Phân tích tĩnh phi tuyến khung bê tông cốt thép bằng phương pháp hệ số chuyển vị

Bài viết Phân tích tĩnh phi tuyến khung bê tông cốt thép bằng phương pháp hệ số chuyển vị trình bày một kỹ thuật phân tích phi tuyến bằng phương pháp hệ số chuyển vị theo FEMA 356. Mô hình số được thực hiện để đánh giá kết cấu theo tiêu chí tổng thể kết cấu và chi tiết các tiết diện nguy hiểm của cấu kiện kết cấu.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 PHÂN TÍCH TĨNH PHI TUYẾN KHUNG BÊ TƠNG CỐT THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ CHUYỂN VỊ Nguyễn Vĩnh Sáng Phân hiệu Trường Đại học Thủy lợi, email: sangnv@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Thiết kế kết cấu kháng chấn dựa theo tính (PBSD) phương pháp đại xét làm việc miền đàn hồi chịu tác động động đất phát triển ứng dụng nước phát triển giới đứng đầu Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản Châu Âu Mục đích phương pháp thiết kế kết cấu đáp ứng trước mục tiêu định trước hay cịn gọi mục tiêu tính Có nhiều phương pháp để phân tích phi tuyến tính nhằm tìm mục tiêu tính như: Phương pháp N2 trình bày TCVN 9386 : 2012 [1] EC8, phương pháp phổ khả - CSM (Capacity Spectrum Method) trình bày AT C40 (Applied Technology Council, 1996), phương pháp hệ số chuyển vị - DCM (Displacement Coefficient Method) trình bày FEMA-356 [2], phương pháp phân tích đẩy dần MPA (Modal Pushover Analysis) Chopra Goel đề xuất Phân tích tĩnh phi tuyến (puhsover analysis) phát triển nhiều năm qua trở thành phương pháp sử dụng phổ biến thiết kế nhằm xác định đường cong khả để đánh giá động đất cho cơng trình Phương pháp xây dựng giả thiết ứng xử cơng trình xem xét thơng qua ứng xử hệ bậc tự tương đương (equivalent SDOF system) thay Điều có nghĩa, ứng xử cơng trình dạng dao động khống chế hình dáng dạng dao động giữ ngun q trình phân tích Trong nghiên cứu này, phương pháp hệ số chuyển vị DCM trình bày FEMA - 356 [2] sử dụng phương pháp xấp xỉ dựa hệ số hiệu chỉnh chuyển vị Chuyển vị lớn hệ nhiều bậc tự hiệu chỉnh thành chuyển vị hệ bậc tự tương đương số hệ số PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp hệ số chuyển vị theo FEMA 356 [2] Phương pháp hệ số chuyển vị đưa quy trình tính tốn trực tiếp để xác định u cầu chuyển vị (displacement demand), hay gọi chuyển vị mục tiêu (target displacement) Phương pháp không yêu cầu phải chuyển đổi đường cong khả định dạng ADRS (Acceleration Displacement Response Spectrum) phương pháp CSM Quy trình tính tốn theo phương pháp bao gồm bước sau: Hình Sơ đồ tuyến tính hóa theo phương pháp hệ số chuyển vị - Bước 1: Giả thiết chuyển vị mục tiêu δt; - Bước 2: Thiết lập quan hệ tuyến tính hóa Hình 1; - Bước 3: Xác định chu kỳ hữu hiệu Te theo công thức sau: 142 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Te  Ti Ki Ke (1.1) (2) giới hạn kết cấu cho cấu kiện thể Bảng Bảng tương ứng Bảng Tiêu chí chấp nhận tổng thể Trong đó: Ti chu kỳ làm việc đàn hồi (s) theo phương xét phân tích động lực học tuyến tính; Ki, Ke tương ứng độ cứng đàn hồi độ cứng ngang ảnh hưởng cơng trình theo phương xét Bước 4: Tính tốn chuyển vị mục tiêu theo cơng thức đây:  t  C0C1C2C3 Sa Te2 4 Bảng Tham số mơ hình hóa tiêu chí chấp thuận áp dụng cho phương pháp phi tuyến cho dầm bê tơng cốt thép (1.2) Trong đó: C0, C2 tương ứng hệ số điều chỉnh xét đến việc chuyển đổi từ hệ nhiều bậc tự (MDOF) sang hệ bậc tự (SDOF) tương đương hệ số xét đến giảm độ cứng suy thoái cường độ; C1 hệ số xét đến chuyển vị phi tuyến tính; Sa giá trị phổ phản ứng gia tốc đàn hồi ứng với chu kỳ Te ; C3 hệ số xét đến ảnh hưởng hiệu ứng P-Δ - Bước 5: So sánh chuyển vị mục tiêu tính Bước với chuyển vị giả thiết Bước 1, hai giá trị sai lệch khơng nhiều giá trị cần tìm, cịn khơng tiếp tục quay lại Bước 2.2 Quan hệ lực - chuyển vị tiêu chí chấp nhận FEMA 356 [2] kiến nghị sử dụng quan hệ lực - biến dạng cấu kiện bê tông cốt thép tiêu chí tiếp tục sử dụng (IO), an tồn tính mạng (LS) ngăn ngừa sụp đổ (CP) thể Hình Các hệ số a, b, c quy định FEMA 356 [2] theo cấu kiện kết cấu Hình Quan hệ lực - biến dạng cấu kiện bê tông cốt thép Tính giới hạn chấp nhận đánh giá qua hai tiêu chí: (1) giới hạn kết cấu tổng thể MƠ HÌNH VÀ KẾT QUẢ 3.1 Mơ hình Xét kết cấu khung có tầng có nhịp 6m, chiều cao tầng 3.6m Tải trọng tác dụng lên khung có tĩnh tải (cấu tạo kiến trúc, tường xây trọng lượng thân kết cấu) hoạt tải sử dụng với giá trị sau: Tĩnh tải cấu tạo kiến trúc 30 kN/m, tĩnh tải tường xây tất dầm 15 kN/m, trọng lượng thân kết cấu mơ hình SAP2000 tự động tính tốn hoạt tải sử dụng 15 kN/m Vật liệu bê tơng sử dụng cho kết cấu có cấp bền B22.5 (M300), cốt thép sử dụng loại AIII theo TCVN 5574 - 2018 Địa điểm xây dựng công trình Thị xã Sơn La có gia tốc đỉnh lớn lãnh thổ Việt Nam với, đất xem xét loại D có phổ phản ứng đàn hồi theo TCVN 9386:2012 [1], hệ số cản nhớt kết cấu 0.05 Kích thước kết cấu cấu kiện dầm 3065cm có thép lớp 4 25 , lớp 3 25 thép đai  8a100 , cột biên 5050cm có thép dọc 12 20 đai cột  8a150 143 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Phân tích tĩnh lực ngang tương đương theo TCVN 9386:2012 [1] để phân phối tải ngang lên tầng Thực đẩy dần (pushover) tìm đường cong khả Tổng lực cắt đáy: V  Sa (T )W  (1.3) Fx  V wx hx n wh (1.4) i i i 1 3.2 Mô hình kết Thực đẩy dần tĩnh phi tuyến với toàn tải trọng tĩnh tải hoạt tải xét đến hệ số chiết giảm 0.24 theo TCVN 9386-2012 [1] tải trọng ngang theo phân tích tĩnh lực ngang tương đương Mơ hình khớp dẻo mặc định SAP2000 theo FEMA 356 [2] cho phần tử dầm (M3) cột (PMM) trình bày Mục 2.2 Mơ hình xét đến ảnh hưởng hiệu ứng P-Δ Đường cong khả phương pháp đẩy dần điểm tính theo phương pháp DCM tính tốn trực tiếp từ SAP2000 thể Hình Điểm tính tương ứng với bước 24 đẩy dần phi tuyến Kết dạng chuyển vị đánh giá khớp xoay dẻo phần tử dầm - cột thể Hình Hình Đường cong khả từ đẩy dần tĩnh phi tuyến điểm tính theo phương pháp DCM tính từ SAP2000 Hình Dạng chuyển vị chịu tải ngang bước đẩy dần phi tuyến (Bước 24) 3.3 Đánh giá Điểm tính theo phương pháp hệ số chuyển vị FEMA 356 xác định được: V = 583.403kN  roof  0.144m Dựa vào Bảng ta đánh giá tổng thể kết cấu:  roof 0.144   0.01 H 14.4  Kiểm soát hư hại DC Trong đó: H = 14.4m chiều cao đỉnh khung tính từ điểm đặt tác động lực động đất gây KẾT LUẬN Phương pháp thiết kế kháng chấn dựa theo tính phương pháp mới, thực tế nghiên cứu Việt Nam hạn chế Trong tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 [1] chưa đề cập cụ thể, rõ ràng Phương pháp PBSD phân tích kết cấu làm việc ngồi miền đàn hồi, từ đánh giá trạng thái kết cấu Do đó, kỹ thuật phân tích nói chung phức tạp, khó khăn kỹ sư thiết kế Nghiên cứu này, trình bày kỹ thuật phân tích phi tuyến phương pháp hệ số chuyển vị theo FEMA 356 [2] Mô hình số thực để đánh giá kết cấu theo tiêu chí tổng thể kết cấu chi tiết tiết diện nguy hiểm cấu kiện kết cấu Có nhiều kỹ thuật để phân tích, đánh giá kết cấu ứng xử phi tuyến chịu tác động động đất, từ so sánh kết kỹ thuật nhằm đưa đánh giá an toàn cho kết cấu Ngoài ra, phương pháp PBSD phương pháp mới, đại cần có 144 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 nhiều nghiên cứu ứng dựng Việt Nam theo FEMA 356 [2] EC - Phần TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCVN 9386:2012, "Thiết kế cơng trình chịu động đất," Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng - Bộ Xây dựng, 2012 [2] FEMA-356, "Pre-standard and commentary for seismic rehabilitation of buildings," in Federal Emergency Management Agency, Washington (DC), 2000 145 ... dần tĩnh phi tuyến điểm tính theo phương pháp DCM tính từ SAP2000 Hình Dạng chuyển vị chịu tải ngang bước đẩy dần phi tuyến (Bước 24) 3.3 Đánh giá Điểm tính theo phương pháp hệ số chuyển vị FEMA... Bảng Tham số mô hình hóa tiêu chí chấp thuận áp dụng cho phương pháp phi tuyến cho dầm bê tông cốt thép (1.2) Trong đó: C0, C2 tương ứng hệ số điều chỉnh xét đến việc chuyển đổi từ hệ nhiều bậc... sang hệ bậc tự (SDOF) tương đương hệ số xét đến giảm độ cứng suy thoái cường độ; C1 hệ số xét đến chuyển vị phi tuyến tính; Sa giá trị phổ phản ứng gia tốc đàn hồi ứng với chu kỳ Te ; C3 hệ số