Phân tích tính toán và so sánh các phương pháp tính kết cấu khung phẳng công trình biển chịu tải trọng động đất

Đại Học Quốc Gia T.p. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

LÊ HOAN CƯỜNG

PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN VÀ SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP
TÍNH KẾT CẤU KHUNG PHẲNG CÔNG TRÌNH BIỂN CHỊU
TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
Chuyên ngành : CẢNG & CÔNG TRÌNH THỀM LỤC ĐỊA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH
Tháng 12/2006


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

----oOo---Tp. Hồ Chí Minh, Ngày ….. tháng ….. năm 2006
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên : LÊ HOAN CƯỜNG
Ngày sinh : 26-08-1964
Chuyên ngành : CT BIỂN & THỀM LỤC ĐỊA

Phái : Nam

nơi sinh : NHA TRANG
MSHV : 00205022

I/ ĐỀ TÀI :

PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN VÀ SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH
KẾT CẤU KHUNG PHẲNG CÔNG TRÌNH BIỂN CHỊU TẢI TRỌNG
ĐỘNG ĐẤT
II/ NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :
Nghiên cứu tổng quan về kỹ thuật động đất. Thu thập các số liệu về tình hình động
đất tại Việt Nam và các nơi trên thế giới. Phân tích sơ sở lý thuyết tính toán và các
phương pháp tính toán công trình biển chịu tải trọng động đất. Vận dụng lý thuyết và
tính toán vào trong tính kết cấu công trình biển chịu tải trọng động đất.
Kết luận – Kiến nghị
III/ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

Ngày 03/07/2006

IV/ NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :

Ngày 30/12/2006

V/ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :
GVHD : Ths. BÙI VĂN CHÚNG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1

Ths. BÙI VĂN CHÚNG

Ts. BÙI CÔNG THÀNH

BỘ MÔN QL. NGÀNH

P. ĐÀO TẠO SĐH

CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2

Ts. NGUYỄN THẾ DUY
Ngày ….. tháng ….. năm 2006
CHỦ NHIỆM NGÀNH


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
LỜI CÁM ƠN

1

MỞ ĐẦU

2

PHẦN I : CƠ SỞ KHOA HỌC TRONG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH TRONG VÙNG ẢNH
HƯỞNG ĐỘNG ĐẤT

3
PHẦN II : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘNG ĐẤT
II.1/ Cơ sở lý thuyết của động đất

5
5

II.1.1/ Khái niệm và nguyên nhân gây ra động đất

5

II.1.2/ Sơ lược lý thuyết kiến tạo võ trái đất

5

II.1.3/ Một số định nghóa cơ bản về động đất

8

II.2/ Động đất và các vấn đề thực tế
Các hình ảnh minh họa

15
19-22

PHẦN III : SƠ LƯC ĐỘNG LỰC HỌC KẾT CẤU
23
III.1/ Kết cấu đàn hồi tuyến tính
23
A. Hệ một bậc tự do

23
1. Dao động tự do
23
2. Dao dộng cưỡng bức
28
2.1. Tải trọng có chu kỳ
28
2.2. Tải trọng xung
32
2.3. Tải trọng tổng quát
35
2.4. Tải trọng động đất
36
3. Các phương pháp giải tìm nghiệm phương trình vi phân
40
B. Hệ nhiều bậc tự do
48
1. Dao động tự do của hệ không cản nhiều bậc tự do
49
2. Dao động tự do của hệ cản nhiều bậc tự do
57
3. Dao động của hệ nhiều bậc tự do có cản dưới tác dụng của tải trọng động đất 60
III.2/ Kết cấu phi tuyến

62

PHẦN IV : PHÂN TÍCH NỘI LỰC VÀ TÍNH HỆ KHUNG PHẲNG KẾT CẤU CÔNG
TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
64
IV.1-NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN

64
IV.2-PHƯƠNG PHÁP GIẢ TĨNH
65
i


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

IV.3-CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC
IV.3-1/ Các giả thiết cơ bản
IV.3-2/Phương pháp giải tích
IV.3-3/Phương pháp phổ đáp ứng
Phương pháp rút gọn tónh
Phương pháp phổ đáp ứng
Số dạng dao động
Tổ hợp các cực trị thuộc hàm dạng
Nhận xét và đánh giá
Tóm tắt trình tự tính toán
IV.3-3/Phương pháp phân tích theo thời gian lịch sử
Nhận xét và đánh giá
Tóm tắt trình tự tính toán

67
67
67
68
70
73

75
75
77
78
79
80
81

IV.4-PHƯƠNG PHÁP XÁC XUẤT

82

IV.5-PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHI TUYẾN KHÔNG ĐÀN HỒI
IV.5-1/Phương pháp phổ đáp ứng không đàn hồi
IV.5-1/Phương pháp phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian

83
84
86

PHẦN V : PHÂN TÍCH NỘI LỰC TRONG KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CẢNG VÀ CÔNG
TRÌNH BIỂN CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
87
V.1-SƠ LƯC VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BIỂN
87
V.2-CƠ SỞ LÝ LUẬN TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG CÔNG TRÌNH BIỂN
87
V.3-PHÂN TÍCH NỘI LỰC CÔNG TRÌNH BIỂN CHỊU TÁC ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT
89
V.3.1-Các thông số tính toán

89
V.3.2-Phương pháp phân tích phổ đáp ứng
91
V.3.3-Phương pháp phân tích theo thời gian lịch sử
92
V.4-NHẬN XÉT
93
PHẦN VI : LẬP TRÌNH PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BIỂN
CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
94
VI.1-GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH 2DDYNAMIC
94
VI.2-CÁC HÀM TRONG CHƯƠNG TRÌNH 2DDYNAMIC
95
VI.3-KIỂM TRA ĐỘ TIN CẬY CỦA CHƯƠNG TRÌNH 2DDYNAMIC
99
Sơ đồ chương trình 2DDynamic
100
PHẦN VII : CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN
VII.1-VÍ DỤ 1 : KHUNG PHẲNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
1. Số liệu tính toán

101
101
101
ii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

2. Kết quả tính toán
107
3. So sánh kết quả tính toán bằng chương trình 2Ddynamic và phần mềm SAP 2000
107
Kết luận
110
Các kết quả tính toán bằng hình ảnh
VD1-01 đến VD1-46
VII.2-VÍ DỤ 2 : KHUNG KẾT CẤU CỦA DÀN KHOAN BIỂN CHỊU TẢI TRỌNG
ĐỘNG ĐẤT
111
1. Số liệu tính toán
114
2. Kết quả tính toán
107
3. So sánh kết quả tính toán bằng chương trình 2Ddynamic và phần mềm SAP 2000
115
4. So sánh kết quả tính toán giữa 2 phương pháp
116
Kết luận
117
Các kết quả tính toán bằng hình ảnh
VD2-01 đến VD2-36
PHẦN VIII : KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ
VIII.1-KẾT LUẬN
VIII.2-KIẾN NGHỊ

PHỤ LỤC THAM KHẢO

118
118
119

TLTK-1 đến TLTK-3

iii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy TS. NGÔ NHẬT HƯNG đã tận tình giúp đỡ và đóng
góp ý kiến cho tác giả trong quá trình thực hiện Luận án. Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn
sâu sắc đến Thầy Ths. BÙI VĂN CHÚNG vì những góp ý tận tâm vô cùng q giá , những tài
liệu, kiến thức và kinh nghiệm khoa học thực tế của thầy đã giúp đỡ tác giả rất nhiều trong
quá trình thực hiện Luận án này. Tác giả cũng xin chân thành cám ơn Thầy Ts. TRƯƠNG
NGỌC TƯỜNG về những giải đáp thắc mắc về phương pháp số trong giải quyết bài toán kết
cấu.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, các thầy cô trong Khoa đào tạo Sau đại học,
các thầy cô trong Bộ môn Công trình Cảng – Đường thủy, Khoa kỹ thuật Xây dựng đã tận tâm
truyền đạt cho tác giả kiến thức và các kỹ năng nghiên cứu khoa học. Xin chân thành cám ơn
các thầy cô giảng dạy của Trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH đã truyền đạt
cho tác giả những kiến thức qúi báu.
Tôi xin được gởi lời cám ơn đến KS. DUNCAN A.F., thành viên của Hiệp hội kỹ thuật quốc
gia về kỹ thuật động đất New Zealand, người từng đoạt giải thưởng về thiết kế chống động đất

của New Zealand, người bạn đồng nghiệp của tôi, đã giúp tôi có những ý tưởng ban đầu về
thiết kế chống động đất. Tôi xin được gởi lời cám ơn đến các bạn đồng nghiệp của tôi, những
người đã nhiệt tình ủng hộ tôi trong thời gian thực hiện Luận án.
Cuối cùng tôi xin được cám ơn các các người thân trong gia dình, các anh em bạn bè, những
người luôn tìm cách ủng hộ và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện Luận án.

Xin chân thành cảm ơn.

Page 1


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

MỞ ĐẦU

Các trận động đất liên tiếp trong các năm gần đây tại Việt Nam đã thu hút sự quan tâm
của công luận cũng như các nhà nghiên cứu khoa học. Đã có rất nhiều phát biểu, tranh luận
khoa học về sự cần thiết hay không cần thiết phải thiết kế công trình chịu tải trọng động đất,
cũng như mức độ ảnh hưởng của động đất đến các công trình xây dựng. Trong bối cảnh nền
kinh tế Việt Nam có những bước phát triển mạnh mẽ, và nói riêng, ngành xây dựng cũng có
nhiều bước phát triển vượt bậc. Nhiều công trình xây dựng trên các lónh vực Dân dụng, Công
nghiệp, Cầu đường, Thủy lợi và đặc biệt trong ngành Cảng & Công trình biển đã được xây
dựng và phát triển cả về số lượng và qui mô tầm cỡ của công trình. Bên cạnh vấn đề chất
lượng công trình đòi hỏi ngày càng cao hơn, một vấn đề quan trọng được đưa ra là các công
trình tại Việt Nam có bảo đãm được khả năng chịu lực khi xuất hiện động đất.
Tại nhiều nước trên thế giới, chủ yếu là các nước thường xảy ra động đất, vấn đề này đã
được quan tâm và nghiên cứu từ những năm đầu thế kỷ 20. Nhiều nước trên thế giới, việc thiết
kế công trình chịu tải trọng động đất là vấn đề bắt buộc. Ở Việt Nam, do nhiều hoàn cảnh

khách quan, vấn đề động đất chưa có nhiều nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi. Tại trường Đại
học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh, chưa có nhiều Luận Văn Cao học nghiên cứu về đề tài
này, và các đề tài nghiên cứu này chỉ ở mức độ áp dụng công thức và phần mềm tính toán của
nước ngoài mà chưa nghiên cứu bản chất của lực động đất tác dụng vào công trình.
Trong nhiều năm làm công tác thiết kế công trình cho công ty tư vấn nước ngoài, có cơ
hội tiếp xúc với Tiêu chuẩn thiết kế các nước, tác giả nhận thức được tầm quan trọng và mức
độ cần thiết trong công tác thiết kế công trình chịu tải trọng động đất. Có thể nói đây là vấn đề
đang được đặc biệt quan tâm của xã hội và của nhiều nhà khoa học. Với tất cả lòng ham mê
tìm hiểu các vấn đề về kết cấu công trình, tác giả cố gắng tìm hiểu bản chất của lực động đất
tác động lên kết cấu công trình, các phương pháp tính toán hiện nay đang được áp dụng và
thực tế thiết kế cũng như các phương pháp đang được sử dụng trong công tác nghiên cứu khoa
học. Mục tiêu đưa ra là giải quyết vấn đề thiết kế công trình biển chịu tải trọng động đất trên
cơ sở lý luận khoa học và dễ dàng vận dụng các phương pháp tính và trong thực tế thiết kế. Do
đó, Luận Văn này bao gồm phần trình bày các cơ sở lý luận cần thiết, và nhấn mạnh vào các
công thức ứng dụng thực tế. Phần cuối của Luận Văn là các chương trình hàm tính toán kết cấu
chịu tải trọng động đất có thể áp dụng được trong thực tế.
Do tài liệu thu thập chưa được phong phú và trong hoàn cảnh các thuật ngữ chưa được
thống nhất, nhất là do trình độ bản thân còn nhiều hạn chế, nên phần trình bày và các thuật
ngữ sử dụng trong luận văn này không tránh khỏi những sai sót nhất định. Kính mong nhận
được nhiều ý kiến giúp đỡ của các thầy cô nhằm giúp tác giả nâng cao sự hiểu biết.
Xin chân thành cảm ơn.

Page 2


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

PHẦN I

CƠ SỞ KHOA HỌC TRONG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH TRONG VÙNG
ẢNH HƯỞNG ĐỘNG ĐẤT
Tính toán kết cấu công trình trong vùng động đất là môn khoa học tổng quát kết hợp của
nhiều lónh vực nghiên cứu khoa học khác nhau. Ngày nay, nhân loại đã có nhiều nghiên cứu
tiến bộ vượt bậc trong việc giải bài toán kết cấu công trình chịu tác dụng tải trọng động đất.
Những thành tựu đó được phát triển trên cơ sở các lónh vực khoa học có thể kể đến như sau :
•
-

Cơ học kết cấu, Lý thuyết biến dạng, Lý thuyết ứng suất …
Khoa học về vật liệu xây dựng (Lý thuyết đàn hồi, Lý thuyết đàn dẻo, Lý thuyết dẻo, Cơ
học phá hoại, Lý thuyết từ biến, Cơ học mỏi …)
Địa chất công trình
Nền móng, Cơ học đất, Cơ học đá..
Tónh học công trình, Ổn Định công trình …
Động lực học kết cấu, Lý thuyết dao động và sự lan truyền sóng …
•

-

-

CÁC LĨNH VỰC KHOA HỌC VỀ TOÁN HỌC ỨNG DỤNG

Các phương pháp tính như phương pháp số, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp
phần tử biên …
Lý thuyết xác xuất thống kê, Lý thuyết về nguy cơ và độ tin cậy của kết cấu công trình…
Các môn khoa học máy tính.
•

-

CÁC LĨNH VỰC KHOA HỌC VỀ VẬT LÝ ĐỊA CẦU

Khoa học về động đất (Earthquake Science)
Khoa học về trái đất như Địa vật lý, Địa từ trường …
•

-

CÁC LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

CÁC LĨNH VỰC KHOA HỌC VỀ THIẾT BỊ ỨNG DỤNG

Mô phỏng học.
Lý thuyết tương tự và mô hình vật lý.
Chế tạo thiết bị đo đạc và quan trắc.
•

CÁC LĨNH VỰC KHOA HỌC VỀ KINH TẾ, TÀI CHÍNH

Page 3


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

Một cách tổng quát, chúng ta có thể tóm tắt theo sơ đồ sau đây :

KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
Tónh học
công trình

Động lực
học kết cấu

KỸ THUẬT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
KINH TẾ HỌC

XÁC XUẤT
THỐNG KÊ

ĐỊA VẬT LÝ

ĐỊA KỸ THUẬT

Hình 1.1. Sơ đồ vấn đề thiết kế chống động đất
Sơ đồ thể hiện các vấn đề cần giải quyết trong bài toán thiết kế công trình trong vùng động
đất. Qua đó, để thiết kế công trình chịu tác động động đất, chúng ta cần phải xác định các
nguyên nhân và tính chất của trận động đất theo địa lý (Địa vật lý), chọn ra các số liệu động
đất dùng cho tính toán kết cấu (Xác xuất thống kê), tính toán kết cấu công trình theo các bài
toán Tónh học và Động lực học, tính toán nền móng công trình (Địa kỹ thuật), kiểm nghiệm
các số liệu tính toán bằng các thí nghiệm mô hình, và cuối cùng so sánh chọn lựa phương án
thích hợp theo điều kiện kinh tế và tài chính cho phép.
Như vậy, vai trò của người thiết kế là thu thập số liệu đã được xử lý của các nhà địa vật lý,
so sánh các phương án thiết kế, xem xét đến các điều kiện thực tế về quản lý kinh tế, đánh giá
kết quả tính toán, từ đó chọn ra phương án kết cấu tối ưu nhất.

Page 4


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

PHẦN II
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘNG ĐẤT
II.1/ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỘNG ĐẤT
II.1-1/ Khái niệm & nguyên nhân gây ra động đất :
Các nguyên nhân gây ra động đất có thể kể ra như sau : [1.8]
1234-

Sự sập đổ của các hang động ngầm dưới mặt đất.
Sự va chạm của các thiên thạch vào bề mặt trái đất.
Chấn động bề mặt đất gây ra do các vụ thử hạt nhân ngầm trong lòng đất.
Do hoạt động núi lửa và vận động kiến tạo bề mặt võ trái đất.

Các nguyên nhân 1, 2 và 3 thường chiếm mức độ không đáng kể và không có ý nghóa đại
diện. Do đó người ta thường định nghóa động đất như sau (DYNAMICS OF STRUCTURES –
Prof. Dr. R. Hoffer / MCEER : Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering).
Động đất là sự rung lắc của nền và sự phóng thích năng lượng do chuyển động trượt đột
ngột của các vết nứt gãy trên võ trái đất, do hoạt động của núi lửa và sự chuyển động của khối
mắc ma bên dưới võ quả đất, hoặc do sự thay dổi ứng suất đột ngột trong lớp võ quả đất.
II.1-2/ Sơ lược lý thuyết kiến tạo võ trái đất :

CRUST 1
MANTLE 2

A CRUST/ LỚP VÕ TRÁI ĐẤT
B LITHOSPHERE / THẠCH QUYỂN
C ASTHENOSPHERE /LỚP BÊN DƯỚI
LỚP THẠCH QUYỂN

LIQUID
CORE 3

D MANTLE / TẦNG DUNG NHAM

SOLID
CORE
4

1 CRUST/ LỚP VÕ TRÁI ĐẤT
2 MANTLE / TẦNG DUNG NHAM
3 LIQUID CORE / PHẦN LÕI NÓNG DÂY
4 SOLID CORE / PHẦN LÕI ĐẶC

Hình 2.1: CẤU TẠO VÕ QUẢ ĐẤT NHƯ HÌNH DẠNG VÕ QUẢ TRỨNG BAO BỌC
LỚP DUNG NHAM NÓNG CHẢY [2.16]

Page 5


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

Sự chuyển dời các lục địa (Vận động kiến tạo) :

Theo giả thiết của Veghênerơ [1.6], lúc ban đầu, võ quả đất chỉ là một mảng lục địa lớn
duy nhất. Sau thời đại cổ sinh, lục địa lớn bị phân tách thành các lục địa nhỏ hơn và bắt đầu
tách xa nhau. Ngày nay người ta xem võ quã đất gồm 7 mảng lục địa lớn và 12 mảng lục địa
nhỏ hơn. Do vận động kiến tạo, các mãng lục địa này chuyển dời vị trí tương đối lẫn nhau,
chúng gây ra sự nén ép hoặc kéo giãn cục bộ trong võ trái đất. Khi việc tích tụ biến dạng và
năng lượng đủ lớn, chúng phá vỡ tức thời lớp võ quả đất và tạo ra động đất. Do đó, theo lý
thuyết này, động đất thường xảy ra theo biên của các mảng lục địamà người ta còn gọi là các
vết nứt gãy (như nứt gãy sông Sài Gòn, nứt gãy sông Hồng…)
Ngoài ra còn do chế độ phân bố nhiệt không đồng đều trong lớp dung nham nóng chảy của
trái đất và vận động đối lưu của chúng. Khi tích tụ năng lượng đủ lớn và gặp vị trí lớp võ trái
đất mỏng, dung nham nóng phá vỡ lớp võ này và chảy ra ngoài. Đây là nguyên nhân của quá
trình biến dạng trong lòng trái đất.
Người ta chia ra 3 dạng chuyển động chính của các mảng lục địa dựa theo chuyển động
tương đối của chúng với nhau :
-

Chuyển động phân ly (divergent boundary) : 2 mảng lục địa tách xa nhau ra

- Chuyển động hội tụ (convergent boundary) : 2 mảng lục địa tiến lại gần nhau. Trong
đó có thể chia thành các dạng như :
o
o
o
o

Chuyển động trườn : Mảng nọ trườn trên mảng kia.
Chuyển động rúc : Mảng nọ chui xuống dưới mảng kia.
Chuyển động rúc đồng qui : Cả 2 mảng cùng chui xuống.
Chuyển động va chạm hay chuyển động đùn : Cả 2 mảng ép trực tiếp vào nhau

- Chuyển động biến đổi (transform boundary) : 2 mảng lục địa trượt ngang lẫn nhau. Đây
là dạng chuyển động hầu như không gây phá hoại và không tái cấu trúc vỏ trái đất.
Các dạng nứt gãy : [2.17]
Hậu quả của quá trình chuyển động của các mảng lục địa là tạo ra các dạng nứt gãy khác
nhau trên bề mặt trái đất. Người ta thường chia thành 5 dạng chính :
- Dạng thông thường (Normal fault) : Khối trên trườn xuống bên dưới.
- Dạng đảo ngược (Reverse fault) : Khối trên trượt lên khối dưới.
- Dạng trượt ngang (Strike-Slip fault, Lateral fault) : 2 khối dịch chuyển ngang song
song
- Dạng trượt nghiêng (Oblique-Slip fault) : kết hợp cả dạng 1 và 2
- Dạng hào (Graben fault) : Khối hẹp, dài dịch chuyển cục bộ hướng lên hay hướng
xuống.
Các dạng nứt nãy gây ra các sóng động đất lan truyền theo các phương khác nhau.
Page 6


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

TRƯỚC

ĐANG XẢY RA

SAU

Hình 2.2. DẠNG NỨT GÃY THÔNG THƯỜNG (Normal fault)

TRƯỚC

ĐANG XẢY RA

SAU

Hình 2.3. DẠNG NỨT GÃY ĐẢO NGƯC (Reverse fault)
TRƯỚC

SAU

Hình 2.4. DẠNG TRƯT NGANG (Strike-Slip fault)
Page 7


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

(Nguồn: Geotechnical Earthquake Engineering Handbook)
II.1-3/ Một số định nghóa cơ bản về động đất :
A/ Các định nghóa
Chấn tiêu : (hypocenter, focus) là điểm bên trong võ quả đất, nới xuất phát của nứt gãy động
đất. Trong địa chấn học, có thể xem chấn tiêu như một doạn nứt gãy hay cả một vùng đứt gãy
trong võ trái đất và là nguồn gốc chấn động (seismic source)
Chấn tâm : (Epicenter) là điểm trên bề mặt trái đất, theo phương thẳng đứng với diểm chấn
tiêu.
Độ sâu chấn tiêu : (Depth of hypocenter) là khoảng cách từ chấn tiêu đến chấn tâm, tức là
khoảng cách từ chấn tiêu đến điểm thẳng góc trên bề mặt võ trái đất.
Khoảng cách chấn tâm : (Distance to epicenter) Khoảng cách từ điểm đo (điểm đang xét) đến
chấn tâm.
Khoảng cách chấn tiêu : (Distance to hypocenter) Khoảng cách từ điểm đo (điểm đang xét)

đến chấn tiêu.
Các sóng địa chấn : (Seismic waves)
Sóng chấn động lan truyền trong trái đất theo thời gian. Sóng lan truyền với các mặt sóng
dạng hình cầu với tâm là chấn tiêu. Trên mặt đất, sóng lan truyền theo các dạng vòng tròn
đồng tâm vối tâm là chấn tâm. Vận tốc truyền sóng phụ thuộc chủ yếu vào môi trường truyền
sóng (đất nền).
Sóng địa chấn thường chia thành 2 loại chính như sau :
1. Sóng chính (body waves) Sóng động đất hình thành trực tiếp từ các nứt gãy địa chất, lan
truyền bên trong võ trái đất. Bao gồm 2 loại sóng chính như sau :
- Sóng dọc (longitudinal wave,compression wave, primary wave, P-wave, dilatation wave):
các phần tử vật chất dao động theo hướng lan truyền của sóng. Vận tốc truyền sóng Cp.
- Sóng ngang (shear wave, secondary wave, S-wave, rotational wave) : trong đó các phần
tử vật chất dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng Vận tốc truyền sóng Cs.
Vận tốc truyền sóng dọc thường trong môi trường đất nền lớn hơn rất nhiều so với vận tốc
truyền sóng ngang.
2. Sóng bề mặt (surface waves) Hình thành khi các sóng chính lan truyền đến môi trường bề
mặt đất. Các sóng bề mặt chỉ xuất hiện tại lớp đất đá sát bề mặt. Cũng bao gồm 2 loại :
- Sóng Rayleigh : Một dạng sóng bề mặt gây ra các phần tử vật chất chuyển động theo
dạng ellip mà không gây ra chuyển động ngang hay vuông góc
- Sóng Love : Do nhà toán học người Anh A.E.H. Love tìm ra năm 1911. Một dạng sóng bề
mặt trong đó các phần tử vật chất chuyển động theo phương ngang so với phương truyền soùng.
Page 8


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

Bằng cách đo đạc thời gian truyền sóng dọc và sóng ngang, biết được vận tốc truyền sóng
Cp và Cs, người ta có thể tính được khoảng cách chấn tâm. Sử dụng nhiều trạm quan trắc động

đất khác nhau, người ta có thể xác định khá chính xác vị trí chấn tâm.
Sóng P

Nén ép

Giãn nỡ

Sóng S

Bước sóng

Sóng Love

Sóng Rayleigh

Hình 2.5. Các dạng sóng động đất (Nguồn : Dynamics of structures)
B/ Chấn động (Magnitude) của động đất & Cường độ (Intensity) của động đất
Có 2 cách cơ bản để xác định sức mạnh (strenght) của động đất. Đó là dựa trên khái niệm
chấn động (Magnitude) và cường độ (Intensity) của động đất. Mỗi khái niệm có công thức tính
toán riêng và thang đo riêng.

Page 9


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

B1/ Chấn động của động đất : Tổng số mức độ phóng thích năng lượng của một trận
động đất.

Mức độ chấn động của động đất được xác định dựa trên giá trị cực đại đo đạc từ địa chấn
kế (seismograph).
Thang đo : Thang độ Richter bao gồm 12 cấp độ như sau : (chữ số dùng chữ Latin)
Cấp Chấn động Lượng TNT tương đương
Richter
để gây chấn động
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0

6
30
320
1
4.6
29
73
1,000
5,100

32,000
80,000
1 million
5 million
32 million

7.5
8.0
8.5
9.0
10.0
12.0

160 million
1 billion
5 billion
32 billion
1 trillion
160 trillion

ounces
pounds
pounds
ton
tons
tons
tons
tons
tons
tons

tons
tons
tons
tons
tons
tons
tons
tons
tons
tons

Ví dụ
(xấp xỉ)

Vỡ đá trong phòng thí nghiệm
Vụ nổ lớn tại công trường
Nổ mìn hay nổ lớn tại mỏ đá

Vũ khí hạt nhân loại nhỏ
Năng lượng của trận bão trung bình
Bom nguyên tử ném xuống Nagasaki
Trận động đất Little Skull Mtn. NV,1992
Trận động đất Double Spring Flat, NV, 1994
Trận động đất Northridge, CA, 1994
Trận động đất Hyogo-Ken Nanbu, Japan, 1995;
Vũ khí nhiệt hạch loại lớn
Trận động đất Landers, CA, 1992
Trận động đất San Francisco, CA, 1906
Trận động đất Anchorage, AK, 1964
Trận động đất Chilê, 1960

Vòng cung nứt gãy San-Andreas.
Năng lượng mà trái đất nhận từ mặt trời mỗi ngày
(Nguồn website : />
Thông thường, người ta chia ra 4 dạng :
o Chấn động địa phương ML (Local Magnitude) còn gọi là thang chấn động Richter.
Chấn động địa phương là trị số logarit thập phân của tỉ số của biên độ cực đại (tính bằng mm)
và biên độ nhỏ nhất (thường được chọn là 0.001mm) mà máy địa chấn kế Wood-Anderson ghi
nhận được tại khoảng cách 100 km. Thường xác định các động đất cấp trung bình trong phạm
vi không quá 800 km.
o Chấn động do sóng mặt MS (Surface wave magnitude) : Tính toán dựa trên chuyển vị
nền cực đại ( tính bằng mm) và khoảng cách từ điểm đo đến chấn tâm. Ưu điểm của phương
pháp này so với ML là do dùng chuyển vị nền cực đại trong tính toán nên có thể dùng các địa
chấn kế bất kỳ mà không nhất thiết phải dùng máy địa chấn kế Wood-Anderson. Dùng xác
định các động đất từ trung bình đến mạnh, độ sâu chấn tâm cạn và có thể đo khoảng cách ít
nhất là 1000 km từ chấn tâm.
o Chấn động do sóng chính (Body wave magnitude) MB : Tính toán dựa trên vận tốc dao
động cực đại và khoảng cách từ điểm đo đến chấn tâm. Có các ưu điểm như MS .
Page 10


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

o Chấn động do năng lượng (Moment magnitude MW) : Đây là cách đo ngày càng trở nên
phổ biến. Được tính toán dựa trên năng lượng của địa chấn (seismic moment). Thang đo này
có thể xác định được tất cả các cấp chấn động từ cấp nhỏ cho đến cấp rất mạnh, do đó nó cũng
được dùng như để đo lường sức mạnh của động đất.
Mục tiêu là giá trị cấp chấn động của động đất là như nhau trong mọi cách tính ML. MS , MB
và MW, tuy nhiên thực tế khi tính các giá trị này do các công thức tính thực nghiệm nên kết

quả có khác nhau. Như vậy đối với một trận động đất cụ thể, giá trị cấp chấn động là một trị số
độ Richter cụ thể, và là giá trị không thay đổi, được chỉ định một vị trí xác định. Ví dụ : Chúng
ta có thể nói động đất cấp 3.1 dộ Richter tại Ninh Bình lúc 14g57 ngày 2-8-2006 (Báo Tuổi
Trẻ (3-8-2006), hay động đất cấp 4-5 độ Richter lúc 20g30 ngày 5-8-2005 tại ngoài khơi Vũng
Tàu (Báo Tuổi Trẻ ngày 6-8-2005). Chú ý rằng do điều kiện quan trắc và tính toán khác nhau,
số đo cấp chấn động do động đất theo thang độ Richter thường hoàn toàn không tuyệt đối
giống nhau khi do nhiều cơ quan khác nhau công bố, và tương tự như vậy cấp chấn động
thường được công bố như giá trị trong khoảng trị số nào đó như ví dụ nói trên là từ 4 đến 5 độ
Richter.
B2/ Cường độ của động đất:
Được xác định dựa trên mức độ ảnh hưởng thiệt hại do chấn động của động đất gây ra đối
với con người và công trình tại một vị trí cụ thể, cũng có thể kể đến các ảnh hưởng thứ cấp
khác như đất trượt do động đất, sự hóa lỏng nền và sự nứt gãy nền (ground cracking). Cường
độ động đất tại một địa điểm cụ thể phụ thuộc vào năng lượng của động đất (hay chấn động),
khoảng cách từ chấn tâm đến vị trí đang xét, môi trường truyền sóng động đất và địa chất cục
bộ của khu vực.
Sóng động đất truyền đi càng xa chấn tâm càng yếu đi. Khi môi trường lan truyền sóng càng
cứng chắc hay modun đàn hồi lớn (nền đá), sóng truyền đi càng xa và năng lượng tiêu hao
trong quá trình truyền sóng ít hơn trong nền đất mềm. Tại khu vực đang xét ảnh hưởng động
đất, khi nền đất là nền đất mềm, tiêu hao năng lượng truyền sóng tại đấy sẽ lớn lên, điều này
làm ảnh hưởng do động đất tác động lên công trình tăng lên đáng kể. Vấn dề này sẽ được
minh họa rõ hơn khi xem xét các phổ đáp ứng thiết kế trong phần sau.
Thang đo cường độ động đất : có rất nhiều thang đo cường độ động đất khác nhau được sử
dụng ở các nước trên thế giới. Chú ý rằng chữ số dùng trong các thang đo cường độ động đất là
chữ số La mã.
Thang đo Rossi-Forel là thang động đất đầu tiên được sử dụng trên thế giới, được phát minh
bởi Michele Stefano Conte de Rossi vaứ Franỗois-Alphonse Forel naờm 1800, ủửụùc sử dụng
trong suốt 2 thập kỷ cho đến khi thang Mercalli năm 1902. Thang được chia thành 10 cấp độ.
Thang đo Mercalli : được nhà nghiên cứu núi lửa người Ytalia là Giuseppe Mercalli phát
triển từ thang đo Rossi-Forel vào khoảng từ 1883 đến 1902. Thang được chia thành 12 cấp độ.

Sau dó thang đo này tiếp tục được phát triển thành thang đo Mercalli-Cancani-Sieberg
(MCS) do công của nhà địa chất người Đức là August Heinrich Sieberg. Sau đó, nó tiếp tục

Page 11


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

được 2 nhà khoa học là Harry O. Wood và Frank Neumann phát triển thành thang đo
Mercalli-Wood-Neuman (MWN) vào năm 1931.
Thang đo Mercalli hiệu chỉnh (Modified Mercalli Intensity Scale - MMI) : được phát triền
từ hệ thống thang đo Mercalli, sau nhiều lần được chỉnh sửa. Ngày nay, hệ thang đo này được
sử dụng ở Mỹ và các nước Bắc Mỹ. Thang được chia thanh 12 cấp và cũng được đánh số bằng
chữ số La Mã, trong đó cấp I là cấp nhỏ nhất và cấp XII là cấp động đất lớn nhất phá hủy toàn
bộ công trình.
Thang đo JMA (thang Shindo – Nhật Bản) : là thang đo cường động đất của cơ quan khí
tượng học Nhật (Japan Meteorological Agency seismic intensity scale), được sử dụng tại Nhật
và Đài Loan. Thang đo được chia thành 10 cấp độ. Không như các hệ thống thang đo cường độ
động đất khác, thang đo được đánh số bằng chữ số Latin. Hệ thống đánh số bao gồm từ 0, 1, 2,
3, 4, 5-, 5+, 6- , 6+ và 7. Trong đó cấp 0 là cấp nhỏ nhất và cấp 7 là cấp mạnh nhất. Đơn vị
thường được gọi là Shindo. Ví dụ : ở ToKyo là Shindo 4. (chú ý cũng có tài liệu ghi thang được
đánh số La mã)
(Nguồn website />Thang đo MSK-64 (tên gọi đầy đủ là thang đo Medvedev-Sponheuer-Karnik) do 3 nhà
khoa học là Sergei Medvedev (USSR), Wilhelm Sponheuer (Tây Đức cũ), and Vít Kárník
(Czechoslovakia) năm 1964. Thang đo này được hiệu chỉnh thêm vào những năm giữa thập kỷ
70 và đầu thập kỷ 80. Năm 1992, Hội đồng địa chấn Châu Âu (ESC) dựa trên thang đo này để
phát triển thành thang đo Thang cường độ động đất Châu Âu (EMS - European
Macroseismic Scale). Đây là thang đo cường độ động đất được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu và

nhiều nước trên thế giới như Nga, các nước Liên Xô cũ, Ixrael, n Độ … và Việt Nam. Thang
đo MSK-64 bao gồm 12 cấp, đánh số bằng chữ số La Mã, trong đó cấp I là cấp nhỏ nhất và
cấp XII là cấp động đất mạnh nhất.
BẢNG THANG ĐO CƯỜNG ĐỘ ĐỘNG ĐẤT MGK-64
I.
Mức độ không nhạy cảm: Người ta chỉ ghi nhận được trên điạ chấn kế chứ
không có cảm nhận được sự động đất, nó không ảnh hưởng tới các đồ vật, không làm hư
hại công trình.
II.
Mức độ hơi nhạy cảm: Người ta chỉ cảm nhận được khi đang trong trạng thái
yên tónh, đồ vật không bị ảnh hưởng, công trình không bị hư hại.
III. Mức độ yếu: Một vài người ở trong nhà sẽ cảm nhận có sự rung chuyển, những
đồ vật treo hơi bị đung đưa, công trình không bị hư hại.
IV. Mức độ trung bình: Nhiều người ở trong nhà và chỉ một số ít người ở ngoài
trời sẽ cảm nhận được sự rung chuyển. Sự rung nhẹ của mặt đất sẽ khiến vài người phải
giật mình và nhìn thấy được sự rung hay lắc nhẹ cuả công trình, của phòng ốc, giường tủ,
bàn ghế, v.v… Cửa kiếng khua lách cách, vật treo bị đung đưa, đôi khi người ta nhìn thấy
những vật nhẹ bị rung động nhưng công trình không bị hư hại gì.
V.
Mức độ hơi mạnh: Hầu hết những người trong nhà và một vài người ở ngoài
trời cảm nhận được có sự động đất. Vài người trong nhà hoảng sợ bỏ chạy ra ngoài, những
người đang ngủ thì giật mình thức giấc. Người ta sẽ nhận thấy sự rung chuyển của toàn bộ
công trình, phòng ốc, đồ đạc. Những đồ vật treo bị đu đưa nhiều, các đồ vật bằng thủy tinh
Page 12


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

hay sành sứ thì va vào nhau kêu lách cách, các cánh cửa thì tự bật mở ra hay đóng sầm lại,
có khi các tấm cửa bị vỡ. Chất lỏng thì dao động và có khi chảy tràn ra ngoài từ thùng
chứa bị đầy. Những con vật trong nhà có thể chạy lung tung. Một vài công trình kém chất
lượng sẽ bị hư hại nhẹ.
VI. Mức độ mạnh: Hầu hết mọi người ở trong nhà hay ở ngoài trời đều cảm nhận
được động đất, có người bị mất thăng bằng. Nhiều người hoảng sợ bỏ chạy ra ngoài.
Những đồ vật nhỏ có thể rơi xuống sàn và đồ nội thất có thể bị nhấc bổng lên. Chén dóa và
đồ thủy tinh có thể bị vỡ. Những con vật nuôi bị hoảng loạn. Hư hại nhìn thấy rõ đối với
những cấu trúc gạch đá, vết nứt xuất hiện ở lớp vữa tô. Trên nền đất xuất hiện những
đường nứt nẻ rõ rệt.
VII. Mức độ rất mạnh: Hầu hết mọi người đều hoảng sợ bỏ chạy ra ngoài. Đồ nội
thất bị nhấc bổng lên và đổ nhào xuống sàn, đồ vật thì rơi ra khỏi kệ, nước thì bắn ra khỏi
thùng chứa. Những công trình cũ bị hư hại nặng nề, những ống khói bằng gạch đá bị đổ
sập. Một số vụ trượt đất nhỏ.
VIII. Mức độ làm hư hại: Nhiều người cảm thấy khó đứng vững ngay cả khi đang ở
ngoài trời. Đồ nội thất có thể bị lật úp. Người ta có thể nhìn thấy các sóng dợn trên mặt
đất mềm. Một phần các cấu trúc cũ bị đổ sập hoặc bị hư hỏng nặng nề. Xuất hiện các vết
nứt lớn, vết nứt miệng rộng, có đá lở.
IX. Mức độ phá hoại: Mọi người đều sợ hãi, có thể bị ném mạnh xuống nền đất.
Mặt đất mềm xuất hiện gợn sóng. Những kết cấu không đạt chất lượng bị đổ sập, những
kết cấu kiên cố bị hư hại đáng kể, những đường ống ngầm dưới đất bị đứt gãy. Nền đất bị
nứt gãy, vùng đất lở lan rộng.
X.
Mức độ tàn phá: Những công trình bằng gạch đá bị hủy hoại, cơ sở hạ tầng bị
tê liệt, đất lở ồ ạt. Mực nước dâng cao gây nên ngập lụt những vùng xung quanh và hình
thành nên những cuộn nước mới.
XI. Mức độ thảm khốc: Hầu hết mọi cấu trúc và công trình đều đổ sập. Đất đai bị
biến dạng khắp nơi, xuất hiện sóng thần.
XII. Mức độ rất thê thảm: Mọi kết cấu trên mặt đất và dưới lòng đất đều bị hủy
hoại hoàn toàn. Quang cảnh nói chung bị thay đổi, sông suối thay đổi dòng chảy, xuất hiện

sóng thần.

B3/ Phân biệt cấp chấn động động đất và cấp cường độ động đất :
Như đã phân tích bên trên, cấp chấn động động đất và cấp cường độ động đất là 2 khái niệm
khác nhau. Khi nói về động đất, người ta sử dụng cấp chấn động động đất và bắt buộc phải nói
kèm chính xác địa điểm xảy ra động đất (kể thêm thời điểm xảy ra động đất khi cần thiết).
Thang đo sử dụng phải là thang độ Richter (ghi cấp chấn động động đất bằng chữ số Latin). Ví
dụ : Động đất ngày 17.10.2005 bao gồm 2 trận động đất : trận động đất thứ nhất vào lúc 8g tại
10o9 N, 107oE, mạnh 2,9 độ Richter, trận động đất kế tiếp lúc 8g28 tại 10o34N, 108o66E, mạnh
4,3 độ Richter. Trong các tài liệu khoa học, người ta thường ghi cả cách đo như ghi một trong
các giá trị ML, MS hay MW.
Rõ ràng là do thuật ngữ khoa học sử dụng chưa thống nhất nên thường sử dụng nhầm lẫn
giữa cấp chấn động động đất và cấp cường độ động đất. Một trong số đó là người ta và báo chí
hay dùng lẫn lộn. Ví dụ : báo chí vẫn thường đăng các ý kiến đại loại như kết cấu công trình ở
Page 13


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

thành phố Hồ Chí Minh có thể chịu được động đất đến cấp 7 độ Richter. Ở đây, chúng ta chưa
xét đến tính đúng sai về mặt công trình, chỉ xét về thuật ngữ sử dụng. Việc dùng chữ số Latin
và độ Richter có thể làm cho người ta hiểu là tâm chấn có thể xảy ra tại thành phố Hồ Chí
Minh và cấp chấn động là 7 độ Richter. Điều này trở nên vô lý vì tại tâm chấn với cấp 7 độ
Richter, năng lượng phóng thích gây ra phá hoại nền rất lớn và không thể có kết cấu nào có
thể tồn tại được tại vị trí ở tâm chấn. Nói một cách đơn giản hơn, giả sử tâm chấn tại khu vực
Quận 1 có cấp chấn động chỉ khoảng cấp 5, với năng lượng phóng thích tương đương quả bom
nguyên tử ném xuống Nagasaki (Nhật), không chắc có thể có nhiều công trình ở ngay Quận 1
có thể tồn tại được. Như vậy chỉ có thể nói công trình thiết kế cho tải trọng động đất cấp VII,

hay một cách đầy đủ, thiết kế công trình chịu được cường độ động đất cấp VII thang đo MSK64. Khi muốn nói đến công trình có khả năng chịu được động đất cấp 7 độ Richter, ta phải nói
kèm theo khoảng cách.
Trong thiết kế kết cấu công trình chịu tải trọng động đất, công trình được thiết kế theo cấp
cường độ động đất. Nói ngắn gọn, cấp động đất sẽ được hiểu là cấp cường độ động đất. Tại
Việt Nam, theo tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006, cấp động đất thiết kế thường ở mức cấp VI
đến cấp X. Các cấp động đất yếu, thường chỉ cất xét bố trí các chi tiết cấu tạo mà không cần
phải xét đến các tính toán lực động đất.
C/ Các tính chất về động đất :
Trong thiết kế công trình, chúng ta cần phải quan tâm đến một số tính chất của sóng động
đất ảnh hưởng đến kết cấu công trình, bao gồm 2 vấn đề chính :
+ Dao động tức thời (Transient vibration) : Chuyển động nứt gãy võ trái đất gây ra các sóng
dao động lan truyền theo các phương.
Các sóng dao động thường có chu kỳ trong khoảng 0.05 đến 5s (tương ứng tần số từ 20 Hz
đến 0.2 hz). Vận tốc lan truyền sóng phụ thuộc tính chất đặc chắc của lớp đất đá của võ trái
đất. Trong phạm vi chiều dày 30km của lớp võ trái đất, vận tốc truyền sóng thay đổi từ 3 đến 8
km/s.
Sóng động đất rất phức tạp, hầu như không có sự giống nhau giữa các sóng động đất xảy ra
khác thời điểm cho dù cùng đo đạc tại một vị trí. Sóng càng truyền đi xa càng yếu dần. Thời
gian xảy ra sóng động đất có thể kéo dài từ vài giây đến hơn 3 phút.
Các sóng động đất thường được đo đạc bởi các đại lượng chuyển vị, vận tốc và gia tốc. Đây
cũng là các số liệu chính dùng trong thiết kế công trình chịu tải trong động đất. Dao động của
động đất thường được ghi nhận theo 3 hướng :
o Dao động sóng theo hướng Đông –Tây (hướng 0o).
o Dao động sóng theo hường Nam-Bắc (hướng 90o).
o Dao động sóng theo theo phương thẳng đứng (hướng Z)
+ Chuyển vị vónh viễn : (Permanent displacement) Động đất gây ra các chuyển vị vónh viễn
tại tâm chấn và khu vực lân cận. Các chuyển vị có thể là vài mm trong các trận động đất nhỏ
Page 14

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

hoặc là vài m trong các trận động đất lớn. Trong các trận động đất lớn và rất lớn, các chuyển
dịch nền rất lớn có thể gây ra tái cấu trúc bề mặt trái đất, thay đổi dòng chảy của sông, làm
khô cạn các hồ nước hay phát sinh các hồ nước mới...
D/ Các số liệu về động đất dùng trong thiết kế kết cấu công trình :
Các công trình trong vùng lân cận chấn tâm, phạm vi từ vài km đến vài trăm km, tùy theo
cấp chấn động, độ sâu chấn tiêu, môi trường nền, chịu tác động của các sóng động đất lan
truyền đến. Công trình dưới tác động của sóng động đất, phát sinh lực quán tính, xuất hiện các
hư hỏng, thậm chí các phá hoại gây sập đổ công trình.
Do vậy, các số liệu ghi nhận được từ sóng động đất chính là các số liệu cơ bản dùng cho
thiết công trình. Như đã phân tích trong phần sóng động đất, các số liệu dùng trong thiết kế
động đất bao gồm :
o Địa điểm có thể có ảnh hưởng động đất.
o Gia tốc nền, vận tốc nền và chuyển vị nền ghi nhận tại nơi xây dựng công trình.
o Chu kì (hay tần số ) dao động nền, thời gian kéo dài của trận động đất.
o Thời điểm xảy ra động đất, thời gian lặp lại (hay xác xuất) của trận động đất
o Địa chất của khu vực chịu ảnh hưởng động đất.
Tuy nhiên, trong hoàn cảnh kinh tế nhất định, cùng với những hạn chế nhất định trong
nghiên cứu và áp dụng khoa học kỹ thuật, không phải lúc nào người thiết kế cũng có đủ các số
liệu cần thiết. Do đó, nhiều công cụ toán học được vận dụng trong tính toán thiết kế động đất
nhằm cho ra một kết quả khả dó tin cậy nhất nhằm phục vụ cho khoa học kỹ thuật, cho xây
dựng công trình. Tùy theo phương pháp tính toán, các số liệu động đất được sử dụng thích hợp.
Chẳng hạn như không phải bất kỳ vùng nào cũng có số liệu ghi nhận được gia tốc nền khu vực,
khi đó việc sử dụng phương pháp phổ đáp ứng là phương pháp thích hợp nhất cho thiết kế.
Đồng thời, việc sử dụng xác xuất thống kê để chọn gia tốc nền cực trị là bài toán quan trọng
trong việc chọn lựa thông số thiết kế.
II.2/ ĐỘNG ĐẤT & CÁC VẤN ĐỀ THỰC TẾ

Động đất gây ra nhiều thiệt hại to lớn về nhân mạng và cho nền kinh tế các nước trên thế
giới (Xem bảng 1). Do đó, việc nghiên cứu về động đất rất được các nước trên thế giới rất
quan tâm và họ đạt nhiều tiến bộ to lớn trong công tác dự báo, thiết kế công trình chịu tải
trọng động đất. Một số quốc gia đạt nhiều tiến bộ vượt bậc trong việc nghiên cứu về động đất
có thể kể đến như : Mỹ, Nhật Bản, Nga, Úc, New Zealand…
Việt Nam là quốc gia trong vùng chịu ảnh hưởng của động đất. Theo các báo cáo của VIỆN
VẬT LÝ ĐỊA CẦU (thuộc VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM), tại nước ta có
lắp đặt một số thiết bị quan trắc động đất tại miền Bắc và một tại Nha Trang; hiện đang tổ
chức lắp đặt một số trạm quan trắc tại thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam. Một số
trận động đất được ghi nhận xảy ra tại việt Nam như :
o Trận động đất ở Điện Biên năm 1955
o Trận động đất ở Tuần Giáo năm 1983
(Nguồn: Cơ sở của động đất và tính toán công trình chịu tải trọng động đất)
Page 15


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

o Lúc 22g18 ngày 08-08-0964, trận động đất tại điểm cách cửa biển Cần Giờ khoảng
40km, cấp chấn động động đất 4.8o Richter, độ sâu chấn tiêu 15 km
o Lúc 7g19 ngày 26-10-1664, tại khu vực Lộc Ninh, Bình Long xảy ra động đất 2.7o
Richter, độ sâu chấu tiêu 15 km.
o Ngày 26-08-2002, xảy ra trận động đất ờ Vũng Tàu, với chấn động mạnh 5o Richter,
độ sâu chấn tiêu 10 km.
o Các trận động đất trong năm 2005 như đã nói trên.
(Nguồn : Báo Tuổi trẻ – Theo Tài liệu động đất của Viện Vật Lý Địa cầu)
Ở Việt Nam, do hoàn cảnh khách quan, công tác nghiên cứu về động đất chưa thực sự được
quan tâm và đầu tư thích đáng. Tuy đạt được một số thành tựu nghiên cứu nhất định, và đã áp

dụng thiết kế chống động đất trong một số công trình quan trọng, việc thiết kế chống động đất
vẫn chưa được phổ biến rộng rãi cho người làm công tác thiết kế nói riêng và cho giới xây
dựng nói chung.
Một số công trình xây dựng được thiết kế chống động đất ở Việt Nam có thể kể ra sau đây:
• Cảng Tân Cảng – TP Hồ Chí Minh
(Nguồn : Công ty cổ phần Port Coast)
• Nhà máy thủy điện Thác Bà
• Nhà máy thủy điện Hòa Bình.
• Các nhà máy xi măng Bỉm Sơn, Nhà máy xi măng Hoành Thạch
• Nhà máy nhiệt điện Phả Lại
• Lăng Bác Hồ
(Nguồn : Cơ sở của động đất và tính toán công trình chịu tải trọng động đất)
• Công trình tháp vô tuyến Vũng Tàu
• Công trình tổ hợp Siêu thị, văn phòng và căn hộ cao cấp – P 7, Tỉnh Bà Rịa – Vũng
Tàu
• Công trình khu thương mại, văn phòng và căn hộ để bán – Số 104 – Thái Thịnh, Ba
Đình, Thủ đô Hà Nội (25 tầng)…
(Nguồn : Tóm tắt đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước : Mô phỏng và tính toán tác
động của động đất vào công trình trong điều kiện Việt Nam, Mã số 31.11.04, chủ trì :
TS. Đoàn Tuyết Ngọc, thực hiện trong 2 năm 2004 & 2005)
Ngày 11-09-2006, Bộ Xây Dựng đã ban hành TCXDVN 375:2006 “Thiết kế công trình chịu
động đất”. Đây là tiêu chuẩn chính thức đầu tiên của Việt Nam về thiết kế công trình chịu
động đất. Trước đó, một số tiêu chuẩn nước ngoài về thiết kế chống động đất đã được áp dụng
tại Việt Nam. Điều này có nghóa vô cùng lớn trong ngành xây dựng Việt Nam : chấm dứt các
tranh luận dai dẳng và vô nghóa trong vấn đề về sự cần thiết của việc thiết kế các công trình
chịu tải trọng động đất ở Việt Nam.

Page 16

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

BẢNG 1 : THIỆT HẠI DO MỘT SỐ TRẬN ĐỘNG ĐẤT TRÊN THẾ GIỚI
Năm

Ngày

Địa điểm

Vó độ

Kinh đô

M

Thiệt hại / Ghi chú(triệu USD)

91W
42.5E
76.0E
81.5W
123W
72W

Số người
chết
2,000
2,200

19,000
1,000
2,000+
20,000

1902
1903
1905
1906

19-Apr
28-Apr
04-Apr
31-Jan
18-Apr
17-Aug

Guatemao$
Turkey
India,Kangra
Columbia
San Francisco,CA
Chile,Santiago

14N
39.1N
33.0N
1N
38N
33S

7.5
6.3
8.6
8.9
8.3
8.6

Đám cháy lớn
Đám cháy lớn

1907

14-Jan
21-Oct

Jamaica,Kingston
Central Asia

18.2N
38N

76.7W
69E

1.600
12,000

6.5
8.1

Đám cháy lớn

1908

28-Dec

Italy,Messina

38N

15.5E

70,000

7.5

Số người chết có thể lên đến
100.000

1909
1912
1915
1917
1918
1920
1923

23-Jan
99-Aug

13-Jan
30-Jun
13-Feb
16-Dec
24-Mar
01-Sep
16-Mar
07-Mar
22-May

Iran
Turkey,Marmara Sea
Italy, Avezzano
China
China, Canton
China, Gansu
China
Japan, Kanto
China, Yunnan
Japan,Tango
China, nr Xining

33.4N
40.5N
42N
28.0N
23.5N
35.8N
31.3N
35.0N

25.5N
35.8N
36.8N

49.1E
27E
13.5E
104.0E
117.0E
105.7E
100.8E
139.5E
100.3E
134.8E
102.8E

5,500
1,950
29,980
1,800
10,000
200,000
5,000
143,000
5,000
3,020
200,000

7.3
7.8

7.5
6.5
7.3
8.6
7.3
8.3
7.1
7.9
8.3

1929
1930
1931
1932
1933
1934
1935

01-May
06-May
31-Mar
25-Dec
02-Mar
15-Jan
20-Apr
30-May

Iran
Iran
Nicaragua

China, Gansu
Japan, Sanriku
India, Bihar-Nepal
Formosa
Pakistan, Quetta

38N
38.0N
13.2N
39.7N
39.0N
26.6N
24.0N
29.6N

58E
44.5E
85.7W
97.0E
143.0E
86.8E
121.0E
66.5E

3,300
2,500
2,400
70,000
2,990
10,700

3,280
30,000

7.4
7.2
5.6
7.6
8.9
8.4
7.1
7.5

1939
1940
1942

25-Jan
10-Nov
20-Dec

Chile, Chillan
Romania
Turkey, Erbaa

36.2S
45.8N
40.9N

72.2W
26.8E

36.5E

28,000
1,000
3,000

8.3
7.3
7.3

1943
1944

10-Sep
15-Jan
01-Feb
07-Dec

Japan, Tottori
Argentina, San Juan
Turkey
Japan, Tonankai

35.6N
31.6S
41.4N
33.7N

134.2E
68.5W

32.7E
136.2E

1,190
5,000
2,800
1,000

7.4
7.8
7.4
8.3

1945

12-Jan
27-Nov
10-Nov
20-Dec
28-Jun
05-Aug
15-Aug
09-Sep
02-Jun
29-Feb
22-May

Japan, Mikawa
Iran
Peru, Ancash

Japan, Tonankai
Japan, Fukui
Ecuador, Ambato
India, Assam; Tibet
Algeria, Orleansvl
Iran
Morocco, Agadir
Chile

34.8N
25.0N
8.3S
32.5N
36.1N
1.2S
28.7N
36N
36.2N
30N
39.5S

137.0E
60.5E
77.8W
134.5E
136.2E
78.5E
96.6E
1.6E
52.7E

9W
74.5W

1,900
4,000
1,400
1,330
5,390
6,000
1,530
1,250
1,200
10,000
4,000

7.1
8.2
7.3
8.4
7.3
6.8
8.7
6.8
7.4
5.9
9.5

01-Sep
26-Jun

Iran, Qazvin
Yugoslavia, Skopje

35.6N
42.1N

49.9E
21.4E

12,230
1,100

7.3
6

1925
1927

1946
1948
1949
1950
1954
1960

1962
1963

Page 17

Nút gãy lớn, đất trượt
$2800, đám cháy lớn

Nút gãy lớn

Số người chết có thể lên đến
60,000
$100
Có báo cáo khoảng 1000 người
chết
Số người chết có thể lên đến
8,000
Số người chết có thể lên đến
5,000

Đất trượt, phá hoại lớn
Đám cháy lớn
Đất trượt lớn
Thay đổi mạnh địa hình

Số người chết có thể lên đến
15,000
Số người chết có thể lên đến
5,000
Độ sâu cạn, dưới thành phố


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

1966
1968

19-Aug
31-Aug

Turkey, Varto
Iran

39.2N
34.0N

41.7E
59.0E

2,520
12,000

7.1
7.3

1969
1970

25-Jun
04-Jan
31-May
10-Apr
10-May

04-Feb
04-Feb
25-Jun
27-Jun

Eastern China
Yunnan, China
Peru
Iran, Southern
China
China
Guatemala
New Guinea
China, Tangshan

21.6N
24.1N
9.2S
28.4N
28.2N
40.6N
15.3N
4.6S
39.6N

111.9E
102.5E
78.8W
52.8E
104.0E

122.5E
89.1W
140.1E
118.0E

3,000
10,000
66,000
5,054
20,000
10,000
23,000
422
255,000

5.9
7.5
7.8
7.1
6.8
7.4
7.5
7.1
8

1977
1978
1980
1981
1982

1983
1985

04-Mar
16-Sep
10-Oct
28-Jun
13-Dec
30-Oct
19-Sep

Romania
Iran, Tabas
Algeria, El Asnam
Iran, Southern
W. Arabian Peninsula
Turkey
Mexico, Michoacan

45.8N
33.2N
36.1N
30.0N
14.7N
40.3N
18.2N

26.8E
57.4E
1.4E

57.8E
44.4E
42.2E
102.5W

1,500
15,000
3,500
1,500
2,800
1,342
9,500

7.2
7.8
7.7
7.3
6
6.9
8.1

1986
1987
1988
1990

10-Oct
06-Mar
07-Dec
20-Jun

16-Jun

El Salvador
Colombia-Ecuador
Armenia, Spitak
Iran, Western
Philippines, Luzon

13.8N
0.2N
41.0N
37.0N
15.7N

89.2W
77.8W
44.2E
49.4E
121.2E

1,000
1,000
25,000
40,000
1,621

5.5
7
7
7.7

7.8

1991
1992
1993
1995

19-Oct
12-Dec
29-Sep
16-Jan
27-May
10-May

India, Northern
Indonesia, Flores
India, Southern
Japan, Kobe
Sakhalin Island
Iran, Northern

30.8N
8.5S
18.1N
34.6N
52.6N
33.9N

78.8E
121.9E

76.5E
135E
142.8E
59.7E

2,000
2,500
9,748
6,000
1,989
1,560

7
7.5
6.3
6.9
7.5
7.5

30-May
17-Jun
17-Aug
20-Sep

Afghanistan
Papua New Guinea
Turkey
Taiwan

37.1N

2.96S
40.7N
23.7N

70.1E
141.9E
30.0E
121.0E

4,000
2,183
17,118
2,297

6.9
7.1
7.4
7.6

26-Jan

India, Bhuj

23.3N

70.3E

19,988

7.7

1972
1974
1975
1976

1997
1998
1999

2001

Số người chết có thể lên đến
20,000

Đá trượt

$6,000
Số người chết có thể lên đến
655,000;
$2,000
$11

Số người chết có thể lên đến
30,000

$16,200
Số người chết có thể lên đến
50,000
Đất trượt, lún sụt

Sóng thần cao 25 m
$100,000, đám cháy lớn
4,460 bị thương;60,000 mất nhà
cửa
Sóng thần
50,000 bị thương; $7,000
8,700 bị thương; 600,000 mất
nhà cửa
166,812 bị thương; 600,000 mất
nhà cửa

(Nguồn : National Earthquake Information Center, Golden, CO,
/>
Page 18


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

HÌNH A : BIỂU ĐỒ GIA TỐC NỀN THEO HƯỚNG ĐÔNG - TÂY (E-W)

HÌNH B : BIỂU ĐỒ GIA TỐC NỀN THEO HƯỚNG BẮC - NAM (N-S)

HÌNH C : BIỂU ĐỒ GIA TỐC NỀN THEO HƯỚNG THẲNG ĐỨNG
HÌNH 2.6 : BIỂU ĐỒ GIA TỐC NỀN TRẬN ĐỘNG ĐẤT EL CENTRO
(Nguồn : Số liệu từ )

Page 19

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THÁNG 12 NĂM 2006

HÌNH 2.7 : ĐỘNG ĐẤT ĐANG LÀ VẤN ĐỀ ĐANG ĐƯC QUAN TÂM

Page 20