nguy hiểm cho cuộc sống của con


20
người, nhưng nó là không đầy đủ. Mặc dù phổ phản ứng không đàn hồi IRS đã kể đến ảnh hưởng
của khoảng thời gian chuyển động mạnh trong độ bền cần thiết, những phổ này không đưa ra một
ý tưởng phù hợp của lượng năng lượng mà toàn bộ hệ thống công trình sẽ tiêu tán qua ứng xử trễ
trong trận động đất nghiêm trọng. Họ chỉ đưa ra giá trị của yêu cầu độ dẻo tổng thể lớn nhất. Nói
cách khác, bản thân yêu cầu độ dẻo tổng thể lớn nhất không đưa ra được một định nghĩa phù hợp
cho khả năng phá hủy của chuyển động mặt đất. Trong tài liệu 6, tác giả đã chỉ ra rằng một tham
số tin cậy hơn so với hiện nay đang được sử dụng trong việc đánh giá khả năng phá hủy là E I.
Như được thể hiện rõ ràng bằng phương trình 3 và 4, Tham số khả năng phá hủy này phụ thuộc

vào các đặc tính động lực học của cả rung động của nền móng và toàn bộ hệ thống công trình
(nền đất – móng – kết cấu thân và các phần không chịu lực). Bây giờ câu hỏi là: Liệu việc sử
dụng các SIDRS cho một tổng thể xác định μ và EI tương ứng của chuyển động mặt đất quan
trọng có cung cấp đầy đủ thông tin để tiến hành thiết kế kháng chấn tin cậy cho sự an toàn
không?
Mặc dù việc sử dụng EI có thể xác định khả năng phá hủy của một chuyển động mặt đất
được đưa ra, do đó, cho phép lựa chọn trong số tất cả các chuyển động có thể có ở một vị trí nhất
định một chuyển động mà nó sẽ là một cái quan trọng đối với phản ứng của kết cấu, nhưng nó
không cung cấp đủ thông tin để thiết kế cho mức an toàn. Từ những nghiên cứu gần đây [7 & 13]
nó đã được chứng minh rằng khả năng tiêu hao năng lượng của một phần tử kết cấu, và từ đó của
một kết cấu, phụ thuộc vào cả tải trọng và đường biến dạng. Mặc dù khả năng tiêu tán năng lượng
dưới biến dạng tăng đơn điệu có thể được coi như là một giới hạn thấp nhất của khả năng tiêu tán
năng lượng dưới biến dạng không đàn hồi tuần hoàn, việc sử dụng giới hạn thấp nhất này có thể
là quá bảo thủ đối với thiết kế chống động đất. Điều này đặc biệt đúng khi tỷ lệ biến dạng dẻo,
nói μ, là có hạn, vì sự cần thiết phải kiểm soát thiệt hại của các thành phần phi kết cấu hoặc các lý
do khác, để giá trị thấp hơn so với tỷ lệ biến dạng dẻo đạt được dưới đơn điệu tải trọng. Như vậy,
nỗ lực nên được dành cho việc xác định bằng thực nghiệm năng lượng khả năng tiêu tán năng
lượng của các phần tử kết cấu chính và từng cụm cơ bản của chúng là hàm của các biến dạng dẻo
lớn nhất có thể phải chịu và mối quan hệ giữa khả năng tiêu hao năng lượng và tải trọng hoặc lịch
sử biến dạng.
Từ nghiên cứu trên, nó cũng đã được kết luận rằng tiêu chí phá hủy dựa trên việc xem xét
đồng thời EI và μ, (đưa ra bởi SIDRS), và E H (bao gồm cả tỷ số độ dẻo tích lũy, μ a, và Số lượng
đổi chiều dẻo) đang hứa hẹn cho việc xác định trình tự thiết kế kháng chấn hợp lý. Sự cần thiết
phải xem xét tất cả các thông số kỹ thuật này tốt hơn là chỉ xem xét một tham số sẽ được biện
minh dưới đây bằng một ví dụ cụ thể. Từ thảo luận ở trên, rõ ràng là khi có thiệt hại đáng kể có
thể chịu đựng, tìm kiếm cho một tham số duy nhất để mô tả sự chuyển động mặt đất hoặc các trận
động đất thiết kế cho an toàn là chấp nhận thất bại.
TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC XEM XÉT ĐỒNG THỜI E I, IDRS VÀ EH (BAO
GỒM μa VÀ NYR) ĐỂ XÁC ĐỊNH CẤP ĐỘNG ĐẤT THIẾT KẾ AN TOÀN
Hình 3-7 cho phép so sánh giá trị của các thông số kỹ thuật khác nhau cho hai chuyển động mặt

đất được ghi nhận, San Salvador (SS) và Chile (CH); Bảng 1tổng kết gần đúng giá trị lớn nhất
của các thông số này tương ứng với mỗi một trong hai chuyển động mặt đất được ghi nhận đó.
Tầm quan trọng và trên thực tế, nhu cầu xem xét đồng thời tất cả các thông số trên trong việc lựa
chọn những chuyển động mặt đất quan trọng, và từ đó để xác định cấp động đất thiết kế an toàn,


21
được minh họa tốt bằng cách phân tích các giá trị của các thông số cho hai bản ghi nhận động đất
đó.
Bản ghi nhận động đất tại San Salvador (SS) vs Chile (CH). Từ việc phân tích của các
giá trị của đỉnh gia tốc nền (PGA), đỉnh gia tốc hiệu quả (EPA), và đỉnh vận tốc hiệu quả (EPV)
(được đưa ra trong Bảng 1) đó là những giá trị được sử dụng hiện nay để xác định các bản đồ
phân vùng nguy cơ động đất, nó có thể được kết luận rằng khả năng gây thiệt hại của những
chuyển động mặt đất là khá giống nhau. Người ta có thể đi đến một kết luận tương tự nếu các giá
trị của hệ số độ bền dẻo yêu cầu Cy = Vy/ W, các giá trị khác nhau của μ được so sánh, nói cách
khác, nếu như các IRS cho μ khác nhau được so sánh (Hình 3). Tuy nhiên, một hình ảnh hoàn
toàn khác nhau thu được khi các giá trị của E I, EH, μa, Và NYR đối với các giá trị khác nhau của
μa được so sánh. EI cho bản ghi ở Chile có thể nhiều bằng 5 lần so với E I so với EI ở San Salvador
(Hình. 4). EH [đại diện bởi các vận tốc trễ tương đương, trong VH = ( 2 E H / m)1 / 2 hình 5] cho bản
ghi ở Chile là hơn 3 lần so với E H ghi nhận ở San Salvador khi chu kỳ T vào khoảng 0,5 giây và
gần 2 lần khi chu kỳ T thay đổi từ 0,5 giây đến 1,5 giây. μ a cho bản ghi ở Chile là cao hơn 2-4 lần
so với những ghi nhận ở San Salvador (hình 6). NYR cho ghi nhận ở Chile và với một μ = 6 và T
<0,5 giây là lớn hơn 10 lần so với NYR cho ghi nhận ở San Salvador (Hình 7). Đối với một μ =
4, và T≥0,5 các NYR cho ghi nhận ở CH lớn hơn 5 lần so với ghi nhận ở SS.
Từ các so sánh trên, rõ ràng rằng khả năng gây thiệt hại của chuyển động mặt đất ghi nhận
được ở CH là đáng kể (ít nhất là 3 lần) lớn hơn so với ghi nhận ở SS bất chấp thực tế là PGA,
EPA, EPV, ERS (IRS cho μ = 1) và thậm chí IRS cho các giá trị khác nhau của μ rất giống nhau.
Vì vậy, tầm quan trọng của việc đánh giá E I và EH (đại diện ở đây bởi V H, μa và phổ NYR) mà
chúng là những hàm của thời gian những chuyển động mạnh, td, trở nên rất rõ ràng. Trong khi td
cho ghi nhận ở CH là 36 giây, td cho ghi nhận ở SS chỉ là 4,3giây (xem Bảng 1). Tầm quan trọng

của td trong dự báo kiểm soát thiệt hại được thảo luận trong tài liệu 7. Trong khi các phổ trên là
rất hữu ích trong thiết kế sơ bộ, cho thiết kế cuối cùng (chi tiết các phần tử), lý tưởng là nên có
lịch sử thời gian của EH, tức là, lịch sử thời gian của mối quan hệ tải trọng - biến dạng của kết cấu
thiết kế.
Bảng 1. Các tham số tương ứng trong các trận động đất ở Chile (CH) và San Salvador (SS)

Việc lắp ghép tất cả các phổ ở trên và lịch sử thời gian có thể được coi là thông tin lý
tưởng cho việc đưa ra quyết định đáng tin cậy về các chuyển động mặt đất động đất nghiêm
trọng, và từ đó để thành lập đáng tin cậy động đất thiết kế và tiêu chuẩn thiết kế. Do đó, việc thu
thập các thông tin cơ bản này nên được theo đuổi nghiên cứu để cải thiện tiêu chuẩn kháng chấn
tốt phục vụ cho việc thiết kế các công trình quan trọng. Cần lưu ý rằng tất cả các phổ trên có thể
được tính bởi các kỹ sư nếu họ được cung cấp lịch sử thời gian của tất cả các chuyển động mặt
đất có thể mà nó có thể xảy ra tại vị trí xây dựng.
Nó phải được công nhận rằng, đối với thiết kế sơ bộ thực tế của hầu hết các công trình
chuẩn, nó sẽ là thuận tiện để xác định các thông tin tối thiểu có thể để cho nó đơn giản. Người ta
tin rằng, đối với một vị trí xây dựng nhất định, cái tối thiểu này có thể là E I và SIDRS của tất cả
các chuyển động mặt đất có thể tại vị trí xây dựng. E I sẽ cho phép lựa chọn dạng của chuyển động
mặt đất quan trọng, ví dụ, một trong đó sẽ gây ra những thiệt hại lớn nhất. SIDRS, tương ứng với
dạng của chuyển động mặt đất quan trọng, có thể được sử dụng để thực hiện việc thiết kế sơ bộ


22
kết cấu. Khi một thiết kế sơ bộ được hoàn thành, nó sẽ có thể nhận được tất cả các thông tin khác,
nghĩa là, EH, μa và NYR cho μ khác nhau, từ phân tích theo lịch sử thời gian động lực học phi
tuyến, tận dụng được những tiến bộ đáng kể đạt được trong sự phát triển các chương trình máy
tính để phân tích. Điều này sẽ cho phép kiểm tra sự phù hợp của thiết kế sơ bộ. Trong khi phân
tích phi tuyến của thiết kế sơ bộ sử dụng một phương pháp tĩnh (tức là tĩnh lực ngang tương
đương) có thể cung cấp một ý tưởng về khả năng bền và biến dạng cũng như một giới hạn thấp
nhất của EH sẵn do đó nó nên được sử dụng nếu không có lịch sử thời gian của những chuyển
động mặt đất quan trọng có thể, kiểu phân tích này sẽ không cung cấp bất kỳ thông tin nào liên

quan đến μa hoặc NYR hay loạt các thiệt hại.
Từ các thảo luận ở trên, trở nên rõ ràng rằng, nếu các tiêu chuẩn trong tương lai duy trì các
thủ tục đơn giản để thiết kế kháng chấn xác định chỉ trên phổ phản ứng độ bền nhẵn, nó sẽ là cần
thiết để đặt những hạn chế nghiêm ngặt hơn trên các loại hệ kết cấu mà chúng có thể được sử
dụng và trên các thủ tục như nào có thể được áp dụng, và có những quy định rất thận trọng trong
các kích thước và chi tiết cho độ dẻo và trong các biến dạng tối đa chấp nhận được.


23


24

Hình 3: Phổ độ bền dẻo (Cy) cho ghi nhận tại CH và SS (cản 5%)


25

Hình 4: Phổ năng lượng đầu vào (EI /m) cho ghi nhận tại CH và SS (cản 5%)


26

Hình 5: Phổ vận tốc năng lượng trễ tương đương (VH) cho ghi nhận tại CH và SS(cản 5%)