Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI ĐOÀN XUÂN QUÝ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG ỨNG XỬ SAU ĐÀN HỒI CỦA DẦM NỐI TỚI SỰ LÀM VIỆC CHỊU XOẮN CỦA KẾT CẤU LÕI NỬA KÍN TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số: 9580201 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội - Năm 2023 Cơng trình hoàn thành Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Tiến Chương PGS.TS Nguyễn Hùng Phong Phản biện 1: TS Nguyễn Đại Minh Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương Phản biện 3: PGS.TS Trần Chủng Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp Trường Đại học Xây dựng Hà Nội vào hồi ngày tháng năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án Thư viện Quốc gia Thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nhà nhiều tầng phận thiếu đô thị đại Các thang máy, thang nhà thường đặt kết cấu lõi có lỗ hở, làm cửa vào xếp theo chiều cao liên tiếp qua dầm nối (hay cịn gọi lanh tơ) Các cấu tạo lõi gọi lõi nửa kín Kết cấu lõi nửa kín làm việc nằm trung gian kết cấu lõi hở kết cấu lõi kín Với cấu tạo lệch tâm (do lỗ mở lõi) nên tải trọng ngang tác dụng vào lõi gây mô men xoắn Nghiên cứu làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín cần thiết Khi hệ kết cấu chịu xoắn, tường đối diện lõi nửa kín bị vênh (cịn gọi warping torsion), dầm nối ngăn cản vênh, làm tăng khả chịu xoắn lõi nửa kín so với lõi hở Về phần mình, dầm nối chịu tác động lớn, có nội lực (lực cắt mơ men uốn) mặt phẳng lớn Nếu dầm nối không cấu tạo đủ khả chịu lực đạt đến trạng thái giới hạn, dầm nối sau ứng xử sau đàn hồi Phân tích sau đàn hồi kết cấu lõi nửa kín theo lý thuyết thành mỏng mơ hình rời rạc liên tục phương pháp hoàn chỉnh, đáp ứng yêu cầu tính tốn có tồn Thứ lý thuyết dùng để tính tốn cơng trình có kết cấu lõi nửa kín làm việc độc lập, không kết hợp với cấu kiện khác Thứ hai tính tốn với kết cấu lõi nửa kín có hình dạng đơn giản: lõi khoang, dãy lỗ mở với dầm nối thẳng hàng, khó thực với mặt lõi nhiều ngăn, có tường nối nhiều dãy lỗ Thứ ba là, tính tốn, độ cứng dầm nối q trình làm việc khơng thay đổi Các vấn đề tồn giải phương pháp phần tử hữu hạn với phân tích phi tuyến qua việc khai báo mơ hình làm việc cho thành phần kết cấu qua khớp dẻo thay đổi độ cứng kết cấu, điều thực cho kết cấu khung Tuy vậy, mơ hình sau đàn hồi kết cấu tồn vấn đề xác định khả chịu lực, độ cứng tính tốn giá trị góc xoay Trường hợp dầm nối có chiều cao lớn, chiều dài nhịp bé, mơ hình dầm phi tuyến với khớp dẻo (hinge), dầm nối đặt nhiều cốt thép chéo không cịn phù hợp Từ phân tích trên, tác giả tiến hành thực Luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi dầm nối tới làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín nhà nhiều tầng bê tông cốt thép” Nghiên cứu có ý nghĩa việc bổ sung lý thuyết tính tốn sở để áp dụng phân tích, thiết kế kết cấu vách lõi thực tế Mục đích nghiên cứu Mục đích luận án phân tích làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín có xét đến ứng xử sau đàn hồi dầm nối Các mục tiêu cụ thể: - Nghiên cứu vai trò, ảnh hưởng, đặc điểm làm việc dầm nối tới làm việc kết cấu lõi nửa kín - Đề xuất mơ hình tính tốn kết cấu lõi nửa kín theo phương pháp phần tử hữu hạn - Phân tích làm việc kết cấu lõi nửa kín theo làm việc sau đàn hồi dầm nối theo mơ hình đề xuất, so sánh với kết nghiên cứu khác để đánh giá mơ hình đề xuất - Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi dầm nối tới làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín theo yếu tố: chiều cao dầm nối, hàm lượng cốt thép dọc, cường độ bê tông hàm lượng cốt thép chéo Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: kết cấu lõi nửa kín bê tơng cốt thép nhà nhiều tầng Phạm vi nghiên cứu: kết cấu lõi nửa kín bê tơng cốt thép khoang, dãy lỗ chịu xoắn có xét đến ứng xử sau đàn hồi dầm nối Cơ sở khoa học luận án - Tính tốn kết cấu lõi nửa kín theo: lý thuyết thành mỏng Vlasov mô hình rời rạc liên tục Smith; phương pháp gấp dựa lý thuyết thành mỏng Coull A cộng - Tính tốn kết cấu lõi nửa kín có xét đến làm việc sau đàn hồi dầm nối dựa lý thuyết thành mỏng Vlasov biến đổi Coull A hay Kuang J.S - Lý thuyết tính tốn làm việc dầm nối theo tiêu chuẩn ASCE 41-13, FEMA 356, ACI 318, tiêu chuẩn New Zealand NZS 3101:2006, tiêu chuẩn Eurocode tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9386: 2012 - Các thực nghiệm làm việc mơ hình tính tốn dầm nối nhiều tác giả có Paulay cộng sự, Hindi Hassan, Naish Wallace, Gwon cộng sự, Lim cộng - Lý thuyết tính tốn kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn TCVN 5574: 2018, ACI 318, Eurocode NZS 3101: 2006 - Lý thuyết miền nén cải tiến tính tốn kết cấu bê tông cốt thép - Phương pháp phần tử hữu hạn mô số vật liệu kết cấu bê tông cốt thép Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Ý nghĩa khoa học: - Mơ hình đề xuất luận án góp phần phát triển, hồn thiện lý thuyết tính tốn kết cấu lõi nửa kín có xét đến ứng xử sau đàn hồi dầm nối - Kết phân tích đàn hồi phân tích có xét đến ứng xử sau đàn hồi dầm nối góp phần làm sáng tỏ số đặc tính làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín Ý nghĩa thực tiễn: - Mơ hình áp dụng để tính tốn kết cấu lõi nửa kín nhà nhiều tầng có xét đến ứng xử sau đàn hồi dầm nối - Kết phân tích đàn hồi phân tích có xét tới ứng xử sau đàn hồi dầm nối sử dụng thiết kế kết cấu lõi nửa kín nhà nhiều tầng Phương pháp nghiên cứu luận án Sử dụng kết nghiên cứu lý thuyết thí nghiệm cơng bố để xây dựng mơ hình tính tốn kết cấu lõi nửa kín có xét đến làm việc sau đàn hồi dầm nối Kết hợp nghiên cứu lý thuyết mơ hình số để phân tích làm việc kết cấu lõi nửa kín có xét đến làm việc sau đàn hồi dầm nối Nội dung nghiên cứu - Phân tích làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín; xem xét đặc tính chịu lực dầm nối kết cấu lõi chịu xoắn mức độ ảnh hưởng dầm nối đến làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín - Đề xuất mơ hình tính tốn kết cấu lõi nửa kín có xét đến ứng xử sau đàn hồi dầm nối theo phương pháp phần tử hữu hạn - Áp dụng mơ hình đề xuất, phân tích tích kết cấu lõi nửa kín có xét đến làm việc sau đàn hồi dầm nối, so sánh với nghiên cứu tác giả khác để đánh giá phù hợp mơ hình - Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn, thực phân tích tăng dần tải trọng ngang với mơ hình mới, tiến hành khảo sát ảnh hưởng chiều cao dầm nối, hàm lượng cốt thép chéo, hàm lượng cốt thép dọc dầm nối cường độ bê tông đến làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín Các đóng góp Luận án - Kết phân tích theo lý thuyết thành mỏng mơ hình rời rạc liên tục mức độ ảnh hưởng độ cứng dầm nối kích thước tường biên đến làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín quy luật phân bố nội lực dầm nối lõi nửa kín kết cấu lõi chịu xoắn - Đề xuất mơ hình tính tốn kết cấu lõi nửa kín có xét đến ứng xử sau đàn hồi dầm nối, tường mơ hình phần tử vỏ cịn dầm nối mơ hình hóa hệ hỗn hợp gồm chịu uốn chéo chịu kéo nén Mơ hình kiểm chứng theo kết thí nghiệm phân tích phi tuyến theo lý thuyết miền nén cải tiến - Đã thực tính tốn kết cấu lõi nửa kín theo mơ hình cách tăng dần tải trọng ngang sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn có xét đến ứng xử sau đàn hồi dầm nối So sánh với kết nghiên cứu tác giả khác cho thấy tính tốn theo mơ hình có nhiều cải tiến, cho kết cải tiến phù hợp so với kết tính tốn tác giả khác cơng bố - Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng chiều cao dầm nối, hàm lượng cốt thép dọc, hàm lượng cốt thép chéo dầm nối cường độ bê tông dầm nối đến làm việc kết cấu lõi nửa kín giai đoạn đàn hồi giai đoạn có dầm nối làm việc sau giai đoạn đàn hồi Kết khảo sát cho thấy yếu tố ảnh hưởng đến làm việc kết cấu lõi nửa kín Trong đó, cốt thép chéo không làm tăng độ bền độ dẻo dầm nối mà làm tăng đáng kể độ cứng chống xoắn lõi nửa kín Cấu trúc luận án Luận án có chương phần kết luận bao gồm: Chương trình bày tổng quan tính tốn kết cấu lõi nửa kín nhà cao tầng Chương trình bày ảnh hưởng dầm nối tới làm việc lõi nửa kín Chương xây dựng mơ hình phân tích theo phương pháp phần tử hữu hạn cách tăng dần tải trọng ngang cho lõi nửa kín Chương tiến hành khảo sát ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi dầm nối tới làm việc lõi nửa kín chịu xoắn Các kết luận kiến nghị nêu lên kết chủ yếu đạt luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÍNH TỐN KẾT CẤU LÕI NỬA KÍN NHÀ NHIỀU TẦNG 1.1 Khái niệm kết cấu lõi nửa kín Tiết diện lõi nhà cao tầng thường dùng với loại chính, là: tiết diện hở, tiết diện kín, lõi làm kín phần nhờ dầm nối (dầm nối) sàn – gọi tiết diện nửa kín (Hình 1- 1) Nghiên cứu vai trò quan trọng kết cấu lõi việc chịu lực tổng thể nhà Trong nhà có hệ thống kết cấu khác, kết cấu lõi chịu phần lớn tải trọng ngang tác dụng Lõi hở (open section) Lõi kín (closed section) Lõi nửa kín (semi-enclosed section) tiết diện kín phần (partially closed section) Hình 1- Các loại tiết diện lõi 1.2 Nghiên cứu tính tốn kết cấu lõi nửa kín 1.2.1 Khái qt chung tính tốn kết cấu lõi vách nhà nhiều tầng Về tính tốn kết cấu lõi, Coull A cộng (1981), Kuang J.S cộng (1989), Smith (1991) Taranath (2010) phân tích loại kết cấu nhà cao tầng có kết cấu lõi Ngồi phân tích đàn hồi, lý thuyết thành mỏng cịn dùng để phân tích làm việc kết cấu lõi có xét tới ứng xử sau đàn hồi dầm nối (Coull A., Kuang J.S.) 1.2.2 Tính tốn lõi nửa kín theo lý thuyết thành mỏng Các phương pháp Timoshenko S.P Vlasov V.Z đề xuất làm rõ làm việc lõi nửa kín lý thuyết gọi thành mỏng Ngồi cịn có phương pháp Coull A Tawfik S.Y nghiên cứu gọi phương pháp gấp (folded plate) Sự làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín sau đàn hồi Coull A Tawfik S.Y nghiên cứu từ năm 1981, sau Kuang J.S nghiên cứu tiếp năm 1991 sở lý thuyết thành mỏng mô hình rời rạc liên tục Trong trình làm việc sau đàn hồi, hệ kết cấu làm việc với tiết diện tường cánh bị vênh, dầm nối ngăn cản tượng đối tượng bị tác động trực tiếp Các tính tốn tồn nhược điểm Vì vậy, phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng cho phân tích phi tuyến phương pháp được lựa chọn sử dụng luận án 1.2.3 Tính tốn lõi nửa kín sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Các mơ hình đơn giản thay mơ hình tổng qt với đầy đủ cấu kiện Nghiên cứu phi tuyến sử dụng phương pháp PTHH thực sở lấy làm việc chịu lực biến dạng cấu kiện chuyển đổi thành mơ hình dầm để tiến hành phân tích hệ thống kết cấu Một nghiên cứu áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn cách chia kết cấu lõi thành lưới hình chữ nhật thơng qua cấu kiện để tính tốn gọi mơ hình khung thay (Analogous Frame) (Smith 1991) Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp tính tốn linh hoạt, giải nhiều tốn Khó khăn tính tốn phi tuyến phần tử vỏ, là, thứ khối lượng phần tử lớn, thời gian tính tốn lâu, thứ hai khó phân biệt điều kiện chảy dẻo nên người ta thường chuyển mơ hình dầm xét đến điều kiện chảy dẻo cho tiết diện 1.3 Nghiên cứu thực nghiệm kết cấu lõi nửa kín Thí nghiệm cho tồn hệ thống kết cấu lõi nửa kín chịu xoắn chưa thực kết cấu lõi có kích thước, đặc biệt chiều cao lớn Do vậy, nghiên cứu thực nghiên cứu riêng rẽ cho dầm nối: Paulay Binney (1974), Tassios, Moretti Bezas (1996), Galano L Vignoli A (2000), Kwan Zhao (2002) Đồng thời có thực nghiệm tường lõi: Santhakumar A.R (1974), Preti M Giuriani E (2012), Lehman cộng (2013), Xiu-li cộng (2008) Các thí nghiệm dầm nối, tường kép lõi sở số liệu thực nghiệm quan trọng để tiến hành nghiên cứu mơ hình tính tốn kết cấu sau đàn hồi 1.4 Nghiên cứu dầm nối kết cấu lõi nửa kín Dầm nối thường cấu tạo theo hai loại: thứ dầm nối có cấu tạo cốt thép theo cách thông thường, thứ hai dầm nối đặt thêm cốt thép chéo (Hình 1- 2) (hoặc đặt cốt thép chéo hàm lượng cốt dọc, cốt đai dầm thường) Dầm nối đặt cốt thép chéo (DRCB) Cốt thép cho Outrigger - Millennium Tower Hình 1- Cấu tạo dầm đặt cốt thép chéo Mặc dù có nhiều mơ hình khớp dẻo cho dầm nối so sánh với kết thí nghiệm mơ hình chưa phù hợp khía cạnh: khả chịu lực, góc xoay dẻo, độ cứng tính tốn dầm Một số tác giả nghiên cứu ảnh hưởng độ dãn dài dọc theo trục dầm nối tương tác sàn với dầm nối tới làm việc Trong nghiên cứu bỏ qua hai vấn đề 1.5 u cầu tính tốn cấu tạo tiêu chuẩn thiết kế Trong tiêu chuẩn thiết kế chủ yếu đề cập đến tính tốn cấu tạo cho vách dầm nối Để đánh giá khả làm việc kết cấu, tỉ số nhịp chiều cao (Ln/h) dầm nối 1.6 Các nhận xét rút từ tổng quan nhiệm vụ luận án Việc tính tốn kết cấu lõi nghiên cứu giới tập trung vào sử dụng lý thuyết thành mỏng Vlasov mơ hình rời rạc liên tục Smith Đã có kết nghiên cứu làm việc kết cấu lõi nửa kín sau đàn hồi thơng qua lý thuyết thành mỏng mơ hình rời rạc liên tục, mơ hình cịn tồn vấn đề khắc phục tính tốn theo phương pháp phần tử hữu hạn Các kết thực nghiệm hữu ích cho việc nghiên cứu mơ hình dầm nối Vấn đề mơ hình dầm nối có cấu tạo cốt thép chéo cần đặt nghiên cứu để có thơng số tin cậy hơn, áp dụng mơ hình tính tốn Từ phân tích trên, nhiệm vụ Luận án đặt là: phân tích ảnh hưởng dầm nối đến làm việc chịu xoắn lõi nửa kín giai đoạn đàn hồi; xây dựng mơ hình tính tốn kết cấu lõi nửa kín theo làm việc sau đàn hồi dầm nối; áp dụng mơ hình đề xuất, phân tích kết cấu lõi nửa kín theo làm việc sau đàn hồi dầm nối để so sánh với nghiên cứu khác để đánh giá phù hợp mơ hình mới; áp dụng mơ hình đề xuất để khảo sát ảnh hưởng dầm nối tới làm việc lõi nửa kín theo yếu tố: chiều cao dầm nối, hàm lượng cốt thép dọc, cường độ bê tông hàm lượng cốt thép chéo CHƯƠNG PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA DẦM NỐI ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CHỊU XOẮN CỦA KẾT CẤU LÕI NỬA KÍN 2.1 Đặt vấn đề Chương áp dụng lý thuyết thành mỏng mơ hình rời rạc liên tục để khảo sát cho kết cấu lõi qua việc điều chỉnh độ cứng dầm nối thông qua thay đổi chiều cao xét ảnh hưởng làm việc hệ lõi mối tương quan độ cứng dầm nối với chiều dài tường biên Kết khảo sát khẳng định vai trò quan trọng dầm nối làm việc chịu lực kết cấu lõi nửa kín 2.2 Tính tốn kết cấu lõi nửa kín theo lý thuyết thành mỏng Trường hợp cơng trình chịu xoắn, độ cứng chống xoắn kết cấu lõi đóng vai trị đáng kể vào độ cứng chống xoắn hệ kết cấu Đóng góp Vlasov đề luật tọa độ quạt ý tưởng Bimơmen (Hình 21) Lý thuyết thành mỏng làm sáng tỏ làm việc kết cấu lõi chịu xoắn so với lý thuyết uốn a) Tọa độ quạt b) Bimơmen Hình 2- Lý thuyết thành mỏng Vlasov Sự khác biệt lý thuyết thành mỏng so với lý thuyết uốn là: tiết diện bị vênh so với trường hợp mặt cắt tiết diện phẳng theo lý thuyết uốn Các thơng số cơng thức Hình 2- Hình 2- Vị trí tâm xoắn kích thước lõi Cực cực mà mơ men qn tính đường khơng Cịn điểm gốc (hay cịn gọi điểm khơng chính) điểm mà mơ men tĩnh quạt tương ứng với cực có giá trị khơng Tâm cắt (xoắn) kết cấu lõi điểm mặt phẳng tiết diện mà lực theo phương ngang tác dụng vào lõi phải qua để tránh gây tượng xoắn Mơmen qn tính xoắn kết cấu lõi có tiết diện kín là: 𝐽 = ∑𝑛 𝑏𝑖 𝑡𝑖3 + 𝐿 2 (2 15) 𝑛 /𝑡1 Trong đó: Ln chiều dài dầm nối LLH tổng chiều dài lõi hở ban đầu Chiều dày tường chịu cắt tương đương xác định qua chuyển vị tường tương đương với chuyển vị uốn kép chuyển vị cắt dầm nối, lưu ý As = Ab/1,2, xác định chiều dày tường tương đương theo công thức: 𝑡1 = (2 18) 𝐿2 𝐺 1.2 ℎ𝑡 ( + ) 12𝐼𝑏 𝐸 𝐴𝑏 Chuyển vị xoay xoắn lõi: 𝜃(𝑧) = 𝑚𝐻 (𝐴𝑠ℎ𝐴+1) { [ 𝑐ℎ𝐴 (𝑐ℎ𝛼𝑧 𝐸1 𝐼𝜔 𝐴4 𝑧 𝐻 𝑧 𝐻 − 1) − 𝐴𝑠ℎ𝛼𝑧 + 𝐴2 [ − ( )2 ]]} (2 20) Trong đó, A kí hiệu cho thơng số kích thước hình học kết cấu lõi H: 𝐺𝐽 𝐼𝜔 𝐴 = 𝛼𝐻 = 𝐻 √𝐸 (2 21) z chiều cao tầng xét Ứng suất pháp xoắn – uốn xác định theo biểu thức: 𝐵 𝜎𝜔 = 𝜔 (2 22) 𝐼𝜔 Trong đó, đại lượng B gọi Bimơmen xác định sau: 𝐵 = −𝐸1 𝐼𝜔 𝑑2 𝜃 (𝑧) 𝑑2 𝑧 (2 23) Trường hợp lõi chịu tác dụng mô men xoắn m phân bố theo chiều cao, đại lượng Bimơmen xác định theo biểu thức: (𝐴𝑠ℎ𝐴+1) [ 𝑐ℎ𝐴 𝑐ℎ𝛼𝑧 𝐴2 B(𝑧) = −𝑚𝐻 { − 𝐴𝑠ℎ𝛼𝑧 − 1]} (2 24) Lực cắt dầm nối: 𝑄𝑏(𝑧) = 12𝐼𝑏 𝐻3 (1 − 𝐼𝜔 𝐿3 𝜇2 )𝑚 (𝐴3 [ (𝐴𝑠ℎ𝐴+1) 𝑐ℎ𝐴 𝑧 𝑠ℎ𝛼𝑧 − 𝐴𝑐ℎ𝛼𝑧 + 𝐴(1 − 𝐻)]) (2 25) Và mô men uốn dầm nối: 𝐿 𝑀𝑏(𝑧) = 𝑄𝑏(𝑧) (2 26) 2.3 Ảnh hưởng độ cứng dầm nối đến làm việc lõi nửa kín 2.3.1 Mơ hình khảo sát Kết cấu lõi khảo sát lấy từ nghiên cứu Smith có sơ đồ Hình 2- 2, tải trọng w = 0,5 kN/m2 Lõi gồm 20 tầng, chiều cao tầng ht = 3,5 m, H = 70 m, chiều dày t = 0,25 m, tường biên h1 =1 m Các dầm nối có b = 0,25m, chiều cao h từ 0,1ht đến 0,3ht Bê tông: E = 2,50x107 kN/m2, = 0,2 Các đặc trưng lõi: e = 1,56 m, I = 43,77 m5; J1 = 0,073 m4, J, 𝐴 = 𝛼𝐻 xác định theo số liệu chiều cao dầm nối 2.3.2 Ảnh hưởng độ cứng dầm nối đến độ cứng chống xoắn lõi Trên Hình 2- 3a biểu đồ chuyển vị xoắn (góc xoắn) Hình 2- 3b biểu đồ Bimơmen kết cấu lõi tương ứng với chiều cao dầm nối 0,1ht, 0,2ht, 0,3ht 0,6ht a) Góc xoắn b) Bimơmen Hình 2- Biểu đồ góc xoắn Bimơmen Các biểu đồ thể kết tính tốn ứng với trường hợp có kể đến khơng kể đến biến dạng cắt 1.2 1.2 1.0 1.0 0.8 Bỏ qua biến dạng cắt LT 0.6 Kể đến biến dạng cắt LT 0.4 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.0 0.0 0.0 0.2 0.4 hDN/ht 0.6 Bỏ qua biến dạng cắt LT Kể đến biến dạng cắt LT Ứng suất góc lõi NK/LH Góc xoay Lõi NK/LH dầm nối thể Hình 2- 0.0 0.2 0.4 hDN/ht 0.6 Hình 2- Biểu đồ quan hệ góc xoắn, ứng suất pháp xoắn - uốn chiều cao dầm nối 2.3.3 Ảnh hưởng độ cứng dầm nối đến ứng suất pháp xoắn - uốn Trên Hình 2- thể biểu đồ ứng suất pháp xoắn – uốn tiết diện chân lõi tương ứng với chiều cao dầm nối 0,1ht, 0,2ht, 0,3ht 0,6ht Kết tính tốn cho thấy, chiều cao dầm nối tăng lên ứng suất pháp xoắn – uốn giảm xuống, quy luật thay đổi giữ nguyên Trong trường hợp ứng suất pháp xoắn – uốn đạt giá trị lớn vị trị đầu cuối tiết diện Hình 2- Biểu đồ ứng suất pháp xoắn – uốn (kN/m2) chân lõi 11 mơ hình phần tử vỏ, dầm nối mô tả phần tử thanh, đồng thời dầm ảo có độ cứng lớn bổ sung để làm tương thích bậc tự nút liên kết Mơ hình vỏ - có ưu điểm dễ mô tả điều kiện chảy dẻo làm giảm số lượng phần tử tính tốn Tuy nhiên, kết nghiên cứu đặc biệt dầm nối cấu tạo mơ hình truyền thống chưa mơ tả đặc tính làm việc phá hoại dầm Vì mơ hình tính toán đề xuất cho tường lõi dầm nối thể Hình 3- Mơ hình bao gồm thành phần: dầm chịu uốn theo phương ngang chịu kéo – nén theo phương chéo gọi mơ hình hỗn hợp dầm - giàn (MH D-G) (Hình 3- 6) Thanh giàn Thanh dầm Dầm ảo Hình 3- Mơ hình tính tốn (vỏ kết hợp với phần tử dầm – giàn) đề xuất cho kết cấu lõi Hình 3- Mơ hình hỗn hợp dầm - giàn đề xuất cho dầm nối 3.3 Các đặc trưng mơ hình đề xuất 3.3.1 Các đặc trưng mơ hình hỗn hợp dầm – giàn cho dầm nối Các phân tích rằng, cấu tạo dầm nối khác nhau, làm việc khác Biến dạng dầm nối cấu tạo theo cách thông thường bị hạn chế cốt thép dọc biến dạng dầm nối cấu tạo cốt thép chéo tương ứng với biến dạng cốt thép chéo Do vậy, độ dẻo dầm nối có cấu tạo cốt thép chéo lớn hơn, khả chịu cắt tốt Các thông số mơ hình dầm – giàn trình bày Hình 3- Hình 3- Thanh ngang có hai khớp dẻo mô men hai đầu xác định thông qua độ cứng tương đương giá trị giới hạn Mkd Khả chịu cắt lớn Vmax (Vgh) tổng hợp khả chịu cắt dầm giàn Lực cắt Vmax cần xác định, khả chịu lực thực dầm nối Giá trị mơ men mơ hình dầm xác định sau: (3 1) Mkd = (Vgh-2Pghsin)Ln/2 Trong đó: Mkd khả chịu uốn dầm, góc tạo giàn với phương nằm ngang Vgh khả chịu cắt lớn toàn dầm nối, Pgh khả chịu kéo nén dàn chéo (của cốt thép chéo) Pgh = Asdfyd (3 2) 12 Pgh Mô men (KNm) Lực kéo/ nén (kN) Mkd M u y gh Góc xoay (rad) Chuyển vị gh Hình 3- Sự làm việc thành giàn Hình 3- Sự làm việc dầm Độ cứng giàn chéo xác định theo công thức: EA = EsAsd (3 3) hệ số kể đến ảnh hưởng bê tông, không kể đến bê tông tham gia làm việc có giá trị 1, Asd diện tích cốt thép chéo Khi khai báo mơ hình, giàn có đầu gán lị xo P- Kết kiểm chứng mơ hình mục 3.4 cho thấy mơ hình đề xuất làm việc phi tuyến cho dầm nối khớp với điều kiện kiểm chứng đưa 3.3.2 Các công thức đề xuất xác định thơng số mơ hình dầm - giàn 3.3.2.1 Đề xuất tính tốn độ cứng tương đương chiều dài đoạn chảy dẻo Độ cứng tương (Iepr) đương đề xuất: 𝐼𝑒𝑝𝑟 = 6𝐼𝑚𝑜𝑑 𝑙𝑝 (1+𝛷𝑦 )𝐿𝑛 (3 4) y yếu tố ảnh hưởng tương đối biến dạng cắt đến biến dạng uốn chảy, tính theo cơng thức Gwon: 12𝐸 𝐼 𝛷𝑦 = (0.1𝐺𝑐 𝐴𝑚𝑜𝑑 )𝐿2 𝑐 𝑣 𝑛 (3 5) Với Gc = 0,4Ec, Av = Ag/1,2, Ln nhịp dầm nối Imod mơ men qn tính điều chỉnh theo Breña: 𝐼𝑚𝑜𝑑 = 𝐼𝑒 30𝐼 [1,2+ 𝑒 ] 𝑙𝑛 𝑏ℎ (3 6) Ie mơ men qn tính tính tốn dựa cơng thức Paulay đề xuất thêm hệ số cho phù hợp với làm việc dầm nối, xác định theo công thức: 𝐼𝑒 = 𝛽𝐼𝑔 ℎ (3 7) [1+3(𝐿 ) ] 𝑛 Hệ số điều chỉnh đề xuất 0,2 dầm nối có tỉ số nhịp/ chiều cao ≤ 2, 0,4 tỉ số lớn Chiều dài đoạn chảy dẻo lp tính tốn theo cơng thức kiến nghị sau (điều chỉnh theo tính tốn Paulay tiêu chuẩn châu âu CEN): 𝑙𝑝 = 0.08𝑙𝑠 + 0.2Φ𝑏 𝑓𝑦 /𝑓′𝑐 (3 8) Với b l đường kính cốt thép dọc, ls = M/V = Ln/2 – nhịp chịu cắt dầm 3.3.2.2 Công thức đề xuất xác định thơng số mơ hình dầm – giàn Mơ hình dầm – giàn tính tốn cơng thức xác định phân tích sau có hai mơ hình riêng lẻ Các thơng số xác định cho mơ hình trình bày Hình 3- 10 13 Vmax Lực cắt (kN) Vsd M-theta M- VMP P-theta P- MH D-G VKD M y 0.02 0.04 u 0.06 gh 0.08 Góc xoay (rad) Hình 3- 10 Các thành phần Mơ hình dầm – giàn Tính tốn góc xoay điểm gấp mơ hình: 𝑀𝑘𝑑 𝑙𝑝 𝜃𝑀 = 𝐸 (3 9) 𝑐 𝐼𝑒𝑝𝑟 Với Iepr mơ men qn tính tính tốn tính theo cơng thức (3 4) lp chiều dài đoạn chảy dẻo tính tốn theo công thức (3 8) ; Mkd khả chịu uốn dầm theo cơng thức (3 1) Góc xoay dẻo mơ hình tính theo cơng thức: 𝜃𝑦 = 𝛾∆𝑠𝑑 /(𝑠𝑖𝑛𝛼𝐿𝑛 ) (3 10) Với: góc tạo dầm với chéo (góc nghiêng cốt thép chéo); sd độ giãn/ nén tính theo biến dạng chiều dài nhịp dầm nối thép chéo: ∆𝑠𝑑 = 𝜀𝑠𝑑 𝑙𝑠𝑑 = 𝑓𝑦𝑑 𝐸𝑠 𝑑 𝑙𝑠𝑑 ; 𝑙𝑠𝑑 = 𝑠𝑖𝑛𝛼 (3 11) hệ số đề xuất, kể đến ảnh hưởng tỉ số nhịp chiều cao dầm nối, Ln/h 0,0125 3.3.2.3 Xác định khả chịu lực dầm nối đặt cốt thép chéo theo lý thuyết miền nén cải tiến lý thuyết miền nén cải tiến đơn giản Khả chịu cắt tính tốn Vgh theo SMCFT: Vgh = bd Trong ứng suất cắt dầm tính theo cơng thức (3 15): 𝜐 = 𝛽√𝑓𝑐′ + 𝜌𝑧 𝑓𝑠w cot𝜃 (3 14) (3 15) Với hai đại lượng quan trọng cần xác định, lý thuyết miền nén cải tiến đơn giản (SMCFT) xác định hai đại lượng độc lập theo biểu thức (3 16) (3 17) 14 𝛽= 0,4 1300 1+1500𝜀𝑥 1000+𝑆𝑥𝑒 (3 16) 𝑆 𝑠𝑒 𝜃 = (290 + 7000𝜀𝑥 ) (0,88 + 2500 ) ≤ 750 (3 17) Cốt thép dọc bổ sung Ran Ding (2017) quy đổi nửa hàm lượng cốt thép chéo (một phía) nhân với cos, nhiên lượng bổ sung không phù hợp để tính tốn khả chịu cắt, kiến nghị hàm lượng cốt thép dọc cốt thép ngang bổ sung sau: 𝜌𝑥𝑎𝑑𝑑 = 𝜌𝑑 𝑐𝑜𝑠𝛼/𝑘 (3 24) 𝜌𝑧𝑎𝑑𝑑 = 𝜌𝑑 𝑠𝑖𝑛𝛼/𝑘 góc tạo cốt thép chéo với trục dầm (3 25) Cốt thép ngang (thép đai) bổ sung: Với k hệ số phụ thuộc tỉ số nhịp/ chiều cao dầm nối, k = 0,75 tỉ số Ln/h ≤ 1,5, 1,5 tỉ số 1,5 < Ln/h ≤ 3, Ln/h >3 Bảng 3- kết tính tốn theo SMCFT (lý thuyết đề xuất - LTĐX), theo mơ hình giàn Paulay (Vn) kết thực nghiệm Bảng 3- Kết tính tốn, so sánh 05 trường hợp dầm nối (đơn vị kN) LTĐX Dầm nối Vn TN TN/Vn TN/LTĐX CB10-1 847 1278 1444 1,70 1,13 P05 167 235 239 1,43 1,02 CB20-1 882 1051 1073 1,22 1,02 CB30-DB 463 722 728 1,57 0,96 CB40-DH - 747 754 - 1,01 Tr bình: 1,48 1,04 Độ lệch: 0,21 0,05 Hai cột cuối Bảng 3- tỉ số giá trị khả chịu cắt theo thí nghiệm chia cho giá trị tính tốn theo hai mơ hình Kết tính tốn so sánh cho thấy, theo SMCFT với hàm lượng cốt thép quy đổi từ thép chéo sang thép dọc ngang phù hợp, giá trị tính tương đồng với kết thí nghiệm với mức độ sai số nhỏ (độ lệch 5%) 3.4 So sánh kết tính tốn mơ hình dầm nối 3.4.1 So sánh mơ hình với kết thí nghiệm Các thí nghiệm cho dầm nối, vách kép lõi nửa kín tổng hợp Bảng 3- Bảng 3- Thống kê thí nghiệm so sánh kiểm chứng mơ hình STT Tác giả Năm TN Số lượng TN Tassios 1996 2 Galano & Vignoll 2000 Naish Wallace 2013 Lim cộng 2016 Santhakumar (vách kép) 1974 Xiu-li (Lõi NK – mẫu TC3) 2008 Tổng Thí nghiệm Tassios cộng (1996) 19 15 Tassios cộng nghiên cứu ảnh hưởng cách bố trí cốt thép khác đến ứng xử trễ dầm nối ngắn trung bình Hai mẫu cấu tạo cốt thép theo đường chéo thử nghiệm (CB-2A CB-2B) có cấu tạo Hình 3- 12 Hình 3- 13 kết so sánh mơ hình dầm – giàn với mơ hình dầm truyền thống (ASCE 41- 13) kết thí nghiệm Mơ hình dầm – giàn phù hợp với kết thí nghiệm mơ hình dầm truyền thống có sai lệch lớn Từ so sánh bỏ qua mơ hình dầm truyền thống Hình 3- 12 Các mẫu thí nghiệm Tassios cộng (1996) 300 200 150 Lực cắt (kN) Lực cắt (kN) 250 200 150 100 MH D-G Thí Testnghiệm ASCE 41 100 50 0 0.02 0.04 Góc xoay (rad) MH D-G ASCE 41 50 Testnghiệm Thí 0.06 0.02 0.04 Góc xoay (rad) 0.06 (b) Mơ hình cho dầm nối CB-2B (a)Mơ hình cho dầm nối CB-2A Hình 3- 13 Kết so sánh mơ hình dầm – giàn với thí nghiệm Tassios Thí nghiệm Galano Vignoli (2000) Đai 56 Đai 56 Đai 56 Đai 56 Chiều dày S = 150mm Kiểu Chiều dày S = 150mm Kiểu Hình 3- 14 Cấu tạo cốt thép Dầm nối theo Galano Vignoli (2000) Hình 3- 15 hiển thị kết mẫu thử nghiệm Galano Vignoli 16 300 Lực cắt (kN) Lực cắt (kN) 300 200 100 MH D-G 200 100 MH D-G Thí Testnghiệm Thí Testnghiệm 0 0.02 0.04 0.06 Góc xoay (rad) 0.08 0.02 0.04 Góc xoay (rad) 0.06 (a) Mơ hình cho dầm nối P05 (Galano) (b) Mơ hình cho dầm nối P07 (Galano) Hình 3- 15 So sánh mơ hình dầm-giàn với kết thực nghiệm Galano Thí nghiệm Naish Wallace (2013) Hai mẫu thí nghiệm Naish Wallace thí nghiệm đưa so sánh mơ hình mẫu dầm CB24D (Ln/h = 2,4) CB33F (CB33D) (Ln/h = 3,3) 600 800 Lực cắt (kN) Lực cắt (kN) 600 400 MH D-G 200 400 MH D-G 200 Thí nghiệm Thí nghiệm 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Góc xoay (rad) Hình 3- 16 So sánh mơ hình dầm – giàn với KQ thí nghiệm dầm CB24D (Naish) 0.03 0.06 0.09 0.12 Góc xoay (rad) Hình 3-17 So sánh mơ hình dầm – giàn với KQ thí nghiệm dầm CB33F (Naish) Thí nghiệm Lim (2016) Dưới trình bày kết xác định mơ hình dầm - giàn so sánh với kết thực nghiệm cho dầm nối: CB10-1, CB20-1, CB30-DA, CB30-DB, CB30-H, CB40-H Kết mơ hình dầm giàn cho trường Lực cắt (kN) Lực cắt (kN) hợp so sánh với đường bao kết thí nghiệm 1600 1200 1200 800 MH D-G Thí nghiệm 400 800 MH D-G 400 Thí nghiệm 0 0.02 0.04 0.06 0.08 Góc xoay (rad) Dầm nối CB10-1 0.1 0.02 0.04 0.06 0.08 Góc xoay (rad) Dầm nối CB20-1 0.1 17 800 400 Lực cắt (kN) Lực cắt (kN) 600 MH D-G Thí nghiệm 200 600 300 MH D-G Thí nghiệm 0 0.03 0.06 Góc xoay (rad) 0.09 900 Lực cắt (kN) 900 600 MH D-G 300 600 300 MH D-G Thí nghiệm Thí nghiệm 0 3.4.2 0.09 Dầm nối CB30-DB Dầm nối CB30-DA Lực cắt (kN) 0.03 0.06 Góc xoay (rad) 0.03 0.06 Góc xoay (rad) 0.09 0.03 0.06 Góc xoay (rad) 0.09 Dầm nối CB40-H Dầm nối CB30-H Hình 3- 18 So sánh mơ hình dầm – giàn với thí nghiệm Lim (2016) So sánh mơ hình dầm nối với lý thuyết trường nén cải tiến Mơ hình PTHH dầm nối Hình 3- 20 bao gồm có vật liệu BTCT có thép phân bố theo hàm lượng ứng với cốt thép đai, cốt dọc cốt chéo nhúng vào phần tử với liên kết bám dính hồn tồn với bê tông 1500 Lực cắt (kN) 1200 900 600 MCFT 300 Thí nghiệm 0 Hình 3- 20 Mơ hình dầm nối VecTor2 cho dầm CB20-1 0.02 0.04 0.06 0.08 Góc xoay (rad) Hình 3- 21 Đường cong lực – chuyển vị dầm theo KQ thí nghiệm phân tích Kết phân tích Mơ hình PTHH quan hệ lực - chuyển vị cho hai dầm nối thể Hình 321 Kết phân tích cho thấy làm việc dầm CB20-1 theo VecTor2 tương đồng với kết thí nghiệm Có thể dùng kết để so sánh với kết tính tốn theo mơ hình đề xuất So sánh mơ hình dầm nối CB20-1 với mơ hình số Các thông số khớp dẻo mô men khớp P thể Hình 3- 24 Hình 3- 25 Kết phân tích theo mơ hình dầm-giàn Hình 3- 26 18 1500 100 1000 Lực kéo - nén (kN) 150 Momen (kN.m) 50 -0.06 -0.04 -0.02 -50 0.02 0.04 0.06 -100 500 -0.02 -0.01 -500 -1500 Chuyển vị (m) Hình 3- 24 Quan hệ M- cho dầm (MH D-G) 1400 Mơ hình kết hợp dầm – giàn gần với 1200 ban đầu mơ hình (và giai đoạn đàn 1000 huy tác dụng Sau dầm nối bị suy Lực cắt (kN) với kết phân tích theo MCFT Đoạn vai trị giàn thép dọc khơng phát 0.02 -1000 -150 Góc xoay (rad) hồi), có mặt cốt thép chéo 0.01 800 600 MH D (ASCE 41) MH D-G MCFT 400 giảm độ cứng, thành phần cốt thép 200 giữ vai trò chịu lực với thành phần cốt thép chéo nhiều đóng vai Hình 3- 25 Quan hệ P- cho giàn (MH D-G) 0.02 0.04 0.06 0.08 Góc xoay (rad) trị chịu lực Hình 3- 26 So sánh mơ hình dầm – giàn với mơ hình dầm MCFT 3.4.3 So sánh kết phân tích theo mơ hình – dầm – giàn cho vách kép với kết thí nghiệm lý thuyết trường nén cải tiến Vách kép loại B (có cấu tạo cốt thép chéo) theo thí nghiệm Santhakumar cao tầng, tầng bên tác dụng xuống qua lực dọc hai bên vách Các lực ngang ba mức tầng 3, tầng tầng Mỗi vách có kích thước 102 x 610 x 5486 mm Dầm nối 76 x 305 x 380mm Vật liệu bê tơng có f’c = 30Mpa, cốt thép có fy = 330Mpa Kết phân tích thể Hình 3- 29 cho dầm - giàn khớp với tính tốn theo MCFT Mơ hình dầm – giàn với cốt thép chéo đóng vai trị giữ cho độ cứng dầm đảm bảo dầm chuyển sang trạng thái sau đàn hồi Sau giai đoạn đàn hồi, đường cong phân tích theo mơ hình đề xuất phù hợp với kết thực nghiệm lý thuyết trường nén cải tiến (MCFT) Điều mơ hình đề xuất có khả tính đến ứng xử sau đàn hồi dầm nối ứng xử tường giai đoạn đàn hồi Lực tác dụng (kN) thấy, kết tính tốn vách kép theo mơ hình 400 300 MH D-G 200 MCFT Thí nghiệm 100 0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 Chuyển vị đỉnh (m) Hình 3- 29 Kết phân tích vách kép chịu tải trọng ngang tăng dần theo mơ hình dầm – giàn, mơ hình trường nén cải tiến kết thí nghiệm vách 19 3.4.4 So sánh kết phân tích tăng dần tải trọng ngang cho lõi nửa kín với kết thực nghiệm lõi TC3 Xiu-li Phần thực phân tích lõi theo thí nghiệm Xiu-li cộng (2008) theo mơ hình đề xuất cách tăng dần tải trọng ngang theo PTHH Dưới trình bày kết tính tốn so sánh cho mẫu TC3 Mơ hình dầm – giàn phần tử cho lõi trình bày Hình 3- 31 Hình 3- 34 kết đường cong lực - chuyển vị lõi phân tích cách tăng dần tải trọng ngang với SAP2000 Lực tác dụng (kN) 500 400 300 Mơ hình 200 Thí nghiệm 100 0 20 40 Chuyển vị (mm) 60 80 Hình 3- 34 Kết phân tích theo mơ hình dầm – giàn thí nghiệm mẫu TC3 Kết so sánh Hình 3- 34 cho thấy phù hợp mơ hình phân tích với kết thực nghiệm 3.5 Nhận xét chương - Đã đề xuất áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn, thực tăng dần tải trọng ngang để phân tích kết Hình 3- 31 Mơ hình tính tốn cho lõi TC3 (thí nghiệm Xiu-li) cấu lõi nửa kín có xét đến làm việc sau đàn hồi dầm nối - Kết cấu lõi nửa kín mơ hình hóa phần tử hữu hạn, tường mơ hình hóa phần tử vỏ, dầm nối mơ hình hóa mơ hình hỗn hợp dầm – giàn - So sánh với kết thí nghiệm & phân tích dầm nối theo lý thuyết miền nén cải tiến cho thấy: kết tính tốn theo mơ hình hỗn hợp dầm - giàn phù hợp với kết thí nghiệm đồng thời phù hợp với kết phân tích theo lý thuyết miền nén cải tiến Chương xây dựng mô hình tính tốn kết cấu lõi nửa kín có xét đến ứng xử sau đàn hồi dầm nối theo phương pháp phân tích tăng dần tải trọng dựa mơ hình phần tử hữu hạn Áp dụng mơ hình đề xuất để thực nhiệm vụ luận án, trình bày Chương cho kết cấu lõi nửa kín CHƯƠNG KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG ỨNG XỬ SAU ĐÀN HỒI CỦA DẦM NỐI TỚI SỰ LÀM VIỆC CỦA LÕI NỬA KÍN CHỊU XOẮN 4.1 Giới thiệu chung Chương áp dụng phương pháp tính tốn lõi nửa kín có xét đến làm việc sau đàn hồi dầm nối với mô hình tính tốn đề xuất Chương để phân tích khảo sát kết cấu lõi 4.2 Tính tốn kết cấu lõi nửa kín chịu xoắn 4.2.1 Đặt vấn đề Trong mục áp dụng mô hình để tính tốn kết cấu lõi nửa kín có xét đến ứng xử sau đàn hồi dầm nối Kết tính tốn so sánh với kết tính tốn theo phương pháp tác giả khác cơng bố Mục đích tính tốn so sánh làm rõ ưu điểm mơ hình 4.2.2 Giới thiệu tốn 20 Lõi theo nghiên cứu Coull A cao 20 tầng, cạnh h = 10 m, b = m, chiều dầy 0,25m, chiều cao dầm nối 0,5 m, mô đun đàn hồi E = 30 kN/mm2, mô đun cắt G = 13,6 kN/mm2, khả chịu lực dầm nối Vgh = 438 kN Lõi theo nghiên cứu Kuang J.S bao gồm 15 tầng, tầng cao ht = 3,81 m, dầm nối có kích thước 0,305 x 0,457m, nhịp dầm Ln = 3,048m (tỉ số Ln/h 6,66), mô đun đàn hồi E = 2,76x106 kN/m2 4.2.3 Thiết lập mơ hình tính tốn Mơ hình kết cấu lõi theo mơ hình đề xuất, tính tốn ứng xử dầm nối theo mơ hình dầm – giàn 4.2.4 Kết tính tốn 600 300 Lực cắt (kN) Lực cắt (kN) 500 400 300 200 200 100 100 0 0.02 0.04 0.06 0.08 Góc xoay (rad) 0.1 0.02 0.04 0.06 0.08 Góc xoay (rad) 0.1 Hình 4- Sự làm việc dầm nối theo nghiên cứu Hình 4- Dầm nối theo nghiên cứu Kuang Coull A J.S 600 1200 Đàn hồi 600 A Coull MH đề xuất Mô men xoắn (kNm/m) Mô men xoắn (kNm/m) 1800 400 200 Đàn hồi JS Kuang MH đề xuất 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.02 0.04 0.06 Góc xoay đỉnh lõi (rad) Góc xoay đỉnh lõi (rad) Hình 4- Góc xoay đỉnh lõi theo mơ men xoắn Hình 4- Góc xoay đỉnh lõi theo mơ men xoắn theo theo phân tích đàn hồi (lý thuyết TTM), phân tích phân tích đàn hồi (lý thuyết TTM), phân tích sau đàn sau đàn hồi theo Coull A theo mơ hình đề xuất hồi theo Kuang J.S theo mơ hình đề xuất Kết phân tích Hình 4- 3, Hình 4- cho thấy tương đồng kết phân tích có điểm khác biệt Điểm khác biệt tính tốn theo mơ hình đề xuất, đường cong rẽ nhánh sớm hơn, điểm khác biệt thứ hai sau chảy dẻo, đường cong phân tích theo mơ hình đề xuất có độ dốc lớn so với kết nghiên cứu tác giả Coull A Kuang J.S 4.3 Phân tích làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín 4.3.1 Đặt vấn đề Thực phân tích làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín theo phương pháp phần tử hữu hạn mơ hình xây dựng Bề rộng chịu tải L = 20 m, lõi cao 20 tầng, ht = 3,5 m Lõi nửa kín có h = m, b = m, tường biên lõi h1 = m, chiều dày 0,25m Dầm nối có kích thước b x h = 0,25 x 0,7 m, Ln = m 21 Dầm nối cấu tạo cốt thép chéo 425 (1,121%), cốt thép dọc 3 (0,436%), cốt thép đai 10a120 (0,52%) Bê tơng có cường độ f’c = 30 Mpa, cốt thép có giới hạn chảy fy = 400 Mpa Tính tốn cơng thức đề xuất theo SMCFT lực cắt giới hạn Vgh = 788 kN 4.3.2 Mơ hình dầm nối Xác định thơng số Mơ hình Dầm-Giàn Trước hết tính tốn Pgh = 785 kN Sau tính tốn giá trị Mkd khớp dẻo tương ứng: Mkd = (Vgh-2Pghsin)Ln/2 = 224 kN.m Góc xác định cơng thức tang = d/Ln, d = 0,8h 4.3.3 Kết phân tích với mơ hình dầm nối Lực tác dụng (kN/m2) MH D (ASCE41) 0.00 MH D-G 0.03 0.06 0.09 0.12 Góc xoay(rad) 0.15 0.18 Thứ tự tầng 20 18 16 14 12 10 Đàn hồi Sau đàn hồi Thứ tự tầng Hình 4- Kết phân tích lõi nửa kín với hai mơ hình dầm nối 20 18 16 14 12 10 CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 0 0.05 0.1 0.15 Góc xoay (rad) theo cấp tải 200 400 600 Lực cắt DN (kN) 800 Hình 4- Biểu đồ góc xoay lõi theo tầng ứng Hình 4- Lực cắt dầm nối tầng ứng với với cấp tải thứ năm cấp tải trọng Kết tính tốn kết cấu lõi nửa kín theo hai mơ hình cho thấy có khác biệt đường cong lực – góc xoay hai mơ hình Kết tính tốn trường hợp tải so sánh với tính tốn đàn hồi cho thấy khác biệt Đồng thời, lực cắt dầm ban đầu tăng lên, đạt giá trị lớn chuyển sang dầm khác lân cận, hầu hết nội lực dầm đạt giá trị lớn 4.4 Khảo sát ảnh hưởng chiều cao dầm nối đến làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín 4.4.1 Đặt vấn đề Phần áp dụng mơ hình tính tốn để xem xét toán ảnh hưởng chiều cao dầm nối có xét đến ứng xử sau đàn hồi dầm nối Kết khảo sát để xem xét mức độ tương đồng ảnh hưởng dầm nối tới thay đổi góc xoắn kết cấu lõi nửa kín so với lõi hở kích thước 22 Tính tốn kết cấu lõi nửa kín với chiều cao dầm nối 4.4.2 Các dầm nối đặt hàm lượng cốt thép dọc, thép đai cốt thép chéo Theo đó, cốt thép dọc đặt phía với hàm lượng 0,44%, thép đai 0,52% cốt thép chéo có hàm lượng 1,121% Kết so sánh với lõi hở kích thước Hình 4- thể tổng hợp đường cong lực – góc xoay với chiều cao dầm nối khác 0.21 Lõi hở hLT= 0,1ht hLT= 0,2ht hLT= 0,3ht hLT= 0,4ht 0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 Góc xoay(rad) Góc xoay đỉnh lõi (rad) Lực tác dụng (kN/m2) 10 Lực TD 1KN/m2 Lực TD 2KN/m2 Lực TD 3KN/m2 Lực TD 4KN/m2 0.14 0.07 0 0.2 0.3 0.4 0.5 Tỉ lệ hDN/ht Hình 4- Góc xoay đỉnh lõi theo chiều cao dầm nối ứng với tải trọng tác dụng Hình 4- Kết phân tích tăng dần tải trọng cho lõi nửa kín theo chiều cao làm việc sau đàn hồi 0.1 dầm nối đặt cốt thép chéo Các kết tính tốn cho thấy hiệu dầm nối làm việc chịu xoắn lõi Khi chiều cao dầm nối 0,2ht, góc xoắn cịn 1/7 so với lõi hở Từ chiều cao dầm nối 0,3ht trở lên độ giảm góc xoắn giảm chậm dần Việc thay đổi chiều cao dầm nối ảnh hưởng rõ rệt tới làm việc lõi tương tự kết khảo sát Chương 4.5 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt thép chéo dầm nối đến làm việc chịu xoắn lõi nửa kín Đặt vấn đề 4.5.1 Trong phần sử dụng ưu điểm mơ hình đề xuất để xem xét vấn đề ảnh hưởng cốt thép chéo dầm nối đến làm việc kết cấu lõi nửa kín Tính tốn kết cấu lõi nửa kín với hàm lượng cốt thép chéo 4.5.2 Trong trường hợp chiều cao dầm nối 0,2 lần chiều cao tầng, tiến hành tính tốn kết cấu lõi nửa kín tương tự theo hàm lượng cốt thép chéo từ bé đến lớn để khảo sát 0.12 CX 2,242% CX 1,682% CX 1,121% CX 0,561% CX 0% 0.00 0.04 0.08 0.12 Góc xoay(rad) 0.16 0.20 Góc xoay đỉnh lõi (rad) Lực tác dụng (kN/m2) 12 TT 2KN/m2 TT 4KN/m2 0.08 TT 6KN/m2 0.04 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 Hàm lượng CTC Hình 4- 10 Biểu đồ lực – góc xoay lõi nửa kín Hình 4- 11 Biểu đồ góc xoay đỉnh lõi theo hàm theo hàm lượng cốt thép chéo khác lượng cốt thép chéo tải trọng tác dụng 23 Kết tính tốn cho thấy cốt thép chéo có tác dụng làm giảm đáng kể góc xoay kết cấu lõi nửa kín chịu xoắn 4.6 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt thép dọc cường độ bê tông dầm nối đến làm việc chịu xoắn lõi nửa kín Đặt vấn đề 4.6.1 Để nghiên cứu thêm khả tính tốn mơ hình đồng thời đánh giá vai trò cốt thép dọc cường độ bê tông tới làm việc lõi tiến hành khảo sát toán 4.6.2 Kết nghiên cứu Kết cấu lõi cao 20 tầng có cấu tạo, kích thước tương tự phần 4.5, hai trường hợp khảo sát, hàm lượng cốt thép chéo giữ mức 0,561% Khi khảo sát theo hàm lượng cốt thép dọc, cường độ bê tông lấy f’c = 30Mpa, khảo sát theo cường độ bê tông, hàm lượng cốt thép dọc lấy 0,436% Kết khảo sát theo hai trường hợp kể trình bày Hình 4- 12 Hình 4- 13 8.0 12.0 CD 1.744% CD 0.872% CD 0.436% CD 0% Lực tác dụng (kN/m2) Lực tác dụng (kN/m2) 12.0 4.0 0.0 0.00 0.04 0.08 0.12 Góc xoay(rad) 0.16 0.20 f'c=42Mpa f'c=36Mpa f'c=30Mpa f'c=23Mpa 8.0 4.0 0.0 0.00 0.04 0.08 0.12 Góc xoay(rad) 0.16 0.20 Hình 4- 12 Biểu đồ lực – góc xoay lõi nửa kín Hình 4- 13 Biểu đồ lực – góc xoay lõi nửa kín theo hàm lượng cốt thép dọc khác theo cường độ bê tông khác Kết khảo sát cho thấy, tăng hàm lượng cốt thép dọc, không làm tăng độ cứng chống xoắn kết cấu lõi, làm tăng độ dốc đường cong lực – góc xoay mức tải trọng tác dụng từ kN/m2 trở (Hình 4- 12) Đối với kết khảo sát theo cường độ bê tơng, ảnh hưởng làm việc lõi tăng lên không nhiều (Hình -13) 4.7 Nhận xét chương Mơ hình tính tốn kết cấu lõi nửa kín mơ hình dầm - giàn cho dầm nối thiết lập Chương áp dụng để phân tích kết cấu lõi nửa kín Kết cụ thể sau: - Phân tích theo mơ hình đề xuất thể trình chảy dẻo dầm nối theo tăng dần tải trọng - Kết quả phân tích cho thấy, đường cong lực – góc xoay rẽ nhánh sớm hơn, đường cong ứng xử có độ dốc lớn so với kết tính toán theo phương pháp Coull A & Kuang J.S - Quá trình chảy dẻo dầm nối dầm khoảng ¼ chiều cao lõi, đồng thời lan truyền lên phía đỉnh lõi xuống phía chân lõi từ vị trí dầm nối chịu lực lớn lõi bị xoắn Điều phù hợp với quy luật phân bố lực cắt dầm nối - Phân tích làm việc kết cấu lõi theo chiều cao dầm nối khác cho thấy ảnh hưởng chiều cao dầm nối đến khả chống xoắn lõi lớn: với chiều cao dầm nối 20% chiều cao tầng trở đi, góc xoắn đỉnh lõi 1/7 (tính tốn theo đàn hồi 1/10) so với lõi hở kích thước 24 - Kết khảo sát cho thấy hàm lượng cốt thép chéo ảnh hưởng lớn đến độ cứng chống xoắn kết cấu lõi nửa kín: hàm lượng cốt thép chéo tăng từ 0% lên 2,242% góc xoay lõi giảm lần - Cốt thép dọc cường độ bê tơng có ảnh hưởng đến độ cứng chống xoắn lõi không lớn ảnh hưởng chiều cao dầm nối cốt thép chéo KẾT LUẬN I Kết luận Nghiên cứu luận án đạt kết sau: - Kết phân tích kết cấu lõi nửa kín chịu xoắn theo lý thuyết thành mỏng mô hình rời rạc liên tục cho thấy lõi chịu xoắn dầm nối làm việc cấu kiện chịu uốn, cản trở độ vênh tiết diện lõi, làm giảm đáng kể góc xoay lõi chịu xoắn Ngồi ra, kết tính tốn cho thấy phân bố nội lực dầm nối không theo chiều cao, lực cắt lớn xuất dầm khu vực gần ¼ chiều cao lõi giảm dần lên phía xuống phía - Mơ hình tính tốn kết cấu lõi nửa kín theo phương pháp phần tử hữu hạn đề xuất luận án gồm phần tử vỏ dùng để mơ hình hóa tường lõi mơ hình hỗn hợp dầm – giàn dùng để mơ hình hóa dầm nối So sánh với kết thí nghiệm tác giả khác cơng bố kết tính tốn theo lý thuyết trường nén cải tiến cho thấy tính tốn theo mơ hình hỗn hợp dầm – giàn phù hợp với kết thí nghiệm kết tính tốn theo lý thuyết miền nén cải tiến - Áp dụng mơ hình phân tích kết cấu lõi nửa kín theo phương pháp phần tử hữu hạn cách tăng dần tải trọng ngang so sánh với kết tính tốn tác giả khác cho thấy ưu điểm mơ hình phản ánh sát làm việc kết cấu lõi nửa kín có xét đến làm việc sau đàn hồi dầm nối, cụ thể là: rẽ nhánh đường quan hệ mô men xoắn – góc xoay từ đường thẳng sang đường cong sớm hơn, độ dốc đường cong quan hệ mô men xoắn – góc xoay lớn so với tính toán theo phương pháp tác giả khác - Đã thực khảo sát ảnh hưởng chiều cao dầm nối, hàm lượng cốt thép chéo, hàm lượng cốt thép dọc dầm nối cường độ bê tông đến làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín có dầm nối làm việc sau giai đoạn đàn hồi Kết khảo sát cho thấy chiều cao dầm nối, hàm lượng cốt thép chéo, hàm lượng cốt thép dọc dầm nối cường độ bê tơng có ảnh hưởng đến làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín Trong đó, cốt thép chéo không làm tăng độ bền độ dẻo dầm nối mà làm giảm đáng kể độ xoắn lõi nửa kín kể kết cấu lõi làm việc giai đoạn đàn hồi có dầm nối làm việc sau giai đoạn đàn hồi Sở dĩ có hiệu ứng cốt thép chéo dầm nối chống lại vênh tiết diện kết cấu lõi chịu xoắn II Hướng nghiên cứu - Mơ hình đề xuất kiểm chứng thí nghiệm tác giả khác thực lý thuyết trường nén cải tiến, làm thí nghiệm để kiểm chứng đầy đủ mơ hình đề xuất luận án - Luận án thực với kết cấu lõi nửa kín khoang dãy dầm nối, nghiên cứu tốn chịu xoắn kết cấu lõi có nhiều khoang, nhiều dãy lỗ - Trong luận án tính tốn kết cấu lõi nửa kín trường hợp tải trọng ngang tăng dần, nghiên cứu tốn động lực kết cấu lõi nửa kín dầm nối làm việc sau đàn hồi DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ Nguyễn Tiến Chương, Đồn Xn Quý (2018) Ảnh hưởng độ cứng dầm nối đến làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nhà cao tầng Tuyển tập cơng trình, Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rắn lần thứ XIV, Đại học Trần Đại Nghĩa, Thành phố Hồ Chí Minh, 19-20/7/2018 ISBN: 978-604-913-832-4 Nguyễn Tiến Chương, Đoàn Xuân Quý (2018) Phân tích làm việc kết cấu lõi nửa kín nhà cao tầng chịu tải trọng ngang Hội nghị Khoa học thường niên trường ĐH Thuỷ Lợi năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Nguyễn Tiến Chương, Đoàn Xuân Quý (2019) Ảnh hưởng hàm lượng cốt thép đai dầm nối đến làm việc kết cấu vách kép chịu tải trọng ngang Hội nghị Khoa học thường niên trường ĐH Thuỷ Lợi năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 Nguyễn Tiến Chương, Đồn Xn Q (2020) Tính tốn khả chịu cắt dầm nối kết cấu lõi nhà cao tầng đặt cốt thép thông thường theo TCVN 5574: 2018 Hội nghị Khoa học thường niên trường ĐH Thuỷ Lợi năm 2020 ISBN 978-604-82-3869-8 Chuong N.T., Quy D (2021) On the thin-walled theory’s application to calculate the semienclosed core structure of high-rise buildings Modern Mechanics and Applications Lecture Notes in Mechanical Engineering Springer, Singapore https://doi.org/10.1007/978-981-163239-6_67 Đoàn Xuân Quý, Nguyễn Tiến Chương (2021) Khả chịu cắt dầm nối đặt cốt thép thông thường kết cấu vách - lõi nhà nhiều tầng Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, tháng 12-2021, ISSN: 1859-3941 Đoàn Xuân Quý, Nguyễn Tiến Chương (2021) Sự làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nửa kín nhà nhiều tầng có xét tới ứng xử ngồi giới hạn đàn hồi dầm nối Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rắn lần thứ XV, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên Thành phố Thái Nguyên, ngày 24, 25 tháng năm 2021 ISBN 978-604-9987-74-8 Đoàn Xuân Quý, Nguyễn Tiến Chương (2021) Ảnh hưởng cốt thép chéo đến làm việc dầm nối kết cấu vách - lõi nhà nhiều tầng Hội nghị Khoa học thường niên trường ĐH Thuỷ Lợi năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Quý, Đoàn X., & Chương, N T (2022) Ứng xử vách kép nhà nhiều tầng chịu tải trọng ngang theo làm việc sau đàn hồi dầm nối Tạp Chí Vật liệu Và Xây dựng - Viện Vật liệu xây dựng, 12(01) ISSN: 1859-381X https://doi.org/10.54772/jomc.01.2022.273 10 Đoàn Xuân Quý, Nguyễn Tiến Chương, Nguyễn Hùng Phong (2022) Phân tích kết cấu lõi nhà nhiều tầng có xét đến làm việc sau đàn hồi dầm nối Tuyển tập công trình khoa học, Hội nghị Cơ học tồn quốc lần thứ XI, Thành phố Hà Nội, 2-3/12/2022 ISBN: 978-604-357084-7 11 Đoàn, X Q., Chương, N T ., & Phong, N H (2022) Tính tốn kết cấu vách kép nhà nhiều tầng có dầm nối đặt cốt thép chéo làm việc sau đàn hồi Tạp Chí Vật liệu & Xây dựng - Bộ Xây dựng, 12(06) ISSN: 1859-381X https://doi.org/10.54772/jomc.06.2022.412 12 Đoàn Xn Q, Phạm Thu Hiền (2022) Tính tốn khả chịu cắt dầm nối bê tơng cốt thép có cốt thép chéo theo mơ hình SMCFT Hội nghị Khoa học thường niên trường ĐH Thuỷ Lợi năm 2022 ISBN: 978-604-82-7001-8