Ebook 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


3
Có thể thấy tiêu đề sách trong mã số sách tiêu chuẩn quốc tế (ISBN)


4
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 13­16 tháng 7 năm 
1992.
Tháng 7 năm 1992.


5

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


6
LONDON VÀ NEW YORK


7
Nhà xuất bản Elsevier Science LTD
Crown House, Linton Road, Barking, Essex IG11 8JU, England
Phiên bản này được công bố trên Taylor & Francis e­Library, 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 0­203­21517­6 Master e­book ISBN
ISBN 0­203­27153­X (Bản đọc điện tử)
ISBN 1­85166­764­4 (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.


8
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.


9
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. 


10
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 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.


11
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


12
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 Chia­Ming 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

v
2

27
48
72
89
113
126
137

148

160

174
186

200

211
226


13
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
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

241

256
272
284

296
306

316

328

357


14

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
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

CHIA­MING 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, E1, 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


15
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.
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. 2­4]. 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.


16
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, ML, và khoảng cách chấn tâm, R1, 
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 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 X1 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. 


17

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, X 4, 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 X3, 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 X3 này như nó làm cho một kết cấu ứng xử tối đa 
của nó, xác định số 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 X4 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 

18
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 X4)(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 X4,  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, X3; 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).
Một khó khăn khác là trong trường hợp dự  đoán  ứng xử, X4(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.


19
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  Khả năng hấp thụ và tiêu tán năng lượng
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 qua thiết bị đo đạc chuyên dụng tòa nhà) và trong phòng thí nghiệm 


20
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 [2­5]. 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 EI 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


21
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 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, fs = 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)


22
Xem xét rằng Ea bao gồm năng lượng biến dạng đàn hồi, Es 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 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)


23
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.
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: 0,3­5,0 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 EIS  có thể  thấp đáng kể  so với EI  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), EI 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 (mivti) 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 EI đối với một tòa nhà nhiều tầng có thể được ước 

tính với đủ độ chính xác thực tế bằng cách tính toán EI của hệ một bậc tự do sử dụng chu kỳ 
dao động cơ bản của kết cấu nhiều tầng.


24
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, ED  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 EE + 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 EI của trận động 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 E I, nghĩa là sử dụng ED. Theo phương trình 
(12b), có ba cách để  tăng ED: Một là tăng cản nhớt tuyến tính,  E ; cách khác là để  tăng năng 
lượng trễ, EH; và thứ  ba là kết hợp tăng   E và EH. Tại nay thực tế chung là chỉ  cố gắng tăng 
EH 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 EI  với chỉ  mình EE 
hoặc EE + ED, người thiết kế có lựa chọn cố gắng điều khiển (giảm) EI 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) EI 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 EI [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 E I 
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  


25
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,  , 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 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 EI. 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 


26
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 EH (bao gồm cả tỷ số độ dẻo tích lũy, μa, 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 3­7 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, 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 EH 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 2­4 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 EI và EH (đại diện ở đây bởi VH, μa và