Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Ứng xử kết cấu công trình ngầm chịu động đất tại Hà Nội - Vũ Ngọc Anh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ -------aµb------- VŨ NGỌC ANH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM CHỊU TÁC DỤNG CỦA ĐỘNG ĐẤT VỚI GIẢN ĐỒ GIA TỐC NHÂN TẠO LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - NĂM 2021 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ -------aµb------- VŨ NGỌC ANH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM CHỊU TÁC DỤNG CỦA ĐỘNG ĐẤT VỚI GIẢN ĐỒ GIA TỐC NHÂN TẠO Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình đặc biệt Mã số: 9 58 02 06 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẨN KHOA HỌC 1. TS CAO CHU QUANG 2.TS NGUYỄN QUỐC BẢO HÀ NỘI - NĂM 2021 luan an i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tác giả xin phép được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với TS Cao Chu Quang và GS,TS Nguyễn Quốc Bảo, sự hướng dẫn tận tình của các thầy là nguồn động lực to lớn giúp tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả trân trọng cảm ơn Bộ môn Xây dựng Công trình Quốc phòng, Viện Kỹ thuật Công trình đặc biệt, Phòng Sau đại học, Hệ quản lý học viên sau đại học, Học viện Kỹ thuật Quân sự đã tạo điều kiện giúp đỡ trong thời gian nghiên cứu. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo thuộc Bộ môn Xây dựng Công trình Quốc phòng, Viện Kỹ thuật Công trình đặc biệt và các bạn đồng nghiệp cùng các nghiên cứu sinh đã luôn đồng hành, hỗ trợ, động viên tác giả trong quá trình công tác.

Cuối cùng tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn với người thân trong gia đình đã luôn cảm thông, động viên và chia sẻ những khó khăn với tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tác giả Vũ Ngọc Anh luan an ii LỜI CAM ĐOAN Tôi là Vũ Ngọc Anh, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Tác giả Vũ Ngọc Anh luan an iii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN.

i LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC VIẾT TẮT. vii DANH MỤC KÝ HIỆU.

viii DANH MỤC BẢNG BIỂU. x DANH MỤC HÌNH VẼ. xi MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .1 Một số khái niệm chung về động đất.

Khái niệm chung. Các tiêu chí đánh giá độ mạnh của động đất. Một số đặc trưng của dao động nền .2 Tổng quan về phân tích kết cấu công trình ngầm chịu tác dụng của động đất theo sơ đồ bài toán phẳng. Phương pháp phân tích tĩnh áp đặt chuyển vị biên.

Phương pháp phân tích tĩnh đặt tải trọng trực tiếp lên kết cấu. Phương pháp phân tích động lực học .3 Tổng quan về phát sinh giản đồ gia tốc nhân tạo. Phương pháp phát sinh giản đồ gia tốc nhân tạo bằng cách hiệu chỉnh giản đồ gia tốc sẵn có theo điều kiện khớp phổ phản ứng. Phương pháp phát sinh ngẫu nhiên giản đồ gia tốc .4 Các vấn đề rút ra từ tổng quan.

20 luan an iv Chương 2. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PHÁT SINH GIẢN ĐỒ GIA TỐC NHÂN TẠO BẰNG CÁCH HIỆU CHỈNH GIẢN ĐỒ GIA TỐC SẴN CÓ THEO ĐIỀU KIỆN KHỚP PHỔ PHẢN ỨNG .1 Phát sinh giản đồ gia tốc nền nhân tạo theo điều kiện khớp phổ phản ứng theo phương pháp của Hancock. Phép biến đổi Wavelet. Cơ sở lý thuyết phát sinh giản đồ gia tốc nền nhân tạo theo điều kiện khớp phổ phản ứng theo phương pháp của Hancock.

Các bước thực hiện theo thuật toán của Hancock, sơ đồ khối .2 Xây dựng chương trình PG01. Sơ đồ khối chương trình PG01. Giao diện và tính năng của chương trình PG01 .3 Sử dụng chương trình PG01 tạo giản đồ gia tốc nhân tạo trên nền đá gốc theo điều kiện khớp phổ phản ứng. Số liệu phổ phản ứng đàn hồi theo TCVN 9386-2012.

Lựa chọn giản đồ gia tốc đầu vào. Sử dụng chương trình PG01 phát sinh các giản đồ gia tốc nhân tạo trên nền đá gốc phù hợp với điều kiện Hà Nội .4 Kết luận chương 2. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PHÁT SINH NGẪU NHIÊN GIẢN ĐỒ GIA TỐC NHÂN TẠO DỰA TRÊN HỆ PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY .1 Cơ sở lý thuyết phát sinh ngẫu nhiên giản đồ gia tốc theo hệ phương trình hồi quy bằng phương pháp của Yamamoto. Các đặc trưng cơ bản của gói Wavelet.

Phương pháp và hệ phương trình của Yamamoto.2 Nội dung thuật toán của Yamamoto. Xác định các tham số đặc trưng của Wavelet từ hệ phương trình hồi quy của Yamamoto. Phát sinh ngẫu nhiên các hệ số Wavelet. Tái cấu trúc giản đồ gia tốc bằng biến đổi ngược gói Wavelet .3 Cải biên thuật toán của Yamamoto, xây dựng chương trình PG0263 3.

Cải biên thuật toán của Yamamoto. Giao diện của chương trình PG02 .4 Sử dụng chương trình PG02 phát sinh giản đồ gia tốc nhân tạo trên nền đá gốc. Lựa chọn nguồn phát sinh động đất với địa điểm khảo sát. Sử dụng chương trình PG02 phát sinh giản đồ gia tốc nhân tạo tại nền đá gốc với đới động đất sông Hồng- sông Chảy .5 Kết luận chương 3.

KHẢO SÁT ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM CHỊU TÁC DỤNG CỦA ĐỘNG ĐẤT TẠI HÀ NỘI VỚI GIẢN ĐỒ GIA TỐC NHÂN TẠO .1 Xây dựng mô hình bài toán trên phần mềm Plaxis khảo sát kết cấu công trình ngầm tại khu vực Hà Nội dưới tác dụng của động đất 73 4. Đối tượng khảo sát. Xác định miền nghiên cứu và điều kiện biên của bài toán. Mô hình hóa kết cấu vỏ hầm.

Mô hình vật liệu môi trường. Thiết lập dữ liệu giản đồ gia tốc tính toán. Kết quả xây dựng mô hình bài toán trên phần mềm Plaxis 2D. 85 luan an vi 4.2 Tính toán nội lực xuất hiện trong vỏ hầm khi tính toán với các giản đồ gia tốc nền nhân tạo khác nhau phát sinh từ chương trình PG01 và PG02.

Tính toán với giản đồ gia tốc phát sinh bằng chương trình PG01 87 4. Tính toán công trình ngầm với giản đồ gia tốc nhân tạo được phát sinh bằng chương trình PG02. So sánh nội lực phát sinh khi phân tích động lực học kết cấu công trình ngầm với gia tốc nhân tạo phát sinh bằng PG01 và PG02 .3 Khảo sát ảnh hưởng của liên kết nửa cứng giữa các phân tố vỏ hầm đến nội lực xuất hiện trong vỏ hầm. Đặt bài toán.

Kết quả khảo sát và nhận xét.4 Phân tích hồi quy đánh giá các ảnh hưởng của giản đồ gia tốc tới nội lực cực đại xuất hiện trong kết cấu. Đặt bài toán. Kết quả khảo sát và nhận xét.5 Kết luận chương 4. 99 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.

101 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 102 luan an vii DANH MỤC VIẾT TẮT BTD Bậc tự do CWT Biến đổi Wavelet liên tục (Continue Wavelet Transform) DWT Biến đổi Wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform) HS Mô hình nền Hardening Soil HPTHQ Hệ phương trình hồi quy FFT Biến đổi Fourier nhanh (Fast Fourier Transform) HRM Hyperstatic Reaction Method ITA Hiệp hội hầm và không gian ngầm quốc tế (International Tunnelling and Underground Space Association) ISGD Impose Seismic Ground Deformation iWPT Biến đổi ngược gói Wavelet Packet (Inverse Wavelet Packet Transform) LKNC Liên kết nửa cứng (semi rigid joint) MC Mô hình nền Mohr-Coulomb NGA National Geospatial-Intelligence Agency PGA Gia tốc nền cực đại (Peak Ground Acceleration) PGV Vận tốc cực đại của nền (Peak Ground Velocity) PGD Chuyển vị cực đại của nền (Peak Ground Displacement) PHA Gia tốc ngang cực đại (Peak Horizon Acceleration) PTHH Phần tử hữu hạn SPHH Sai phân hữu hạn WPT Biến đổi Wavelet Packet (Wavelet Packet Transform) luan an viii DANH MỤC KÝ HIỆU agR Giá trị gia tốc đỉnh tham chiếu aRMS Gia tốc hiệu dụng a(t) Gia tốc theo thời gian Es Mô-đun đàn hồi của thép Ec Mô-đun đàn hồi của bê tông Ef Trọng tâm tính theo tần số của gói Wavelet Et Trọng tâm tính theo thời gian của gói Wavelet g Gia tốc trọng trường IA Cường độ Arias IMSK-64 Cường độ động đất tại điểm khảo sát theo thang MSK-64 IMM Cường độ động đất tại điểm khảo sát theo thang MM lt Chiều cao làm việc của liên kết giữa các phân tố vỏ hầm Mw Độ lớn của động đất theo thang mô men (chấn cấp) Ms Độ lớn của động đất theo sóng bề mặt nCK Tổng số lượng hệ một BTD khảo sát để xây dựng đường phổ phản ứng đàn hồi Rinter Hệ số tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường Rrup Khoảng cách từ điểm khảo sát đến vết nứt gãy (tâm cự) Rhyp Độ sâu chấn tiêu R Khoảng cách từ điểm khảo sát đến chấn tiêu (tiêu cự) Sa Phổ phản ứng đàn hồi ứng với gia tốc a(t) Sa_TK Phổ phản ứng đàn hồi mục tiêu Sf Độ lệch chuẩn tính theo tần số của gói Wavelet luan an ix St Độ lệch chuẩn tính theo thời gian của gói Wavelet sij Biên độ phản ứng đơn vị của hệ một BTD thứ i do thành phần wavelet thứ j gây ra t5-95 Thời gian duy trì dao động mạnh tD Thời gian duy trì của động đất vmax Vận tốc dao động cực đại của môi trường Vs Vận tốc lan truyền sóng cắt trong môi trường Vse Vận tốc lan truyền hiệu quả của sóng cắt trong môi trường Vs,30 Vận tốc lan truyền sóng cắt trung bình của lớp đất có bề dày 30m tính từ mặt đất Vp Vận tốc lan truyền sóng dọc trong môi trường rt,f Hệ số tương quan tần số và thời gian trong gói Wavelet gb Trọng lượng riêng của bê tông gI Hệ số tầm quan trọng của công trình da(t) Lượng hiệu chỉnh wavelet DSa Khoảng lệch phổ phản ứng luan an x DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Liên hệ giữa thang cường độ MSK-64, MM và gia tốc đỉnh .1 Các bước thực hiện theo phương pháp của Hancock [47] .2 Các tham số phổ phản ứng đàn hồi theo TCVN 9386-2012 [22] .3 Bảng phân vùng gia tốc nền tham chiếu theo địa danh hành chính cho địa bàn Thành phố Hà Nội theo TCVN 9386-2012 [22].4 Bảng thông số các đới động đất khảo sát với vị trí trung tâm quận Ba Đình Hà Nội (tọa độ 21,030N; 105,824Đ) [19] .5Giản đồ gia tốc đầu vào lựa chọn [19] .6 Bảng kết quả xác định sai số độ lệch phổ phản ứng .7 Bảng kết quả xác định sai số độ lệch phổ phản ứng. Bảng tổng hợp các tham số của các giản đồ gia tốc nhân tạo .1 Bảng hệ số của hệ phương trình hồi quy của Yamamoto[88] .2 Các bước thực hiện thuật toán chương trình PG02 .