Tóm tắt Luận án Mô hình kết cấu gối cô lập trượt ma sát cho công trình chịu tải trọng động đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG 
NGUYỄN VĂN NAM 
MÔ HÌNH KẾT CẤU GỐI CÔ LẬP 
TRƯỢT MA SÁT CHO CÔNG TRÌNH 
CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 
CHUYÊN NGÀNH : CƠ KỸ THUẬT 
MÃ SỐ : 62.52.01.01 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
Đà Nẵng - 2017 
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách khoa - Đại 
học Đà Nẵng 
Người hướng dẫn khoa học: 
1. PGS.TS. HOÀNG PHƯƠNG HOA 
2. PGS.TS. PHẠM DUY HÒA 
Phản biện 1: . 
Phản biện 2: . 
Phản biện 3: . 
Luận án được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận án tốt 
nghiệp Tiến sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 
thángnăm 2017. 
Có thể tìm hiểu luận án tại: 
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng. 
- Thư viện Quốc gia Việt Nam. 
1 
MỞ ĐẦU 
1. Lý do chọn đề tài 
Động đất là một trong những thảm họa lớn do thiên nhiên gây 
ra đối với tính mạng con người, công trình xây dựng và nền kinh tế 
nói chung. Trong lịch sử, thế giới đã chứng kiến rất nhiều trận động 
đất mạnh xảy ra, cướp đi rất nhiều nhân mạng, hủy hoại rất nhiều 
công trình xây dựng và hàng triệu đôla tổn thất của nền kinh tế hàng 
năm do động đất. 
Ở Việt Nam, mặc dù không nằm trong “vành đai lửa” của các 
chấn tâm động đất mạnh trên thế giới. Nhưng Việt Nam vẫn là quốc 
gia nằm trong khu vực có mối hiểm họa động đất khá cao. Đó là báo 
cáo của các nhà khoa học tại Hội thảo quốc tế "Nguy hiểm động đất, 
sóng thần và các hệ thống cảnh báo sớm khu vực Châu Á - Thái Bình 
Dương" do Viện Vật lý địa cầu - Viện Khoa học Công nghệ Việt 
Nam tổ chức trong hai ngày (5 và 6-9.2011). Một số khu đô thị lớn 
hiện đang nằm trên các đới đứt gãy và có khả năng xảy ra những trận 
động đất có cấp độ rất mạnh như Hà Nội, đang nằm trên các đới đứt 
gãy sông Hồng, sông Chảy, sông Mã, Sơn La được dự báo phải chịu 
đựng chấn động cấp độ 8 theo thang độ Richter. 
Gần đây, các dư chấn do động đất gây ra đã xuất hiện nhiều 
trên các tỉnh thành, đặc biệt là Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh và 
Đà Nẵng, nơi tập trung một số lượng lớn các nhà cao tầng, các cây 
cầu lớn và nhu cầu xây dựng các công trình lớn ngày càng tăng về số 
lượng cũng như về chiều cao. Các loại công trình này rất nhạy cảm 
với gia tốc nền của những trận động đất. 
Với những thực tế như trên, các công trình xây dựng cần được 
thiết kế kháng chấn, đặc biệt là thiết kế kháng chấn theo quan điểm 
hiện đại, khái niệm này gắn với thuật ngữ “điều khiển dao động kết 
2 
cấu” và tương đối còn mới mẻ ở Việt Nam. Do đó, việc nghiên cứu 
và tìm hiểu về chúng là rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực 
tiễn cao và đây cũng là lý do để tác giả nghiên cứu đề tài: “Mô hình 
kết cấu gối cô lập trượt ma sát cho công trình chịu tải trọng động 
đất” nhằm đưa ra một giải pháp làm giảm tác hại do động đất gây ra 
cho công trình xây dựng. 
2. Mục đích nghiên cứu 
Nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán kết cấu cách chấn 
bằng các dạng gối trượt ma sát SFP, DFP và TFP chịu tải trọng động 
đất. Đánh giá hiệu quả giảm chấn cho công trình xây dựng khi sử 
dụng các gối cách chấn trên. Từ đó, nghiên cứu ứng dụng gối TFP 
cho các công trình nhà cao tầng xây dựng ở Hà Nội, Việt Nam. 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
Đối tượng nghiên cứu trong luận án là các dạng gối trượt ma 
sát bao gồm: gối SFP, gối DFP và gối TFP. 
Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm: Nghiên cứu phản 
ứng kết cấu cho cục bộ từng gối (không xét đến sự làm việc đồng 
thời nhiều gối trong một công trình), bỏ qua dao động xoắn; Ứng xử 
kết cấu bên trên là tuyến tính, ứng xử của gối là phi tuyến. 
4. Nội dung luận án 
- Tổng quan về động đất, cách chấn đáy và gối trượt ma sát. 
- Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc của các gối cách chấn 
SFP, DFP và TFP. 
- Xây dựng mô hình tính toán cho kết cấu cách chấn bằng các 
dạng gối trượt ma sát nêu trên chịu động đất. Đánh giá hiệu quả giảm 
chấn của các gối này cho công trình xây dựng. 
- Nghiên cứu phát triển một mô hình mới cho gối TFP. 
- Nghiên cứu ứng dụng gối TFP cho nhà cao tầng ở Việt Nam 
3 
theo tiêu chuẩn thiết kế ASCE 7-2010. 
5. Phương pháp nghiên cứu 
Nghiên cứu mô hình tính toán lý thuyết, kết quả nghiên cứu 
được mô phỏng bằng phần mềm Matlab và được so sánh kiểm chứng 
bằng một mô hình thí nghiệm của nhóm tác giả khác đã được công 
bố bởi NEES (Network for Earthquake Engineering Simulation). 
6. Những đóng góp mới của luận án 
- Xây dựng mô hình tính toán kết cấu cách chấn bằng các gối 
trượt ma sát SFP, DFP và TFP. Đánh giá chi tiết hiệu quả giảm chấn 
các dạng gối này cho công trình. 
- Phát triển được một mô hình cải tiến cho gối TFP. Thông qua 
mô hình này, chi tiết chuyển vị của từng con lắc trên những mặt cong 
và ảnh hưởng thành phần gia tốc nền theo phương đứng cũng được 
tính toán rõ ràng cho gối TFP. 
- Tìm ra bộ thông số kỹ thuật hợp lý của gối TFP cho công trình 
nhà cao tầng ở Hà Nội và đánh giá hiệu quả giảm chấn của nó. Điều 
này có ý nghĩa thực tiễn cao trong thiết kế kháng chấn ở Việt Nam. 
7. Bố cục của luận án 
Luận án được trình bày gồm phần mở đầu, 4 chương tiếp theo 
và phần kết luận, kiến nghị. Toàn bộ nội dung của luận án được chứa 
đựng trong 132 trang A4 và có bố cục như sau: 
Phần mở đầu 
Chương 1. Tổng quan 
Chương 2. Mô hình các dạng gối trượt ma sát 
Chương 3. Mô hình cải tiến gối con lắc ma sát ba 
Chương 4. Hiệu quả giảm chấn của gối TFP trong nhà cao 
tầng tại Hà Nội 
Kết luận, kiến nghị 
4 
Chương 1 
TỔNG QUAN 
1.1. Tổng quan về động đất và thiết kế công trình chịu động đất 
1.1.1. Động đất 
Động đất là hiện tượng dao động rất mạnh của nền đất xảy ra 
khi một nguồn năng lượng lớn được giải phóng trong thời gian rất 
ngắn do sự nứt rạn đột ngột trong phần vỏ hay trong phần áo trên của 
quả đất [10], [ 62]. 
Động đất có những nguồn gốc chính như sau: Động đất có 
nguồn gốc từ hoạt động kiến tạo; Động đất có nguồn gốc từ các đứt 
gãy; Động đất có nguồn gốc khác: do sự dãn nở trong lớp vỏ đá cứng 
của quả đất; do các vụ nổ; do hoạt động của núi lửa; 
Các thông số quan trọng chuyển động nền trong thiết kế kháng 
chấn công trình bao gồm: biên độ lớn nhất, khoảng thời gian kéo dài 
của chuyển động mạnh, nội dung tần số, độ lớn động đất, khoảng 
cách đến đứt gãy, điều kiện đất nền tại vị trí đang xét. 
1.1.2. Giải pháp thiết kế công trình chịu động đất 
Thiết kế công trình chịu động đất là một nhiệm vụ, một thử 
thách lớn cho các nhà thiết kế kết cấu xây dựng. Có hai quan điểm 
thiết kế kháng chấn: quan điểm thiết kế kháng chấn truyền thống và 
quan điểm thiết kế kháng chấn hiện đại. 
Quan điểm thiết kế kháng chấn hiện đại gắn với kỹ thuật điều 
khiển kết cấu với 3 nhóm kỹ thuật chính như sau: điều khiển bị động, 
điều khiển chủ động và điều khiển bán chủ động. 
1.2. Kỹ thuật cách chấn đáy (cô lập móng) 
1.2.1. Khái niệm về cách chấn đáy 
Cách chấn đáy (cô lập móng) là kỹ thuật điều khiển bị động 
kết cấu, rất hiệu quả cho thiết kế công trình chịu động đất. Ý tưởng 
5 
chính của kỹ thuật này là cách ly kết cấu bên trên với nền bằng cách 
sử dụng các gối mềm, gọi là gối cách chấn. 
1.2.2. Các dạng gối sử dụng trong kỹ thuật cách chấn đáy 
Các dạng gối sử dụng trong kỹ thuật cách chấn cho công trình 
thường gồm hai dạng phổ biến: gối cao su (gối đàn hồi, Hình 1.6) và 
gối trượt ma sát, được sản xuất từ kim loại chống rỉ. 
Gối trượt ma sát gồm 3 loại chính: 
- Gối con lắc ma sát đơn (gối SFP): Cấu tạo như Hình 1.7, 
gồm 1 mặt cong bán kính R, 1 con lắc trượt trên mặt cong với hệ số 
ma sát  và khả năng chuyển vị ngang là d. 
dR, 
a. Cấu tạo bên trong b. Mặt cắt ngang 
Hình 1.7. Gối con lắc ma sát đơn, gối SFP (EPS, 2011) 
- Gối con lắc ma sát đôi (gối DFP): Cấu tạo như Hình 1.8, gồm 
mặt cong 1 và 2 với bán kính lần lượt là R1 và R2 và 1 con lắc bên trong. 
 a. Cấu tạo bên trong b. Mặt cắt ngang 
Hình 1.8. Gối con lắc ma sát đôi, gối DFP (Fenz, 2008e) 
- Gối con lắc ma sát ba (gối TFP): Cấu tạo như Hình 1.9, gồm 
4 mặt cong lần lượt với các bán kính R1, R2, R3 và R4. Bên trong có 3 
con lắc trượt trên 4 mặt cong này với các hệ số ma sát tương ứng i. 
6 
 a. Cấu tạo bên trong b. Mặt cắt ngang 
Hình 1.9. Gối con lắc ma sát ba, gối TFP (Fenz, 2008e) 
1.2.3. Sơ lược về lịch sử ứng dụng kỹ thuật cách chấn đáy 
Kỹ thuật cách chấn đáy được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi 
trong vài thập niên gần đây. Tuy nhiên, ý tưởng về kỹ thuật này xuất 
hiện cách đây hơn 100 năm qua sáng kiến của Touaillon. Trong 
những năm gần đây, việc ứng dụng kỹ thuật cách chấn đáy vào các 
công trình chịu động đất trở nên phổ biến ở các nước như Mỹ, Nhật, 
New Zealand, và một số nước châu Âu. 
1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu gối cô lập trượt ma sát 
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 
- Nghiên cứu về gối SFP: Công bố đầu tiên vào năm 1987 bởi 
Zayas. Những nghiên cứu nổi bật được công bố bởi các tác giả khác: 
Mokha, Constantinou, Reinhorn, Nagarajaiah, Mosqueda,Những 
nghiên cứu trên tập trung phân tích cấu tạo và chuyển động của gối 
SFP. Hiệu quả giảm chấn của gối được đánh giá thông qua các mô 
hình lý thuyết và thực nghiệm. 
- Nghiên cứu về gối DFP: hai nhóm nghiên cứu Tsai và 
Constantinou được xem như là có hệ thống về gối DFP. Ngoài ra, 
còn nhiều nghiên cứu riêng lẻ về gối này cũng đáng quan tâm như: 
Kim và Yun (2007), Malekzadeh (2010), 
- Nghiên cứu về gối TFP: Gối TFP với những ưu điểm của nó 
7 
bắt đầu được sản xuất vào khoảng năm 2007. Các nghiên cứu nổi bật 
có thể kể tới như: nhóm nghiên cứu của Constantinous và Fenz (Đại 
học Buffalo); nhóm nghiên cứu của Steve Mahin, Troy Morgan và 
Tracy Becke (Đại học Berkeley); nhóm nghiên cứu của Ryan (Đại 
học Nevada, Reno), những công bố mới nhất của gối TFP gần như 
thuộc về nhóm này, những công bố có thể kể đến như: Dao [36 - 38], 
Okazaki [80], Ryan [86 - 88]. Ngoài ra, Một số nghiên cứu của 
những tác giả khác về gối TFP cũng đã công bố như: Fadi [41], 
Ghodrati [52], Moeindarbari [67], Sarkisian [89], Tsai [103 - 104]. 
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 
Ở Việt Nam, cách chấn đáy được đề cập từ năm 2006 trong 
TCXDVN 375:2006. Nghiên cứu về cách chấn đáy rất hạn chế, 
những nghiên cứu nổi bật có thể kể đến: Nguyễn Văn Giang và Chu 
Quốc Thắng (2006), Trần Tuấn Long (2007), Lê Xuân Huỳnh và 
cộng sự (2008), Đỗ Kiến Quốc (2009), Lê Xuân Tùng (2010, 2012). 
1.4. Nhận xét, những nghiên cứu cần thiết 
- Thiết kế công trình chịu động đất là một yêu cầu khách quan. 
Sử dụng các gối cách chấn trong kỹ thuật điều khiển kết cấu chịu 
động đất là quan điểm mới mang lại hiệu quả cao, cần nghiên cứu và 
ứng dụng rộng rãi hơn nữa trong thiết kế công trình chịu động đất. 
- Những nghiên cứu về gối trượt ma sát cần được triển khai 
trong luận án này như sau: Đưa ra mô hình tính toán và đánh giá hiệu 
quả giảm chấn của các gối SFP, DFP và TFP; Cần nghiên cứu phát 
triển một mô hình cải tiến hơn cho gối TFP từ mô hình đơn giản của 
các nghiên cứu trước. Mô hình này phải có đủ độ tin cậy và cải tiến 
hơn so với các mô hình tính toán hiện có; Một nghiên cứu ứng dụng 
gối TFP cho công trình nhà cao tầng xây dựng trong điều kiện đất 
nền ở Hà Nội cần được triển khai. 
8 
Chương 2 
MÔ HÌNH CÁC DẠNG GỐI TRƯỢT MA SÁT 
2.1. Cơ sở lý thuyết 
2.1.1. Cơ sở tính toán công trình chịu động đất 
- Mô hình tính toán: Với những giả thiết trong động lực học 
kết cấu, mô hình tính toán của một kết cấu nhà n tầng chịu tải trọng 
động đất sẽ được trình bày như Hình 2.1. 
ug
m1
m2
mn
k1
k2
kn
cn
c2
c1
Taàng 1
Taàng 2
Taàng n
ug
k1
c1 m1
u1
k2
c2 m2
u2
kn
cn mn
un
ug
a. b. c. 
a. Khung thực n tầng; b. Mô hình tính toán lý tưởng; 
c. Mô hình tương đương 
Hình 2.1. Mô hình hệ kết cấu nhiều bậc tự do chịu động đất 
- Phương trình chuyển động: Phương trình vi phân chuyển 
động của mô hình kết cấu sẽ được thiết lập theo phương pháp chuyển 
vị (phương pháp ma trận độ cứng) có dạng như phương trình 2.1. 
- Phương pháp xác định phản ứng của kết cấu: Trong nghiên 
cứu này sẽ sử dụng phương pháp tích phân trực tiếp phương trình 
chuyển động (phân tích theo lịch sử thời gian). Đây là phương pháp 
cho kết quả chính xác nhất, phản ánh đúng bản chất bài toán động, 
phù hợp cho các bài toán nghiên cứu. 
2.1.2. Lựa chọn phương pháp số cho nghiên cứu 
Hệ phương trình vi phân chuyển động của kết cấu cách chấn 
chịu động đất trong nghiên cứu là một dạng phức tạp. Ta phải sử 
9 
dụng các phương pháp số để tìm nghiệm của chúng. Phương pháp 
Runge - Kutta sẽ được lựa chọn trong nghiên cứu này với những ưu 
điểm của nó. 
2.1.3. Mô hình tính toán lực ma sát trong gối trượt ma sát 
Lực ma sát trong chuyển động có quy luật tự nhiên tương đối 
phức tạp. Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: bề mặt vật liệu, áp lực, 
vận tốc trượt và lịch sử tải trọng, Có nhiều mô hình được thiết lập 
để xác định lực ma sát động. Những mô hình đã sử dụng trong các 
nghiên cứu về gối cách chấn trượt ma sát như: mô hình Coulomb, mô 
hình Coulomb hiệu chỉnh, Mô hình dẻo (Viscoplasticity model, mô 
hình Bouc - Wen). Trong đó, mô hình dẻo là cho kết quả chính xác 
nhất, đây là mô hình sử dụng trong nghiên cứu này. 
2.2. Mô hình gối con lắc ma sát đơn (gối SFP) 
2.2.1. Quan hệ giữa lực và chuyển vị ngang 
Phương trình tổng quát chuyển động của gối SFP thể hiện 
quan hệ giữa lực và chuyển vị ngang trong gối như 2.25. Đường ứng 
xử trễ thể hiện trên Hình 2.5. 
r
W
F u WZ F
R
 (2.25) 
trong đó: thành phần thứ 1 của phương trình là lực phục hồi, 
thành phần thứ 2 là lực ma sát, lực va chạm là thành phần thứ 3. 
F/W
u
W/R

Hình 2.5. Đường ứng xử trễ trong gối SFP 
2.2.2. Mô hình tính toán kết cấu cách chấn bằng gối SFP 
Mô hình tính toán được trình bày như Hình 2.6. 
10 
ug
k1
c1 m1
u1
k2
c2 m2
u2
kn
cn mn
un
kb

d
ub
mb
Goái SFP
Hình 2.6. Mô hình tính toán kết cấu cách chấn bằng gối SFP 
Hệ phương trình vi phân chuyển động gồm (n+1) phương trình 
của kết cấu cách chấn chịu gia tốc nền được viết như phương trình 
2.26 (theo nguyên lý d’Alembert). 
2.3. Mô hình gối con lắc ma sát đôi (gối DFP) 
2.3.1. Quan hệ giữa lực và chuyển vị ngang trong gối 
Gối DFP có cấu tạo như Hình 1.8. Chuyển động của gối gồm 3 
giai đoạn trượt khác nhau. Giai đoạn I: mặt 1 trượt trước (mặt 2 chưa 
trượt). Giai đoạn II: mặt 2 sẽ trượt cùng với mặt 1 (cả hai mặt cùng 
trượt). Giai đoạn III: trượt chỉ còn xảy ra ở mặt 2 (mặt 1 dừng trượt). 
Phương trình chuyển động thể hiện quan hệ giữa lực và chuyển vị 
ngang trong các giai đoạn này thể hiện như 2.30, 2.35 và 2.36. 
Đường ứng xử trễ 3 giai đoạn chuyển động của gối như Hình 2.8. 
f=F/W
u
2

2
2

1
uII
uI
uIII =d1+d2
Hình 2.8. Đường ứng xử trễ trong gối DFP (----: giai đoạn I, II) 
2.3.2. Mô hình tính toán kết cách chấn bằng gối DFP 
Mô hình tính toán kết cấu cách chấn bằng gối DFP chịu động 
đất trình bày như Hình 2.9. Hệ phương trình vi phân chuyển động 
11 
được viết như phương trình 2.42 (theo nguyên lý d’Alembert). 
ug
k1
c1 m1
kb1

d1
u1ub1
mb1
k2
c2 m2
u2
kn
cn mn
un
kb2

d2
ub2
mb2
Goái DFP
Hình 2.9. ... h với thí nghiệm chịu băng 
gia tốc 90TAB 
a. Kết quả chuyển vị gối theo phương x và y 
b. Kết quả đường ứng xử trễ của gối theo phương x và y 
Hình 3.26. So sánh kết quả phân tích với thí nghiệm chịu băng 
gia tốc 115TAK 
17 
3.3. Tính toán chi tiết chuyển vị con lắc 
Chuyển vị con lắc trên 4 mặt cong được tính như sau: 
1
1 1 1
2
2 2 2 1
1
3
3 3 3 4
4
4
4 4 4
( )
( )
( )
( )
eff
f r
eff
f r
eff
eff
f r
eff
eff
f r
R
u F F F
W
RW
u F F F u
R W
RW
u F F F u
R W
R
u F F F
W
 (3.9) 
Trong đó những thành phần lực được xác định từ việc giải hệ 
phương trình vi phân chuyển động. 
3.4. Ảnh hưởng thành phần gia tốc nền theo phương đứng 
Mô hình xét đến ảnh hưởng thành phần gia tốc nền theo 
phương đứng được kiểm chứng với mô hình của Dao [36]. Phân tích 
mô hình nhà 5 tầng với 7 băng gia tốc nền khác nhau trong 2 trường 
hợp có và không có thành phần gia tốc nền theo phương đứng. Kết 
quả cho thấy, chuyển vị gối không ảnh hưởng nhiều nhưng gia tốc 
tuyệt đối và lực cắt trong các tầng thì tăng đáng kể. Do đó, ta không 
thể bỏ qua thành phần này như các nghiên cứu trước. Hình 3.46 và 
3.47 minh họa cho một trường hợp với băng gia tốc 88RRS. 
a. Gia tốc b. Lực cắt 
Hình 3.46. Ứng xử kết cấu với băng gia tốc 88RRS 
18 
Hình 3.47. Ứng xử trễ trong gối với băng gia tốc 88RRS 
3.5. Kết luận chương 3 
Đã phát triển được một mô hình tính toán mới cho kết cấu 
cách chấn bằng gối TFP từ mô hình tương đương một chiều (1D) của 
Fenz và công sự (2008). Thông qua mô hình này, chuyển vị của các 
con lắc trên những mặt cong được tính toán chi tiết và ảnh hưởng 
thành phần gia tốc nền theo phương đứng được đánh giá rõ ràng. 
Chương 4 
HIỆU QUẢ GIẢM CHẤN CỦA GỐI TFP TRONG NHÀ 
CAO TẦNG TẠI HÀ NỘI 
4.1. Giới thiệu 
Hà Nội được dự báo là có thể xảy ra động đất cấp 8. Thiết kế 
công trình chịu động đất cho khu vực này là bắt buộc trong các công 
trình xây dựng gần đây. Tuy nhiên, phương pháp thiết kế kháng chấn 
hiện nay vẫn còn theo truyền thống. Trong nghiên cứu của chương 
này, giải pháp thiết kế kháng chấn với kỹ thuật cách chấn đáy bằng 
gối TFP cho công trình nhà cao tầng được tiến hành. 
4.2. Phân tích hiệu quả gối TFP trong nhà cao tầng xây dựng tại 
Hà Nội 
4.2.1. Thông số kết cấu 
Kết cấu nhà 9 tầng bằng Bêtông cốt thép, với giả thiết bản sàn 
tuyệt đối cứng, khối lượng và độ cứng các tầng giả định giống nhau, 
19 
trong đó: khối lượng mi=100 N.s2/mm, độ cứng ki=150 kN/mm, tỉ số 
cản   chu kỳ cơ bản T1 = 1 s (phù hợp cho nhiều công trình 
cùng quy mô). 
4.2.2. Lựa chọn thông số gia tốc nền phân tích 
Với phương pháp thiết kế kháng chấn đa mục tiêu và kết cấu 
được phân tích theo lịch sử thời gian, gia tốc nền được lựa chọn theo 
quy định của ASCE 7-2010 gồm 7 băng gia tốc và mỗi băng gia tốc 
được ghi cả 2 phương. Kết cấu được phân tích và đánh giá với 3 cấp 
độ động đất khác nhau bao gồm: cấp SLE (động đất nhỏ), cấp DBE 
(động đất mạnh) và cấp MCE (động đất rất mạnh). Độ lớn các băng 
gia tốc ứng với từng cấp độ được điều chỉnh bằng hệ số SF như 
phương trình 4.3. Kết quả băng gia tốc lựa chọn như Bảng 4.1 và hệ 
số SF tính như Bảng 4.2. Hình 4.2 và 4.3 sẽ minh họa phổ gia tốc 
trung bình SRSS và phổ mục tiêu sau khi điều chỉnh độ lớn. 
2
1
2
1
2
( ) 1.3
T
SRSS a
T
T
SRSS
T
f SF S S dT
SF
S dT
 (4.3) 
Hình 4.2. Phổ mục tiêu MCE so với trung bình SRSS trong kết 
cấu cách chấn 
20 
Hình 4.3. Phổ mục tiêu MCE so với trung bình SRSS trong kết 
cấu ngàm cứng 
4.2.3. Lựa chọn các thông số kỹ thuật hợp lý cho gối TFP với điều 
kiện đất nền Hà Nội 
Theo như cấu tạo, sẽ có 7 thông số kỹ thuật của gối cần được 
lựa chọn là: 2 3  ; 2 3eff effR R ; 2 3d d ; 1; 4; Reff1 = Reff4; d1 = 
d4 đảm bảo sự trượt xảy ra trên 5 giai đoạn. Tiêu chí để chọn các 
thông số hợp lý này được đưa ra: 1. Thích nghi nhiều cấp độ động 
đất thiết kế; 2. Phản ứng của kết cấu nhỏ nhất có thể. Quy trình lựa 
chọn bộ thông số hợp lý cho gối TFP được thực hiện như sơ đồ Hình 
4.24. Kết quả ta có bộ thông số hợp lý của gối như sau: R2 = R3 = 500 
mm; R1 = R4 = 4000 mm; 2 = 3 = 0.01 - 0.02; 1 = 0.02 - 0.06; 4 = 
0.04 – 0.08; d2 = d3 = 40 mm; d1 = d4 = 170 mm. 
4.2.4. Hiệu quả giảm chấn của gối cho công trình 
Với bộ thông số hợp lý tìm được, ta tiến hành phân tích kết 
cấu trong hai trường hợp: Kết cấu ngàm cứng và cách chấn bằng gối 
TFP. Hiệu quả giảm chấn được đánh giá thông qua gia tốc tuyệt đối 
và chuyển vị tương đối trong các tầng. Với cấp độ MCE, kết quả thể 
hiện như Hình 4.20 và 4.21. Cấp SLE và DBE cho kết quả tương tự. 
Chuyển vị gối, tổng lực cắt đáy trong 2 trường hợp và hiệu quả giảm 
21 
chấn của gối TFP được tính toán chi tiết trong Bảng 4.4. 
Hình 4.20. Gia tốc tuyệt đối trong các tầng, cấp MCE 
Hình 4.21. Chuyển vị tương đối trong các tầng, cấp MCE 
Bảng 4.4. Chuyển vị gối và hiệu quả giảm lực cắt đáy trong kết 
cấu nhà 9 tầng cách chấn bằng gối TFP 
Cấp 
độ 
Chuyển vị gối, ub (mm) Tổng lực cắt đáy, Fb (kN) 
Kết cấu 
ngàm 
cứng 
Kết cấu 
cách chấn 
Kết cấu 
ngàm 
cứng 
Kết cấu 
cách chấn 
Hiệu quả 
giảm 
(%) 
SLE 0 65.8 2415 697 71 
DBE 0 176 5183 1103 79 
MCE 0 311 7791 1451 81 
Từ kết quả phản ứng kết cấu, những điều kiện về lực ngang 
trong gối (theo 17.2.4.4, ASCE 7-2010) và các thông số giả thiết ban 
đầu được kiểm tra thỏa mãn yêu cầu. 
22 
Hình 4.24. Sơ đồ mô tả quy trình xác định bộ thông số cho gối TFP 
4.3. Kết luận chương 4 
Gối TFP là thiết bị cách chấn hiệu quả trong thiết kế kháng chấn 
đa mục tiêu. Nghiên cứu ứng dụng gối TFP cho nhà cao tầng chịu 
động đất ở Hà Nội theo ASCE 7-2010 mang lại hiệu quả cao (xấp xỉ từ 
70% đến 80%). Một phương pháp xác định bộ thông số hợp lý cho gối 
TFP được trình bày. Theo đó, một thông số hợp lý cho gối TFP sử 
dụng cho nhà cao tầng xây dựng tại Hà Nội được tìm ra. 
- Xác định được 1 < 4 hợp lý 
- Phân tích Reff1 = Reff4 thay đổi với 1 < 4 vừa xác 
định 
+ 
- Quy mô kết cấu 
- Vị trí xây dựng 
Xây dựng phổ thiết kế 1. Tính toán thông số kết cấu. 
2. Chọn thông số cho gối: 
- Chọn theo kinh nghiệm: Reff2 = Reff3 ; d2 = d3; 
2 = 3 
- Chọn sơ bộ: d1 = d4 
- Chọn sơ bộ: các trường hợp Reff1 = Reff4 thay 
đổi. 
- Chọn sơ bộ: các trường hợp 1 < 4 thay đổi. 
Chọn và hiệu chỉnh 
các băng gia tốc nền 
Giả thiết trước 
TD và TM 
Cho Reff1 = Reff4 cố định, phân tích với 
những trường hợp 1 < 4 thay đổi 
Tính TD và TM, so sánh 
với giá trị giả thiết 
- Chọn được Reff1 = Reff4 hợp lý 
- Xác định được bộ thông số cho gối 
Phân tích kết cấu với 
bộ thông số gối vừa 
chọn 
Kiểm tra điều kiện 
lực ngang trong gối 
Bộ thông số hợp lý 
+ 
- - 
23 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
1. Kết luận 
Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, những kết luận được 
rút ra như sau: 
1. Dựa vào nguyên lý cấu tạo và chuyển động của các dạng gối 
trượt ma sát bao gồm: gối con lắc ma sát đơn SFP, gối con lắc ma sát 
đôi DFP và gối con lắc ma sát ba TFP từ các nghiên cứu trước, luận 
án đã xây dựng mô hình kết cấu cách chấn bằng các gối trên chịu 
động đất. Nội dung bao gồm: đưa ra mô hình tính toán, thiết lập 
phương trình vi phân chuyển động và đưa ra phương pháp số để giải 
phương trình vi phân chuyển động tìm ra phản ứng của kết cấu. Luận 
án thực hiện một mô phỏng ví dụ số cho kết cấu chịu nhiều băng gia 
tốc nền khác nhau để đánh giá hiệu quả giảm chấn của thiết bị. Kết 
quả thu được cho thấy hiệu quả giảm chấn của các dạng gối này là 
rất tốt. Cũng từ kết quả mô phỏng ví dụ số, những ưu điểm của gối 
TFP được đánh giá là tốt nhất so với gối SFP và DFP. 
2. Với những ưu điểm của gối TFP được đánh giá, luận án đã 
xây dựng được một mô hình cải tiến cho dạng gối này. Độ tin cậy 
của mô hình đã được kiểm chứng với kết quả thí nghiệm. 
3. Từ mô hình cải tiến của gối TFP, việc tính toán chuyển vị 
của từng con lắc bên trong gối được thực hiện. Kết quả đánh giá 
được chi tiết vị trí từng con lắc tại từng thời điểm chuyển động của 
gối. Ý nghĩa của việc này là xác định chính xác các chuyển vị dư của 
mỗi con lắc khi kết thúc trận động đất. 
4. Ảnh hưởng của thành phần gia tốc nền theo phương đứng 
đến phản ứng của kết cấu cách chấn bằng gối TFP đã được làm rõ 
trong luận án. Kết quả này cho thấy, ở một số trận động đất có giá trị 
đỉnh lớn hay có thành phần gia tốc theo phương đứng lớn sẽ cho 
24 
phản ứng của kết cấu tăng lên đáng kể, không thể bỏ qua trong thiết 
kế, điều này gần như bị bỏ qua trong nhiều nghiên cứu trước đây, đặc 
biệt là gia tốc tuyệt đối trong các tầng. 
5. Nghiên cứu ứng dụng gối TFP cho công trình nhà cao tầng 
với điều kiện động đất ở Hà Nội được thực hiện trong nội dung của 
luận án. Nội dung nghiên cứu này là tìm ra một bộ thông số kỹ thuật 
hợp lý cho gối TFP với điều kiện động đất ở Hà Nội, đánh giá hiệu 
quả cách chấn cho công trình khi sử dụng gối cách chấn TFP. 
2. Kiến nghị 
Trong điều kiện và phạm vi nghiên cứu của luận án, một số 
vấn đề chưa được đề cập và làm rõ, cần có các nghiên cứu tiếp theo 
sau, cụ thể: 
1. Cần nghiên cứu một mô hình va chạm hợp lý để mô phỏng 
ứng xử kết cấu khi con lắc đạt đến chuyển vị giới hạn. Khi hiện 
tượng va chạm giữa con lắc và vành cứng xảy ra, ngăn chuyển vị của 
con lắc sẽ làm ảnh hưởng đến phản ứng của kết cấu. 
2. Khi con lắc trượt trên các mặt cong, nhiệt độ tại mặt tiếp 
xúc giữa con lắc và mặt cong sẽ tăng lên làm ảnh hưởng đến hệ số 
ma sát của gối. Vấn đề này cũng cần được nghiên cứu và làm rõ. 
3. Kết cấu cách chấn thường có chuyển vị ngang toàn bộ kết 
cấu lớn. Cần có những nghiên cứu điều khiển kết cấu kết hợp những 
thiết bị khác cùng với gối cách chấn được triển khai để khắc phục 
vấn đề này. 
4. Cần có những nghiên cứu sâu hơn về bài toán tối ưu đa mục 
tiêu để tìm ra bộ thông số tốt nhất cho gối TFP với mọi công trình và 
điều kiện đất nền khác nhau. 
25 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 
1. Bài báo đã công bố 
1.1. Công bố trong nước 
1. Nguyễn Văn Nam, Hoàng Phương Hoa, Phạm Duy Hòa (2013), 
Hiệu quả giảm chấn của thiết bị gối cô lập trượt ma sát TFP, so 
với gối SFP, Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc 
lần thứ IX, Hà Nội, 8-9/12/2012, ISBN: 978-604-911-435-9, 
trang 397- 405. 
2. Phạm Đình Trung, Nguyễn Văn Nam, Nguyễn Trọng Phước 
(2014), Phân tích sự hiệu quả giảm chấn của gối trượt ma sát 
kết hợp hệ cản lưu biến từ nối giữa hai kết cấu chịu động đất, 
Tạp chí Khoa học Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 
ISSN 1859-3453, Số 1 (34) 2014, trang 102-115. 
3. Trần Quốc Khánh, Hoàng Phương Hoa, Nguyễn Văn Nam 
(2014), Hiệu quả cách chấn của gối con lắc ma sát cho cầu dầm 
liên tục chịu tải trọng động đất, Tuyển tập công trình Hội nghị 
Cơ học kỹ thuật toàn quốc kỷ niệm 35 thành lập Viện Cơ học, 
Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và Công nghệ-6/2014. Tập 1. 
Cơ học máy-Cơ học thủy khí-Động lực học và Điều khiển, Số: 
ISBN: 978-604-913-233-9, Trang: 81-86. 
4. Nguyễn Văn Nam, Hoàng Phương Hoa, Phạm Duy Hòa (2014), 
Hiệu quả giảm chấn thiết bị gối cô lập trượt ma sát TFP lắp đặt 
trong nhà nhiều tầng, Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học kỹ 
thuật toàn quốc kỷ niệm 35 thành lập Viện Cơ học, Nhà xuất 
bản Khoa học tự nhiên và Công nghệ-6/2014, Tập 1. Cơ học 
máy-Cơ học thủy khí-Động lực học và Điều khiển, Số: ISBN 
978-604-913-233-9, Trang: 155-160. 
26 
5. Nguyễn Văn Nam, Hoàng Phương Hoa, Phạm Duy Hòa (2015), 
Mô hình các dạng gối trượt ma sát trong kết cấu chịu động đất: 
Gối SFP, Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học kỹ thuật toàn 
quốc, Đại học Đà Nẵng, ISBN 978-604-84-1273-9, trang 479 - 
486. 
6. Nguyễn Văn Nam, Hoàng Phương Hoa, Nguyễn Hoàng Vĩnh 
(2015), Mô hình các dạng gối trượt ma sát trong kết cấu chịu 
động đất: Gối DFP và TFP, Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ 
học kỹ thuật toàn quốc, Đại học Đà Nẵng, ISBN 978-604-84-
1273-9, trang 487 - 494. 
7. Hoàng Phương Hoa, Nguyễn Văn Nam, Phạm Duy Hòa (2016), 
Nghiên cứu ảnh hưởng của tham số kích thước đến ứng xử gối 
ma sát hai mặt trượt chống động đất, Tạp chí Xây dưng (Bộ 
Xây dựng), ISSN 0866-0762, Số: 01.2016, Trang: 87-90. 
8. Nguyễn Văn Nam, Hoàng Phương Hoa, Phạm Duy Hòa (2016), 
Ảnh hưởng thành phần đứng của những trận động đất mạnh đến 
phản ứng của kết cấu cách chấn bằng gối TFP, Tạp chí Khoa 
học Công nghệ ĐHĐN, ISSN 1859-1531, Số: 1(98), Trang: 46-
49. 
9. Hoàng Phương Hoa, Nguyễn Văn Nam, Phạm Duy Hòa (2016), 
Thiết kế tối ưu kích thước gối ma sát một mặt trượt cho nhà 
nhiều tầng chịu động đất, Tạp chí Xây dưng (Bộ Xây dựng), 
ISSN 0866-0762, Số: 3-2016, Trang: 106-109. 
10. Nguyễn Văn Nam, Hoàng Phương Hoa, Phạm Duy Hòa (2016), 
Hiệu quả của gối cách chấn SFP cho nhà cao tầng chịu động 
đất có xét đến thành phần kích động đứng, Tạp chí Xây dưng 
(Bộ Xây dựng), ISSN 0866-0762, Số: 3-2016, Trang: 34-36. 
11. Nguyễn Hoàng Vĩnh, Nguyễn Văn Nam, Hoàng Phương Hoa 
27 
(2016), Mô hình tính toán tổng quát kết cấu cách chấn bằng gối 
SFP, Tạp chí Xây dưng (Bộ Xây dựng), ISSN 0866-0762, Số: 
3-2016, Trang: 102-105. 
12. Hoàng Phương Hoa, Nguyễn Văn Nam, Ngô Thanh Nhàn 
(2016), Ảnh hưởng của thông số kỹ thuật gối SFP đến phản ứng 
của kết cấu cách chấn, Tạp chí Giao thông Vận tải, ISSN 2354-
0818, Số: 6/2016, Trang: 52-54. 
13. Thái Văn Ngãi, Nguyễn Bá Ngọ, Hoàng Phương Hoa, Phan 
Hoàng Nam, Nguyễn Văn Nam (2016), Nghiên cứu biện pháp 
giảm chấn cầu dây văng tại nút giao thông Ngã Ba Huế - Thành 
phố Đà Nẵng chịu tác động của động đất, Tuyển tập công trình 
khoa học Hội thảo quốc gia “Hạ tầng giao thông với phát triển 
bền vững”, Đà Nẵng 17-18/9/2016, ISBN 978-604-82-1809-6, 
Trang: 603-608. 
14. Đặng Xuân Bình, Nguyễn Văn Duẫn, Hoàng Phương Hoa, Phan 
Hoàng Nam, Nguyễn Văn Nam (2016), Nghiên cứu biện pháp 
giảm chấn kết cấu vòng xuyến tại nút giao thông Ngã Ba Huế - 
Thành phố Đà Nẵng chịu tác động của động đất, Tuyển tập 
công trình khoa học Hội thảo quốc gia “Hạ tầng giao thông với 
phát triển bền vững”, Đà Nẵng 17-18/9/2016, ISBN 978-604-
82-1809-6, Trang: 597-602. 
1.1. Công bố quốc tế 
1. Nam V.Nguyen, Hoa P.Hoang and Hoa D.Pham (2016), 
Predicting the responses of triple friction pendulum bearings 
using an improved model with variant friction coefficient, 
Proceedings of The Fourteenth East Asia-Pacific Conference on 
Structural Engineering and Construction (EASEC14), 
HochiMinh City, 6-8 Jan, 2016, ISBN: 978-604-82-1684-9, pp. 
28 
1578-1585. 
2. V. Nam Nguyen, P. Hoa Hoang, H. Nam Phan and Fabrizio 
Paolacci (2016), A Modeling Approach of Base Isolated High-
Rise Building with Double Friction Pendulum Bearings, 
International Conference on Advanced Technology Sustainable 
Development ICATSD2016. Ho Chi Minh City, 22-23, August 
2016, ISBN 978-604-920-040-3, pp. 235-240. 
2. Đề tài nghiên cứu khoa học 
1. Đề tài cấp Bộ: Nghiên cứu áp dụng giải pháp cách chấn công 
trình xây dựng chịu tác động của động đất. Mã số: 
B2016.ĐNA.03. (Đang thực hiện, dự kiến báo cáo năm 2017, 
trách nhiệm: thành viên).