Tính toán công trình chịu nứt

bộ giáo dục và đào tạo tr ờng đại học xây dựng hồ việt hùng sự suy giảm độ cứng của kết cấu bê tông cốt thép và ảnh h ởng của nó tới tác động của động đất lên công trình luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hà Nội - 2010 bộ giáo dục và đào tạo tr ờng đại học xây dựng hồ việt hùng sự suy giảm độ cứng của kết cấu bê tông cốt thép và ảnh h ởng của nó tới tác động của động đất lên công trình Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60.58.20 luận văn thạc sĩ kỹ thuật cán bộ h'ớng dẫn pgs. ts. nguyễn lê ninh Hà Nội - 2010 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hồ Việt Hùng CHXD07_02 lời cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô ở Tr ờng Đại học Xây dựng trong suốt quá trình đào tạo thạc sĩ đã cung cấp kiến thức và các ph ơng pháp để em có thể áp dụng trong nghiên cứu và giải quyết các vấn đề trong luận văn của mình. Xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới PGS. TS. Nguyễn Lê Ninh, ng ời đã nhiệt tình h ớng dẫn em thực hiện luận văn này. Hà Nội, 01/06/2010 Học viên Hồ Việt Hùng Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hồ Việt Hùng CHXD07_02 mục lục Trang T rang phụ bìa Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị phần mở đầu Ch ơng I - Độ cứng và các yếu tố ảnh h ởng tới độ cứng 5 1.1. Khái niệm và phân loại độ cứng 5 1.1.1. Khái niệm độ cứng 5 1.1.2. Phân loại độ cứng 6 1.1.2.1. Độ cứng dọc trục 6 1.1.2.2. Độ cứng chống uốn 7 1.1.2.3. Độ cứng chống xoắn 7 1.1.2.4. Độ cứng chống cắt 8 1.1.2.5. Độ cứng theo ph ơng đứng và độ cứng theo ph ơng ngang 9 1.2. Các yếu tố ảnh h ởng đến độ cứng 9 1.2.1. Các yếu tố ảnh h ởng đến độ cứng của cấu kiện . 9 1.2.1.1. Đặc tr ng vật liệu 9 1.2.1.2. Đặc tr ng hình học 10 1.2.1.3. Điều kiện biên 13 1.2.2. Các yếu tố ảnh h ởng đến độ cứng của hệ kết cấu 14 1.2.2.1. Độ cứng các cấu kiện và sự phân bố độ cứng 14 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hồ Việt Hùng CHXD07_02 trong hệ kết cấu 1.2.2.2. Tính chất của các liên kết 16 Ch ơng Ii. ý nghĩa và vai trò của độ cứng trong tính toán công trình 18 2.1. Độ cứng trong tính toán công trình chịu tải trọng động bất kỳ 18 2.1.1. Hệ đàn hồi tuyến tính 18 2.1.2. Hệ đàn hồi phi tuyến 25 2.2. Độ cứng trong tính toán công trình chịu tải trọng động đất 27 2.2.1. Tính toán tải trọng động đất theo quan điểm cũ 27 2.2.2. Tính toán tải trọng động đất theo quan điểm hiện đại 27 Ch ơng III. Tính toán kết cấu bê tông cốt thép có xét tới sự suy giảm độ cứng 30 3.1. Phản ứng phi tuyến của các cấu kiện bê tông cốt thép 30 3.2. Các nghiên cứu về sự suy giảm độ cứng của các cấu kiện bê tông cốt thép 36 3.3. Hệ số hiệu chỉnh mô men quán tính trong tiêu chuẩn các n ớc 40 Ch ơng IV. ví dụ tính toán tải trọng động đất khi xét tới sự suy giảm độ cứng của kết cấu 44 4.1. Các số liệu thiết kế 44 4.2. Khối l ợng công trình tham gia dao động 46 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hồ Việt Hùng CHXD07_02 4.3. Mô hình phân tích dao động 50 4.4. Tải trọng của động đất tác dụng lên công trình khi không xét tới sự suy giảm độ cứng của kết cấu 50 4.5. Tải trọng của động đất tác dụng lên công trình khi có xét tới sự suy giảm độ cứng của kết cấu theo tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 53 4.6. Tải trọng của động đất tác dụng lên công trình khi có xét tới sự suy giảm độ cứng của kết cấu theo tiêu chuẩn ACI 318-05 57 4.7. Tải trọng của động đất tác dụng lên công trình khi có xét tới sự suy giảm độ cứng của kết cấu theo Paulay và Priestley 61 4.8. Tải trọng động đất tác dụng lên công trình khi coi dầm là tuyệt đối cứng 65 4.8.1. Tr ờng hợp dầm tuyệt đối cứng và không xét tới sự suy giảm độ cứng của cột 65 4.8.2. Tr ờng hợp dầm tuyệt đối cứng và có tới sự suy giảm độ cứng của cột theo Paulay và Priestley 66 4.8.3. Tr ờng hợp dầm tuyệt đối cứng và có tới sự suy giảm độ cứng của cột theo TCXDVN 375:2006 67 4.9. Tải trọng động đất tác dụng lên công trình khi coi độ cứng của dầm không suy giảm và độ cứng của cột suy giảm ở các mức độ khác nhau 70 4.10. Tải trọng động đất tác dụng lên công trình khi độ cứng của dầm suy giảm và độ cứng của cột suy giảm ở các mức độ khác nhau 71 4.11. Nhận xét về kết quả tính toán 72 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hồ Việt Hùng CHXD07_02 Ch ơng V. kết luận kiến nghị 78 5.1. Kết luận 78 5.2 Kiến nghị 79 Danh mục tài liệu tham khảo 81 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hồ Việt Hùng CHXD07_02 danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt A Diện tích tiết diện ngang của cấu kiện A g Diện tích tiết diện nguyên c Hệ số cản E Mô dun đàn hồi của vật liệu F Tải trọng F b Lực cắt đáy F C Lực cản f c C ờng độ chịu nén của bê tông mẫy thử hình trụ F H Lực đàn hồi F Q Lực quán tính f r C ờng độ chịu kéo của bê tông G Mô đun đàn hồi chống cắt của vật liệu H Chiều cao hình học của cấu kiện I cr Mô men quán tính của tiết diện bị nứt I e Mô men quán tính hiệu dụng I g Mô men quán tính tiết diện nguyên I p Mô men quán tính chống xoắn k Độ cứng k f Độ cứng chống uốn K o Độ cứng đàn hồi ban đầu K s Độ cứng cát tuyến k s Độ cứng chốn g cắt K t Độ cứng tiếp tuyến L Chiều dài hình học của cấu kiện M Mô men uốn m Khối l ợng M a Mô men tải trọng khai thác Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hồ Việt Hùng CHXD07_02 M cr Mô men nứt M y Mô men chảy dẻo M z Mô men xoắn N Lực dọc n Tỉ số nén T Chu kỳ dao động V Lực cắt đáy x Chuyển vị ngang c ủa kết cấu D Biến dạng dài I Mô men quán tính chống uốn d Chuyển vị d i Chuyển vị ngang t ơng đối theo tầng e Biến dạng dài t ơng đối f Góc xoay j Góc xoắn r Bán kính cong của đ ờng đàn hồi s ứng suất Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hồ Việt Hùng CHXD07_02 danh mục các bảng Trang Bảng 3.1: Mô men quán tính hiệu dụng của các cấu kiện theo Paulay và Priestley 39 Bảng 3.2: Mô men quán tính hiệu dụng của các cấu kiện theo ACI 318-05 41 Bảng 3.3: Mô men quán tính hiệu dụng của các cấu kiện theo NZS 3101 41 Bảng 3.4: Mô men quán tính hiệu dụng của các cấu kiện theo CSA-A23.3-04 42 Bảng 4.1: Dạng dao động của công trình theo ph ơng X 51 Bảng 4.2: Lực cắt và chuyển vị của các tầng 52 Bảng 4.3: Dạng dao động của công trình theo ph ơng X 54 Bảng 4.4: Lực cắt và chuyển vị của các tầng 56 Bảng 4.5: Phân phối lực cắt đáy lên chiều cao công trình 57 Bảng 4.6: Dạng dao động của công trình theo ph ơng X 58 Bảng 4.7: Phân phối lực cắt đáy lên chiều cao công trình 60 Bảng 4.8: Phân phối lực cắt đáy lên chiều cao công trình 61 Bảng 4.9: Dạng dao động của công trình theo ph ơng X 62 Bảng 4.10: Lực cắt đày và chuyển vị của các tầng 64 Bảng 4.11: Lực cắt đày và chuyển vị của các tầng 65 Bảng 4.12: Dạng dao động của công trình theo ph ơng X 69 Bảng 4.13: Chu kỳ dao động của công trình 71 Bảng 4.14: Lực động đất tác dụng lên công trình F b (kN) 71 Bảng 4.15: Chu kỳ dao động của công trình 72 Bảng 4.16: Lực động đất tác dụng lên công trình F b (kN) 73 Bảng 4.17: Sự thay đổi giá trị cỉa T (s) và F (kN) giữa các mô hình tính toán 73 Bảng 4.18: Sự thay đổi giá trị cỉa T (s) và F (kN) giữa các mô hình tính toán 75 [...]... x(t) F(t) (e) Hình 2.1 Mô hình tính toán hệ kết cấu có một bậc tự do động chịu tải trọng bất kỳ a) Khung thực một tầng; b) Mô hình tính toán lý tưởng; c) Mô hình tính toán tương đương; d) và e) Sơ đồ lực tác động Trong quá trình chuyển động, hệ chịu các lực tác dụng sau: lực đàn hồi FH(t), lực cản FC(t), lực quán tính FQ(t), và ngoại lực F(t) Trong bài toán hệ đàn hồi tuyến tính, lực đàn hồi và lực cản... hưởng tới độ cứng Hồ Việt Hùng CHXD07_02 4 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chương II: ý nghĩa và vai trò của độ ứng trong tính toán kết cấu Chương này đề cập đến vai trò của độ cứng trong tính toán kết cấu công trình chịu tải trọng bất kỳ và trường hợp chịu tải trọng động đất Chương III: Tính toán kết cấu bê tông cốt thép có xét tới sự suy giảm độ cứng Chương này đề cập đến vấn đề suy giảm độ cứng của các... của khung được tính bằng mét (m) Hồ Việt Hùng CHXD07_02 17 luận văn thạc sĩ kỹ thuật Các công thức (1.13) và (1.14) cho thấy sự ảnh hưởng của độ cứng nút khung tới chu kỳ dao động của công trình, nút khung càng cứng thì chu kỳ dao động càng giảm (độ cứng của công trình tăng) Hồ Việt Hùng CHXD07_02 18 luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG iI ý NGHĩA Và VAI TRò CủA độ CứNG TRONG TíNH TOáN CÔNG TRìNH 2.1 Độ... động đất tác dụng lên công trình cho đến nay, lý thuyết kháng chấn đã luôn được thay đổi về cả phương pháp tính, mục tiêu và quan niệm Nếu như từ những năm 1900, công trình được xem là một vật cứng tuyệt đối trên mặt đất và tải trọng động đất được xác định đơn thuần bằng lực quán tính do gia tốc của nền đất gây nên, thì tới nay, bằng các phương pháp tính toán động lực học công trình, chúng ta có thể... nhiều vào cấp độ tải trọng Đối với cấu kiện chịu uốn hoặc chịu kéo nén lệch tâm, khi ứng suất tại thớ chịu kéo vượt qua cường độ chịu kéo của vật liệu, vết nứt xuất hiện khiến tại vị trí đó diện tích phần bê tông bị giảm yếu Do đó, mô men quán tính chống uốn của tiết diện sẽ giảm xuống khi tải trọng tăng lên Hình 1.6 là ví dụ về việc tính toán mô men quán tính chống uốn cho cấu kiện bê tông cốt thép... cứng trong tính toán công trình chịu tải trọng động bất kỳ 2.1.1 Hệ đàn hồi tuyến tính Tải trọng động là loại tải trọng có độ lớn, chiều hay điểm đặt thay đổi theo một quy luật nào đó Dưới tác dụng của tải trọng động, biến dạng, chuyển vị và nội lực trong kết cấu thay đổi theo thời gian Sự dịch chuyển của các khối lượng trên công trình với một gia tốc nhất định phát sinh ra các lực quán tính đặt tại... ra hiện tượng dao động của công trình Bài toán dao động công trình đặt ra các nhiệm vụ: xác định phản ứng động (nội lực, chuyển vị) để kiểm tra điều kiện bền và điều kiện cứng, xác định tần số dao động để kiểm soát hiện tượng cộng hưởng, xác định kiểm soát gia tốc dao động cực đại để đảm bảo công năng sử dụng của công trình Một phương pháp đơn giản thường gặp để giải các bài toán động là phương pháp... trọng bé, cấu kiện chưa bị nứt a Vùng bê tông chịu nén Vùng bê tông chịu kéo với ứng suất thấp Vùng bê tông nứt do ứng suất kéo cao b (a) Tải trọng lớn cấu kiện bị nứt Hình 1.6 Mô men quán tính chống uốn I của cấu kiện bê tông cốt thép Đối với cấu kiện bê tông cốt thép có tiết diện như hình 1.5, mô men quán tính của tiết diện bao gồm mô men quán tính của cốt thép vào mô men quán tính của phần bê tông Do... ta có thể xác định được các phản ứng của công trình khi động đất xảy ra, qua đó có thể xác định được tải trọng lớn nhất do động đất tác dụng lên công trình Mục tiêu của thiết kế kháng chấn cũng đã có nhưng thay đổi quan trọng Mục tiêu thiết kế kháng chấn trước đây là: công trình không bị hư hỏng, bảo vệ sinh mạng con người và tài sản thông qua việc bảo vệ công trình Trong khi động đất vẫn là một hiện... công trình Các kết quả nghiên cứu được tổng kết trong chương V cho thấy độ cứng của kết cấu bê tông cốt thép có sự suy giảm đáng kể và dẫn đến sự giảm đi đáng kể của tải trọng đông đất tác dụng lên công trình Về mặt thực tiễn, kết quả nghiên cứu được của đề tài cung cấp cho các kỹ sư các số liệu phù hợp về sự suy giảm độ cứng của kết cấu để áp dụng trong tính toán tải trọng động đất Thiết kế công trình