19/04/2023
SÁCH DÀNH CHO KỸ SƯ KẾT CẤU LEVEL SENIOR
Phần 2: Kiến thức động đất
--------------------------------------------------------------
Động đất là một loại tải trọng được xem là thảm họa với cường độ lớn kinh khủng. Khi bạn thiết kế hệ kết cấu chịu tải đứng hay tải gió, cường độ của nó khá là bé nên bạn hoàn toàn có thể binh bố cho kết cấu làm việc đàn hồi. Nhưng đối với động đất thì không được, kết cấu sẽ phải làm việc phi đàn hồi, sẽ phải chảy dẻo để tiêu tán năng lượng. Do đó mà mọi rắc rối phát sinh từ đây. Mà càng rắc rối thì ta càng phấn khích :D
Việc phân tích phi tuyến, không phải ai cũng bấm máy chạy cho ra được. Mà đôi khi muốn bấm cũng khó có cơ hội, chẳng hạn như công trình nằm ở miền nam Việt Nam, hay ở Singapore hoặc UK. Động đất nó bé tí, nhiều nơi còn thua cả gió. Cho nên bạn muốn giỏi về động đất thì hãy nhanh chân học tiếng anh và tìm một công ty đến từ Mỹ hoặc Tàu.
À mà thôi lan man quá, quay lại việc phân tích phi tuyến khá là khó, nên các tiêu chuẩn nó cũng đưa ra các cách tiếp cận dễ hơn cho anh em. Cho phép anh em thực hiện một phân tích đàn hồi tuyến tính trong mấy phần mềm như Etabs, rồi kể đến các hệ số như hệ số giảm độ cứng, hệ số ứng xử, hệ số khuếch đại chuyển vị, chỉ số dẻo, các điều kiện cấu tạo kháng chấn,…vv… Để nhằm đạt được cùng một mục tiêu với khi bạn phân tích phi tuyến.
Thiết kế như vậy gọi là Code based design (dịch là Dựa theo tiêu chuẩn), xem như ta đang thiết kế cùng với một niềm tin vào tiêu chuẩn., ta tin rằng làm như vậy thì kết quả sẽ ra đúng như phân tích phi tuyến. Biên xong câu trước mình thấy hơi nguy hiểm, sợ sẽ gây ngộ nhận là tiêu chuẩn không an toàn, nên mình đính chính là tiêu chuẩn đưa ra các điều kiện trên tất cả dựa trên thực nghiệm và test hết đó bạn, nhất là tiêu chuẩn Mỹ, nên cũng uy tín lắm. Mình chỉ muốn nhắc bạn rằng, bạn đang làm theo đức tin với tiêu chuẩn, thì bạn phải cam kết với đức tin này, bạn buộc phải làm theo những gì tiêu chuẩn yêu cầu. Bạn không được trốn tránh như mấy ông ngoài kia đang trốn tránh tính đai bó lõi, trốn tránh kiểm tra xoắn, trốn tránh việc làm cột khỏe dầm yếu… (Chắc trong đầu bạn đang nghĩ tới tiền của CĐT ngay khúc này 😊).
Nhưng mà khi thiên tai nó lớn đến một mức tàn khốc quá như Thổ Nhĩ Kì vừa rồi (2023), hay là những công trình cao 300m, 400m nếu mà có sự cố thì cả vùng kinh tế bị tê liệt. Thì niềm tin đó bị lung lay. Lúc này ta thực sự cần một phân tích phi tuyến cho công trình. Bên mấy anh Mỹ ảnh gọi là Performance based seismic design (PBSD). Mình thấy một số tiền bối trong nước dịch là: “Thiết kế dựa trên hiệu năng”, mình thấy không hợp suy nghĩ của mình lắm nên mình dịch là “Thiết kế dựa trên các mức vận hành của kết cấu”. Nhưng mà tốt nhất không nên dịch, cứ gọi nó là PBD hoặc PBSD. Thì cái PBD này do nó biết chính xác chuyện chi sẽ xảy ra lúc nào và như thế nào với công trình, nên nó khỏi cần tuân theo tiêu chuẩn nữa, chỗ nào nó thấy thừa thì nó bóp, chỗ nào nó thấy thiếu thì nó tăng. Và do đặc thù không tuân theo tiêu chuẩn nên nó buộc phải có 1 đến 2 Peer Review theo luật Mỹ.
Mở bài đại khá thế, hôm nay mình đăng phần 2 của tủ sách dành cho Senior Engineer (Sr Eng) về các đầu sách bạn nên đọc để thiết kế động đất code based design. Bạn phải thực sự nắm hết Code based design rồi hẵn nghĩ đến PBD, đó là một biển học khác. Để bạn nắm hết code based design, cũng chua lắm đó bạn. Giờ vào việc thôi.😈
------------------------------------------------------
[1] Dynamics of structures – Chopra
Cuốn sách này đã xuất hiện ở phần 1, bạn có tìm vào page để đọc lại mô tả về nó. Đáng ra mình không cần phải lôi qua đây nhưng vì tầm quan trọng to lớn của nó đến tất cả mọi thứ về sau nên mình muốn nhắc lại.
------------------------------------------------------
[2] Geotechnical Earthquake engineering – Steven L. Kramer
Cuốn sách này thuộc hàng kinh điển bên ngành Geological and earthquake engineering. Nó nói về phần địa kỹ thuật động đất, ở vai trò kỹ sư kết cấu ta đọc các chương đầu để hiểu về sự hình thành động đất và các mô hình xác suất thống kê của động đất. Theo mình như thế là đủ.
Phía sau viết nhiều về phần địa kỹ thuật như tính toán hóa lỏng, tính toán mái dốc, tính toán tường chắn,…mấy cái này không thuộc scope của mình, bạn thích thì có thể đọc thêm.
------------------------------------------------------
[3] Seismic hazard and risk analysis – Jack W. Baker
Nội dung cũng gần như cuốn số 2 nhưng sâu hơn bên ngành PSHA (Phân tích rủi ro địa chấn).
Có thể bạn chưa biết, hiện nay khi bạn thiết kế động đất, bạn thường tra cái gia tốc nền ag trong TCVN 9386 để tính. Nhưng đối với những công trình lớn ở nước ngoài tại các vùng high seismic, họ đều làm một bước là Site specific response spectrum là xây dựng phổ phản ứng hiện trường, hoặc là Ground motion selection là lựa chọn các dao dộng nền trong lịch sử để họ xây dựng thông số đầu vào cho công tác thiết kế động đất. Các công tác Phân tích rủi ro địa chấn (PSHA – Probabilistic seismic hazard analysis) này được làm bởi kỹ sư địa động đất (giống kiểu công tác khảo sát địa chất ở mình) rồi họ cung cấp kết quả cho chúng ta là kỹ sư kết cấu để bắt đầu thiết kế. Nổi tiếng nhất là công ty Langan đó bạn.
Cuốn sách số 3 này biên về những vấn đề hơi nặng toán xác suất thống kê nên mình cũng chỉ đọc chọn lọc những thứ cần để hiểu về các khái niệm gần với kỹ sư kết cấu như chu kỳ lặp, độ lớn của động đất, rung động nền gần đứt gãy, xa đứt gãy,…
Mình thấy cũng nên đưa vào danh sách để lỡ đâu bạn có dịp làm việc với các đơn vị PSHA này.
Tác giả là Jack W.Backer, ngôi sao trẻ trong ngành PHSA ở trường đại học Stanford. Sách mới ra năm ngoái.
------------------------------------------------------
[4] Seismic design of RC and Masonry buildings – Thomas Paulay & M.J.N Priestley
[5] Seismic design of RC buildings – Jack Moehle
Cả hai cuốn sách đều có nội dung tương tự nhau là thiết kế kháng chấn cho công trình bê tông cốt thép. Mình đưa cả 2 cuốn vào là vì không biết bỏ cuốn nào ra, cả 3 giáo sư đều là những nhân vật đình đám trong ngành thiết kế bê tông chịu động đất.
Mình nghĩ bạn nên đọc thật kĩ 2 cuốn sách này vì nhà cao tầng ở VN toàn là bê tông. Mấy cái topic trước đây mình biên trên page cũng toàn đọc trong đây ra thôi à. Bạn tự trải nghiệm và cảm nhận nhé. Đa số sách bên post Phần 2 này nó cũng không còn khó như phần 1 nữa rồi.
Đọc xong 2 cuốn này là bạn cũng ổn về Code based design rồi đó.
------------------------------------------------------
[6] Earthquake engineering – Yousef Bozorgnia
Cuốn sách này là tổng hợp tất cả mọi cuốn sách trên và thêm một mớ kiến thức khác nữa. Nó cover cho bạn tất cả từ sự hình thành động đất, mô hình phân tích rủi ro, ứng xử của khung bê tông, thép, khái niệm PBD, hệ cách chấn đáy,…
Cuốn sách được tác giả Bozorgnia nổi tiếng, là người từ hội đồng PEER chủ biên. Tổng hợp rất nhiều topic từ các sách, bài báo khác nhau của các tác giả khác.
Khi nào đọc xong 2 cuốn 4, 5 thì bạn đọc cuốn này có hết bức tranh tổng quan trước khi bắt đầu chuyển lên phân tích phi tuyến.
------------------------------------------------------
[7] Modeling for structural analysis – Graham H. Powell
Công tác phân tích phi tuyến nó gắn liền với lời giải phần tử hữu hạn phi tuyến và động lực học phi tuyến. Lúc này bạn nhớ lại quyển sách số [5] trong phần một. Coi lại nó đi nhé.
Việc giải PTHH và DLH phi tuyến cho ngành kỹ thuật kết cấu của chúng ta, thông thường giới học thuật dùng ngôn ngữ lập trình Opensees do giáo sư Frank McKenna, đại học UC Berkeley sáng lập. Vì do phải lập trình khá vất vả, nên khó mà ứng dụng cho kỹ sư kết cấu. Nên một người nữa cũng từ đại học UC Berkeley, là giáo sư Graham Powell, ông biên ra cái phần mềm Perform3D về sau để lại cho hãng CSI phát triển. Đây chính xác là một phần mềm mà không phải ai muốn bấm như Etabs cũng được, nó cực hàn lâm lý thuyết. Giáo sư Powell có biên một cuốn sách, chính là cuốn số [7] này để mọi người hiểu về cách mô phỏng phi tuyến để giải phi tuyến, cuốn sách này rất gần với phần mềm của ông.
Tóm lại cuốn số 7 là để mô phóng phi tuyến. Làm PBD thì đọc bạn.
------------------------------------------------------
Trên đây là Phần 2 – sách về động đất cho kỹ sư kết cấu Sr Eng.
Nhìn chung là sách Mỹ hết bạn ơi, không có sách nào Eurocode hết. Nhưng mà bạn hiểu ý tưởng rồi thì tiêu chuẩn nào cũng như nhau.
Tự nhiên biên tới cuốn số 7 sao thấy UC Berkeley kinh điển quá bạn, các vĩ nhân Ray Clough, Ed Wilson, Chopra, Powell, McKenna, KJ Bathe,… đều từ đây mà ra hết. Chắc có lẽ vì thế mà độ uy tín của CSI (Sap, Etabs, Perform3D) là khỏi bàn cãi, thống trị ngành kỹ thuật xây dựng nhiều thập kỷ qua. :D
À, có thể bạn sẽ thấy rất nhiều lần mình biên nhấn mạnh về việc phân tích phi tuyến dành cho ngành KẾT CẤU CÔNG TRÌNH. Mình có ý đó, vì trong ngành chúng ta, ta thường dùng các phần tử 1D hoặc 2D để ghi lại ứng xử phi tuyến bằng các phương pháp như khớp dẻo tập trung, khớp dẻo thớ, hay là nonlinear layered shell chứ ta không có mô phỏng phi tuyến Continium model solid 3D như ngành cơ khí, hiếm lắm. Hoặc là có thể do mình chỉ follow cộng động đồng đất Mỹ nên mình chỉ nhìn thấy vậy, nếu bạn thấy có nơi khác làm Ansys hay Abaqus cho nguyên một cái nhà cao tầng thì comment xuống cho mình biết với hen. :D
Cuối cùng mình xin hết phần 2, hy vọng sẽ giúp ích được bạn nâng cao hiểu biết về động đất. Đọc xong bạn đừng nói thiết kế động đất là nhập phổ tự động vô Etabs chứ có gì đâu nữa nha. 🤣Newmark biết ổng buồn đó. 😂
------------------------------------------------------
Phạm vi bài viết: Ngành kết cấu công trình và chỉ là đề xuất theo ý kiến cá nhân.
