Tính toán tác dụng địa chấn bằng phần mềm SAP2000

[You must be registered and logged in to see this link.]
Có hai phương pháp tính toán tác dụng địa chấn trong SAP2000: phân tích phổ phản ứng địa chấn và phân tích lịch sử – thời gian của tác dụng địa chấn.
Phương pháp phổ phản ứng, đầu tiên dùng phương pháp động lực tính toán phản ứng địa chấn hệ thống chất điểm, thiết lập phổ phản ứng; dùng phổ phản ứng gia tốc tính toán lực quán tính lớn nhất của kết cấu và được xem là tải trọng địa chấn tương đương của kết cấu; sau đó theo phương pháp tĩnh lực tiến hành tính toán và thiết kế kết cấu. Phương pháp phổ phản ứng là một loại mô phỏng phương pháp động lực, cũng là một loại phương pháp thống kê. Phương pháp phổ phản ứng đã xem xét ảnh hưởng của độ mạnh yếu vận động mặt đất, tính chất của đất nền cùng với đặc tính động lực kết cấu đối với lực địa chấn, vì vậy có thể phản ánh gần đúng tác dụng địa chấn đối với kết cấu. Do phương pháp phổ phản ứng với phương pháp thiết kế kết cấu truyền thống gần giống nhau, vì vậy thu được ứng dụng tương đối rộng rãi. Trong quy phạm của các quốc gia đều đưa ra đường cong phổ phản ứng thiết kế. Phân tích phổ phản ứng trong SAP2000 đầu tiên dựa trên đường cong phổ phản ứng thiết kế của mỗi một quốc gia, sau đó dựa vào phân tích dao động (Modal) thu được các dạng dao động, sử dụng phương pháp chồng chất dao động giải hiệu ứng địa chấn.
Dưới đây giới thiệu các bước phân tích phổ phản ứng địa chấn trong phần mềm SAP2000:
(1) Xây dựng mô hình tính toán động lực
Mô hình tính toán động lực với mô hình tính toán tĩnh lực nói chung là tương đồng (về mô hình hình học, vật liệu, mặt cắt, tính chất phần tử). Có thể dùng mô hình này để tính toán động lực tiếp theo.
(2) Lựa chọn đường cong phổ phản ứng thiết kế
[Define] > [Functions] > [Response Spectrum...] xuất hiện cửa sổ Define Response Spectrum Functions, trong Choose Function Type to Add lựa chọn một trong các dạng đường cong phổ phản ứng quy định trong các quy phạm khác nhau (trong ví dụ này lựa chọn Chinese 2002 Spectrum), nhấn Add New Function…xuất hiện cửa sổ  Response Spectrum Chinese 2002 Function Definition.
[You must be registered and logged in to see this link.]
Đối với công trình nằm trên vùng động đất cấp 8, loại hình nền I, địa chấn thiết kế thuộc nhóm 2, tham số đầu có thể xem trên hình vẽ
[You must be registered and logged in to see this link.]
(3) Định nghĩa trường hợp phân tích phổ phản ứng
Sau khi định nghĩa hàm số phổ phản ứng
[Define] > [Analysis Case...] xuất hiện cửa sổ Analysis Cases, nhấn Add New Case… xuất hiện tiếp cửa sổ  Analysis Case Data – Linear Static, trong Analysis Case Type lựa chọn Response Spectrum, chuyển sang cửa sổ Analysis Case Data – Response Spectrum, lần lượt lựa chọn và nhập giá trị như trong hình vẽ, sau đó nhấn OK
[You must be registered and logged in to see this link.]
(4) Định nghĩa loại hình phân tích, và chạy chương trình
(5) Kiểm tra kết quả
Lưu ý: SAP2000 cung cấp phương pháp tổ hợp các dạng dao động gồm có phương pháp CQC, phương pháp SRSS, phương pháp ABC và phương pháp GMC. Phương pháp CQC là tổ hợp căn bình phương hoàn toàn (Complete Quadratic Combination), phương pháp này là phương pháp tổ hợp các dạng dao động mặc định trong SAP2000. Phương pháp này với phương pháp SRSS là tương đồng. Theo Quy phạm thiết kế kháng chấn của Trung Quốc, có thể lựa chọn một trong hai phương pháp này để tiến hành tổ hợp các dạng dao động.
Phương pháp phân tích lịch sử – thời gian là một loại phương pháp phân tích động lực trực tiếp. Phương pháp này có khả năng miêu tả chân thực toàn quá trình tác dụng địa chấn, thu được nội lực và chuyển vị của từng cấu kiện ở mỗi một thời điểm.  Về mặt lý luận, phương pháp phân tích lịch sử – thời gian tiên tiến hơn phương pháp phân tích phổ phản ứng. Nhưng do lượng tính toán khá lớn cùng với việc không dễ dự đoán quan trắc vận động mặt đất, hiện nay phương pháp này thông thường được xem là phương pháp bổ sung của phương pháp phổ phản ứng. Quy phạm thiết kế kháng chấn hiện hành của nhiều quốc gia quy định đối với kết cấu công trình quan trọng và phức tạp bắt buộc phải sử dụng phương pháp phân tích lịch sử – thời gian để tiến hành tính toán kháng chấn. SAP2000 có thể tiến hành phân tích lịch sử – thời gian tuyến tính và phi tuyến tính. Trong phân tích lịch sử – thời gian phi tuyến tính có thể xem xét tính phi tuyến trong phần tử liên tục. Sau mỗi một phân tích LS-TG hoàn thành, có thể xuất các loại kết quả phân tích (như chuyển vị, nội lực …) theo thời gian, dựa trên kết quả phân tích thu được đường cong phổ phản ứng, vẫn có thể dựa vào kết quả phân tích tiến hành thiết kế kết cấu. Sử dụng SAP2000 tiến hành phân tích lịch sử – thời gian bao gồm mấy vấn đề: loại hình phân tích, điều kiện ban đầu phân tích, hệ số cản, tham số khống chế lặp, lựa chọn sóng địa chấn…
Dưới đây giới thiệu các bước phân tích lịch sử – thời gian của tác dụng địa chấn trong phần mềm SAP2000:
(1) Định nghĩa hàm số lịch sử – thời gian
[Define] > [Functions] > [Time History...] xuất hiện cửa sổ Define Time History Functions, trong Choose Function Type to Add lựa chọn một trong các loại hàm số lịch sử – thời gian (trong ví dụ này lựa chọn Function from File, tức là đường cong lịch sử – thời gian thực trắc), xuất hiện cửa sổ Time History Function Definition, trong Function File nhấn Browse…, tìm đến file ELCENTRO, các giá trị và lựa chọn khác xem trên hình vẽ
[You must be registered and logged in to see this link.]
[You must be registered and logged in to see this link.]
(2) Định nghĩa trường hợp lịch sử – thời gian
Khi định nghĩa trường hợp lịch sử – thời gian, người dùng có thể định nghĩa loại hình phân tích, hệ số giảm cản dạng dao động, thời gian duy trì lịch sử – thời gian và chỉ định tải trọng.
[Define] > [Analysis Case...] xuất hiện cửa sổ Analysis Cases, nhấn Add New Case… xuất hiện tiếp cửa sổ  Analysis Case Data – Linear Static, trong Analysis Case Type lựa chọn Time History, chuyển sang cửa sổ Analysis Case Data – Linear Modal History, lần lượt lựa chọn và nhập giá trị như trong hình vẽ, sau đó nhấn OK
[You must be registered and logged in to see this link.]
[You must be registered and logged in to see this link.]
(4) Định nghĩa loại hình phân tích, và chạy chương trình
(5) Kiểm tra kết quả
Lưu ý: Trong thư mục cài đặt SAP2000 đã có sẵn các hàm số lịch sử – thời gian điển hình (đặt trong thư mục con Time History Function), thư mục này cung cấp cả sóng địa chấn thực đo và sóng nhân tạo. Ngoài ta người dùng cũng có thể tự định nghĩa.
Giải thích hệ số tỉ lệ: Do gia tốc vận động mặt đất đầu vào trong tính toán thông thường sử dụng ghi chép động đất thực tế. Khi lựa dùng động đất đo được cần chú ý phối hợp giá trị đỉnh gia tốc của nó với giá trị tương đương của cấp độ cơ bản trong “Quy phạm thiết kế kháng chấn kết cấu công trình”, đồng thời tham số đặc trưng hình sóng nên tiệm cận với đặc điểm vùng nền công trình.