15-EN15129 Điều 6: Thiết bị phụ thuộc dịch chuyển (DDD) – Tiêu chuẩn và sản phẩm tiêu biểu

1. Phạm vi và định nghĩa

Điều 6 điều chỉnh hai loại chính củaDDD: thiết bị tuyến tính (LD) và thiết bị phi tuyến (NLD). Một đặc điểm xác định quan trọng củaDDDlà chúng không chịu được tải trọng thẳng đứng. Ngoài ra,oằn-niềng răng cố định(BRB) cung cấp khả năng giảm chấn bổ sung trong các kết cấu được phân loại rõ ràng làDDD. Thông tin kỹ thuật bổ sung vềDDDcó sẵn trong Phụ lục D của EN15129.

Các thiết bị này được dành riêng cho các công trình ở vùng địa chấn tuân thủ tiêu chuẩn EN 1998, với mục tiêu chính là tăng cường khả năng phục hồi của kết cấu bằng cách điều chỉnh hành vi động và tiêu tán năng lượng địa chấn, từ đó hoạt động phối hợp với hệ thống bảo vệ địa chấn tổng thể.

2. Phân loạiDDD

Thiết bị tuyến tính (LD): Được đặc trưng bởi hành vi cơ học tuyến tính hoặc gần như tuyến tính, LD được sử dụng để tối ưu hóa các đặc tính động của cấu trúc. Khả năng phi tuyến tính và tiêu tán năng lượng nhỏ của chúng được thiết kế để tương thích với mô hình cấu trúc tuyến tính, đảm bảo tính đơn giản và chính xác trong phân tích kỹ thuật.

Thiết bị phi tuyến (NLD): Thể hiện hành vi phi tuyến mạnh mẽ, NLD cải thiện hiệu suất động của kết cấu bằng cách tạo ra tính phi tuyến tính và/hoặc sự tiêu tán năng lượng đáng kể. Do phản ứng cơ học phức tạp nên chúng phải được tích hợp hoàn toàn vào mô hình cấu trúc phi tuyến để đảm bảo thiết kế địa chấn đáng tin cậy.

3. Các yêu cầu chính về hiệu suất và tuân thủ

Điều 6 quy định cụ thể các tiêu chí thực hiện nghiêm ngặt để đảm bảoDDDđộ tin cậy trong điều kiện địa chấn:

Độ dịch chuyển và khả năng chịu tải: DDDphải chịu được các giới hạn chuyển vị hoặc tải trọng quy định (tùy theo điều kiện nào đạt đến trước), với hệ số an toàn tối thiểu ( ) là 1,1. Đối với các bộ phận được tích hợp vào hệ thống cách ly, các hệ số này được điều chỉnh để phù hợp với khả năng dịch chuyển của thiết bị cách ly (tham khảo Điều 8 của EN15129).

Đường cong dịch chuyển lực-:Đường cong không được có xu hướng giảm dần khi chuyển vị hoặc tải trọng đạt đến giới hạn thiết kế đã chỉ định, đảm bảo khả năng chịu tải ổn định-trong các đợt địa chấn.

Ổn định theo chu kỳ:Độ cứng hiệu quả và giảm chấn hiệu quả củaDDDphải duy trì ổn định qua các chu kỳ. Đối với các chu kỳ i Lớn hơn hoặc bằng 2, độ lệch so với chu kỳ thứ 3 (điểm tham chiếu cho hiệu suất ổn định) không được vượt quá 10%.

Dịch chuyển dư:Theo các tác động địa chấn ở trạng thái giới hạn khả năng sử dụng (SLS), chuyển vị dư-lực bằng 0 phải được giảm thiểu (được khuyến nghị là 5% chuyển vị thiết kế hoặc ít nhất là 10mm, tùy theo giá trị nào lớn hơn), giảm-chi phí sửa chữa và hư hỏng cấu trúc sau động đất.

4. Yêu cầu về vật liệu và thử nghiệm

Vật liệu choDDDđược phân loại thành "vật liệu cốt lõi" (quan trọng đối với hiệu suất địa chấn theo chu kỳ) và "vật liệu kết cấu" (đối với chức năng chịu tải). Các vật liệu cốt lõi như chất đàn hồi, thép và hợp kim nhớ hình (SMA) phải đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của Châu Âu:

Chất đàn hồi: Chất đàn hồi giảm xóc-thấp và{1}}giảm chấn cao phải tuân thủ các yêu cầu tương ứng trong Bảng 10 và 11 của Điều 8, với độ bền liên kết đã được xác minh với chất nền.

Thép: Phải phù hợp với tiêu chuẩn dòng EN 10025, EN 10083 hoặc EN 10088, đảm bảo độ dẻo và khả năng chống mỏi.

Vật liệu đặc biệt (ví dụ: SMA): Phải đáp ứng các tiêu chuẩn hiện có của Châu Âu, với các thử nghiệm bổ sung về đặc tính chuyển pha, hiệu suất tuần hoàn và khả năng thích ứng với nhiệt độ.

Thử nghiệm là nền tảng của Điều 6, bao gồm thử nghiệm loại vật liệu, thử nghiệm kiểm soát sản xuất tại nhà máy (FPC), thử nghiệm loại thiết bị và thử nghiệm-trước khi cài đặt. Thử nghiệm loại là bắt buộc khi có những thay đổi về hình dạng, vật liệu hoặc hệ thống kết nối của thiết bị, trong khi thử nghiệm FPC (tốc độ lấy mẫu Lớn hơn hoặc bằng 2%) đảm bảo hiệu suất ổn định trong sản xuất hàng loạt.

DDDsản phẩm được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật địa chấn châu Âu và Mỹ, với các ứng dụng riêng biệt dựa trên đặc tính tuyến tính hoặc phi tuyến của chúng. Dưới đây là bản tóm tắt các sản phẩm phổ biến, tính năng cốt lõi của chúng và các trường hợp sử dụng điển hình:

1. Thiết bị tuyến tính (LD)

LD lý tưởng cho các dự án yêu cầu mô hình cấu trúc tuyến tính, cung cấp khả năng điều chỉnh độ cứng ổn định với mức tiêu tán năng lượng phi tuyến tối thiểu. Các loại phổ biến bao gồm:

Bộ giảm chấn kim loại tuyến tính

Các tính năng cốt lõi:Được sản xuất từ ​​​​thép cacbon hoặc thép hợp kim-thấp, các bộ giảm chấn này thể hiện hành vi chuyển vị gần như{1}}lực tuyến tính lý tưởng{2}}mà không có giai đoạn biến dạng đáng kể. Chúng dựa vào biến dạng đàn hồi để điều chỉnh các chu kỳ cấu trúc tự nhiên, có khả năng tiêu tán năng lượng yếu.

Ứng dụng:Thích hợp cho các cấu trúc khung có kích thước nhỏ đến trung bình-cần tối ưu hóa đặc tính động với nhu cầu tiêu tán năng lượng bổ sung thấp, chẳng hạn như trang bị thêm để chống địa chấn cho các tòa nhà công nghiệp hiện có.

Điểm nổi bật về tuân thủ: Vật liệu phải đáp ứng các tiêu chuẩn EN 10025, với độ ổn định theo chu kỳ được xác minh thông qua thử nghiệm điển hình.

tuyến tínhBộ giảm chấn viscoelastic

Các tính năng cốt lõi:Bằng cách sử dụng các chất đàn hồi giảm chấn-thấp (tuân thủ Bảng 10 của Điều 8), các bộ giảm chấn này mang lại đặc tính giảm chấn gần như-tuyến tính và độ cứng hiệu quả ổn định. Chúng kết hợp việc điều chỉnh độ cứng với khả năng tiêu tán năng lượng nhẹ, tương thích với mô hình động tuyến tính.

Ứng dụng:Lý tưởng cho các bức tường rèm, nền móng thiết bị và các bộ phận điều chỉnh độ cứng phụ trợ trong các tòa nhà nằm trong vùng địa chấn vừa phải với điều kiện nhiệt độ ổn định.

Điểm nổi bật về tuân thủ:Cần phải thử nghiệm cắt động để xác minh hiệu suất, với độ lệch thông số vật liệu (do nguồn cung cấp, nhiệt độ, v.v.) đáp ứng các giới hạn trong Bảng 4 của Điều 6.

Tải trọng-ổ trụcNiềng răng cố định-Niềng răng cố định (BRB)

Các tính năng cốt lõi:Phân loại làDDDcung cấp thêm giảm xóc, nhữngBRBưu tiên các đặc tính độ cứng và khả năng chịu tải{0}}tuyến tính có khả năng tiêu tán năng lượng yếu. Vật liệu lõi là thép có độ bền-cao (EN 10083) và ống bọc ngăn chặn hiện tượng vênh lõi để đảm bảo độ căng và khả năng nén ổn định.

Ứng dụng:Các hệ thống-chịu lực ngang trong các khung thép-cao và các cấu trúc không gian nhịp-lớn, trong đó cần có cả khả năng chịu tải-và tối ưu hóa đặc tính động.

Điểm nổi bật về tuân thủ: Thử nghiệm điển hình phải bao gồm các hệ thống kết nối, với độ dịch chuyển dư đáp ứng các yêu cầu SLS.

2. Thiết bị phi tuyến (NLD)

NLD rất quan trọng đối với các vùng có cường độ địa chấn-{1}}cao, tận dụng tính phi tuyến mạnh để tiêu tán năng lượng địa chấn đáng kể. Chúng yêu cầu mô hình cấu trúc phi tuyến và có sẵn ở nhiều cấu hình khác nhau:

Bộ giảm chấn năng suất kim loại

Các tính năng cốt lõi:Được chế tạo từ thép-năng suất thấp (ví dụ: LY100, LY160, LY225) có cường độ chảy thấp và độ dẻo cao. Đường cong chuyển vị của lực-thể hiện hành vi song tuyến tính rõ ràng, với độ cứng sau hiệu suất-ổn định và khả năng tiêu tán năng lượng theo chu kỳ tuyệt vời.

Các tiểu loại: kiểu cắt-, kiểu uốn cong, Vàbộ giảm chấn dọc trục-,thích ứng với các không gian lắp đặt và yêu cầu về lực khác nhau.

Ứng dụng:Thiết kế địa chấn của tòa nhà mới và trang bị thêm cho tòa nhà hiện có, đặc biệt là ở các vùng có-cường độ địa chấn{1}}cao dành cho kết cấu khung và tường cắt.

Điểm nổi bật về tuân thủ:Vật liệu yêu cầu độ căng đơn điệu và kiểm tra hiệu suất theo chu kỳ. Sau khi lão hóa nhanh (14 ngày ở 70 độ), thay đổi hiệu suất không được vượt quá 20%.

Bộ giảm chấn ma sát

Các tính năng cốt lõi: tiêu tán năng lượngđạt được thông qua việc trượt tương đối giữa các bề mặt tiếp xúc, với đường cong dịch chuyển lực trễ hình chữ nhật{0}}(phi tuyến tính mạnh). Hệ số ma sát ổn định vàtiêu tán năng lượngliên quan trực tiếp đến biên độ dịch chuyển. Chúng không phụ thuộc vào năng suất vật liệu, đảm bảo tuổi thọ lâu dài và bảo trì tối thiểu.

Các tiểu loại: loại đĩa-, loại hình trụ-, Vàgiảm chấn ma sát hình cầu, phù hợp với yêu cầu dịch chuyển đa hướng.

Ứng dụng:Cầu-có nhịp dài, sân vận động có nhịp-lớn, công trình-cao tầng và các dự án khác có nhu cầu dịch chuyển lớn. Lý tưởng cho các tình huống đòi hỏi-tiêu tán năng lượng ổn định lâu dài và chi phí bảo trì thấp, chẳng hạn như các cơ sở phụ trợ của nhà máy điện hạt nhân.

Điểm nổi bật về tuân thủ:Cần phải thử nghiệm ma sát dài hạn-để xác minh độ ổn định khi mài mòn. Tỷ lệ giới hạn trên và giới hạn dưới của đặc tính vật liệu đối với các bộ phận kim loại không được vượt quá 1,4.

Độ dịch chuyển-Bộ giảm chấn khuếch đại

Các tính năng cốt lõi:Tích hợp các cơ chế khuếch đại cơ học (ví dụ: chuyển đổi, cắt kéo, bánh răng), các bộ giảm chấn này khuếch đại các chuyển vị cấu trúc nhỏ (3–4 lần) để tăng cườngtiêu tán năng lượnghiệu quả trong các kịch bản biến dạng-nhỏ, thể hiện tính phi tuyến tính mạnh.

Nguyên tắc làm việc:Chuyển đổi các thanh giằng, giàn cắt kéo hoặc cơ cấu-giá đỡ bánh răng khuếch đại chuyển vị giữa-câu chuyện, truyền chuyển vị được khuếch đại đến các bộ phận giảm chấn bên trong (ví dụ: lõi thép có hiệu suất-thấp, các thành phần ma sát) để đạt được "chuyển vị nhỏ, tiêu tán năng lượng lớn".

Ứng dụng:Các kết cấu có biến dạng ngang nhỏ, chẳng hạn như kết cấu tường cắt, kết cấu ống và nhà máy công nghiệp cứng. Cũng thích hợp cho các dự án cần tiêu tán đủ năng lượng khi có động đất nhỏ.

Điểm nổi bật về tuân thủ: Độ bền và độ ổn định của cơ chế khuếch đại phải được xác minh. Cần phải kiểm tra theo chu kỳ ở mức dịch chuyển tối đa 25%, 50% và 100%.

Bộ giảm chấn hợp kim ghi nhớ hình dạng (SMA)

Các tính năng cốt lõi:Bằng cách sử dụng các hợp kim nhớ hình dạng (ví dụ: hợp kim Ni{2}}Ti), các bộ giảm chấn này tiêu tán năng lượng và đạt được khả năng tự-định tâm thông qua quá trình chuyển pha (martensite sang austenite). Đường cong dịch chuyển lực-biểu thị trạng thái kích động phi tuyến tính với dịch chuyển dư tối thiểu.

Nguyên tắc làm việc:Trong khi xảy ra động đất, dây/thanh SMA trải qua biến dạng dẻo (biến đổi martensitic) thànhtiêu tán năng lượng. Sau-động đất, vật liệu sẽ tự động trở lại hình dạng ban đầu thông qua việc đảo pha, làm giảm đáng kể sự dịch chuyển dư lượng của cấu trúc.

Ứng dụng:Các tòa nhà lịch sử (yêu cầu thiệt hại tối thiểu sau{0}}động đất), nhà máy sản xuất thiết bị chính xác và khe co giãn cầu. Lý tưởng cho các dự án ưu tiên cả khả năng tiêu tán năng lượng và{2}}tự tập trung.

Điểm nổi bật về tuân thủ: Cần phải kiểm tra các đặc tính chuyển đổi pha (DSC), độ đứt kéo đơn điệu và hiệu suất theo chu kỳ, bao gồm phạm vi nhiệt độ sử dụng và tốc độ biến dạng. Vật liệu phải đáp ứng các tiêu chuẩn hiện hành của Châu Âu.

Căn chỉnh tiêu chuẩn:Đảm bảoDDDsản phẩm tuân thủ cả EN15129 Điều 6 và các tiêu chuẩn địa chấn địa phương (ví dụ: Eurocode 8 ở Châu Âu, ASCE 7 ở Hoa Kỳ) cho các dự án xuyên biên giới.

Khả năng tương thích mô hình:Chọn LD cho mô hình cấu trúc tuyến tính và NLD cho mô hình phi tuyến để đảm bảo phân tích phản ứng địa chấn chính xác.

Đảm bảo chất lượng:Ưu tiên các sản phẩm có chứng chỉ kiểm tra loại hoàn chỉnh và quy trình FPC nghiêm ngặt để đảm bảo tính nhất quán về hiệu suất trong sản xuất hàng loạt.

Tính đặc hiệu của ứng dụng:Ghép các loại DDD với các đặc điểm cấu trúc (ví dụ: nhu cầu dịch chuyển, độ cứng) và điều kiện môi trường (ví dụ: nhiệt độ, rủi ro ăn mòn) để tối ưu hóa hiệu suất địa chấn.