Tác giả | Nguyễn Lê Ninh |
ISBN | 978-604-82-2398-4 |
ISBN điện tử | 978-604-82-4110-0 |
Khổ sách | 17x24 cm |
Năm xuất bản (tái bản) | 2018 |
Danh mục | Nguyễn Lê Ninh |
Số trang | 515 |
Ngôn ngữ | vi |
Loại sách | Ebook;Sách giấy; |
Quốc gia | Việt Nam |
Động đất là một hiện tượng thiên nhiên gây ra rất nhiều thảm họa cho con người và các công trình xây dựng. Trong suốt chiều dài phát triển nhân loại, để bảo vệ sinh mạng của mình và tài sản vật chất xã hội, con người đã có rất nhiều nỗ lực trong việc nghiên cứu phòng - chống động đất. Tuy đã có những bước tiến rất ngoạn mục trong lĩnh vực này, nhưng con người vẫn không ngăn được những thảm họa do động đất gây ra. Các trận động đất xẩy ra trong những năm gần đây tại Nhật Bản (1995), Thổ Nhĩ Kỳ (1999), Hy Lạp (1999), Đài Loan (1999), Ấn Độ (2001), Apganistan (2002), Iran (2004), Indonesia (2004)... đã chứng minh cho điều đó.
Với trình độ khoa học - công nghệ hiện nay, con người chưa có khả năng dự báo một cách chính xác động đất sẽ xẩy ra lúc nào? ở đâu? và mạnh đến mức nào? Động đất cùng với những thay đổi bất lợi khác của môi trường sống trong những thập niên gần đây đã đặt con người trước những thách thức ngày càng nghiêm trọng. Hoạt động động đất có khuynh hướng ngày càng gây ra nhiều thiệt hại nặng nề cho tính mạng, tâm lý con người và của cải xã hội trên quy mô khu vực và toàn cầu. Trong bối cảnh đó, con người đã phải thay đổi chiến lược phòng chống động đất, thay vì nghiên cứu hoàn thiện phương pháp dự báo con người chuyển sang tìm các biện pháp tích cực để sống chung với nó. Vì vậy, mục đích của việc thiết kế kháng chấn đã phải thay đổi, chuyển từ bảo vệ công trình sang bảo vệ sinh mạng của con người, hạn chế các hư hỏng và duy trì hoạt động các công trình quan trọng có chức năng bảo vệ dân sự. Điều này cũng đồng nghĩa với việc phải thay đổi yêu cầu thiết kế kháng chấn công trình, chuyển từ không hư hỏng sang không sụp đổ và hạn chế đến mức tối đa các hư hỏng. Để không bị sụp đổ, công trình phải có khả năng hấp thụ và phân tán lượng động năng mà nó nhận được trong thời gian xẩy ra động đất. Do vậy sự hiểu biết nguyên lý cân bằng năng lượng sẽ là chìa khóa để phát triển một phương pháp thiết kế kháng chấn hiện đại cho các công trình xây dựng. Trên cơ sở này, một trong các nội dung chủ yếu của các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn cho nhà và công trình xây dựng trong các vùng có động đất hiện nay là tạo ra các hệ kết cấu với các cấu kiện có khả năng tiêu tán một lượng năng lượng đáng kể thông qua các chu kỳ biến dạng không đàn hồi ổn định, trong khi vẫn giữ được mức độ hư hỏng của công trình trong giới hạn cho phép.
Việt Nam chúng ta đã được xác định nằm trong vùng có hoạt động động đất trung bình và yếu. Trên lãnh thổ Việt Nam đã từng xẩy ra trên 1000 trận động đất có cường độ khác nhau, trong đó có 2 trận động đất cấp VIII, 11 trận động đất cấp VII và 60 trận động đất cấp VI (theo thang MSK-64). Các kết quả nghiên cứu cho thấy tại nhiều vùng trên lãnh thổ Việt Nam khi thiết kế các công trình xây dựng phải xét tới tác động động đất. Cuối tháng 9 năm 2006, Bộ Xây dựng đã có Quyết định số 28/2006/QĐ-BXD ban hành Tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 "Thiết kế công trình chịu động đất". Tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 được biên soạn trên cơ sở chấp nhận tiêu chuẩn của Châu Âu "Eurocode 8: thiết kế kháng chấn công trình" viết tắt là EN 1998-1:2004 có bổ sung và thay thế các phần mang tính đặc thù của Việt Nam. Tiêu chuẩn EN 1998-1:2004 được đánh giá là một tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn tiên tiến nhất hiện nay, phản ánh các kết quả thu được từ nhiều chương trình nghiên cứu rộng lớn được thực hiện trong những thập niên gần đây ở Châu Âu và trên thế giới trong lĩnh vực kháng chấn công trình.
Kháng chấn công trình có thể xem là một lĩnh vực khoa học đa ngành, liên quan tới các kiến thức từ địa chất học, địa chấn học, động lực học công trình đến quy hoạch, kiến trúc và xã hội học. Đây là một lĩnh vực khoa học còn khá mới mẻ ở Việt nam, nên mục tiêu chủ yếu của cuốn sách là cung cấp các kiến thức cơ sở về địa chấn học công trình, động lực học công trình và thiết kế công trình chịu động đất cho những người đã có trình độ cơ bản mới bắt đầu làm quen với lĩnh vực này. Qua cuốn sách, người đọc có thể nắm bắt được những vấn đề phức tạp liên quan tới các khái niệm về độ bền, độ cứng, độ dẻo, khả năng phân tán năng lượng, kỹ thuật kiểm soát dạng phá hoại - trong quan niệm thiết kế kháng chấn hiện đại, từ đó giúp người đọc hiểu và diễn đạt đúng nội dung tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 vừa mới được ban hành.
Nội dung của cuốn sách gồm 7 chương, được viết trên cơ sở các bài giảng môn học "Động lực học và tính toán kháng chấn công trình" ở trường Đại học Quốc gia Xây dựng công trình (INES de Génie civil) ở Chlef - Algérie từ năm 1985 đến 1989 và môn học "Động đất và Lý thuyết tính toán công trình chịu động đất" trong chương trình đào tạo sau đại học tại trường Đại học Xây dựng từ năm 1996 đến nay.
Đối tượng của cuốn sách này là các kỹ sư xây dựng làm việc trong các cơ sở thiết kế và thi công, các kiến trúc sư, sinh viên và học viên cao học ngành xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp, những người làm công tác nghiên cứu và giảng dạy trong lĩnh vực xây dựng. Với các vấn đề được đề cập tới trong nội dung, các đối tượng trên sẽ có khả năng làm việc một cách hiệu quả với các chuyên gia trong nhiều lĩnh vực khác nhau (địa chất học, địa chấn học, kiến trúc, quy hoạch...) trong các dự án thiết kế công trình chịu động đất.
Mục Lục
Trang | |
Chương I. Động đất và chuyển động của nền đất | |
1.1. Cấu tạo của quả đất | 13 |
1.2. Động đất | 14 |
1.2.1. Định nghĩa và phân loại | 14 |
1.2.2. Nguồn gốc của động đất | 15 |
1.3. Sóng địa chấn và sự truyền sóng | 27 |
1.3.1. Sóng địa chấn | 27 |
1.3.2. Ảnh hưởng của nền đất tới chuyển động địa chấn | 31 |
1.3.3. Ảnh hưởng của chuyển động địa chấn tới nền đất | 33 |
1.4. Đánh giá sức mạnh động đất | 34 |
1.4.1. Thang cường độ động đất | 34 |
1.4.2. Thang độ lớn động đất | 41 |
1.4.3. Năng lượng của chuyển động địa chấn và mối quan hệ | |
giữa cường độ và độ lớn động đất | 47 |
1.5. Các đặc trưng của chuyển động nền đất | 49 |
1.5.1. Biên độ lớn nhất của chuyển động nền đất | 51 |
1.5.2. Khoảng thời gian kéo dài chuyển động mạnh | 52 |
1.5.3. Nội dung tần số của gia tốc nền | 54 |
1.6. Đánh giá các thông số của chuyển động nền đất | 61 |
1.6.1. Độ lớn động đất và khoảng cách đến nơi gây ra động đất | 61 |
1.6.2. Sự phát triển các biểu thức dự đoán chuyển động mạnh | |
nền đất | 63 |
1.6.3. Đánh giá các thông số biên độ chuyển động | 65 |
1.7. Tính toán nguy cơ động đất | 69 |
1.7.1. Các phương pháp tính toán nguy cơ động đất | 69 |
1.7.2. Tính toán xác suất nguy cơ động đất | 71 |
1.8. Các thiết bị đo động đất | 80 |
1.8.1. Nguyên lý hoạt động của các thiết bị đo động đất | 80 |
1.8.2. Các máy gia tốc ghi chuyển động mạnh | 84 |
1.8.3. Các mạng thiết bị đo chuyển động mạnh nền đất | 84 |
1.9. Động đất trên lãnh thổ Việt Nam | 85 |
1.9.1. Cấu trúc kiến tạo Việt Nam và vùng lân cận | 85 |
1.9.2. Các đứt gẫy trên lãnh thổ Việt Nam | 87 |
1.9.3. Các trận động đất đã xẩy ra trên lãnh thổ Việt Nam | 91 |
1.9.4. Tần suất hoạt động động đất ở Việt Nam | 92 |
1.9.5. Một số các kết quả nghiên cứu động đất đã đạt được | 93 |
Chương II. Cơ sở của Động lực học công trình và tính toán kháng chấn các hệ kết cấu đàn hồi | |
2.1. Một số Khái niệm cơ bản trong động lực học công trình | 99 |
2.1.1. Sự khác nhau cơ bản giữa bài toán động và tĩnh | 99 |
2.1.2. Các loại tải trọng động | 100 |
2.1.3. Bậc tự do động | 101 |
2.2. Dao động của hệ kết cấu đàn hồi có một bậc tự do động | 103 |
2.2.1. Hệ kết cấu đàn hồi có một bậc tự do động chịu tải trọng | |
bất kỳ | 103 |
2.2.2. Hệ kết cấu đàn hồi có một bậc tự do động chịu tác động | |
động đất | 106 |
2.2.3. Dao động tự do | 107 |
2.2.4. Dao động cưỡng bức | 115 |
2.2.5. Phổ phản ứng động đất của hệ kết cấu đàn hồi | 124 |
2.2.6. Biểu diễn phổ phản ứng | 126 |
2.3. Dao động của hệ kết cấu đàn hồi có nhiều bậc tự do | 137 |
2.3.1. Dao động của hệ kết cấu chịu tác động của tải trọng bất kỳ | 137 |
2.3.2. Dao động của hệ kết cấu chịu tác động động đất | 142 |
2.3.3. Chu kỳ và dạng dao động của hệ kết cấu | 144 |
2.3.4. Tính chất trực giao của các dạng dao động | 147 |
2.3.5. Kỹ thuật phân tích dạng chính | 148 |
2.3.6. Phổ phản ứng của hệ kết cấu đàn hồi có nhiều bậc tự do | |
chịu chuyển động động đất | 158 |
2.3.7. Số dạng dao động được xét tới trong tính toán | 161 |
2.3.8. Tổ hợp các phản ứng lớn nhất của các dạng chính | 163 |
2.3.9. Quy trình tính toán phản ứng động của hệ kết cấu đàn hồi | |
có nhiều bậc tự do | 166 |
2.4. Dao động của hệ kết cấu đàn hồi có vô số bậc tự do | 169 |
2.4.1. Phương trình vi phân tổng quát dao động ngang của thanh | |
thẳng chịu uốn | 170 |
2.4.2. Dao động tự do không lực cản của thanh thẳng chịu uốn | |
có tiết diện không đổi | 172 |
2.4.3. Dao động ngang của thanh chịu cắt có tiết diện không đổi | 178 |
2.4.4. Dao động của hệ chịu tác động động đất | 181 |
Chương III. Cơ sở của động lực học công trình và tính toán kháng | |
chấn các hệ kết cấu không đàn hồi | |
3.1. Ý nghĩa của việc tính toán phản ứng không đàn hồi các hệ | |
kết cấu | 187 |
3.2. Các đặc trưng động của hệ kết cấu không đàn hồi | 188 |
3.2.1. Phản ứng không đàn hồi của các hệ kết cấu | 188 |
3.2.2. Các mô hình tính toán của hệ kết cấu không đàn hồi | 191 |
3.2.3. Lực cản | 196 |
3.3. Phản ứng không đàn hồi của hệ kết cấu dưới tác động động đất | 203 |
3.3.1. Khả năng phân tán năng lượng và độ dẻo | 203 |
3.3.2. Hệ số giảm tải và hệ số làm việc của hệ kết cấu | 215 |
3.3.3. Phổ phản ứng không đàn hồi | 222 |
3.4. Tính toán phản ứng không đàn hồi của các hệ kết cấu | 225 |
3.4.1. Phương trình lượng gia chuyển động | 225 |
3.4.2. Các phương pháp giải phương trình lượng gia chuyển động | 232 |
3.4.3. Giải các phương trình chuyển động | 236 |
3.4.4. Tóm tắt quá trình tính toán phi tuyến từng bước một theo | |
thời gian | 237 |
3.4.5. Tính ổn định và độ chính xác của các kết quả tính toán | 238 |
Chương IV. Các phương pháp xác định tác động động đất và tính toán kết cấu chịu tác động động đất | |
4.1. Quá trình phát triển các phương pháp xác định tác động động đất | 243 |
4.2. Quan niệm hiện đại trong thiết kế kháng chấn | 251 |
4.3. Tác động động đất thiết kế | 257 |
4.3.1. Tĩnh lực ngang tương đương | 257 |
4.3.2. Phổ phản ứng đàn hồi | 257 |
4.3.3. Gia tốc đồ | 260 |
4.4. Các phương pháp tính toán kết cấu chịu tác động động đất | 262 |
4.4.1. Các phương pháp tính toán | 262 |
4.4.2. Lựa chọn các phương pháp tính toán | 268 |
4.4.3. Các quy định về tính đều đặn của kết cấu | 269 |
4.5. Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương | 273 |
4.5.1. Tổng quan về cách thức xác định tải trọng động đất tác động lên công trình theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương trong các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn | |
273 | |
4.5.2. Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương theo Tiêu chuẩn Châu Âu EN 1998-1:2004 | |
278 | |
4.5.3. Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương theo Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất của Việt Nam TCXDVN 375:2006 | |
304 | |
4.6. Phương pháp phổ phản ứng | 309 |
4.6.1. Giới thiệu chung | 309 |
4.6.2. Tổ hợp các phản ứng theo dạng chính | 310 |
4.6.3. Tác động của mômen xoắn | 310 |
4.6.4. Trình tự tính toán | 311 |
4.7. Các phương pháp tính toán phi tuyến theo các tiêu chuẩn | |
EN 1998-1:2004 và TCXDVN 375:2006 | 312 |
4.7.1. Giới thiệu chung | 312 |
4.7.2. Tính toán tĩnh phi tuyến (đẩy dần) | 313 |
4.7.3. Phương pháp phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian | 319 |
4.8. Tổ hợp các hệ quả các thành phần tác động động đất | 320 |
4.8.1. Tổ hợp các hệ quả các thành phần tác động động đất theo phương ngang | |
320 | |
4.8.2. Tổ hợp thành phần thẳng đứng với các thành phần ngang của tác động động đất | |
321 | |
4.8.3. Tổ hợp tác động động đất với các tác động khác | 322 |
4.9. Các hiệu ứng bậc hai (hiệu ứng P – D) | 324 |
4.10. Ảnh hưởng của khối xây chèn trong khung tới khả năng | |
kháng chấn của các công trình xây dựng | 326 |
4.10.1. Đặt vấn đề | 326 |
4.10.2. Các tác động của khối xây chèn được xét tới trong thiết kế | |
kháng chấn theo EN 1998-1:2004 và TCXDVN 375:2006 | 327 |
4.10.3. Một số vấn đề về tính toán ảnh hưởng của khối xây chèn | |
tới sự chịu lực của hệ kết cấu khung | 330 |
Chương V. Quy trình thiết kế theo khả năng. Kiểm tra an toàn | |
5.1. Quy trình thiết kế theo khả năng | 335 |
5.1.1. Nguyên lý cơ bản | 335 |
5.1.2. Các định nghĩa độ bền - Ví dụ minh họa của Paulay | 337 |
5.1.3. Thiết kế theo khả năng các kết cấu | 341 |
5.1.4. Các tiêu chí thiết kế ảnh hưởng tới các hệ quả tác động thiết kế | |
343 | |
5.1.5. Xác định các hệ quả tác động thiết kế theo quy trình thiết kế theo khả năng | |
345 | |
5.2. Kiểm tra an toàn | 355 |
5.2.1. Tổng quát | 355 |
5.2.2. Trạng thái giới hạn cực hạn | 357 |
5.2.3. Trạng thái hạn chế hư hỏng | 359 |
Chương VI. Các nguyên tắc cơ bản trong thiết kế và cấu tạo các hệ | |
kết cấu chịu lực các công trình xây dựng chịu động đất | |
6.1. Các hệ kết cấu chịu lực của các công trình xây dựng | 362 |
6.1.1. Các kết cấu chịu lực cơ bản | 362 |
6.1.2. Các hệ kết cấu chịu lực của công trình xây dựng | 368 |
6.1.3. Lựa chọn hệ kết cấu chịu lực cho nhà và công trình xây dựng | 387 |
6.2. Lựa chọn loại vật liệu cho các hệ kết cấu chịu lực | 390 |
6.3. Thiết kế và cấu tạo kháng chấn các nhà bằng bê tông cốt thép | 392 |
6.3.1. Các yêu cầu chung | 392 |
6.3.2. Các tiêu chí thiết kế kháng chấn các nhà BTCT | 393 |
6.3.3. Các quy định thiết kế cho các nhà BTCT liền khối | 396 |
6.3.4. Các quy định thiết kế cho các nhà BTCT lắp ghép | 426 |
6.3.5. Ảnh hưởng cục bộ của tường chèn bằng khối xây hoặc | |
bê tông trong khung | 436 |
6.4. Thiết kế và cấu tạo kháng chấn các nhà bằng khối xây gạch | 438 |
6.4.1. Các quy định chung | 438 |
6.4.2. Phân tích kết cấu gạch | 440 |
6.4.3. Các quy định thiết kế kháng chấn cho các nhà bằng khối | |
xây gạch | 441 |
Chương VII. Các nguyên tắc cơ bản trong thiết kế kiến trúc | |
các công trình xây dựng chịu động đất | |
7.1. Vai trò của kiến trúc sư và ý nghĩa của cấu hình các công trình | |
xây dựng trong thiết kế kháng chấn | 448 |
7.2. Phân loại cấu hình của các công trình xây dựng | 452 |
7.2.1. Các yếu tố quyết định cấu hình của một công trình xây dựng | 452 |
7.2.2. Phân loại cấu hình của các công trình xây dựng | 453 |
7.3. Phân tích khả năng kháng chấn của các dạng cấu hình điển hình | 458 |
7.3.1. Tính đơn giản | 459 |
7.3.2. Các kích thước cơ bản của công trình xây dựng | 459 |
7.3.3. Tỉ lệ giữa các kích thước của công trình | 461 |
7.3.4. Tính đối xứng của công trình xây dựng | 463 |
7.3.5. Sự phân bố các cấu kiện thẳng đứng chịu lực trong mặt bằng công trình | |
465 | |
7.3.6. Vị trí của các cấu kiện chịu lực trong mặt bằng công trình | 467 |
7.3.7. Tính siêu tĩnh | 468 |
7.4. Những vấn đề liên quan tới hình dạng mặt bằng công trình | 469 |
7.4.1. Góc lõm vào | 469 |
7.4.2. Thay đổi khả năng chịu lực và độ cứng của các cấu kiện | |
chịu lực dọc theo chu vi | 476 |
7.4.3. Vị trí của các lõi cứng | 478 |
7.4.4. Các hệ kết cấu chịu lực không song song với nhau | 479 |
7.4.5. Cấu hình của sàn | 480 |
7.5. Những vấn đề liên quan tới hình dạng của công trình | |
trên chiều cao | 481 |
7.5.1. Các công trình xây dựng có dạng giật cấp trên chiều cao | 481 |
7.5.2. Sự thay đổi độ cứng đột ngột trên chiều cao công trình | 488 |
7.6. Ảnh hưởng của các chi tiết kiến trúc tới sự làm việc của hệ | |
kết cấu chịu lực | 496 |
Các phụ lục | |
Phụ lục 1. Các biểu thức xác định lực cắt đáy theo tiêu chuẩn | |
thiết kế kháng chấn của một số nước trên thế giới | 498 |
Phụ lục 2. Các đặc trưng cường độ và biến dạng của bê tông | |
theo tiêu chuẩn EN 1992-1:2004 | 503 |
Phụ lục 3. Các tính chất của cốt thép theo tiêu chuẩn EN 1992-1:2004 | 504 |
Tài liệu tham khảo |