Nghiên cứu đánh giá công trình xây dựng dân dụng chịu động đất bằng phương pháp phân tích phi tuyến tĩnh (nonlinear static analysis),đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

Báo cáo tóm tắt đề tài khoa học NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHI TUYẾN TĨNH (NONLINEAR STATIC ANALYSIS) Phần mở đầu 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu - Vào thập niên 80 kỷ XX hàng loạt kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm thực hiện, quan điểm thiết kế kháng chấn hình thành Theo quan điểm cơng trình thiết kế cho có khả chịu trận động đất vừa nhỏ xuất ngẫu nhiên mà cơng trình khơng bị hư hỏng, gặp trận động đất mạnh cơng trình khơng bị sụp đổ - Ở nước ta nay, việc tính tốn động đất cho cơng trình xây dựng dân dụng chưa quan tâm mức Tuy nhiên với thảm họa động đất xảy giới Việt Nam cho thấy rằng, để giảm thiểu thiệt hại người tài sản động đất gây thân cơng trình xây dựng phải thiết kế chịu động đất quốc gia phải có biện pháp phù hợp cho vấn đề - Hiện viêc tính tốn cơng trình chịu tải trọng động đất có phương pháp phương pháp phân tích tĩnh đẩy cưỡng bức, phương pháp tĩnh lực ngang tương đương, phương pháp phân tích phổ dao động hay phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian Các thành phần tải trọng nhập vào mơ hình sau lấy kết nội lực để thiết kế 1.2 Lý do chọ n đe tà i - Trong nhiều phương pháp phân tích cơng trình chịu tải trọng động đất trình bay phương pháp phân tích tĩnh đẩy cưỡng cho ta tính tốn sơ làm việc hệ kết cấu sau miền giới hạn đàn hồi kiểm tra cách trực quan điểm hư hỏng kết cấu - Chính lý đó, gợi ý giảng viên hướng dẫn, nhóm em áp dụng phương pháp tính tốn đẩy dần vào việc tính tốn cơng trình chịu tải trọng ngang để kiểm tra làm việc hệ kết cấu chịu tải trọng ngang đánh giá hợp lý thiết kế 1.3 Mụ c tiê u đe tà i - Tính toán đánh giá làm việc kết cấu làm việc giới hạn đàn hồi - Đánh giá tính hiệu phương pháp phân tích tĩnh đầy cưỡng qua kiến nghị sử dụng phương pháp cho việc kiểm tra làm việc hệ kết cấu chịu tải trọng ngang đánh giá hợp lý thiết kế - Với cơng trình cụ thể, thấy rõ vị trí kết cấu cơng trình làm việc đặc biệt kiểm tra lại kết thiết kế cơng trình chịu tải trọng ngang, vị trí hư hỏng cơng trình xuất hợp lý hay chưa qua áp dụng với cơng trình có kết cấu tương tự chí phức tạp 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Tham khảo tài liệu nước nước - Xây dựng mơ hình phần mềm Etabs 9.7.0 với tính phân tích Push- over - Thay đổi thơng số đầu vào kích thước tiết diện, hàm lượng cốt thép để xem xét hình thành khớp dẻo - So sánh, rút kết luận 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các dầm chính, cột chính, chuyển vị đỉnh nhà cao tầng chịu tải trọng động đất - Phạm vi nghiên cứu: Dao động nhà cao tầng kết cấu bê tông cốt thép chịu tải trọng động đất Nội dung chính 2.1 Tổng quan cơng trình chịu tải trọng động đất 2.1.1 Ảnh hưởng động đất đến nhà nhiều tầng 2.1.1.1 Động đất - Động đất hay địa chấn rung chuyển hay chuyển động lung lay mặt đất Động đất thường kết chuyển động phay (geologic fault) hay phận đứt gãy vỏ Trái Đất hay hành tinh cấu tạo chủ yếu từ chất rắn đất đá - Khi động đất, yếu tố ảnh hưởng tới cơng trình gồm:  + Cường độ động đất (biểu diễn theo cấp động đất, gia tốc ) + Cấu trúc địa chất vị trí đặt cơng trình + Móng móng cơng trình + Hình dạng cơng trình (mặt bằng, mặt đứng, độ cao, độ mảnh ) + Sơ đồ bố trí kết cấu (khung, vách, phân bố độ cứng, phân bố khối lượng ) + Kích thước tiết diện phận kết cấu + Vật liệu sử dụng (bê tông, thép, gạch đá ) + Cách thức cấu tạo, liên kết phận kết cấu + Quan điểm thiết kế (phân chia cấu kiện chính, phụ, tầm quan trọng cơng trình ) 2.1.2 Kết cấu khung bê tông cốt thép chịu tải trọng động đất 2.1.2.1 Khung bê tông cốt thép - Khung bê tơng cốt thép kết cấu chịu tải trọng động đất Chấn động động đất làm phát sinh lực qn tính cho ngơi nhà, lực tỉ lệ với khối lượng Đối với nhà khối lượng tập trung cao trình sàn nên lực quán tính phát sinh phát triển chủ yếu cao trình sàn Những lực truyền qua dầm, sàn xuống tường, cột cuối xuống móng để truyền tải trọng vào đất - Lực ngang động đất gây tăng dần theo độ giảm chiều cao cơng trình, đỉnh lực ngang động đất gây cực tiểu chân cột, tường tầng cực đại 2.1.2.2 Nội lực kết cấu - Động đất gây dịch chuyển đất nền.Vì cơng trình nằm phải chịu dịch chuyển móng Theo định luật I Niu tơn móng dịch chuyển theo dịch chuyển đất phần mái ngơi nhà có khuynh hướng đứng n vị trí gốc ban đầu - Lực qn tính có phương ngược với phương chuyển động gia tốc Rõ ràng mái có khối lượng lớn lực qn tính cao Vì ngơi nhà nhẹ có khả chống động đất tốt 2.1.2.3 Ảnh hưởng biến dạng kết cấu Dưới dịch chuyển đất thông qua cột sinh lực quán tính tác động lên mái nhà gây nên nội lực cột Những nội lực sinh giải thích theo nhiều cách khác 2.1.2.4 Chấn động theo phương ngang phương đứng - Động đất gây nên chấn động đất theo phương dọc theo phương (X Y) phương đứng Z Vì trình động đất đất bị chấn động cách ngẫu nhiên dọc theo X, Y, Z Tất kết cấu thiết kế để chịu tải trọng trọng lực gây nên (gravity) G bao gồm trọng kết cấu tải trọng tác động sử dụng M - Tuy nhiên chấn động theo phương ngang X, Y gây mối nguy hiểm Kết cấu thông thường thiết kế trọng lực khơng thể an tồn chịu tác động chấn động theo phương ngang động đất Vì thế, cần phải thiết kế chống lại tác động theo phương ngang động đất 2.1.2.5 Dòng chảy lực quán tính xuống móng - Dưới dịch chuyển theo phương ngang đất phát sinh lực quán tính vịtrí mang khối lượng lớn kết cấu mà thường tầng Các lực quán tính ngang truyền từ sàn qua hệ dầm, tường cột xuống móng cuối truyền xuống hệ thống đất bên - Tường cột thành phần then chốt việc truyền tải lực qn tính xuống Nhưng cơng trình xây dựng dầm quan tâm thiết kế nhiều thường khỏe tường cột Tường tương đối mỏng thường làm từ vật liệu giòn khối xây, chúng việc chịu lực quán tính theo phương ngang nên dễ bị phá hoại xảy động đất Tương tự, cho cột bê tông cốt thép thiếu cường độ chịu động đất thảm họa thực tế nhiều cơng trình bị phá hoại số cột bị phá hoại gây sụp đổ cho tồn cơng trình 2.1.2.6 Khả làm việc giới hạn đàn hồi kết cấu bê tơng cốt thép Trước hình thành quan điểm thiết kế kháng chấn đại, cơng trình thiết kế kháng chấn với với độ cứng độ bền đủ lớn để kết cấu đảm bảo không bị phá hoại làm việc giai đoạn đàn hồi Tuy nhiên, số cơng trình thiết kế theo quan điểm chịu tác động động đất với cấp lớn cấp động đất thiết kế không bị sụp đổ hay hư hỏng trầm trọng Điều có khả làm việc giới hạn đàn hồi kết cấu bê tông cốt thép 2.1.3 Các tiêu chuẩn động đất hành 2.1.3.1 TCVN 9386 : 2012 2.1.3.1 2.1.3.2 Eurocode 2.1.3.3 Các tiêu chuẩn khác - Tiêu chuẩn Liên Xô Standards and Regulations for construction chapter 7, part II - Tiêu chuẩn Mỹ - UBC 1997: Uniform Building Design code, Chapter 32, part II - Tiêu chuẩn Nhật: Stanards for Aseismic Civil Engineering Construction, Earthquake – Resistant Design Method for Buildings - Tiêu chuẩn Pháp: Recommentdations for reduction of rules relative to the structures and installations built in regions prone to earthquakes 2.2 Tổng quan phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến 2.2.1 Nội dung phương pháp tính tốn tĩnh đơn giản 2.2.1.1 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương - Bước : Điều kiện áp dụng: Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương áp dụng cho nhà cơng trình mà phản ứng không chịu ảnh hưởng đáng kể dạng dao động bậc cao dạng dao động hướng - Bước 2: Xác định lực cắt đáy 2.2.1.2 Phương pháp phổ phản ứng dạng dao động Bước 1: Xác định điều kiện áp dụng: áp dụng cho tất loại cơng trình Bước : Xác định số dạng dao động cần xét phương pháp phổ phản ứng Bước 3: Xác định chu kì dạng dao động riêng nhà cơng trình Bước 4: Xác định phổ thiết kế khơng thứ ngun nhà cơng trình ứng với dạng dao động Bước 5: Xác định tổng lực cắt chân cơng trình tương ứng với dạng dao động thứ i theo phương X Bước 6: Phân phối tải trọng ngang lên cao trình tầng tổng lực cắt chân cơng trình tương ứng với dạng dao động thứ i theo phương X Bước 7: Tổ hợp dạng dao động cần thiết 2.2.2 Nội dung phương pháp phân tích phi tuyến tĩnh 2.2.2.1 Nội dung - Đặc điểm phương pháp tính tốn quátrình biến dạng phi tuyến kết cấu xảy tácđộng gia tăng đặn tải trọng ngang tải trọng đứng giữ nguyên không thay đổi Quá trình gia tăng đặn tải trọng ngang thực nút kiểm tra (thường cao trìnhđỉnh mái) có chuyển vị ngang chuyển vị mụctiêu định trước, lực cắt đáy đạt lực cắt mục tiêu - Chuyển vị mục tiêu chuyển vị ngang cực đại cao trình mái đạt tới q trình chịu tácđộng địa chấn thiết kế mục tiêu - Phương pháp cho phép theo dõi trình chảy dẻo phá hoại cấu kiện thành phần toàn hệ kết cấu, cho phép xác định chuyển vị ngang khơng đàn hồi tồn chiều cao cơng trình cách thức sụp đổ hệ kết cấu - Vì kết chủ yếu phương pháp đường cong quan hệ lực biến dạng nên cần phải làm rõ thành phần đường cong Trên đường cong quan hệ lực biến dạng, năm điểm A, B, C, D E sử dụng để vạch rõ làm việc biến dạng lực khớp ba điểm IO, LS, CP sử dụng để vạch rõ chuẩn mực chấp nhận cho khớp dẻo + Điểm A: tương ứng điều kiện dỡ tải, việc phân tích chấp nhận tải trọng trọng lực gây tác động ban đầu, tải trọng ngang bắt đầu điểm khác A + Điểm B: cường độ tiết diện cân với cường độ chảy dẻo danh nghĩa Độ dốc từ B đến C thường lấy từ đến 10% đường dốc ban đầu bỏ qua ảnh hưởng tải trọng trọng lực đến dịch chuyển ngang + Điểm C cường độ danh nghĩa xác định theo tiêu chuẩn khác Trong phạm vi tiểu luận nghiên cứu đoạn từ A đến B đến C Các điểm IO, LS CP thể mức hư hỏng cho kết cấu Mức hư hỏng nhẹ IO (Immidiate Occupancy), hư hỏng mà an toàn (Life Safety) trạng thái sụp đổ CP (Collapse Prevention) 2.2.2.2 Phương pháp nghiên cứu Khảo sát mơ hình phương pháp đẩy dần Nghiên cứu làm việc khung chịu tải trọng ngang 2.2.3 Mơ hình hóa phần mềm etabs 2.2.3.1 Phân tích Push-over cho cơng trình Mơ tả cơng trình Khảo sát ảnh hưởng tiết diện cột đến trình hình thành khớp dẻo Khảo sát ảnh hưởng cốt thép đến hình thành khớp dẻo Khảo sát ảnh hưởng sàn đến hình thành khớp dẻo Kết luận - Phương pháp Push-over Analysis xét chất phương pháp gần đúng, thay phân tích động kết cấu phân tích tĩnh - Phương pháp Push-over phù hợp với tiêu chuẩn kháng chấn đại đảm bảo khả chịu lực lớn kết cấu miền đàn hồi đảm bảo kết cấu có khả tiêu tán lượng động đất xảy thơng qua hình thành khớp dẻo - Phân tích Push-over phương pháp kiểm tra,giúp nhìn nhận trực quan hình thành khớp dẻo cơng trình cơng trình bị hư hỏng sụp đổ, từ điều chỉnh thơng số thiết kế tiết diện hàm lượng thép để cơng trình vừa đảm bảo khả chịu lực vừa đảm bảo thỏa mãn tiêu chí cột cứng-dầm yếu, điều chỉnh khớp dẻo vị trí người thiết kế mong muốn - Xác định mối liên hệ chuyển vị đỉnh lực cắt đáy thông qua đường cong khả năng, từ xác định chuyển vị cực đại đỉnh cơng trình trước kết cấu sụp đổ Tài liệu tham khảo Mrugesh D Shah (M.E Structure student, B.V.M Engineering College) & Sumant B Patel (Associate prof B.V.M Engineering College) (2011), NONLINEAR STATIC ANALYSIS OF R.C.C FRAMES (Software Implementation ETABS 9.7), National Conference on Recent Trends in Engineering & Technology, B.V.M Engineering College, V.V.Nagar, Gujarat, India Tiêu chuẩn quốc gia (2012), TCVN 9386:2012 Thiết kế cơng trình chịu tải trọng động đất, Hà Nội Phan Đức Kỳ (2007), Phân tích ứng xử cấu kiện cơng trình chống động đất, Kỉ yếu hội nghị sinh viên CNKH 2007 NIE Jianguo, QIN Kai and XIAO Yan (2006), Push-Over Analysis of the Seismic Behavior of a Concrete-Filled Rectangular Tubular Frame Structure, SINGHUASCIENCE AND TECHNOLOGY ISSN 1007-0214 20/21, Volume 11, Number 1, pp124130, China Ashraf Habibullah & Stephen Pyle (1998), Practical Three Dimensional Nonlinear Static Pushover Analysis, Structure Magazine, Winter, 1998 Peter Fajfar, M.EERI (2000), A Nonlinear Analysis Method for Performances Bases Seismic Design, Earthquake spectra, Vol.16, No.3, pp.573-592   BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang     LỜI NÓI ĐẦU Hiện nước ta, việc tính tốn động đất cho cơng trình nhà cao tầng chưa quan tâm mức Ngun nhân nước ta khơng nằm vùng có mật độ xảy động đất cao chí xảy trận động đất tiêu chuẩn thiết kế cơng trình chống động đất chưa quan tâm đầu tư nghiên cứu cụ thể hoàn chỉnh Nhận thấy ảnh hưởng xấu động đất tầm quan trọng việc thiết kế cơng trình chống động đất tương lai, nhóm chúng em sâu nghiên cứu đề tài khảo sát công trình chộng đất phương pháp phân tích phi tuyến tĩnh (đẩy dần) mơ hình hóa phân mềm Etabs Mặc dù cố gắng đề tài nghiên cứu cịn nhiều thiếu sót Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô bạn Xin chân thành cảm ơn! SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn   BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang       LỜI CẢM ƠN Trước hết, chúng em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Cơ Sở II tạo điều kiện cho chúng em thực đề tài này, đặc biệt thầy KS Đoàn Tấn Thi – giáo viên trực tiếp hướng dẫn chúng em nghiên cứu hoàn thành đề tài thời gian quy định Được hướng dẫn thầy, chúng em nghiên cứu đề quan tâm, phát huy kiến thức học từ ghế nhà trường đọc nhiều tài liệu bổ ích cần thiết cho trình học tập nghiên cứu trình làm việc sau Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2014 SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn     BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang     NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2014 SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn     BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang     MỤC LỤC PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài Phương pháp nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu PHẦN HAI: NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan cơng trình chịu tải trọng động đất 1.1 Ảnh hưởng động đất đến kết cấu nhà nhiều tầng 1.1.1 Động đất 1.1.2 Kết cấu khung bê tông cốt thép chịu tải trọng động đất 1.1.2.1 Khung bê tông cốt thép 1.1.2.2 Nội lực kết cấu 10 1.1.2.3 Ảnh hưởng biến dạng kết cấu 11 1.1.2.4 Chấn động phương ngang phương đứng 11 1.1.2.5 Dịng chảy lực qn tính xuống móng 11 1.1.2.6 Khả làm việc giới hạn đàn hồi kết cấu bê tông cốt thép 12 1.2 Các tiêu chuẩn động đất hành 14 1.2.1 TCVN 9386:2012 Thiết kế cơng trình chịu tải trọng động đất 14 1.2.2 Eurocode 14 1.2.3 Các tiêu chuẩn khác 15 Kết luận chương 16 Chương 2: Tổng quan phương pháp phân tích phi tuyến tĩnh 16 2.1 Nội dung phương pháp tĩnh tính tốn đơn giản 17 2.1.1 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương 17 2.1.2 Phương pháp phổ phản ứng dạng dao động 18 SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn     BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang     2.2 Nội dung phương pháp nghiên cứu phương pháp phân tích phi tuyến tĩnh đẩy dần 19 2.2.1Nội dung phương pháp phân tích phi tuyến tĩnh 19 2.2.2.2 Phương pháp nghiên cứu 21 2.2.2.1 Khảo sát mơ hình chịu tải trọng ngang phương pháp đẩy dần 21 2.2.2.2 Nghiên cứu làm việc khung chịu tải trọng ngang 21 2.2.2.3 Cách xác định thông số chuyển vị mục tiêu dùng phân tích Pushover: 21 Kết luận chương 3…………………………………………………………… 22 Chương 3: Mơ hình hóa phần mềm Etabs 23 3.1 Phân tích push-over cho cơng trình phần mềm Etabs 23 31.1 Mơ tả cơng trình 23 3.1.2Khảo sát hình thành khớp dẻo ứng với chuyển vị mục tiêu: 23 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng tiết diện cột đến trình hình thành khớp dẻo 31 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng cốt thép đến trình hình thành khớp dẻo 38 3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng sàn đến trình hình thành khớp dẻo 39 KẾT LUẬN 41 KIẾN NGHỊ 41 Tài liệu tham khảo 42  SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn     BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang     PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu - Vào thập niên 80 kỷ XX hàng loạt kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm thực hiện, quan điểm thiết kế kháng chấn hình thành Theo quan điểm cơng trình thiết kế cho có khả chịu trận động đất vừa nhỏ xuất ngẫu nhiên mà cơng trình khơng bị hư hỏng, gặp trận động đất mạnh cơng trình khơng bị sụp đổ - Ở nước ta nay, việc tính tốn động đất cho cơng trình xây dựng dân dụng chưa quan tâm mức Tuy nhiên với thảm họa động đất xảy giới Việt Nam cho thấy rằng, để giảm thiểu thiệt hại người tài sản động đất gây thân cơng trình xây dựng phải thiết kế chịu động đất quốc gia phải có biện pháp phù hợp cho vấn đề - Hiện viêc tính tốn cơng trình chịu tải trọng động đất có phương pháp phương pháp phân tích tĩnh đẩy cưỡng bức, phương pháp tĩnh lực ngang tương đương, phương pháp phân tích phổ dao động hay phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian Các thành phần tải trọng nhập vào mơ hình sau lấy kết nội lực để thiết kế - Với việc tính tốn khơng thể rõ làm việc khung chịu tải trọng ngang, vị trí kết cấu cơng trình khơng rõ làm việc đặc biệt kiểm tra lại kết thiết kế cơng trình chịu tải trọng ngang, vị trí hư hỏng cơng trình xuất hợp lý hay chưa - Cịn phương pháp phân tích tĩnh đẩy cưỡng tải trọng ngang tăng cách liên tục đặn, cho phép xác định điểm yếu kiểu hư hỏng tìm thấy cơng trình cách trực quan Lý chọn đề tài - Trong nhiều phương pháp phân tích cơng trình chịu tải trọng động đất (phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương, phương pháp phân tích phổ phản ứng, phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian phương pháp phân tích tĩnh đẩy cưởng (push over) phương pháp phân tích tĩnh đẩy cưỡng cho ta tính tốn sơ làm việc hệ kết cấu sau miền giới hạn đàn hồi kiểm tra cách trực quan điểm hư hỏng kết cấu SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn     BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 28     Step 10,11: - khớp dẻo dầm tầng khớp dẻo dầm tầng giai đoạn B, khớp dẻo đỉnh cột tầng 1, khớp dẻo chân cột tầng 2, giai đoạn IO khớp dẻo chân cột tầng 1, khớp dẻo dầm tầng xuất giai đoạn LS, khớp dẻo chân cột tầng xuất giai đoạn E Step 12: - khớp dẻo dầm tầng khớp dẻo dầm tầng giai đoạn B, khớp dẻo đỉnh cột tầng 1, khớp dẻo chân cột tầng 2, giai đoạn IO, khớp dẻo dầm tầng xuất giai đoạn LS, khớp dẻo chân cột tầng xuất giai đoạn C khớp dẻo chân cột tầng xuất giai đoạn E SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn     BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 29     Step 13: - khớp dẻo dầm tầng khớp dẻo dầm tầng giai đoạn B, khớp dẻo đỉnh cột tầng 1, khớp dẻo chân cột tầng 2, giai đoạn IO, khớp dẻo dầm tầng xuất giai đoạn LS khớp dẻo chân cột tầng xuất giai đoạn E - Cơng trình sụp đổ hồn tồn Ứng với chuyển vị ∆ = 0,1134 m - Kết biểu đồ quan hệ chuyển vị lực cắt đáy SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn     BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 30     - Bảng giá trị chuyển vị lực cắt đáy qua step SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn     BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 31     Nhận xét: - Qua step phân tích phần mềm ta thấy dù cơng trình thiết kế thỏa mãn khả chịu lực cơng trình bị hư hỏng hay sụp đổ xuất khớp dẻo dầm cột khơng đảm bảo tiêu chí cột cứng-dầm yếu - Khớp dẻo xuất dầm trước cột cột lại hư hỏng sụp đổ trước dầm chứng tỏ tiết diện cột hay hàm lượng thép không đủ, cần hiệu chỉnh - Xác định lực cắt đáy móng lớn cơng trình sụp đổ 27,8130 (T) 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng tiết diện cột đến trình hình thành khớp dẻo Tiến hành khảo sát tiết diện cột thay đổi từ (250x250), (350x350) (500x500) để quan sát điều chỉnh khớp dẻo dầm cột Tiết diện cột 250x250 mm: Ta khảo sát step có xuất khớp dẻo cột thay đổi giai đoạn làm việc khớp dẻo cột so với dầm để đánh giá hợp lý thiết kế - Step 4: Khớp dẻo giai đoạn B xuất chân cột tầng SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn     BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 32     - Step 5: Một khớp dẻo giai đoạn LS xuất chân cột tầng - Step 6: Ba khớp dẻo giai đoạn LS xuất chân cột tầng SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn     BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 33     - Step 9: Khớp dẻo giai đoạn E xuất chân cột chưa có vị trí dầm xuất khớp dẻo giai đoạn Do thiết kế chưa hợp lí Khơng thỏa mãn tiêu chí dầm yếu cột cứng Tiết diện cột 350x350: Ta khảo sát step để đưa kết luận Step 2: Khớp dẻo giai đoạn B xuất vị trí chân cột SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn   BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 34       - Step 5: Khớp dẻo giai đoạn LS xuất chân cột tầng - Step 8: Khớp dẻo giai đoạn C xuất vị trí chân cột tầng 1, tiết diện dầm khơng có khớp dẻo giai đoạn xuất SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn   BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 35       Vậy tiết diện 300x300 điều chỉnh hình thành khớp dẻo hợp lý tiết diện 250x250 chưa thỏa mãn tiêu chí cột cứng - dầm yếu - Kết biểu đồ quan hệ chuyển vị lực cắt đáy Tiết diện cột 350x350: Ta khảo sát step để đưa kết luận Step 3: Độ cứng cột tiếp tục tăng lên khớp dẻo giai đoạn B hình thành dầm tầng dầm tầng 2, vị trí cột chưa xuất khớp dẻo SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn   BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 36       - Step 5: Khớp dẻo xuất hợp lý so với trường hợp tiết diện trước, tất khớp dẻo dầm khớp dẻo cột giai đoạn IO có khớp dẻo vị trí dầm giai đoạn B - Step 8: Khớp dẻo xuất dầm cột giai đoạn LS Tại dầm tầng xuất khớp dẻo giai đoạn IO SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn   BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 37       - Step 10: Khớp dẻo giai đoạn C xuất chân cột tầng dầm xuất khớp dẻo giai đoạn LS Vậy tiết diện 350x350 điều chỉnh hình thành khớp dẻo hợp lý tiết diện 300x300 nhiên chưa thỏa mãn tiêu chí cột cứng - dầm yếu - Kết biểu đồ quan hệ chuyển vị lực cắt đáy SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn   BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 38       Nhận xét: - Khi ta tăng tiết diện cột từ 250x250 mm lên 300x300 mm chạy tốn thiết kế hình thành khớp dẻo hợp lý nhiên cột bị hư hỏng sụp đổ trước dầm, chứng tỏ độ cứng cột chưa đảm bảo - Tiếp tục tăng tiết diện cột từ 300x300 lên 350x350 xuất cột chưa đảm bảo tiêu chí cột cứng-dầm yếu, dầm bị phá hoại hư hỏng sau cột 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng cốt thép đến trình hình thành khớp dẻo Tiến hành khảo sát cột 350x350 với lượng thép 16d tăng lên 20d để xem xét hình thành khớp dẻo cơng trình Tiết diện 350x350 với lượng thép 16d - Từ step đến step 10 kết cấu hình thành khớp dẻo hợp lý, từ step 11 khớp dẻo xuất không hợp lý, cột tầng xuất khớp dẻo giai đoạn C, khớp dẻo giai đoạn D, khớp dẻo giai đoạn E khớp dẻo dầm cịn giai đoạn LS - Hình ảnh mơ hình Step 11: SVTH: Nguyễn Thế Hồi – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn   BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 39       Tiết diện 350x350 với lượng thép 20d - Ta khảo sát step cuối cùng, ứng với chuyển vị max đỉnh cơng trình lúc khớp dẻo đầu dầm tầng giai đoạn D, khớp dẻo dầm tầng giai LS khớp dẻo cột LS IO, khớp dẻo dầm ta không xét, chịu lực động đất dồn nội lực đầu dầm Nhận xét: - Khi ta chạy tốn thiết kế với tiết diện 350x350, 16d đảm bảo khả chịu tải cơng trình kiểm tra lại pushover phân bố khớp dẻo không hợp lý, tăng tiết diện lên 20d tiêu chí cột cứng dầm yếu thỏa mãn - Bài toán Push-over cho ta cách nhìn trực quan hơn, hàm lượng thép thức tế cần thiết cho kết cấu cần lớn hàm lượng thép thiết kế tương đối nhiều 3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng sàn đến trình hình thành khớp dẻo Ta tiến hành khảo sát độ cứng khung ảnh hưởng đến xuất khớp dẻo thơng qua việc mơ hình có sàn khơng sàn Ta khảo sát với mơ hình cột 250x250 mm dầm 250x500 mm Hệ khung không sàn - Khớp dẻo hình thành hợp lý, khớp dẻo dầm cột tầng giai đoạn B SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn   BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 40       Hệ có sàn dày 150 mm - Xuất khớp dẻo cột tầng giai LS E khớp dẻo tầng giai đoạn B, IO SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn   BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 41       Nhận xét: - Độ cứng khung thay đổi dẫn đến thay đổi hình khớp dẻo - Trường hợp khơng có sàn khớp dẻo phân bố hợp lý, dầm tầng bị sụp đổ trước - Trường hợp có sàn làm tăng độ cứng hệ dầm, khớp dẻo sụp đổ xuất cột trước, khơng đảm bảo tiêu chí cột cứng-dầm yếu, hệ dầm tầng bị hư hỏng sụp đổ trước Kết luận chương Việc mơ hình hóa cho ta nhìn trực quan làm việc kết cấu, thứ tự hình thành khớp dẻo mức độ cho phép khớp dẻo xuất kết cấu Sự ảnh hưởng tiết diện, hàm lượng cốt thép độ cứng kết cấu có ảnh hưởng lớn đến hình thành khớp dẻo kết cấu KẾT LUẬN - Phương pháp Push-over Analysis xét chất phương pháp gần đúng, thay phân tích động kết cấu phân tích tĩnh - Phương pháp Push-over phù hợp với tiêu chuẩn kháng chấn đại đảm bảo khả chịu lực lớn kết cấu miền đàn hồi đảm bảo kết cấu có khả tiêu tán lượng động đất xảy thơng qua hình thành khớp dẻo - Phân tích Push-over phương pháp kiểm tra,giúp nhìn nhận trực quan hình thành khớp dẻo cơng trình cơng trình bị hư hỏng sụp đổ, từ điều chỉnh thơng số thiết kế tiết diện hàm lượng thép để cơng trình vừa đảm bảo khả chịu lực vừa đảm bảo thỏa mãn tiêu chí cột cứng-dầm yếu, điều chỉnh khớp dẻo vị trí người thiết kế mong muốn - Xác định mối liên hệ chuyển vị đỉnh lực cắt đáy thông qua đường cong khả năng, từ xác định chuyển vị cực đại đỉnh cơng trình trước kết cấu sụp đổ KIẾN NGHỊ - Cần mơ hình cơng trình cách đầy đủ xác so với thiết kế ban đầu xuất khớp dẻo thay đổi tương đối khó kiểm sốt SVTH: Nguyễn Thế Hồi – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn   BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2014 Trang 42       - Tiết diện hàm lượng thép tăng lên tương đối lớn so với thiết kế miền đàn hồi - Cần sử dụng nhiều vách thay cho cột độ cứng vách lớn cột, dễ điều chỉnh khớp dẻo hình thành phát triển dầm trước cột Tài liệu tham khảo - Mrugesh D Shah (M.E Structure student, B.V.M Engineering College) & Sumant B Patel (Associate prof B.V.M Engineering College) (2011), NONLINEAR STATIC ANALYSIS OF R.C.C FRAMES (Software Implementation ETABS 9.7), National Conference on Recent Trends in Engineering & Technology, B.V.M Engineering College, V.V.Nagar, Gujarat, India - Tiêu chuẩn quốc gia (2012), TCVN 9386:2012 Thiết kế công trình chịu tải trọng động đất, Hà Nội - Phan Đức Kỳ (2007), Phân tích ứng xử cấu kiện cơng trình chống động đất, Kỉ yếu hội nghị sinh viên CNKH 2007 - NIE Jianguo, QIN Kai and XIAO Yan (2006), Push-Over Analysis of the Seismic Behavior of a Concrete-Filled Rectangular Tubular Frame Structure, SINGHUASCIENCE AND TECHNOLOGY ISSN 1007-0214 20/21, Volume 11, Number 1, pp124-130, China - Ashraf Habibullah & Stephen Pyle (1998), Practical Three Dimensional Nonlinear Static Pushover Analysis, Structure Magazine, Winter, 1998 - Peter Fajfar, M.EERI (2000), A Nonlinear Analysis Method for Performances Bases Seismic Design, Earthquake spectra, Vol.16, No.3, pp.573-592   SVTH: Nguyễn Thế Hoài – Trần Văn Huệ - Lê Hữu Thức – Trần Ngọc Trường Sơn