Đánh giá phương pháp phổ phản ứng trong tính toán tải trọng động đất lên nhà nhiều tầng có kết cấu không đều đặn và dễ xoắn (tóm tắt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ THUẬN ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHỔ PHẢN ỨNG TRONG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT LÊN NHÀ NHIỀU TẦNG CĨ KẾT CẤU KHƠNG ĐỀU ĐẶN VÀ DỄ XOẮN C C R UT.L D Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số : 8.58.02.01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2021 Cơng trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS TS TRẦN QUANG HƯNG Phản biện 1: TS TRẦN ANH THIỆN Phản biện 2: PGS TS PHẠM THANH TÙNG C C R UT.L D Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 24 tháng 01 năm 2021 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN  Thư viện Khoa Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Trong lịch sử tồn phát triển, nhân loại phải đương đầu với tai họa thiên nhiên lũ lụt, hạn hán, bảo tố, động đất, núi lửa, sóng thần Trong động đất thảm họa thiên nhiên có khả phá hủy vơ khủng khiếp, phá hủy thành phố, khu vực bị sụt lún hồn toàn Gây hệ lụy to lớn cho người ảnh hưởng đến phát triển xã hội Do việc tiến hành nghiên cứu đề tài “Đánh giá phương pháp phổ phản ứng tính toán tải trọng động đất lên nhà nhiều tầng có kết cấu không đặn dễ xoắn” cần thiết C C R UT.L Mục tiêu nghiên cứu đề tài: D - Tính tốn tải động đất theo phương pháp phổ phản ứng quy định tiêu chuẩn, phân tích dao động riêng nhà với mơ hình khơng gian có kể đến dao động xoắn - Kiểm tra lại tính xác phương pháp dựa vào việc so sánh với mơ hình phân tích trực tiếp phản ứng nhà tác động gia tốc thay đổi theo thời gian (Time history analysis) - Đề xuất phương pháp tính tốn hợp lý cho nhà có mặt khơng đặn, xoắn nhiều nguy hiểm Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, phân tích, tính toán ứng xử kết cấu tác động động đất theo phương pháp phổ phản ứng, đề xuất phương án hợp lý - Phạm vi nghiên cứu: Ứng xử kết cấu nhà cao tầng không đối xứng tác động tải động đất Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Kết nghiên cứu luận văn sử dụng: Tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành xây dựng trường Đại học Cao đẳngTài liệu tham khảo cho kỹ sư, cán kỹ thuật xây dựng Bố cục đề tài Tổng quan tài liệu nghiên cứu: Tại Việt Nam, nghiên cứu động đất Viện Vật lý địa cầu thuộc Trung tâm khoa học tự nhiên công nghệ Quốc gia tiến hành Hệ thống thông số động đất, mục lục động đất Việt Nam, quy luật vẻ tính động đất nghiên cứu khái qt cơng trình: “Nghiên cứu dự báo động đất dao động Việt Nam”; “Động đất lãnh thô Liệt Nam — Nguyễn Đình Xuyên C C R UT.L năm 1985’’ Năm 2006, Bộ Xây dựng ban hành Tiêu chuẩn thiết kế động đất TCXDVN 375:2006 sở chấp nhận Eurocode D CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG ĐẤT 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN KÉT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẠI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN NHÀ CAO TẦNG CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 2.1 GIẢ THUYẾT TÍNH TỐN  Giả thiết ngơi nhà làm việc cơng xon có độ cứng uốn tương đương độ cứng hệ kết cấu hợp thành  C C R UT.L Giả thiết hệ kết cấu tiếp thu phần tải trọng D ngang tỷ lệ với độ cứng uốn (xoắn) chúng, liên kết chặt chẽ với hệ khác qua giằng liên kết khớp hai đầu  Giả thiết hệ chịu lực có dạng đường cong uốn 2.2 Phương pháp tính toán Phương pháp phân tích phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (PPPTHH) phương pháp đặc biệt có hiệu để tìm dạng gần hàm chưa biết miền xác định 2.3 Sơ đồ tính toán Căn vào giả thiết tính tốn phân chia thành sơ đồ tính theo nhiều cách khác 2.3.1 Sơ đồ phẳng tính toán theo hai chiều 2.3.2 Sơ đồ tính toán khơng gian 2.4 Các bước tính toán  Chọn sơ đồ tính tốn  Xác định loại tải trọng  Xác định đặc trưng hình học độ cứng kết cấu  Phân phối tải trọng ngang vào hệ chịu lực  Xác định nội lực, chuyển vị hệ, cấu kiện  Kiểm tra điều kiện bền, chuyển vị đặc trưng động  Kiểm tra ổn định cục ổn định tổng thể cơng trình 2.5 Xác định tải trọng 2.5.1 Tĩnh tải C C R UT.L 2.5.2 Hoạt tải D 2.5.2.1 Các phương pháp tính toán cơng trình chịu tải trọng động đất Phương pháp phổ phản ứng Đây phương pháp dự đoán phản ứng lớn hệ chịu tác động động đất dựa vào số liệu trận động đất xảy trước Phương pháp áp dụng cho áp dụng với hầu hết loại nhà cao tầng Phải xét tới phản ứng tất dạng dao động góp phần đáng kể vào phản ứng tổng thể nhà.Các yêu cầu thỏa mãn đạt điều kiện sau: - Tổng khối lượng hữu hiệu dạng dao động xét chiếm 90% tổng khối lượng kết cấu; - Tất dạng dao động có khối lượng hữu hiệu lớn 5% tổng khối lượng xét đến  Với thành phần nằm ngang tác động động đất Với thành phần nằm ngang tác động động đất, phổ phản ứng đàn hồi Se(T) xác định công thức sau:  T   T  TB : Se  T   a g S 1   .2.5.1  TB  TB  T  TC : Se  T   a g S..2.5 T  TC  T  TD : Se  T   a g S..2.5  c  T  T T  TD  T  4s : Se  T   a g S..2.5  C D   T  C C R UT.L (2.1) (2.2) (2.3) (2.4) D Phương pháp phân tích động đất theo lịch sử thời gian Có thể lý tưởng hóa cơng trình N tầng thành hệ có khối lượng tập trung đặt tầng Phương trình chuyển động chủ đạo hệ N tầng mu(t)  Cu(t)  Ku(t)  mx u gx (t)  my u gv (t)  mz u gz (t) (2.5) 2.6 Tổ hợp tải trọng 2.6.1 Tổ hợp tải trọng 2.6.2 Tổ hợp tải trọng đặc biệt 2.7 Kiểm tra chuyển vị 2.7.1.1 Chuyển vị đỉnh Nếu thực phân tích tuyến tính chuyển vị gây tác động động đất thiết kế phải tính tốn sở biến dạng đàn hồi hệ kết cấu biểu thức đơn giản sau: ds  qd dc (2.6) Trong đó:  ds chuyển vị điểm hệ kết cấu gây tác động động đất thiết kế;  qd hệ số ứng xử chuyển vị, giả thiết q có quy định khác;  dc chuyển vị điểm hệ kết cấu xác định phân tích tuyến tính dựa phổ phản ứng thiết kế Giá trị ds không thiết phải lớn giá trị xác định từ phổ C C R UT.L đàn hồi D CHÚ THÍCH: Nói chung qd lớn q chu kỳ kết cấu nhỏ Tc 2.7.1.2 Chuyển vị lệch tầng  Đối với nhà có phận phi kết cấu vật liệu giòn gắn vào kết cấu: d r   0.005h  (2.7) Đối với nhà có phận phi kết cấu vật liệu dẻo: d r   0.0075h (2.8)  Đối với nhà có phận phi kết cấu cố định cho không ảnh hưởng đến biến dạng kết cấu nhà khơng có phận phi kết cấu: d r   0.01h (2.9) 2.8 Theo phương pháp phổ phản ứng: 2.8.1 Mặt không đặn (5) P Nhà xếp loại có hình dạng đặn mặt phải thỏa mãn điều kiện Độ mảnh  = Lmax/Lmin mặt nhà cơng trình khơng lớn 4, Lmax Lmin kích thước lớn bé mặt nhà theo hai phương vng góc 2.8.2 Mặt dễ xoắn: (6) Tại tầng hướng tính tốn x y, độ lệch tâm kết cấu e0 bán kính xoắn r phải thỏa mãn điều kiện C C R UT.L đây, điều kiện viết cho phương y: D e0x ≤ 0,30 rx (2.10) rx ≥ l s (2.11) 2.8.3 Tâm sàn tuyệt đối cứng: So sánh trường hợp sàn tuyệt đối cứng sàn không tuyệt đối cứng: Ta thấy |𝑢1 −𝑢2 | 𝑢1 × 100% ≤ 15% nên coi sàn tuyệt đối cứng 2.8.4 Dạng dao động Khi phân tích không gian cần thỏa mãn hai điều kiện sau: k 3 n (2.12) Và Tk ≤ 0,20 s đó: k số dạng dao động xét tới tính tốn; n số tầng móng đỉnh phần cứng phía dưới; Tk chu kỳ dao động dạng thứ k D C C R UT.L (2.13) 10 3.2 Số liệu phân tích 3.2.1 Vật liệu 3.2.2 Tải trọng 3.3 Các trường hợp phân tích 3.3.1 Trường hợp Phân tích ứng xử cơng trình chịu tải trọng động đất theo phương pháp phổ phân ứng 3.3.2 Trường hợp Phân tích ứng xử cơng trình chịu tải trọng động đất theo phương pháp lịch sử thời gian C C R UT.L 3.4 PHÂN TÍCH ĐỘNG ĐẤT TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH D BẰNG PHẢN MỀM ETABS 3.4.1 Cơng trình 3.4.1.1 Mơ hình cơng trình phần mềm etabs Hình 3.2 Mơ hình cơng trình phần mềm Etabs 11 3.4.1.2 Khai báo tải trọng động đất C C R UT.L Khai báo tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng TCVN 9386:2012 quận Hải Châu – Tp Đà Nẵng (Function Definition) D Sau khai báo phổ phản ứng, thực bước khai báo tải trọng động đất dựa phổ khai báo Khai báo tải trọng động đất theo phương pháp lịch sử thời gian (Time history function definition) Khai báo phổ ngang quận Hải Châu – TP Đà Nẵng Sử dựng phổ nhân tạo etabs, kết lấy trung bình 3.4.1.3 Phân tích mơ hình 12 Khai báo tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng Hình 3.3 Giá trị phổ phản ứng Hải Châu – TP Đà Nẵng C C R UT.L Khai báo tải trọng động đất theo phương pháp lịch sử thời gian Khai báo theo thứ tự phổ nhân tạo etabs cách  Function1: Chọn matched to response spectrum  Function2: Chọn matched to response spectrum  Function2: Chọn matched to response spectrum D 13 C C R UT.L Hình 3.4 Tạo phổ nhân tạo time history D Hình 3.5 Tạo phổ nhân tạo time history 14 C C R UT.L Hình 3.6 Tạo phổ nhân tạo time history D Hình 3.7 Kết hợp phổ mục tiêu lịch sử thời gian theo phương X 15 C C R UT.L Hình 3.8 Kết hợp phổ mục tiêu lịch sử thời gian theo phương Y Chuyển vị đỉnh Kiểm tra chuyển vị đỉnh động đất – Phổ phản ứng : 𝐻 53100 𝑓𝑢 = = = 106.2 𝑚𝑚 500 500 Max(𝑈𝑥 ) = 10.471