BÀI TIỂU LUẬN CÁC GIẢI PHÁP GIẢM CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU

ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA CÔNG TRÌNH
BÔ MÔN CẦU – HẦM

----------

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
CHUYÊN ĐỀ: CÁC GIẢI PHÁP GIẢM CHẤN CHO CÔNG
TRÌNH CẦU
GVHD: TS. NGUYỄN THẠC QUANG
SVTH: Nhóm 1 – Lớp Cao học Cầu – Hầm K21.1
1. NGUYỄN HOÀNG ÂN
2. TRƯƠNG MINH ĐẠO
3. NGUYỄN TIẾN DU
4. PHAN VIỆT HIẾU


NỘI DUNG TIỂU LUẬN VÀ PHÂN CÔNG NV
Chương I: TỔNG QUAN VỀ CHUYÊN ĐỀ (Hiếu)
1.1 Giới thiệu về tầm quan trọng, lý do chọn chuyên đề.
1.2 Cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và làm tiểu luận.

Chương II: CÁC GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG
CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
2.1 Nhóm giải pháp sử dụng thiết bị giảm chấn.
2.1.1Tổng quan về giảm chấn.
2.1.1Nguyên lý làm việc của thiết bị giảm chấn.
2.1.3Giảm chấn kiểu bị động
2.1.4 Giảm chấn kiểu chủ động
2.1.5 Giảm chấn kiểu bán chủ động
(Du)

(Đạo)


2.2 Nhóm giải pháp về cấu tạo
2.2.1 Phương án về kết cấu
2.2.2 Phương án về vật liệu

(Hiếu)

Chương III: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ CƠ BẢN (Ân)
3.1 Tình hình áp dụng thực tế các giải pháp
3.2 Kết luận & kiến nghị giải pháp áp dụng ở Việt Nam


Chương I : TỔNG QUAN VỀ CHUYÊN ĐỀ
1.1. Giới thiệu về tầm quan trọng, lý do chọn chuyên đề
Mỗi năm có khoảng 500.000 cuộc động đất lớn nhỏ xảy ra
trên thế giới. Khoảng 100.000 cuộc chúng ta có thể cảm nhận
được và khoảng 100 cuộc có sức mạnh tàn phá như một quả
bom hạt nhân gây nên những thiệt hại đáng kể. Các cơn địa
chấn xảy ra bất thình lình làm các công trình xây dựng bị đổ sập
gây chết người và phá hỏng các vật bên dưới.


Chương I : TỔNG QUAN VỀ CHUYÊN ĐỀ
Để hạn chế tổn thất do các công trình gây ra bởi động đất,
các nhà khoa học trong nhiều lĩnh vực đã ngày đêm nghiên
cứu phát triển khoa học trên nhiều lĩnh vực.
Trong lĩnh vực xây dựng nói chung và xây dựng công

trình cầu nói riêng, thiệt hại do ảnh hưởng của động đất đã
được chứng minh. Việc hạn chế thiệt hại do động đất đang là
vấn đề cấp thiết hiện nay.


Chương I : TỔNG QUAN VỀ CHUYÊN ĐỀ
Việc nghiên cứu và tìm hiểu hướng giải quyết vấn đề
kháng chấn cho công trình cầu đã và đang được các nhà khoa
học nghiên cứu và phát triển hướng giải quyết.
Với mục đích hiểu thêm các vấn đề trong lĩnh vực kháng
chấn, nên nhóm đã thống nhất lựa chọn chuyên đề này để tìm
hiểu.


Chương I : TỔNG QUAN VỀ CHUYÊN ĐỀ
1.2. Phương pháp nghiên cứu và làm tiểu luận

Vì trình độ hạn chế mà việc nghiên cứu và tìm hiểu trong
thời gian rất ngắn, nên nhóm chỉ tìm hiểu dựa trên các tài liệu
GVHD đã cung cấp và tìm hiểu thêm các nguồn thông tin khoa
học khác, từ đó trao đổi và thống nhất nội dung báo cáo này.


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG
CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
2.1.1. Tổng quan về giảm chấn
Tính cản của công trình: Khả năng tiêu tán năng lượng
của kết cấu thông qua các ngoại lực. Các nguyên nhân tiêu
tán:
 Sự đàn hồi không đồng nhất của vật liệu công trình;

 Sự suất hiện vùng dẻo và ma sát do chuyển vị nhỏ của các
nút;
 Nội ma sát của vật liệu;


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG
CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
 Ma sát tại các gối di động của cầu;
 Sự cản khí động lực;
 Tính chất phi tuyến của kết cấu, ví dụ như các dây
cáp;
 Năng lượng tiêu tán thông qua nền, móng và các kết
cấu chống đỡ khác;
 Các thiết bị giảm chấn nhân tạo được lắp đặt trên kết
cấu;


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG
CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
2.1.2. Nguyên lý làm việc của thiết bị giảm chấn
Có nhiều thiết bị giảm chấn điều khiển dao động
khác nhau được chia làm 3 loại:
➢ Điều khiển bị động dựa trên khả năng triệt tiêu năng
lượng một cách bị động trong các thiết bị đặc biệt. Sự
giảm chấn được tạo ra bằng cách điều chỉnh hoạt động
một trong các thông số của hệ thống bị động;
➢ Điều khiển chủ động dựa trên khả năng triệt tiêu


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG

CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
năng lượng một cách chủ động trong các thiết bị đặc
biệt phụ thuộc vào nguồn cung cấp năng lượng bên
ngoài.
➢ Điều khiển bán chủ động: là dạng điều khiển lai giữa
chủ động và bị động hoạt động dựa trên cơ chế của điều
khiển bị động nhưng lại có thêm nguồn cung cấp năng
lượng bên ngoài. Hệ thống bán chủ động kết hợp được
những ưu điểu của hai dạng điều khiển ở trên.


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG
CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU

Kiểu bị động Kiểu bán chủ động Kiểu chủ động
Mô hình hoạt động của 3 dạng điều khiển kết cấu
2.1.3. Giảm chấn kiểu bị động
2.1.3.1 Giảm chấn khối lượng điều chỉnh (TMD):


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG
CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
 Mục tiêu là để làm tham
gia triệt tiêu năng lượng
của các phần tử kết cấu
cơ bản dưới tác dụng của

ngoại lực kích thích.
TMD ở dạng đơn giảm
nhất là thiết bị gồm có

một vật nặng, một lò xo
và một giảm chấn được
gắn lên kết cấu nhằm
mục đích làm giảm ứng
xử động học của kết cấu.

Thiết bị TMD gắn
trên kết cấu


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG
CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
Ưu điểm nổi bậc:
•Cấu tạo gọn nhẹ, đơn giản;
• Có thể lắp đặt lên kết cấu đã thiết kế hoàn chỉnh,

thậm chí đã xây dựng xong;
• Khả năng giảm chấn cao với khối lượng nhỏ.
• Không ảnh hưởng đến độ cứng cũng như cường độ
tĩnh của kết cấu.;
• Mô hình phân tích đơn giản;
• Có thể áp dụng nhiều dạng vật liệu hoặc cấu tạo khác
nhau để tạo nên một họ TMD phong phú;


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG
CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
2.1.3.2 Giảm chấn chất lỏng (Liquid damper):

➢ Giảm chấn chất lỏng điều chỉnh (Tuned liquid

damper - TLD);

➢ Giảm chấn cột chất lỏng điều chỉnh (Tuned liquid
coulum damper -TLCD);
➢ Nguyên lý hoạt động:

Dựa vào dao động của chất lỏng bên trong thùng
chứa truyền qua thùng chứa.


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG
CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU

TLD có thùng chứa hình chữ nhật

Mô hình cấu tạo của TLCD


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG
CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
2.1.3.3 Giảm chấn nhớt (Viscous Damping Device VDD):

➢ Cấu tạo:

Giảm chấn nhớt bằng chất lỏng


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG
CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU

➢ Nguyên lý hoạt động: pit tông chuyển động trong

khoang chứa làm chất lỏng sẽ chảy qua khe hẹp và tiêu
tán năng lượng tại đó. Nhờ có sự tiêu tán năng lượng
của thiết bị làm giảm động năng của kết cấu từ đó làm
giảm dao động.


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG
CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
2.1.3.4 Gối chống động đất:

➢ Mục đích: là hạn chế những dịch chuyển quá mức của
công trình do động đất gây ra, giảm thành phần lục do
động đất gây ra trong tổ hợp tải trọng tác dụng lên kết
cấu.
➢ Nguyên lý hoạt động: Khi có động đất làm cho nền
móng có dịch chuyển theo phương ngang. Gối sẽ cho

phép biến dạng hoặc dịch chuyển lớn theo phương
ngang, làm giảm chuyển dịch theo của công trình.
Năng lượng của động đất truyền vào công trình một
phần tiêu tán qua biến dạng của gối.


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG
CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU

Gối cao su lõi chì

Gối tiếp tuyến

Bố trí gối cô lập động đất cho cầu liên tục


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG
CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
2.1.4 Giảm chấn chủ động và bán chủ động:

 Phương trình dao động – vai trò của lực điều khiển
Khi không sử dụng lực điều khiển

Khi sử dụng lực điều khiển
f : Ngoại lực tác dụng lên hệ

v : Chuyển vị của khối lượng m
K : Độ cứng của hệ
C : Độ giảm chấn của hệ
r : Lực điều khiển


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG

CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
 Phương trình dao động – vai trò của lực điều khiển

Trong đó:

Con : bộ điều khiển
a : máy phát

Ex : nguồn kích thích

S : bộ phận cảm ứng


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG

CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
 Điều khiển chủ động

Dựa trên khả năng triệt tiêu năng lượng một cách chủ
động trong các thiết bị đặc biệt phụ thuộc vào nguồn
cung cấp năng lượng bên ngoài. Điều khiển chủ động
về cơ bản dựa trên việc tránh sự tác động
 Điều khiển bán chủ động
Là dạng điều khiển lai giữa chủ động và bị động


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG

CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
 Giảm chấn khiển chủ động :

a) Cấu tạo ADM

b) Nguyên lý hoạt động
 Khi kết cấu chịu một kích thích động lực học bên
ngoài. Nhờ các thiết bị cảm biến phát hiện các dịch
chuyển của kết cấu, ví dụ như gia tốc kế, và một máy
tính điều khiển hệ thống di chuyển một khối lượng lớn

để tạo ra một lực ngăn chặn đối tượng gây ra dịch
chuyển từ đó hạn chế chuyển dịch của kết cấu.


Chương II : GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG KHÁNG

CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CẦU
 Ưu điểm:
o Kỹ thuật điều khiển chủ động có hiệu quả hơn kỹ
thuật giảm chấn thụ động,
o Thiết bị giảm chấn chủ động có thể được sử dụng cho
các dạng dao động khác nhau do khả năng thay đổi
các tham số động học dễ dàng,
o Vấn đề xác định giá trị tải trọng, đo đạc chuyển vị,

vận tốc của công trình tương đối khó. Việc mô hình
hóa công trình cũng làm sai lệch thông tin về công
trình.