Nghiên cứu ứng xử ngang của nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết

Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2018. 12 (6): 39–48

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ NGANG CỦA NGUYÊN MẪU
GỐI CÁCH CHẤN ĐÀN HỒI CỐT SỢI KHÔNG LIÊN KẾT
Ngô Văn Thuyếta,∗
a

Khoa Công trình, Đại học Thủy lợi, 175 Tây Sơn, quận Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam
Nhận ngày 29/05/2018, Sửa xong 20/06/2018, Chấp nhận đăng 25/09/2018

Tóm tắt
Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết là kết quả của nỗ lực đơn giản hóa kỹ thuật sử dụng gối cách chấn
cho công trình chịu động đất. Gối cách chấn không liên kết được đặt trực tiếp lên trên phần đài móng và dưới
phần thân công trình mà không cần bất kì một liên kết vật lý nào. Đây là một loại gối cách chấn đàn hồi tương
đối mới, đang được phát triển trên thế giới. Nghiên cứu này phân tích sự làm việc của nguyên mẫu gối cách
chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết bằng mô hình số. Hiệu quả của gối cách chấn cốt sợi không liên kết này
được so sánh với gối cốt sợi liên kết thông thường.
Từ khoá: gối cách chấn; nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết; biến dạng cuộn; độ cứng
ngang hiệu dụng; chuyển vị ngang vòng lặp.
STUDY ON HORIZONTAL BEHAVIOR OF PROTOTYPE UN-BONDED FIBER REINFORCED ELASTOMERIC ISOLATOR
Abstract
Un-bonded fiber reinforced elastomeric isolator (U-FREI) is a result of the effort for the ease of installation
of the seismic isolation technology. U-FREI is installed directly between the substructure and superstructure
without any connection at the interfaces. It is relatively new seismic isolator which have been developed in the
world. In this study, horizontal behavior of a prototype U-FREI is investigated by finite element analysis. The
effectiveness of horizontal behavior of the U-FREI is compared to corresponding bonded isolator.
Keywords: base isolator; prototype un-bonded fiber reinforced elastomeric isolator; rollover deformation; effective horizontal stiffness; cyclic horizontal displacement.
c 2018 Trường Đại học Xây dựng (NUCE)

1. Giới thiệu
Giảm chấn thụ động là một trong bốn phương pháp giảm chấn (gồm giảm chấn chủ động, giảm

chấn bán chủ động, giảm chấn thụ động và giảm chấn dạng lai) đang được sử dụng phổ biến hiện nay
cho công trình chịu động đất. Trong phương pháp giảm chấn thụ động, nguồn năng lượng hoạt động
của các thiết bị giảm chấn được lấy từ chính năng lượng dao động của bản thân công trình. Gối cách
chấn đáy là một thiết bị phổ biến của phương pháp giảm chấn thụ động. Gối cách chấn thường nằm ở
phần nối tiếp giữa phần đài móng và phần thân công trình. Khi sử dụng gối cách chấn đáy, năng lượng
của động đất được tiêu tán nhờ chuyển hóa thành động năng của công trình. Có được điều này là do
gối cách chấn có độ cứng theo phương ngang thấp nên chịu được chuyển vị lớn của các trận động đất,
nhưng vẫn đảm bảo độ cứng theo phương đứng để chịu được trọng lượng của công trình.
∗

Tác giả chính. Địa chỉ e-mail: (Thuyết, N. V.)

39


Có
loạitrọng
gối cách
thường
dùng là gối cách chấn đàn hồi và gối cách chấn
chịuhai
được
lượngchấn
của công
trình.
trượt, trong đó gối cách chấn đàn hồi được sử dụng phổ biến hơn. Gối cách chấn đàn hồi
hai loại gối cách chấn thường dùng là gối cách chấn đàn hồi và gối cách chấn
thông thườngCóSREI
(steel reinforced elastomeric isolator) được cấu tạo từ các lớp cao su
trượt, trong đó gối cách chấn đàn hồi được sử dụng phổ biến hơn. Gối cách chấn đàn hồi

mỏng và các lớp lá thép xen kẽ, gắn kết với nhau; và có hai đế thép dày ở phần đỉnh và
thông thường SREI (steelThuyết,
reinforced
elastomericCông
isolator)
được cấu tạo từ các lớp cao su
N.và
V. /phần
Tạp chí Khoa họccông
nghệ Xây dựng
phần đáy
để và
liêncáckếtlớpvới
thânkẽ,
gối SREI
mỏng
lá phần
thép xen
gắn kết móng
với nhau; vàtrình.
có haiCác
đế thép
dày ở này
phầnthường
đỉnh và
nặng và
đắt
tiền
nên
chúng

thường
được
sử
dụng
trong
các
tòa
nhà
cao
tầng,
đắt
tiền.
Có
hai
loại
gối
cách
chấn
thường
dùng
là
gối
cách
chấn
đàn
hồi
và
gối
cách
chấn

trượt,
trong
đó
phần đáy để liên kết với phần thân và phần móng công trình. Các gối SREI này thường
Gối cách
đàntiền
hồi
cốt
sợi
liên
kếtbiến
B-FREI
(bonded
reinforced
elastomeric
gối chấn
cách
đàn
hồi
được
sử dụng
phổ
hơn.
cáchtrong
chấn fiber
đàn
thông
SREIđắt
(steel
nặng

và chấn
đắt
nên
chúng
thường
được
sửGối
dụng
các hồi
tòa
nhà thường
cao tầng,
tiền.
reinforced
elastomeric
isolator)
được
cấu
tạo
từ
các
lớp
cao
su
mỏng
và
các
lớp
lá
thép

xen
kẽ,
gắn
kết
isolator)
là
một
cải
tiến
của
gối
cách
chấn
đàn
hồi
thông
thường
SREI,
trong
đó
các
lớp
Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết B-FREI (bonded fiber reinforced elastomeric
với
nhau;
và
có
hai
đế
thép

dày
ở
phần
đỉnh
và
phần
đáy
để
liên
kết
với
phần
thân
và
phần
móng
công
lá thépisolator)
trong gối
đãtiến
được
thế bằng
thường
sợi carbon.
Đểcác
giảm
là SREI
một cải
củathay
gối cách

chấncác
đànlớp
hồi sợi,
thông
thườnglàSREI,
trong đó
lớp
trình. Các gối SREI này thường nặng và đắt tiền nên chúng thường được sử dụng trong các tòa nhà
hơn nữa
trọng
lượng,
thành
và đơn
trong
gối cách
chấn
đàn Để
hồigiảm
cốt
lácao
thép
trong
gối giá
SREI
đã được
thay giản
thế bằng
cáclắp
lớpdựng,
sợi, thường

là sợi
carbon.
tầng, đắt tiền. Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết B-FREI (bonded fiber reinforced elastomeric
hơn
nữa
lượng,
giá
và đơn
giản
trong
lắp SREI,
dựng,trong
gối đó
cách
chấn
cốt
sợi không
liênlàtrọng
kết
(un-bonded
fiber
reinforced
elastomeric
isolator)
đã hồi
được
isolator)
một U-FREI
cải
tiến của

gốithành
cách chấn
đàn
hồi
thông
thường
các
lớp lá đàn
thép
trong
sợi
không
liên
kết
U-FREI
(un-bonded
fiber
reinforced
elastomeric
isolator)
đã
được
phát triển.
So với
gối thay
liênthế
kếtbằng
B-FREI,
gốithường
không

liên
kết U-FREI
cónữa
cấutrọng
tạolượng,
tương
gối SREI
đã được
các lớp sợi,
là sợi
carbon.
Để giảm hơn
giátự
phát
triển.
So
với
gối
liên
kết
B-FREI,
gối
không
liên
kết
U-FREI
có
cấu
tạo
tương

thành
đơn giản
lắp dựng,
chấn
đàn đã
hồi được
cốt sợi loại
khôngbỏ.
liênKhác
kết U-FREI
(un-bonded
nhưng hai
đếvàthép
dàytrong
ở phần
đáy gối
và cách
phần
đỉnh
với gối
liên kếttự
nhưng
hai đế thép
dày
ở isolator)
phần đáy
và phần
đỉnh
đã với
được

loại
bỏ.B-FREI,
Khác
với
gốivàliên
fiber
elastomeric
đã
được
pháttrực
triển.tiếp
So
liên phần
kết
gối không
liênkết
B-FREI,
gốireinforced
không
liên
kết U-FREI
được
đặt
lêngốitrên
đài móng
dưới
kết
U-FREI
có
cấu

tạo
tương
tự
nhưng
hai
đế
thép
dày
ở
phần
đáy
và
phần
đỉnh
đã
được
loại
bỏ.
Khác
B-FREI,
không
liên kếtcó
U-FREI
trên phần
đài móng
và việc
dưới
phần thân
cônggối
trình

mà không
bất cứđược
liên đặt
kết trực
nào tiếp
giữalên
chúng.
So sánh
sự làm
với gối
liên công
kết B-FREI,
gối
không
liên
kết
U-FREI
được
đặtnào
trựcgiữa
tiếp lên
trên phần
đài
móng
và
dưới
phần
thân
trình
mà

không
có
bất
cứ
liên
kết
chúng.
So
sánh
sự
làm
việc
của gối phần
liênthân
kếtcông
B-FREI
vàkhông
gối có
không
liên
kếtnàoU-FREI
được
miêu
tả trong
Hình
1.kết
Từ
trình
mà
bất

cứ
liên
kết
giữa
chúng.
So
sánh
sự
làm
việc
của
gối
liên
của
gối
liên
kết
B-FREI
và
gối
không
liên
kết
U-FREI
được
miêu
tả
trong
Hình
1.

Từ
Hình 1 có
thể thấy:
trong liên
quákếttrình
làmđược
việc,
gốitả liên
kết
B-FREI
luôn
giữ
chặt trong
với phần
B-FREI
và
gối
không
U-FREI
miêu
trong
Hình
1.
Từ
Hình
1
có
thể
thấy:
quá

Hình 1 có thể thấy: trong quá trình làm việc, gối liên kết B-FREI luôn giữ chặt với phần
đài móng
vàlàm
phần thân
móng
do được
kết bằng
các bulông
1a),
ngược
lại,liên
các
trình
gối liên
kết B-FREI
luônliên
giữ chặt
móng và (Hình
phần thân
móng
do được
đài
móngviệc,
và phần
thân
móng do
được
liên với
kếtphần
bằngđàicác

bulông
(Hình 1a),
ngược
lại, các
kết
bằng
các
bulông
(Hình
1(a)),
ngược
lại,
các
lớp
cao
su
ngoài
cùng
ở
gối
không
liên
kết
U-FREI
lớp caolớp
sucao
ngoài
cùng cùng
ở gốiởkhông
liên liên

kết U-FREI
có có
mộtmột
phần
tách
su ngoài
gối không
kết U-FREI
phần
táchrời
rời(không
(khôngliên
liên
có
một phần
táchvà
rờiphần
(không
liên kết)
vớitrình
phần móng
và1b).
phần Hiện
thân công
trìnhbiến
(Hìnhdạng
1(b)). không
Hiện tượng
kết) vớikết)
phần

móng
thân
công
(Hình
tượng
liên
móng
vànày
phần
công trình
1b).dạng
Hiện
tượng biến dạng không liên
biếnvới
dạngphần
không
liên kết
củathân
gối U-FREI
được (Hình
gọi là biến
cuộn.
kết nàykết
củanày
gốicủa
U-FREI
được
gọi
làgọi
biến

dạng
cuộn.
gối U-FREI
được
là biến
dạng
cuộn.

(a) Gối liên kết B-FREI

(b) Gối không liên kết U-FREI

Biến
dạng
của
các
loạiloại
gối
chấn
khác
nhau
khi
chịu
chuyển
ngang:
Hình của
1.
Biến
dạng
của gối

các
gốicách
cách
khác
nhau
khi
chịu
chuyển
vị
ngangvịvịngang:
Hình 1.Hình
Biến1.dạng
các
loại
cách
chấnchấn
khác
nhau
khi
chịu
chuyển
(a) Gối liên kết B-FREI; (b) Gối không liên kết U-FREI

Gối không
U-FREI
có nhiều ưu(b)
điểm
hơnkhông
so với gối
liênkết

kết B-FREI
thông thường. Trọng
(a) liên
Gốikếtliên
kết B-FREI;
Gối
liên
U-FREI
lượng và giá thành của gối không liên kết U-FREI được giảm đáng kể so với gối liên kết B-FREI do
Gối
không
liên kết
U-FREI
có
nhiều liên
ưu kết
điểm
hơnđơn
sogiản
vớitrong
gối thi
liên
kếtlắpB-FREI
đã loại
bỏ hailiên
phần kết
đế thép
dày. Hơncó
nữa,nhiều
gối không

U-FREI
công
dựng
Gối
không
U-FREI
ưu
điểm
hơn
so
với
gối
liên
kết
B-FREI
thông
thường.
Trọng Ngoài
lượngra,vàgối
giá
thành
của
gối
không
liênsảnkết
U-FREI
được
giảm
đáng
hơn

so
với
gối
B-FREI.
không
liên
kết
U-FREI
có
thể
xuất
thành
một
tấm
lớn
trong
thông thường.
Trọng
lượng
và giá thành
của
gối
không
liên
kết
U-FREI
được
giảm
đáng
kể

so
với
gối
liên
kết
B-FREI
do
đã
loại
bỏ
hai
phần
đế
thép
dày.
Hơn
nữa,
gối
không
nhà máy, sau đó cắt nhỏ theo yêu cầu kích thước của nhà thiết kế, trong khi đó gối liên kết B-FREI
kể so với
gối
liên
kết B-FREI
do
đã
loại
bỏ hai
phần
đế thép

dày.
nữa,Ngoài
gối
không
liên
kếtthể
U-FREI
trong
thi
công
dựng
hơn
so
gối Hơn
B-FREI.
ra, gối
chỉ có
sản xuấtđơn
theo giản
từng đơn
vị sản
phẩm. lắp
Những
ưu điểm
nàyvới
đã được
nêu ra ở [1].
Từ những
liên kếtkhông
U-FREI

đơn
giản
trong
thi
công
lắp
dựng
hơn
so
với
gối
B-FREI.
Ngoài
ra,
gối
U-FREI
sản xuất
lớncách
trong
sau thường
đó cắtsử
nhỏ
ưu điểmliên
đó, kết
gối không
liêncó
kếtthể
U-FREI
được thành
kì vọngmột

thay tấm
thế gối
chấnnhà
đànmáy,
hồi thông
không liên
kết
U-FREI
có
thể
sản
xuất
thành
một
tấm
lớn
trong
nhà
máy,
sau
đó
cắt
nhỏ
dụng cho công trình trung và thấp tầng ở các nước đang phát triển như ở Việt Nam.
Nghiên cứu ứng xử theo phương ngang của gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết U-FREI
2 mô hình số. Ứng xử ngang của gối không liên
đã được thực hiện bằng cả thí nghiệm và phân tích
2 thước nhỏ đã được điều tra trong phòng thí nghiệm
kết U-FREI hình khối hộp với các mẫu có kích
bởi [1]. Ứng xử ngang của gối không liên kết U-FREI hình khối hộp theo các phương khác nhau của

chuyển vị ngang đã được nghiên cứu bằng phương pháp Phần Tử Hữu Hạn (PTHH) sử dụng phần
mềm MSC.Marc bởi [2]. Ở Việt Nam, Thuyết [3] đã nghiên cứu về ứng xử ngang của nguyên mẫu
gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết B-FREI. Tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu phân tích sự làm việc
của gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết U-FREI, đặc biệt là gối có kích thước nguyên hình.
40


Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

Theo [4], gối cách chấn nguyên mẫu là gối có hệ số hình dạng (S) nằm trong khoảng từ 10 đến 20.
Hệ số hình dạng (S) được định nghĩa bằng tỷ số giữa diện tích mặt cắt ngang gối với tổng diện tích
xung quanh ở mặt bên của một lớp cao su của gối. Một vài nghiên cứu về nguyên mẫu gối cách chấn
không liên kết U-FREI như ảnh hưởng của phương chuyển vị ngang đến ứng xử của nguyên mẫu gối
U-FREI hình khối hộp và ảnh hưởng của mô-đun cắt đến sự làm việc của nguyên mẫu gối U-FREI đã
được thực hiện bởi [5, 6]. Tuy vậy, có rất ít nghiên cứu so sánh ứng xử ngang của gối đàn hồi không
liên kết U-FREI với gối đàn hồi liên kết B-FREI có cùng kích thước, các lớp cấu tạo và vật liệu như
nhau để thấy được hiệu quả cách chấn của gối U-FREI so với gối B-FREI.
Nghiên cứu này trình bày ứng xử ngang theo một phương của nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi
cốt sợi không liên kết U-FREI hình khối hộp (có hệ số hình dạng S = 15,5) bằng phân tích mô hình số.
Ứng xử ngang của gối không liên kết U-FREI được so sánh với ứng xử của gối liên kết thông thường
B-FREI. Kết quả so sánh chỉ ra rằng gối cách chấn không liên kết U-FREI có thể thay thế gối cách
chấn liên kết B-FREI để sử dụng cho các công trình trung và thấp tầng.
2. Cấu tạo chi tiết nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi
Nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi hình khối hộp có cạnh là 310 mm. Kích thước gối được
thiết kế để sử dụng vào công trình thực tế tại Ấn Độ. Cấu tạo gối được đề cập trong [7] gồm có 18
lớp cao su, mỗi lớp dày 5 mm, và 17 lớp sợi carbon, mỗi lớp dày 0,55 mm. Các lớp cao su và lớp sợi
carbon hai hướng vuông góc (0◦ /90◦ ) nằm xen kẽ, gắn kết với nhau. Mặt cắt dọc theo phương đứng
và kích thước của gối cách chấn được miêu tả trong Hình 2. Hệ số hình dạng (S ) của gối là 15,5, lớn
hơn nhiều so với hệ số hình dạng của các gối trong các nghiên cứu trước đây. Các thông số chi tiết về
Journal of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018. 12(6):1-11

kích thước và vật liệu của gối cách chấn được cho trong Bảng 1.
Journal of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018. 12(6):1-11

(a) Cấu tạo các lớp cao su và sợi carbon

(b) Kích thước của gối (đơn vị: mm)

Hình
2.
Cấu
tạo tạo
chi
cách
chấn
hồisợi
cốt hồi
sợi: cốt sợi:
Hình
Cấu
tiếtgối
gối
đànđàn
hồi
cốt
Hình
2.2.Cấu
tạochitiết
chi
tiếtcách
gốichấn

cách
chấn
đàn
(a)
cáccác
lớplớp
caocao
su và
(b) Kích
gối của
(đơngối
vị: (đơn
mm) vị: mm)
(a)Cấu
Cấutạotạo
susợi
vàcarbon;
sợi carbon;
(b)thước
Kích của
thước
3.
Mô hình
gốitiết
cách
chấn
và tải
Bảng
1. Chi
các

thông
sốtrọng
kích thước và vật liệu của gối cách chấn đàn hồi cốt sợi

Bảng 1. Chi tiết các thông số kích thước và vật liệu của gối cách chấn đàn hồi cốt sợi

Cả hai loại gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết B-FREI và không liên kết U-FREI với kích thước
Thông số
Đơn vị
Giá trị
và các lớp cấu tạo như nhau (như nói ở trên) được điều tra ứng xử ngang bằng phương pháp PTHH sử
Thông số
Đơn vị
Giá trị
dụng
phần
mềm của
kết cấu
tích mô hình
số ứng xử của gối
Kích
thước
gốiANSYS v.14.0. Độ phù hợp của kết quả phân
(mm)
310x310x100
cáchKích
cách chấn
đàncủa
hồi cốt
bằng thực nghiệm

trong
thước
gốisợi bằng phần mềm ANSYS đã được kiểm chứng
(mm)
310x310x100
lớp cao
su, ne
18
cácSố
nghiên
cứu [8–10].

Số lớp cao su, n

dày loại
mộtphần
lớp etử
cao su, te
3.1.Chiều
Lựa chọn

Chiều
dàydày
mộtlớplớp
Tổng
chiều
caocao
su,su,
tr te
Tổng

chiều
dày nlớp
cao su, tr
Số
lớp sợi
carbon,
f
Chiều
dày
của
một lớpnfsợi carbon, tf
Số lớp
sợi
carbon,

(mm)

5,0

18

(mm) (mm)

90

5,0

(mm)

17

90

0,55

17

41

(mm)


Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

Bảng 1. Chi tiết các thông số kích thước và vật liệu của gối cách chấn đàn hồi cốt sợi

Thông số

Đơn vị

Giá trị

Kích thước của gối
(mm)
310 × 310 × 100
Số lớp cao su, ne
18
Chiều dày một lớp cao su, te
(mm)
5,0

Tổng chiều dày lớp cao su, tr
(mm)
90
Journal of Science and Technology
in Civil Engineering
NUCE 2018. 12(6)
Số lớp sợi carbon, n f
17
Chiều dày của một lớp sợi carbon,
Trongt f mô hình gối không(mm)
liên kết U-FREI, 0,55
các phần tử tiếp xúc mặ
Hệ số hình dạng, S sử dụng. Phần tử tiếp xúc CONTA173 được dùng
15,5để định nghĩa cho cá
Mô-đun cắt của cao sucao
theosuphương
G phần tử tiếp
(MPa)
ngoàingang,
cùng và
xúc TARGE1700,90
được dùng để định ngh
Mô-đun đàn hồi của gối
theo
phương
ngang,
E
(GPa)
40
của hai đế thép ở vị trí tiếp xúc với gối cách chấn. Đối với gối liên kết BHệ số poisson của gối, µ

0,20

tương tự như gối không liên kết U-FREI nhưng các phần tử tiếp xúc đượ
ảnh gối cách chấn đã chia phần tử được thể hiện như Hình 3.

Cao su trong gối cách chấn có biến dạng lớn
trong quá trình làm việc. Ở đây, cao su được mô
hình bằng phần tử khối SOLID185 với 8 nút. Sợi
carbon hai hướng vuông góc (0◦ và 90◦ ) trong một
lớp được mô hình bằng phần tử khối nhiều lớp
SOLID46. Hai tấm đế thép được mô hình ở đáy và
đỉnh gối, để mô phỏng cho phần đài móng và phần
thân công trình, cũng được mô hình bằng phần tử
SOLID185.
Trong mô hình gối không liên kết U-FREI, các
phần tử tiếp xúc mặt-tới-mặt được sử dụng. Phần
tử tiếp xúc CONTA173 được dùng để định nghĩa
cho các mặt của lớp cao su ngoài cùng và phần tử
tiếp xúc TARGE170 được dùng để định nghĩa cho
các mặt của hai đế thép ở vị trí tiếp xúc với gối
cách chấn. Đối với gối liên kết B-FREI, Hình
mô hình
3. Mô Hình
hình3.gối
chấn
sợisợi(đã
Môcách
hình gối
cáchđàn
chấnhồi

đàn cốt
hồi cốt
(đãchia phần
tương tự như gối không liên kết U-FREI nhưng các
chia phần tử)
phần tử tiếp xúc được loại bỏ. Hình ảnh gối cách
3.2.hiện
Mônhư
hình
vật3.liệu
chấn đã chia phần tử được thể
Hình

Các thông số vật liệu cho trong Bảng 1 được sử dụng để mô hình
Cao
su
trong gối cách chấn có ứng xử phi tuyến khi chịu chuyển vị lớn. V
Các thông số vật liệu cho trong Bảng 1 được sử dụng để mô hình trong ANSYS. Cao su trong
hình
mô hình
vậtVìliệu
đànmô
hồihình
và bằng
mô hình
vậtvậtliệu đàn nh
gối cách chấn có ứng xử phimô
tuyến
khibằng
chịu chuyển

vị lớn.
thế,siêu
nó được
mô hình
cứuvật[11,12]
thấy
dụngcứu
mô[11,
hình
liệu siêu đàn hồi và mô hình
liệu đàncho
nhớt.
Cácsử
nghiên
12]Ogden
cho thấy3-terms
sử dụng và
mômô
hìnhhình ứng x
để
mô
hình
cho
vật
liệu
cao
su
trong
gối
cách

chấn
là
tương
đối phù hợp
Ogden 3-terms và mô hình ứng xử cắt đàn nhớt để mô hình cho vật liệu cao su trong gối cách chấn
này,cứu
cao
cũng
được
mômôhình
môhình
hình
Ogden
3-terms và m
là tương đối phù hợp. Trongcứu
nghiên
này,sucao
su cũng
được
hìnhbằng
bằng mô
Ogden
3-terms
với số
cácnhư
thông
số như(3-terms):
sau:
và mô hình ứng xử cắt đàn cắt
nhớtđàn

với nhớt
các thông
sau: Ogden
µ1 = 1,89 × 106 (N/m2 );
3.2. Mô hình vật liệu

µ2 = 3600 (N/m2 ); µ3 = −30000 (N/m2 ); α1 = 1,3; α2 = 5; α3 = −2. Mô
hình ứng xử cắt đàn nhớt:
Ogden (3-terms): μ1 = 1,89 x 106 (N/m2); μ2 = 3600 (N/m2); μ3 = -30
a1 = 0, 3333; t1 = 0, 04; a2 = 0, 3333; t2 = 100;

α1 = 1,3 ; α2 = 5 ; α3 = -2 ;

Mô hình ứng 42
xử cắt đàn nhớt: a1 = 0,3333; t1 = 0,04; a2 = 0,3333; t2
3.3. Tải trọng

Để mô phỏng quá trình làm việc của gối cách chấn chịu động đấ


Journaland
of Science
and Technology
in Civil Engineering
NUCE
2018. 12(6):1-11
Journal of Science
Technology
in Civil Engineering
NUCE 2018.

12(6):1-11
Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

vòng
lặp được
miêuHình
tả như
Hình 4.
Phần
thépdưới
phíađược
dưới giữ
đượccốgiữ cố
ng vòngngang
lặp Tải
được
tả như
4. Phần
chân
đếchân
thépđế
phía
3.3.
trọngmiêu
định.
h.
Để mô phỏng quá trình làm việc của gối cách chấn chịu động đất, các tải trọng thẳng đứng và
chuyển vị ngang vòng lặp được gán đồng thời vào phần đế thép phía trên của cả gối liên kết B-FREI
và gối không liên kết U-FREI. Tải trọng thẳng đứng tác dụng vào gối được lấy theo lực dọc lớn nhất
tại chân cột công trìnhJournal

và giữ
giá trị không đổi bằng 540 kN. Chuyển vị ngang theo phương X dạng
of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018. 12(6):1-11
hình sin có giá trị độ lớn tăng dần từ 20 mm tới 90 mm, hai vòng lặp cho mỗi giá trị độ lớn của chuyển
lặplặp
được
miêu
tả như
Hình
4. Phần
chânchân
đế thép
cố giữ cố định.
vị. Chuyển vịngang
ngangvòng
vòng
được
miêu
tả như
Hình
4. Phần
đế phía
thép dưới
phíađược
dưới giữ
được
định.

Hình 4.vịChuyển
ngang

cách chấn
Hình 4. Chuyển
ngang vị
gán
vào gán
gối vào
cáchgối
chấn
Hình 4. Chuyển vị ngang gán vào gối cách chấn

Hình 4. Chuyển vị ngang gán vào gối cách chấn

4. kết
Phân
tích
kết
quả
vàquảbình
luận
hân tích
quả
và
bình
luận
4. Phân
tích kết
và bình luận
4.1. Biến dạng của gối cách chấn
4.1.
Biếngối

dạng
của
gốibình
cách
chấn
Biến dạng
của
cách
4. Phân
tích
kết
quảchấn
và
luận

Biến dạng của các loại gối cách chấn liên kết B-FREI và không liên kết U-FREI

4.1. Biến
của
gối
cách
chấn
tại độ
lớn
90gối
mm
của
chuyển
vịcách
ngang

hiện trong
Hình
Kết và
quả không
cho
Biến dạng
củadạng
các
loại
chấn
liênđược
kếtthểliên
B-FREI
và 5.không
liênthấy:
kếtliên
U-FREI
Biến
dạng
của
cáccách
loại
gối
chấn
kết B-FREI
kết U-FREI
khi gối cách chấn chịu chuyển vị ngang, các mặt của lớp cao su ngoài cùng của gối liên
dạng
của
cáccủa

loại
cách
chấn
liên
kết
và
không
liên
kết
U-FREI
tại
độ
lớn
90thấy:
mm
độ lớn 90
của
chuyển
vịgối
ngang
được
thểB-FREI
hiện
trong
Hình
Kết
quả
cho
tại mm
độBiến

lớn
90
mm
chuyển
vị
được
thể
hiện
trong
Hình
5.
Kết
quả
cho thấy:
kết
B-FREI
luôn
giữ
tiếp xúc
vớingang
các mặt
của
đế thép,
trong
khi
đó,
các5.
mặt
của lớp
cao

su
ngoài
cùng
của
gối
không
liên
kết
U-FREI
có
một
phần
không
tiếp
xúc
với
các
mặt
của
chuyển
vị
ngang
được
thể
hiện
trong
Hình
5.
Kết
quả

cho
thấy:
khi
gối
cách
chấn
chịu
chuyển
vịgối liên
gối cáchkhi
chấn
ngang,vịcác
mặt của
lớp của
cao lớp
su ngoài
gốicủa
liên
gối chịu
cách chuyển
chấn chịuvịchuyển
ngang,
các mặt
cao sucùng
ngoàicủa
cùng
của
đế
thép
để

sinh
ra
biến
dạng
cuộn.
ngang,giữ
các mặt
của
lớp với
su
ngoài
cùng
củađế
gốithép,
liên kếttrong
luônđó,
giữ các
tiếp xúc
vớicủa
các mặt
của
B-FREIkết
luôn
tiếp
xúc
các
mặt
của
mặtcác
lớp

cao
B-FREI
luôn
giữcao
tiếp
xúc
với
các
mặt
của đếB-FREI
thép,khi
trong
khi
đó,
mặt
của
lớp cao
đế thép, trong khi đó, các mặt của lớp cao su ngoài cùng của gối không liên kết U-FREI có một phần
goài cùng
củatiếp
gối
không
liêncủakết
U-FREI
có
một phần
không
xúc
với
cácvớimặt

sukhông
ngoài
cùng
của
liênđểkết
cócuộn.
một
phần tiếp
không
tiếp
xúc
các mặt
xúc với
cácgối
mặt không
đế thép
sinh U-FREI
ra biến dạng
đế thépcủa
để sinh
ra biến
dạng
cuộn.
đế thép
để sinh
ra biến
dạng cuộn.

Hình 5. Biến dạng của các loại gối cách chấn tại độ lớn 90 mm của chuyển vị ngang:
(a) Gối liên kết B-FREI; (b) Gối không liên kết U-FREI

4.2. Vòng lặp trễ của gối cách chấn

ình 5.

Ứngliên
xửkết
ngang
phi tuyến của các gối cách chấn được
qualiên
vòng
trễ.
(a) Gối
B-FREI
(b)thể
Gốihiện
không
kết lặp
U-FREI
Các vòng lặp trễ trình bày mối quan hệ giữa lực cắt ngang và chuyển vị ngang vòng lặp.
Lực cắt ngang
của gối cách
cách chấn
được tại
tính độ
là tổng của90
tất cả
các lực
cắtchuyển
theo phươngvị ngang:
Biến

dạng
của
loại
của
Hìnhcác
5. Biến
dạnggối
của các
loạichấn
gối cách
chấn tạilớn
độtại
lớnđộ
90 mm
mm của
chuyển
vị
ngang
Hình
5. Biến
cách
mm
của
vị ngang:
ngangdạng
trên tấtcủa
cả cáccác
nút ởloại
phầngối
đế thép

phía chấn
trên đỉnh
gối. Kếtlớn
quả 90
so sánh
vòng
lặp chuyển
trễ
của gối liên kết B-FREI và không liên kết U-FREI được thể hiện trong Hình 6.

(a) Gối liên
(b) Gối không
kết liên
U-FREI
(a)kết
GốiB-FREI;
liên kết B-FREI;
(b) Gốiliên
không
kết U-FREI

4.2. Vòng lặp trễ của gối cách chấn
Ứng
xử ngang
phi tuyến
các gối cách chấn6 được thể hiện qua vòng lặp trễ. Các vòng lặp trễ
Vòng lặp
của
gốitrễ
cách

4.2.trễ
Vòng
lặp
củachấn
gốicủa
cách
chấn

trình bày mối quan hệ giữa lực cắt ngang và chuyển vị ngang vòng lặp. Lực cắt ngang của gối cách

Ứng xử ngang
tuyến phi
củatuyến
các gối
chấn
được
hiệnthểqua
vòng
Ứng phi
xử ngang
của cách
các 43
gối
cách
chấnthể
được
hiện
qua lặp
vòngtrễ.
lặp trễ.

vòng lặp
trễ
trình
bày
mối
quan
hệ
giữa
lực
cắt
ngang
và
chuyển
vị
ngang
vòng
lặp.
Các vòng lặp trễ trình bày mối quan hệ giữa lực cắt ngang và chuyển vị ngang vòng lặp.
cắt ngang
gối cách
được
tínhđược
là tổng
tất cả
cắtlực
theo
Lực của
cắt ngang
của chấn
gối cách

chấn
tính của
là tổng
củacác
tất lực
cả các
cắtphương
theo phương
ng trên ngang
tất cả các
nút
ở
phần
đế
thép
phía
trên
đỉnh
gối.
Kết
quả
so
sánh
vòng
trễlặp trễ
trên tất cả các nút ở phần đế thép phía trên đỉnh gối. Kết quả so sánhlặp
vòng


Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

chấn được tính là tổng của tất cả các lực cắt theo phương ngang trên tất cả các nút ở phần đế thép phía
trên đỉnh gối. Kết quả so sánh vòng lặp trễ của gối liên kết B-FREI và không liên kết U-FREI được
thể hiện trong HìnhJournal
6. of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018. 12(6):1-11
Journal of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018. 12(6):1-11

Hình 6. So sánh vòng lặp trễ của các gối cách chấn đàn hồi cốt sợi
Hình 6. So sánh vòng lặp trễ của các gối cách chấn đàn hồi cốt sợi

Hình 6. So sánh vòng lặp trễ của các gối cách chấn đàn hồi cốt sợi

4.3.hệQuan
cắt ngang
và chuyển
vị ngang
4.3. Quan
giữahệ
lựcgiữa
cắt lực
ngang
và chuyển
vị ngang

4.3. Quan hệ giữa lực cắt ngang và chuyển vị ngang

So sánh mối
lựchệcắt
ngang
và độ

lớn chuyển
vị chuyển
ngang của
các loại
So quan
sánh hệ
mốigiữa
quan
giữa
lực cắt
ngang
và độ lớn
vị ngang
củagối
cáccách
loạichấn liên
gối
cách
chấn
liên
kết
B-FREI
và
không
liên
kết
U-FREI
được
thể
hiện

trong
Hình
7.
kết B-FREI vàSo
không
U-FREI
đượclực
thể cắt
hiệnngang
trong Hình
Cácchuyển
giá trị lực
trongcủa
Hình
sánhliên
mốikếtquan
hệ giữa
và độ7.lớn
vị cắt
ngang
các7 lấy
loại
Các
giá
trị
lực
cắt
trong
Hình
7

lấy
giá
trị
lớn
nhất
và
nhỏ
nhất
trong
vòng
lặp
trễ
tương
giá trị lớn
nhất
và
nhỏ
nhất
trong
vòng
lặp
trễ
tương
ứng
với
mỗi
độ
lớn
của
chuyển

vị
ngang.
gối cách chấn liên kết B-FREI và không liên kết U-FREI được thể hiện trong Hình 7.
ứng với mỗi độ lớn của chuyển vị ngang.

Các giá trị lực cắt trong Hình 7 lấy giá trị lớn nhất và nhỏ nhất trong vòng lặp trễ tương
ứng với mỗi độ lớn của chuyển vị ngang.

Hình
vị ngang
ngang của
củacác
cácgối
gốicách
cáchchấn
chấn
Hình7.7.SoSosánh
sánhquan
quanhệ
hệgiữa
giữalực
lựccắt
cắt ngang
ngang và
và chuyển
chuyển vị
Từ kết quả trong Hình 7 cho thấy ở các chuyển vị ngang nhỏ (≤ 20 mm), ứng xử

Từ kết
quảcác

trong
7 cho
thấy ởvàcác
chuyển
nhỏlà(≤
20 mm),
ứngCó
xửđược
trongđiều
các gối liên
trong
gốiHình
liên kết
B-FREI
không
liên vị
kếtngang
U-FREI
tương
tự nhau.
kết B-FREI
và
không
liên
kết
U-FREI
là
tương
tự
nhau.

Có
được
điều
này
là
do
gối
không
liênchấn
kết
này
doSo
gốisánh
không
liên hệ
kếtgiữa
U-FREI
dạng
tự gối
liên kếtcủa
B-FREI
ở các
Hìnhlà 7.
quan
lực có
cắtbiến
ngang
vàtương
chuyển
vị ngang

các gối
cách
U-FREI giá
có biến
dạng
tự gối
liên kếttức
B-FREI
ở các
trị nhỏ
chuyển
ngang,
tức là chưa
trị nhỏ
củatương
chuyển
vị ngang,
là chưa
xuấtgiáhiện
biếncủa
dạng
cuộn. vịKhi
độ lớn
vịkết
ngang
lênđộ
(>lớn
20 chuyển
mm),
gối

liên
B-FREI
vẫn
giữ(≤
tương
đối
xuất hiệnchuyển
biếnTừ
dạng
cuộn.
Khi
vị xử
ngang
tăng
lênkết
(>vị
20
mm),
ứng
xử
củamm),
gối liên
quảtăng
trong
Hình
7 choứng
thấy
ởcủa
các
chuyển

ngang
nhỏ
20
ứngkết
xử
tuyếngiữ
tính,
trong
khi
đó
ứng
xử
của
gối
không
liên
kết
U-FREI
trở
nên
phi
tuyến
nhờ
có
B-FREItrong
vẫn
tương
đối
tuyến
tính,

trong
khi
đó
ứng
xử
của
gối
không
liên
kết
U-FREI
trở
nên
phi
các gối liên kết B-FREI và không liên kết U-FREI là tương tự nhau. Có được điều
biến dạng cuộn. Đặc biệt tại độ lớn 90 mm của chuyển vị ngang, lực cắt ngang của gối
tuyến nhờ
cólàbiến
dạngkhông
cuộn. liên
Đặc kết
biệt U-FREI
tại độ lớncó
90biến
mm của
lực kết
cắt ngang
củaởgối
này
do gối

dạngchuyển
tươngvịtựngang,
gối liên
B-FREI
các
liên kết B-FREI cao hơn lực cắt ngang của gối không liên kết là 34,6%. Độ dốc của các
liên kếtgiá
B-FREI
cao
hơn
lực
cắt
ngang
của
gối
không
liên
kết
là
34,6%.
Độ
dốc
của
các
đường
quan
trị nhỏ của chuyển vị ngang, tức là chưa xuất hiện biến dạng cuộn. Khi độ lớn
hệ lực cắt
và chuyển
vị ngang

7 chính
độ của
cứnggối
cátliên
tuyến
gối cách
chuyển
vị ngang
tăng trong
lên (>Hình
20 mm),
ứnglàxử
kếtcủa
B-FREI
vẫnchấn.
giữ Như
tươngvậy,
đối
7không liên kết U-FREI trở nên phi tuyến nhờ có
tuyến tính, trong khi đó ứng xử của gối44
biến dạng cuộn. Đặc biệt tại độ lớn 90 mm của chuyển vị ngang, lực cắt ngang của gối
liên kết B-FREI cao hơn lực cắt ngang của gối không liên kết là 34,6%. Độ dốc của các


Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

khi chuyển vị ngang lớn, độ cứng ngang của gối không liên kết U-FREI nhỏ hơn đáng kể so với giá
trị tương ứng của gối liên kết B-FREI. Điều này sẽ làm tăng hiệu quả cách chấn cho công trình khi sử
dụng gối không liên kết U-FREI.
5. Đặc trưng cơ học

Hai thông số quan trọng của một gối cách chấn là độ cứng ngang hiệu dụng và hệ số cản nhớt.
h
Theo [13], độ cứng ngang hiệu dụng, Keff
, của một gối cách chấn ở một độ lớn của chuyển vị ngang
được tính theo công thức sau:
Fmax − Fmin
h
Keff
(1)
=
umax − umin
trong đó Fmax , Fmin là các giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của lực cắt ngang; umax , umin là các giá trị lớn nhất
và nhỏ nhất của chuyển vị ngang.
Hệ số cản nhớt, β, được tính thông qua năng lượng tiêu tán trong một chu kì chuyển vị, Wd . Năng
lượng tiêu tán trong một chu kỳ chuyển vị được tính bằng diện tích của một vòng lặp trễ ở Hình 6. Hệ
số cản nhớt được tính bằng công thức sau:
β=

Wd
h ∆2
2πKeff
max

(2)

trong đó, ∆max = (|umax | + |umin |) /2.
Độ cứng ngang hiệu dụng và hệ số cản nhớt của các gối liên kết B-FREI và không liên kết U-FREI
ở các độ lớn khác nhau của chuyển vị ngang được tính toán theo công thức (1) và (2) và cho kết quả
trong Bảng 2. Các giá trị cho trong bảng là giá trị trung bình cho mỗi độ lớn của chuyển vị ngang.
Bảng 2. So sánh đặc tưng cơ học của gối liên kết B-FREI và gối không liên kết U-FREI

Gối liên kết B-FREI
Độ lớn chuyển vị (mm)
20,0
40,0
90,0

Gối không liên kết U-FREI

h
Keff
(kN/m)

β (%)

h
Keff
(kN/m)

β (%)

829,81
760,60
646,09

6,80
7,77
10,31

814,23

586,30
480,09

6,86
10,35
12,57

Kết quả trong Bảng 2 cho thấy: độ cứng ngang hiệu dụng của cả gối liên kết B-FREI và gối không
liên kết U-FREI giảm khi độ lớn của chuyển vị ngang tăng lên. Trong đó, độ giảm độ cứng ngang của
gối không liên kết U-FREI nhanh hơn giá trị tương ứng ở gối liên kết B-FREI. Đặc biệt, độ giảm độ
cứng của gối U-FREI tính được là 41,0% và của gối B-FREI là 22,1% khi độ lớn chuyển vị tăng từ
20 mm tới 90 mm. Tại độ lớn chuyển vị ngang là 90 mm, độ cứng ngang hiệu dụng của gối liên kết
B-FREI cao hơn giá trị tương ứng ở gối không liên kết U-FREI là 34,6%. Ở cùng độ lớn của chuyển
vị ngang, độ cứng ngang hiệu dụng của gối không liên kết U-FREI thấp hơn giá trị tương ứng ở gối
liên kết B-FREI sẽ giúp làm tăng hiệu quả cách chấn của gối không liên kết U-FREI so với gối liên
kết B-FREI. Như đã biết, độ cứng ngang hiệu dụng của gối cách chấn càng thấp thì càng có hiệu quả,
nhưng vẫn phải đảm bảo độ cứng theo phương đứng và độ ổn định. Ngoài ra, hệ số cản nhớt của cả
hai gối đều tăng khi chuyển vị ngang tăng lên, nhưng sự tăng lên này của gối không liên kết U-FREI
nhanh hơn gối liên kết B-FREI.
45


cứng
độ ổn
định.
ra,hiệu
hệ sốquả,
cảnnhưng
nhớt của
hai đảm

gối đều
dụng theo
của phương
gối cáchđứng
chấnvà
càng
thấp
thì Ngoài
càng có
vẫncảphải
bảotăng
độ
khi
chuyển
vị ngang
tăng
nhưng
tăngra,
lênhệnày
của nhớt
gối không
kếtđều
U-FREI
cứng
theo phương
đứng
vàlên,
độ ổn
định.sự
Ngoài

số cản
của cả liên
hai gối
tăng
nhanh
hơn gối
kếttăng
B-FREI.
khi chuyển
vị liên
ngang
lên, nhưng sự tăng lên này của gối không liên kết U-FREI
nhanh hơn gối liên kết B-FREI.
Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
4.5. Ứng suất trong các lớp cao su của gối cách chấn
5.1.Ứng
Ứngsuất
suất trong
trong các
caocao
su của
gối cách
4.5.
cáclớplớp
su của
gối chấn
cách chấn
Gối
cách
chấn

chịu
chuyển
vị
ngang
theo X.
phương
Quy
ước của
cáchệphương
của
Gối cách chấn chịu chuyển vị ngang theo phương
Quy ướcX.các
phương
quy chiếu
địahệ
Gối1,địa
cách
chấn
chịu
vị
ngang
phươngtổng
X. Quy
ướcY,các
quy
chiếu
1,với
2,chuyển
3 song
song

các
thể X,
Z. phương của hệ
phương
2, 3phương
song
song
các
phương
tổngvới
thểtheo
X, Y,phương
Z.
quy chiếu
địa
phương
1,
2,
3
song
song
với
các
phương
tổng
thể
X,
Y,
Z.
Ứng

S 33S33
trong
các các
lớp cao
ở các
cáchgối
chấncách
đàn hồi
liênđàn
kết B-FREI
không
liên kếtvà
Ứngsuất
suất
trong
lớpsucao
sugối
ở các
chấn
hồi liênvàkết
B-FREI
U-FREI
tại
chuyển
vị
ngang
có
độ
lớn
bằng

90
mm
được
thể
hiện
trong
Hình
8.
Để
quan
sát
dễ
S33 trongtạicác
lớp cao
ở cáccógối
chấn 90
đànmm
hồi được
liên kết
và
không Ứng
liên suất
kết U-FREI
chuyển
vị su
ngang
độcách
lớn bằng
thểB-FREI
hiệndàng,

trong
kết quả của một nửa gối cách chấn được thể hiện.
không
liên
kết
U-FREI
tại
chuyển
vị
ngang
có
độ
lớn
bằng
90
mm
được
thể
hiện
trong
Hình 8. Để quan sát dễ dàng, kết quả của một nửa gối cách chấn được thể hiện.
Hình 8. Để quan sát dễ dàng, kết quả của một nửa gối cách chấn được thể hiện.

(a)kết B-FREI
(a) Gối liên

(b)
(b) Gối không liên kết U-FREI

Hình 8. Ứng suất S33 (N/m22) trong các lớp cao su ở mặt cắt đi qua giữa gối cách chấn tại

Hình 8. Ứng
suất90S33mm
(N/m
) chuyển
trong các
lớp
cao(giá
su ởtrịmặt
cắt đithể
qua
giữa
gốikéo)
cách chấn tại
2
lớn
của
ngang
dương
hiện
chịu
Hình 8.độ
Ứng
suất S 33 (N/m
) trong
các lớpvịcao
su ở mặt
cắt đi qua
giữa gối cách
chấn
tại độ

lớn 90 mm
độ lớn 90 mmcủa
củachuyển
chuyển
vị ngang (giá trị dương thể hiện chịu kéo)
vị ngang (giá trị dương thể hiện chịu kéo)
(a) Gối liên kết B-FREI; (b) Gối không liên kết U-FREI
(a) Gối liên kết B-FREI; (b) Gối không liên kết U-FREI
Trong trường hợp gối liên kết B-FREI, ứng suất nén trong gối nằm ở phần lõi, xuyên suốt từ đáy
Trong
hợpnối
gốichồng
liêngiữa
kết đáy
B-FREI,
suất nén
trong
gối nằm
phần lõi,
lên đỉnh
gối,trường
trong vùng
và đỉnh ứng
gối; mômen
gâytrong
mất cân
gốiởởđược
Trong
trường
hợp

gốigối,
liêntrong
kết vùng
B-FREI,
ứng
suất
nén
gốibằng
nằm
phầnhình
lõi,
xuyên
suốt
từ
đáy
lên
đỉnh
nối
chồng
giữa
đáy
và
đỉnh
gối;
mômen
gây
thành
bới
ứng
suất

kéo
nằm
ngoài
vùng
nối
chồng
trên.
Trong
khi
đó,
với
gối
không
liên
kết
U-FREI,
xuyên
suốt từ đáy
lên đỉnh
gối,
trongbới
vùng nối
chồng
giữa đáy
và đỉnh
gối; mômen
gây
mất
gối nằm
được

hình
thành
suất
kéo
ngoài
vùng
trên.
ứngcân
suấtbằng
nén cũng
trong
vùng
nối chồng ứng
giữa đáy
đỉnhnằm
gối, nhưng
giá trịnối
nhỏchồng
hơn so với
mất
cân
bằng
gối được
hình
thành
bới ứng
suấtvàkéo
nằm
ngoàicóvùng
nối

chồng
trên.
gối liên kết B-FREI. Chú ý rằng khi gối U-FREI chịu chuyển vị ngang, các lớp cao su ngoài cùng ở
ngoài vùng nối chồng tách rời so với các bề mặt của đài móng và phần thân công trình (có biến dạng
9
cuộn). Điều này làm giảm các yêu cầu phức tạp, tốn
9 kém về liên kết giữa các lớp cao su ngoài cùng
với các đế thép như trong gối thông thường B-FREI. Các gối U-FREI có thể chịu biến dạng mà không
bị hư hỏng khi chịu chuyển vị ngang của các trận động đất. Ứng suất kéo trong các lớp cao su của
gối U-FREI được phát triển trong vùng có biến dạng cuộn này và cũng có giá trị nhỏ hơn trong gối
B-FREI. Ở gối U-FREI, nhờ có biến dạng cuộn, các ứng suất kéo trong các lớp cao su ở vùng có biến
46


Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

dạng cuộn không truyền trực tiếp vào phần đài móng và phần thân công trình như gối B-FREI. Mô
men gây mất cân bằng ở gối U-FREI được chế ngự bởi cặp ngẫu lực theo phương đứng ở phần đáy và
đỉnh gối. Điều này tương đối phù hợp với những nhận xét có trong nghiên cứu của [14].
6. Kết luận
Nghiên cứu này trình bày so sánh ứng xử ngang theo một phương của nguyên mẫu gối cách chấn
đàn hồi không liên kết U-FREI hình khối hộp so với gối cách chấn liên kết thông thường B-FREI.
Các gối cách chấn có cấu tạo và kích thước như nhau, nhưng khác nhau về điều kiện liên kết biên với
các phần đài móng và phần thân công trình. Ứng xử ngang của các gối chịu đồng thời tải trọng thẳng
đứng và chuyển vị ngang vòng lặp như nhau được điều tra bằng phân tích mô hình số. Các kết luận
rút ra từ nghiên cứu như sau:
- Độ cứng ngang hiệu dụng của gối không liên kết U-FREI giảm và hệ số cản nhớt tăng lên khi
độ lớn của chuyển vị ngang tăng lên nhờ biến dạng cuộn.
- Độ cứng ngang hiệu dụng của gối không liên kết U-FREI nhỏ hơn đáng kể so với giá trị tương
ứng ở gối liên kết B-FREI tại chuyển vị ngang lớn. Do đó, hiệu quả cách chấn của gối không liên kết

U-FREI tốt hơn so với gối liên kết B-FREI.
- So sánh ứng suất trong hai loại gối cách chấn cho thấy giá trị tuyệt đối của ứng suất nén và
kéo trong các lớp cao su của gối không liên kết U-FREI thấp hơn giá trị tương ứng trong gối liên kết
B-FREI. Ứng suất kéo trong các lớp cao su của gối U-FREI (ở vùng có biến dạng cuộn) không truyền
trực tiếp vào phần đài móng và phần thân công trình như gối B-FREI.
Tài liệu tham khảo
[1] Toopchi-Nezhad, H., Tait, M. J., Drysdale, R. G. (2008). Lateral response evaluation of fiber-reinforced
neoprene seismic isolators utilized in an unbonded application. Journal of Structural Engineering, 134
(10):1627–1637.
[2] Osgooei, P. M., Tait, M. J., Konstantinidis, D. (2014). Finite element analysis of unbonded square fiberreinforced elastomeric isolators (FREIs) under lateral loading in different directions. Composite Structures, 113:164–173.
[3] Thuyết, N. V. (2017). Phân tích ứng xử ngang của nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi FREI. Tuyển tập
báo cáo Hội nghị Khoa học Cán bộ trẻ lần thứ XIV, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, Bộ Xây dựng,
170–177.
[4] Naeim, F., Kelly, J. M. (1999). Design of seismic isolated structures: from theory to practice. John Wiley
& Sons.
[5] Thuyet, N. V., Deb, S. K., Dutta, A. (2018). Effect of horizontal loading direction on performance of prototype square unbonded fibre reinforced elastomeric isolator. Structural Control and Health Monitoring,
25(3):1–18.
[6] Thuyet, N. V. (2018). Effect of shear modulus on the performance of prototype un-bonded fiber reinforced
elastomeric isolators. Journal of Science and Technology in Civil Engineering (NUCE), 12(5):10–19.
[7] Thuyet, N. V. (2017). Seismic performance evaluation of prototype un-bonded fiber reinforced elastomeric isolators. PhD Thesis, Indian Institute of Techology Guwahati, Assam, India.
[8] Thuyet, N. V., Deb, S. K., Dutta, A., Ray, N., Mitra, A. J. (2016). Performance evaluation of fiber
reinforced elastomeric isolators under cyclic load. In Proc. of the 8th World Congress on Joints, Bearing
and Seismic Systems for Concrete Structures, Atlanta, Georgia, USA, 8–51.
[9] Thuyet, N. V., Dutta, A., Deb, S. K. (2016). Predicting stability of a prototype un-bonded fibre reinforced
elastomeric isolator by finite element analysis. In Proc. of the International Conference on Computational
Methods, 7th ICCM 2016, 1st-4th August, Berkeley, California, USA, 500–518.

47

Thuyết, N. V. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

[10] Thuyet, N. V., Dutta, A., Deb, S. K. (2017). Evaluation of horizontal stiffness of fibre-reinforced elastomeric isolators. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 46(11):1747–1767.
[11] Ogden, R. W. (1972). Large deformation isotropic elasticity - on the correlation of theory and experiment
for incompressible rubberlike solids. Proc. R. Soc. Lond. A, 326:565–584.
[12] Holzapfel, G. A. (1996). On large strain viscoelasticity: continuum formulation and finite element applications to elastomeric structures. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 39(22):
3903–3926.
[13] IBC-2000 (2000). International building code. USA.
[14] Toopchi-Nezhad, H., Tait, M. J., Drysdale, R. G. (2011). Bonded versus unbonded strip fiber reinforced
elastomeric isolators: finite element analysis. Composite Structures, 93(2):850–859.

48