Seismic - Bài toán phân tích động đất kết cấu CTB

Dear ACE,
Tiếp theo những topic về các đề tài khác liên quan tới nhiều bài toán thiết kế công trình biển, topic này sẽ tiếp tục đề cập tới một dạng bài toán khác, cũng rất quan trọng trong bộ hồ sơ thiết kế: "Seismic - Bài toán phân tích động đất kết cấu CTB"
Topic này sẽ giới thiệu và bàn luận những vấn đề liên quan tới việc tính toán thiết kế bài toán chịu tải trọng động đất kết cấu CTB, bao gồm và không giới hạn các đầu mục:
1. Các Khái niệm cơ bản về tính toán động đất kết cấu CTB.
2. Tầm quan trọng bài toán phân tích động đất kết cấu CTB.
3. Lý thuyết và phương pháp tính toán thông dụng hiện nay
4. Sử dụng Sacs như thế nào để phân tích bài toán.
5. Tài liệu tham khảo.
Ước mong tiếp tục nhận được sự quan tâm tham gia từ ACE.

 

4. Sử dụng Sacs như thế nào để phân tích bài toán Động đất CTB
Chưa có nhiều thời gian tìm hiểu tài liệu liên quan về Seismic, gửi trước AE các bước chính khi phân tích Động đất CTB bằng Sacs.
Seismic Flowchart Analysis Procedure
Hình 1: ITERATION 1

Hình 2: ITERATION 2

 

Đây là một chủ đề khó và hay nhưng vẫn chưa thấy Master of Engineering nào vào viết bài nhỉ?
Anh em nào quan tâm đến lĩnh vực này có thể vào links dưới đây xem AE bên ketcau.com họ trao đổi chuyên môn nhé.
http://www.ketcau.com/forum/showthread.php?t=4450
http://www.ketcau.com/forum/showthread.php?t=4432

 

Trong quá trình phân tích động đất, người ta phải phân tích lặp (Iteration) để tìm ra hệ số tổ hợp cho tổng lực ngang 1X và 1Y thường gọi là tổng trọng lượng bản thân công trình theo phương X và Y.
Cách thứ làm thì như sau:



Xin ACE đã từng làm về thứ này giúp em hiểu một vài vấn đề
1. Người ta phải lặp như thế nhằm mục đích gì.
2. Giá trị ban đầu cho hệ số thường là bao nhiêu để quá trình diễn ra ngắn nhất.
Xin cảm ơn.

 

Chờ một câu trả lời từ các Master of Engineering cho câu hỏi này của Admin 8->

 

Lý thuyết tải trọng động đất

TẢI TRỌNG DO ĐỘNG ĐẤT
Tải trọng động đất được tính toán theo 22 TCN-272-95 ( AASHTO)
Tải trọng động đất tác dụng lên công trình bao gồm:
1) Tải trọng động đất đối với trọng lượng bản thân kết cấu như dầm, bản, trụ, cọc.
2) Tải trọng động đất đối với trọng lượng khối nước kèm theo.
3) Tải trọng động đất đối với trọng lượng bản thân thiết bị (nếu có)
Tải trọng động đất sẽ được xác định bằng phương pháp hệ số gia tốc chấn rung.
Người sử dụng lấy kết quả tính toán tải động đất để nhập vào chương trình Sap2000, tải trọng động đất vào công trình gồm hai thành phần tác dụng động thời như sau:

§ Thành phần tác dụng theo phương chính	= 1.0 x Tải động đất
§ Thành phần tác dụng theo phương phụ	= 0.3 x Tải động đất phương chính

Theo OCDI tải trọng động đất xác định theo công thức sau:
F = K[SUB]h[/SUB].m.g
Với
m: Khối lượng của kết cấu và khối nước
Theo Dynamics of Marine Structures publish by the Underwater Engineering Group tính khối nước động phần cọc ngập trong nước xác định:
m= mw+ms
Trong đó:
ms : Trọng lượng bản thân cọc, (T)
mw = A*L[SUB]wpile[/SUB]*γ, Khối lượng nước kèm,(T)
A: diện tích mặt cắt ngang cọc ngập trong nước, (m[SUP]2[/SUP])
L[SUB]wpile[/SUB] : chiều dài cọc ngập trong nước, (m)
γ: trọng lượng riêng nước, (T/m[SUP]3[/SUP])
g: Gia tốc trọng trường, (m/s[SUP]2[/SUP])
K[SUB]h[/SUB]: Hệ số gia tốc nằm ngang khi chấn rung, xác định theo cấp động đất. (Bảng I.18)
Bảng I.1 Quan hệ giữa hệ số K[SUB]h[/SUB] và cấp động đất M

Hệ số gia tốc K[SUB]h[/SUB]	Vùng động đất	Cấp (MSK-64)
K[SUB]h[/SUB] <= 0.09	1	Cấp <= 6.5
0.09 <= K[SUB]h [/SUB] <=0.19	2	6.5 <= cấp <= 7.5
0.19 <= K[SUB]h [/SUB] <= 0.29	3	7.5 < cấp <= 8
Ghi chú: Cấp động đất xem Hình I.13 và Hình I.14

Tham khảo mối tương quan giữa gia tốc cực đại và cấp động đất theo tài liệu “Cơ sở tính toán cầu chịu tải trọng của động đất” của PGS.TS. Nguyễn Viết Trung & ThS. Nguyễn Thanh Hà (Bảng I.19).
Bảng I.2 Mối tương quan giữa gia tốc cực đại và cấp động đất

Thang MSK -64	Thang MM
Cấp động đất	a[SUB]max[/SUB] = K[SUB]h[/SUB].g	Cấp động đất	a[SUB]max[/SUB] = K[SUB]h[/SUB].g
IV	IV	0.015 - 0.020g
V	V	0.030 - 0.040g
VI	30 - 60cm/s[SUP]2[/SUP] (0.031 - 0.061g)	VI	0.060 - 0.070g
VII	61 - 120cm/s[SUP]2[/SUP] (0.062 - 0.122g)	VII	0.100 - 0.150g
VIII	120 - 240cm/s[SUP]2[/SUP] (0.122 - 0.245g)	VIII	0.250 - 0.300g
IX	241 - 480cm/s[SUP]2[/SUP] 0.246 - 0.490g	IX	0.500 - 0.550g
X	> 0.600g
Ghi chú: a[SUB]max[/SUB]: Gia tốc cực đại (cm/s[SUP]2[/SUP]), a[SUB]max[/SUB] = K[SUB]h[/SUB].g g: Gia tốc trọng trường, g = 980cm/s² K[SUB]h[/SUB]: Hệ số gia tốc nằm ngang khi chấn rung * a[SUB]max[/SUB] trong thang MM tương ứng với giới hạn trên của a[SUB]max[/SUB] trong thang MSK-64.

Hình I.13 Bản đồ vùng chấn động với tần suất lặp lại Bi >= 0.002

(Chu kỳ T1 £ 500 năm – xác suất xuất hiện chấn động P ³ 0.1 trong khoảng thời gian 50 năm)
Hình I.14 Bản đồ các vùng phát sinh động đất mạnh và phân vùng chấn động cực đại Imax

 

Thank admin.
Lúc nào chạy xong bài toán này thì về VT chỉ cho anh em nhé! ^_^

 

Gửi ACE bài nghiên cứu về chủ để động đất theo hai tiêu chuẩn: Theo tiêu chuẩn CHuP -II-7-1981 và Theo tiêu chuẩn TCXDVN 375-2006

hy vọng có thể giúp các bạn được một số thông tin.

 

Thế này chắc Seismic analysis có admin làm ngon lành rồi, phải yêu cầu mới được )

 

Chào các bạn,

Tôi thì tôi không biết tính động đất nhưng mà thấy anh em bàn về chuyện này nên có vài thắc mắc nhỏ ngoài phần phương pháp tính và cách tính bằng SACS.

1. Chân đế giàn khoan mình thường thiết kế theo tiêu chuẩn DnV, API vậy sao ở đây anh em lại đưa TCN, TCVN, SNIP vào tính? Các tiêu chuẩn mà các bạn viện dẫn ở trên người ta đẻ ra nó để áp dụng cho công trình loại nào? liệu có áp dụng được cho chân đế giàn khoan biển (WHP - Offshore fixed steel platform) không?

2. Chân đế thì nằm ở ngoài biển mà các bạn lấy tiêu chuẩn và hệ số trên đất liền để tính liệu có ổn không? (xem các hình minh họa bên trên không thấy biển đâu cả)

Ý tôi muốn nói đến cái hệ số K[SUB]h[/SUB] mà ADMIN nêu ở trên. Tôi không rõ K[SUB]h[/SUB] có phải cái mà trong một số tài liệu người ta thường gọi là "Ratio of effective horizontal ground acceleration to gravitational acceleration" không?

 

Dear AE,
Động đất là một bài toán khá phức tạp được đặc biệt quan tâm trong giai đoạn hiện nay không chỉ trong các bài toán thiết kế ctb mà còn ở các hồ sơ tính toán thiết kế kỹ thuật công trình khác.
Lý thuyết về dạng bài toán này khá hiếm, đặc biệt đối với ctb hầu như chỉ có trong các chỉ dẫn bằng tiếng anh như một số handbook và guider đã post trên diễn đàn.
Nội dung trình bày sơ qua về cơ sở lý thuyết ở trên mục đích là để cho AE có những khái niệm cơ bản về bài toán, trước khi tìm hiểu chuyên sâu ở trong các tài liệu tiếng anh chuyên ngành.
P/s: Cũng xin lưu ý đây là lý thuyết tính tải trọng động đất, cũng như phân tích bài toán thiết kế công trình chịu tải trọng động đất cho dạng công trình Cảng.

 

Trong quá trình phân tích động đất, người ta phải phân tích lặp (Iteration) để tìm ra hệ số tổ hợp cho tổng lực ngang 1X và 1Y thường gọi là tổng trọng lượng bản thân công trình theo phương X và Y.
Cách thứ làm thì như sau:



Xin ACE đã từng làm về thứ này giúp em hiểu một vài vấn đề
1. Người ta phải lặp như thế nhằm mục đích gì.
2. Giá trị ban đầu cho hệ số thường là bao nhiêu để quá trình diễn ra ngắn nhất.
Xin cảm ơn.


-----> Trong SACS với bài toán động cho giàn khoan thì bứớc đầu tiên luôn là tạo ra pile super-element, thay thế foundation pile- soil bằng một ma trận độ cứng tương đương. Các bước analsis sau đó như dynpac và dynamic/spectral Earthquake sẽ chạy cùng với ma trận này. Ma trận đọ cứng này một phần phụ thuộc vào hai tải trọng theo X à Y mà ta khai báo trong file PSI.

Để có một kết quả đáng tin cậy khi làm bài toán động đất thì phải tạo ra được một pile super element hợp ly. Để có điều đó thì lực ngang dùng để tạo ra pile superelement phải gần với lục ngang tác dụng lên kết cấu gây ra bởi tải trọng động đất. Do vậy chạy seismic analysis trong SACS thì phải chay lặp vài lần để so sánh sao cho lực ngang dùng tạo pile superelement và seismic loads phải gần băng nhau, nhìn chung sư khác nhau nhỏ hơn 10% là OK. Chạy khoảng 3 lần là các bạn sẽ tìm ra được factor thôi, viẹc đó không khó.

Vài dòng chia sẻ cùng ae.

 

Khi chạy Pile Superelement, hệ pile-soil được thay bằng các lò xo phi tuyến tương đương. Dựa vào hai thành phần lực X và Y khai báo trong file PSI, chương trinh sẽ tính ma trận độ cứng tương đương này.


Như vậy với mỗi bài toán, khi chạy PSI superelement thì phải biết làm sao chọn hai lực X va Y này để ma trận độ cứng tạo ra phản ánh tốt tương tác giữa structure và foundation. Trong bài toán seismic, người ta thường chọn base shear gây ra bởi seismic loads (lực quán tính tác dụng lên kết cấu gây ra bởi base motion). Vì lúc làm pile superelement chúng ta chưa biết seismic load và lực này cũng phụ thuộc vào ma trận tạo ra bởi pile superelement do dó phải chạy lặp vài lần thì mới tìm được factor.


Về cơ bản các bước chạy bài toán động đất với SACS:
1- Pile soil interaction để tạo ra file superelement
2- Chạy pile soil interaction với tải trong static.
3- Chạy Dynpac để tính mode, mass
4- Chạy Dynamic/Spectral Earthquake
5- Combine hai trường hợp (2) và (4)
6- Chạy post từ .csf của bước (5) để check member stress, connection, pile...


Một số điều chú ý khi làm:


- Với động đất, by default là SACS chỉ dùng stress ở member end để làm code check. Do đó trong post input chú ý thay đổi option để có code check ở nhiều tiết diện khác.
- Một phức tạp khác là làm thế nào để kiểm tra pile in soil (safety factor và code check) với bài toán động đát cũng là vấn đề cần chú ý. Thông thường mọi người thường làm một model đơn giản với structure chỉ có một pile member o ngay trên pile head rồi làm PSI interaction với lưc tác dụng là member forces thu đựoc từ bước 6. Làm thế này thì giá trị pile code check thường rất lớn vì thưc tế là global behavior của kết cấu không được kể tới.
Có một cách khác hay hơn nhiều nhưng khá mất thời gian đó là engineer phải di tìm static load tương đương tác dụng lên kết cấu tương ứng với vài mode quan trọng. DÙng forces này combine với bước (4) rồi chạy PSI với toàn kết cấu. Cách này cho kết quả đẹp hơn nhiều.


Vài dòng chia sẻ, hy vọng làm sáng tỏ chút vấn đề với ae. CÓ chỗ nào chua chuẩn ae góp ý.