ISO 23618:2022 và Thiết bị cách ly địa chấn – Giới thiệu toàn diện

Động đất vẫn là một trong những mối nguy hiểm tự nhiên có sức tàn phá lớn nhất đối với môi trường xây dựng. Triết lý thiết kế địa chấn thông thường chấp nhận thiệt hại về cấu trúc miễn là ngăn chặn được sự sụp đổ. Tuy nhiên, trong những thập kỷ gần đây, xã hội đã yêu cầu khả năng phục hồi tốt hơn: các tòa nhà không chỉ bảo vệ sự sống mà còn phải duy trì hoạt động ngay sau động đất.

Để đáp ứng mục tiêu này, các kỹ sư trên toàn thế giới đã phát triểnhệ thống cách ly địa chấn. Thay vì tăng cường sức mạnh cho mọi thành phần kết cấu, sự cô lập nhằm mục đích tách kết cấu khỏi rung lắc của mặt đất, giảm lực truyền. Khái niệm này, từng mới lạ, đã phát triển thành thực tiễn toàn cầu, với hàng nghìn tòa nhà, cây cầu và cơ sở công nghiệp được bảo vệ.

Năm 2022, ISO công bốISO 23618:2022 – Căn cứ thiết kế kết cấu- Nguyên tắc chung vềcấu trúc cách ly địa chấn.Tiêu chuẩn quốc tế này hợp nhất kiến ​​thức hàng thập kỷ thành một khuôn khổ mạch lạc, bao gồm thiết kế, phân tích, xây dựng và bảo trì. Nó nêu bật vai trò củavòng bi cao su, thiết bị trượt và bộ giảm chấnlà sản phẩm cách ly thiết yếu.

Tài liệu này cung cấp phần giới thiệu chi tiết về ISO 23618, nhấn mạnh vào các thiết bị cách ly nhưvòng bi cao su giảm chấn cao-(HDRB), vòng bi cao su-chì (LRB),Vàbộ giảm chấn nhớt. Nó cũng đặt ISO 23618 cùng với các tiêu chuẩn Châu Âu và Châu Mỹ, đồng thời cung cấp các nghiên cứu điển hình, thảo luận về hiệu suất và định hướng trong tương lai.

ISO 23618 áp dụng chocách ly địa chấn ngang của tòa nhàvà một số cấu trúc nhất định. Nó không bao gồm cách ly theo chiều dọc, bể chứa LNG và hầu hết các cây cầu (mặc dù các nguyên tắc có thể được điều chỉnh). Tiêu chuẩn nhấn mạnh rằng sự cô lập không phải là một-tiện ích bổ sung mà là một chiến lược cấp hệ thống-phải được tích hợp ở giai đoạn thiết kế sớm nhất.

Triết lý dựa trên ba trụ cột:
1). Kéo dài thời kỳ cấu trúc– chuyển chu kỳ tự nhiên sang 2–3 giây hoặc hơn, giảm gia tốc.
2). Tăng giảm chấn– tiêu tán năng lượng địa chấn để hạn chế sự dịch chuyển.
3). Đảm bảo tái{2}}định tâm lại– trở về vị trí ban đầu sau khi lắc.
 

Lớp cách ly nằm giữa kết cấu thượng tầng và kết cấu bên dưới, chịu tải trọng thẳng đứng, cho phép chuyển vị ngang lên tới 600 mm và mang lại khả năng xoay linh hoạt. Kết cấu phần dưới phải cứng và chắc chắn, biến dạng tập trung ở các tấm cách ly và các khoảng trống (hào) phải ngăn ngừa va đập. Hiệu suất được xác định cho các điều kiện SLS, ULS và MCE.

ISO 23618 cho phép phân tích tuyến tính tương đương (độ cứng và độ giảm chấn hiệu quả) và phân tích lịch sử thời gian-phi tuyến tính. Thuộc tính thiết bị được hiệu chỉnh từ các thử nghiệm.

Thiết bị bao gồmVòng bi đàn hồi (HDRB, LRB), con lắc trượt, hướng dẫn tuyến tính, Vàbộ giảm chấn. Mỗi cái phải thỏa mãn khả năng chịu tải, chuyển vị,tiêu tán năng lượng, độ bền và kiểm soát chất lượng.
5.1 Vòng bi cao su giảm chấn-cao (HDRB)
HDRBbao gồm các lớp cao su và thép. Hợp chất cao su biến tính cung cấp khả năng giảm chấn từ 15–18%. Chúng hỗ trợ tải trọng thẳng đứng lên tới hàng chục MN, cho phép mô đun cắt ngang ~ 0,4–1,0 MPa và có độ bền cao. Phổ biến ở trường học, văn phòng và các tòa tháp.
5.2 Chì-Vòng bi cao su (LRB)
LRBkết hợp một phích cắm chì trung tâm có hiệu suất ở mức 10–12 MPa, tiêu tán năng lượng. Giảm xóc là 10–20%. Đáng tin cậy, có thể điều chỉnh và được áp dụng rộng rãi trong các bệnh viện và trung tâm cấp cứu. Ví dụ: Bệnh viện Wellington, New Zealand.
5.3 Thanh trượt bề mặt cong (Hệ thống con lắc)
Hệ thống trượt hình cầutạo ra lực phục hồi thông qua trọng lực. Chu kỳ phụ thuộc vào bán kính cong, không phụ thuộc vào khối lượng. Hệ số ma sát 0,02–0,06 mang lại khả năng giảm chấn. Khả năng dịch chuyển lên tới 600 mm trở lên. Được sử dụng trong sân bay và sân vận động.
5.4 Bộ giảm chấn bổ sung
Giảm chấn nhớttiêu tán năng lượng thông qua lực cản chất lỏng-phụ thuộc vào vận tốc.Bộ giảm chấn cuồng loạnsử dụng thép dẻo.Giảm chấn ma sáttrượt dưới tác dụng ma sát có kiểm soát. Những điều này tăng cường sự cách ly khi độ giảm chấn không đủ.

ISO 23618 bổ sung cho các mã vùng:
- EN 15129:2009 + AC:2010 (Châu Âu) –thiết bị chống{0}}địa chấnlớp phủ tiêu chuẩnvòng bi, thanh trượt, bộ giảm chấn.
- ASCE/SEI 7-22 (Hoa Kỳ) – Tải trọng thiết kế bao gồm Chương 17 về cách ly.
- Thông số kỹ thuật Hướng dẫn AASHTO LRFD (2014, Hoa Kỳ) –Cách ly địa chấnthiết kế cho cầu.
Về mặt khái niệm, ISO phù hợp với cả hai, tập trung vào thiết kế dựa trên hiệu suất{0}}.

Bệnh viện:Bệnh viện Kaiser Permanente (California) sử dụng phương pháp cách ly con lắc.
Cầu:Cầu Akashi Kaikyō (Nhật Bản) với bộ giảm chấn nhớt.
Di sản:Tòa nhà Thành phố & Quận Salt Lake (Utah, Mỹ) được trang bị thêm hệ thống cách ly.
Hạt nhân:Các nhà máy Nhật Bản sử dụng biện pháp cách ly để đảm bảo an toàn quan trọng.

ISO 23618 yêu cầu các thử nghiệm điển hình (theo chu kỳ{1}} ở quy mô đầy đủ), thử nghiệm định kỳ tại nhà máy, giám sát xây dựng và kiểm tra bảo trì. EN 15129 bổ sung thêm dấu CE-và Kiểm soát sản xuất tại nhà máy. Tiêu chuẩn Hoa Kỳ yêu cầu kiểm tra trình độ chuyên môn.

Hiệu ứng gió – bộ cách ly không được dịch chuyển dưới tác dụng của gió. Lửa - chất đàn hồi cần được bảo vệ. Cách ly tầng giữa – thiết thực cho các tòa nhà cao tầng, yêu cầu thiết kế đường dẫn và màng ngăn cẩn thận.

Lợi ích: Giảm khả năng tăng tốc (50–70%), bảo vệ thiết bị, vận hành liên tục, khả năng thích ứng trang bị thêm.
Hạn chế: Chi phí cao hơn (5–10%), yêu cầu về không gian cho hào, bảo trì, kém hiệu quả trên đất mềm.

Hệ thống hybrid kết hợp cao su và thanh trượt. Bộ giảm chấn thông minh (chất lưu lưu từ) cho phép điều khiển bán{1}}chủ động. Sự cách ly-tầng giữa của tòa nhà cao tầng đang xuất hiện. Các thiết bị đang được thiết kế để có khả năng phục hồi-nhiều hiểm họa (động đất + gió + lửa).

ISO 23618:2022 hệ thống hóa các phương pháp thực hành tốt nhất toàn cầu trongcách ly địa chấn. Triết lý của nó nhấn mạnh đến việc kéo dài thời gian, thêm vàogiảm chấn, và đảm bảo cập nhật gần đây. Bằng cách liên kết với ISO 22762 chovòng bi đàn hồivà phù hợp với EN 15129 và ASCE 7, nó thúc đẩy sự hài hòa toàn cầu. Sự cô lập không chỉ là một giải pháp mang tính cấu trúc mà còn là một chiến lược phục hồi cho xã hội.