Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Giang Văn Khiêm NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ PHI TUYẾN CỦA VÁCH BÊ TÔNG CỐT THÉP NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG LẶP ĐẢO CHIỀU Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 9580201 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT HÀ NỘI - 2023 Cơng trình hồn thành tại: VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Người hướng dẫn khoa học: 1) PGS.TS Nghiêm Mạnh Hiến 2) GS.TS Nguyễn Tiến Chương Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Xuân Huy – ĐH Giao thông Vận tải Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương – ĐH Kiến trúc Hà Nội Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Tuấn Trung - ĐH Xây dựng Hà Nội Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện, họp tại: Phòng họp tầng 2, Viện khoa học công nghệ xây dựng vào hồi ngày tháng năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Viện Khoa học công nghệ xây dựng - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài nghiên cứu Hiện vách bê tông cốt thép sử dụng rộng rãi kết cấu chịu lực cơng trình từ 20-40 tầng Việt Nam, có số nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm vấn đề này, kết hạn chế chưa đầy đủ Trước đây, quan điểm thiết kế kết cấu bê tông cốt thép thường tập trung vào việc đảm bảo độ bền độ cứng kết cấu Tuy nhiên phương pháp thiết kế kết cấu dựa theo chuyển vị áp dụng rộng rãi nước giới Việc nghiên cứu ứng xử phi tuyến vách bê tông cốt thép làm sáng tỏ giai đoạn làm việc vách từ giai đoạn đàn hồi đến bị sụp đổ Các phần mềm phân tích kết cấu phổ biến Etabs, Sap2000, Robot, Midas vv chưa có mơ hình phi tuyến vật liệu hỗn hợp bê tông cốt thép cho kết cấu vách cứng Do vậy, đề tài có tính cấp thiết thực tiễn việc phân tích ứng xử phi tuyến kết cấu vách bê tông cốt thép nhà cao tầng chịu tải trọng lặp đảo chiều Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng phần tử hữu hạn phẳng để mơ hình hóa ứng xử phi tuyến vách bê tông cốt thép Nghiên cứu thực nghiệm vách bê tông cốt thép chịu tải trọng lặp đảo chiều để làm rõ ứng xử phi tuyến vách bê tơng cốt thép Xây dựng chương trình phân tích ứng xử phi tuyến vách bê tơng cốt thép Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Vách phẳng bê tông cốt thép nhà cao tầng thiết kế, cấu tạo phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam Phạm vi nghiên cứu: Ứng xử phi tuyến vách bê tông cốt thép chịu đồng thời tải trọng đứng không đổi tải trọng ngang lặp đảo chiều Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: Phương pháp phần tử hữu hạn: xây dựng ma trận độ cứng, ma trận khối lượng, ma trận đàn dẻo véc tơ tải nút; phương pháp phân tích kết cấu giải tốn phân tích phi tuyến tĩnh động; Nghiên cứu thực nghiệm: thí nghiệm cấu kiện vách bê tơng cốt thép chịu tải trọng lặp đảo chiều Nội dung nghiên cứu luận án Nội dung nghiên cứu luận án trình bày chương, trình bày vấn đề liên quan tới vách bê tông cốt thép ứng xử phi tuyến vách BTCT chịu tải trọng lặp đảo chiều Phân tích phần tử hữu hạn nghiên cứu thực nghiệm vách BTCT, từ làm rõ ứng xử phi tuyến vách BTCT chịu tải trọng lặp đảo chiều Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu - Xây dựng phần tử hỗn hợp bê tông cốt thép kể đến tính phi tuyến vật liệu - Cung cấp số liệu kết nghiên cứu thực nghiệm vách bê tông cốt thép chịu tải trọng lặp đảo chiều - Xây dựng chương trình phân tích ứng xử phi tuyến vách bê tông cốt thép Cấu trúc luận án Ngoài Mở đầu, tài liệu tham khảo, cơng trình khoa học cơng bố, luận án bố cục chương: Chương Tổng quan vấn đề nghiên cứu; Chương Xây dựng phần tử hỗn hợp bê tông cốt thép theo phương pháp phần tử hữu hạn; Chương Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử vách bê tông cốt thép chịu tải trọng lặp đảo chiều; Chương Xây dựng chương trình phân tích ứng xử phi tuyến vách bê tông cốt thép CSW; Phụ lục CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Trong Chương nghiên cứu tổng quan đề cập đến bốn vấn đề chính, là: giới thiệu chung phần tử vách bê tơng cốt thép (BTCT), mơ hình phân tích vách BTCT, mơ hình vật liệu phân tích phi tuyến kết cấu Ngoài ra, phần nghiên cứu tổng quan, luận án giới thiệu tình hình nghiên cứu thực nghiệm vách bê tông cốt thép chịu tải trọng lặp đảo chiều giới, để từ rút vấn đề cịn tồn nghiên cứu, qua đề xuất vấn đề nghiên cứu hướng tiếp cận thực nghiệm phân tích phi tuyến thực luận án 1.1 Giới thiệu chung vách BTCT Trong phần trình bày khái niệm vách bê tơng cốt thép, phân loại vách BTCT theo tiêu chí khác nhau: phân loại vách theo chiều cao, theo công sử dụng theo phương pháp thi cơng Ngồi ra, phần trình bày cách thiết kế vách BTCT theo số tiêu chuẩn như: thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam, thiết kế theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ 1.2 Các mơ hình phân tích vách bê tơng cốt thép Trong phần tác giả giới thiệu số mơ hình phân tích vách BTCT như: Mơ hình dầm tương đương, mơ hình dạng giàn, mơ hình tổ hợp, mơ hình thớ, mơ hình vi mơ Từ việc phân tích để thấy khác ưu nhược điểm mơ hình phân tích vách BTCT 1.3 Mơ hình vật liệu phân tích phi tuyến kết cấu Trong phần luận án giới thiệu mơ hình cho vật liệu bê tơng cốt thép để phân tích ứng xử phi tuyến kết cấu tài liệu nghiên cứu giới 1.4 Nghiên cứu thực nghiệm vách BTCT chịu tải trọng lặp Vấn đề nghiên cứu vách BTCT chịu tải trọng lặp nhiều nhà khoa học nước quan tâm thực Luận án giới thiệu đến số nghiên cứu điển hình như: - Thí nghiệm Lefas cộng [33] - Thí nghiệm Thosen Wallace [34] - Thí nghiệm Deng cộng [13] - Thí nghiệm Yiquiu Lu cộng [94a] - Thí nghiệm Bing Li cộng [5a] Từ nghiên cứu thực nghiệm điển hình giới theo giai đoạn thời gian khác nhau, luận án rút ưu nhược điểm nghiên cứu, tham khảo kinh nghiệm việc lựa chọn mơ hình cách chế tạo mơ hình nghiên cứu thực nghiệm luận án 1.5 Nhận xét Chương Vách bê tông cốt thép nhiều tác giả giới nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm nhiều thập kỷ qua Có nhiều mơ hình tính tốn đề xuất mơ hình dầm tương đương, giàn, tổ hợp, thớ mơ hình phần tử hữu hạn Các mơ hình trước xem xét riêng lẻ bê tông cốt thép phù hợp với mục đích nghiên cứu, việc áp dụng vào phân tích thiết kế cịn khó khăn Các biểu thức mơ hình vật liệu bê tơng cịn chưa đáp ứng hồn tồn để mơ tả ứng xử phi tuyến vật liệu bê tông chịu tải trọng lặp, đặc biệt quan hệ ứng suất biến dạng chuyển trạng thái từ nén sang kéo kéo sang nén Trong mơ hình tính tốn mơ hình phân tích phi tuyến theo phương pháp phần tử hữu hạn cho phép mô cấu kiện vách bê tông cốt thép sát với làm việc thực tế Các nghiên cứu thực nghiệm nhiều tác giả giới thực với việc sử dụng nhiều loại mơ hình thí nghiệm khác nhau, nghiên cứu thực nghiệm vách BTCT tác giả thường thu nhỏ kích thước so với kích thước thực tế theo kích thước thực tế giảm hàm lượng cốt thép mẫu thí nghiệm chưa phản ánh ứng xử vách thực tế Do đó, khn khổ luận án, tác giả đề xuất nghiên cứu vách BTCT thực nghiệm với tỉ lệ kích thước 1:1 mẫu thí nghiệm để khảo sát ứng xử vách bê tông cốt thép chịu tải trọng thay đổi theo thời gian CHƯƠNG XÂY DỰNG PHẦN TỬ HỖN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 2.1 Ứng suất biến dạng Trong phần luận án giới thiệu thành phần ứng suất thành phần biến dạng, quan hệ ứng suất biến dạng ứng xử đàn hồi dẻo vật liệu thuật toán xác định ứng suất mặt chảy dẻo 2.2 Mơ hình vật liệu bê tơng Phần trình bày thí nghiệm nén kéo động mẫu bê tông để nghiên cứu ứng xử vật liệu bê tông tác dụng tải trọng động, giới thiệu kết thí nghiệm vật liệu nhiều nghiên cứu tác giả khác Ngoài ra, luận án trình bày cách xây dựng mơ hình phi tuyến vật liệu bê tông nhiều nghiên cứu giới, mặt chảy dẻo mơ hình phi tuyến vật liệu bê tơng 2.3 Mơ hình vật liệu cốt thép Mơ hình vật liệu cốt thép thể đường cong ứng suất-biến dạng cốt thép tác dụng tải trọng động, thể công thức xác định ứng suất biến đạng cốt thép, giới thiệu mơ hình Jeng (2002) [5] đề xuất 2.4 Phương pháp phần tử hữu hạn Nội dung phần trình bày phương trình phương pháp phần tử hữu hạn, cách thiết lập phương trình, số đặc trưng phần tử áp dụng luận án phần tử tứ giác đẳng tham số, phần tử cốt thép, phần tử hỗn hợp BTCT 2.5 Giải hệ phương trình cân Việc giải hệ phương trình cân thực theo trình tự: + Tam giác hóa ma trận độ cứng; + Giải phương trình tìm véc tơ + Giải phương trình tìm chuyển vị nút 2.6 Phương pháp giải lặp phi tuyến Phân tích kết cấu theo mơ hình phi tuyến vật liệu hay phi tuyến hình học, ma trận độ cứng véc tơ tải trọng phụ thuộc vào chuyển vị Các phương pháp phổ biến áp dụng Newton-Raphson Newton – Raphson cải tiến 2.7 Phương pháp giải toán động lực học Để giải toán động lực học kết cấu chịu tải trọng động đất gọi phương pháp Newmark Ưu điểm phương pháp Newmark lựa chọn tham số để thỏa mãn yêu cầu hội tụ Trong phạm vi nghiên cứu luận án, tác giả sử dụng phương pháp gia tốc trung bình thỏa mãn hội tụ khơng điều kiện 2.8 Nhận xét Chương Chương trình bày sở lý thuyết phân tích phi tuyến vách bê tông cốt thép chịu tải trọng động theo phương pháp phần tử hữu hạn Mơ hình vật liệu phi tuyến bê tông đề xuất thông qua việc xây dựng mặt chảy dẻo Phần tử hỗ hợp bê tông cốt thép theo phương pháp phần tử hữu hạn xây dựng Phần tử hỗn hợp bê tơng thép phát triển nhằm mục đích đơn giản hóa việc mơ hình hóa kết cấu đảm bảo độ xác CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CỦA VÁCH BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG LẶP ĐẢO CHIỀU 3.1 Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm Khảo sát ứng xử vách bê tông cốt thép chịu tải trọng lặp đảo chiều Kiểm chứng kết mơ số phân tích phi tuyến vách bê tông cốt thép chịu tải trọng thay đổi theo thời gian mơ hình phần tử hỗn hợp bê tơng cốt thép 3.2 Mẫu thí nghiệm vật liệu chế tạo Mẫu thí nghiệm Để thực nội dung nghiên cứu thực nghiệm phòng thí nghiệm tiến hành 02 mẫu vách với tỉ lệ 1-1 thiết kế, cấu tạo theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2018 [101]và TCVN 9386-2012[102] Các mẫu có kích thước hình học 150x800x3250 mm đặc trưng vật liệu Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật mẫu sử dụng nghiên cứu thực nghiệm STT Cốt thép dọc Cốt ngang Cốt đai vùng biên Bê tông Vùng biên Giữa vách Mẫu Ø14 Ø12 Ø10 Ø6 B20 Mẫu Ø16 Ø12 Ø10 Ø6 B20 3.2.2.Vật liệu chế tạo mẫu thí nghiệm a) Bê tơng chế tạo mẫu Cả mẫu vách thí nghiệm chế tạo từ loại bê tơng có cấp độ bền B20 Bảng 3.2 Cấp phối vật liệu chế tạo bê tông B20 (Kg/m3) Xi măng PCB30 (Kg) 390 Cát vàng Đá 1x2 Nước Tỷ lệ (Kg) (Kg) (Kg) nước/xi măng 720 1160 190 0,487 Hình 3.1 Cấu tạo mẫu vách V1 Hình Cấu tạo mẫu vách V2 Bảng 3.3 Cường độ chịu nén mô đun đàn hồi bê tông Mẫu Ri(MPa) 33.2 30 29.3 Ritb (MPa) 30,83 E (Mpa) 31675 Eitb (MPa) 28222 31587 30494.67 b) Cốt thép vách Cốt thép dọc, cốt thép ngang vách cốt thép đế móng sử dụng thép CB300 - V Hòa Phát, cốt thép đai vùng biên vách dùng thép CB240 - T Hòa Phát Bảng 3.4 Các đặc trưng lý cốt thép Đường kính cốt thép fy (Mpa) Ø16 355 Ø14 345 Ø10 350 Ø6 235 fu (Mpa) 500 518 520 405 Es (Mpa) 200000 200000 200000 200000 3.2.3 Tính tốn khả chịu lực mẫu thí nghiệm Mẫu thí nghiệm chịu tác dụng tải trọng gây nén-uốn đồng thời làm việc, xác định khả chịu lực mẫu thể Hình 3.6 Vách V1 Vách V2 Hình 3.3 Khả chịu lực vách 3.2.4 Chế tạo mẫu thí nghiệm Các mẫu thí nghiệm đúc nằm ngang Phịng thí nghiệm Kiểm định cơng trình , trường Đại học Xây dựng Hà Nội Hình 3.4 Chi tiết chế tạo mẫu 3.3 Sơ đồ tác dụng tải trọng quy trình gia tải thí nghiệm 3.3.1 Sơ đồ tác dụng tải trọng Hệ thống gia tải lên mẫu thí nghiệm gồm kích thủy lực tĩnh loại 1000KN tạo lực nén dọc trục kích thủy lực động gia tải ngang 1000KN tạo lực cắt, mô men uốn vách Tải trọng tác dụng lên mẫu thí nghiệm gồm tải trọng dọc trục N tải trọng ngang P lặp đảo chiều đặt đỉnh vách Giá trị lực ngang P tác dụng đỉnh vách tăng dần theo cấp, kiểm sốt thơng qua chuyển vị ngang đỉnh vách, vách bị phá hoại 3.3.2 Quy trình gia tải thí nghiệm Gia tải thí nghiệm thực theo bước Hình 3.9 Vị trí phiến điện trở đo biến dạng cốt thép 3.5 Phân tích đánh giá ứng xử mẫu thí nghiệm 3.5.1 Kiểm sốt thí nghiệm - Các số liệu, đồ thị thể suốt trình thí nghiệm móng vách chuyển vị nhỏ, vách coi ngàm vào móng Hình 3.10 thể chuyển vị đế móng suốt q trình thí nghiệm Hình 3.10 Chuyển vị đế móng Hình 3.11 Chuyển vị vách theo q trình thí nghiệm phương mặt phẳng uốn - Chuyển vị mặt phẳng uốn vách q trình thí nghiệm thể hình 3.11 - Lực dọc tác dụng lên đỉnh vách q trình thí nghiệm kiểm sốt thông qua biến dạng 02 thép cường độ cao Ø36 liên kết với sàn phản lực phịng thí nghiệm thể hình 3.12 Một số thời điểm lực dọc thép Ø36 tăng lên so với giá trị trung bình, nhiên tượng xảy 11 tức thời thời gian ngắn (khoảng 1,0 giây) không ảnh hưởng đến ứng xử mẫu q trình thí nghiệm kéo dài 9,0 Hình 3.12 Lực dọc thép tạo lực nén vách 3.5.2 Sự phá hoại mẫu thí nghiệm 3.5.2.1 Mẫu thí nghiệm V1 Ở cấp chuyển vị 1,0cm bắt đầu xuất vết nứt nhỏ dài 8cm Khi tăng chuyển vị lên mức 1,5cm bắt đầu xuất vết nứt có bề rộng lớn 0,3mm Ở cấp chuyển vị 1,75cm bắt đầu xuất vết nứt nghiêng dài khoảng 20cm Tiếp tục gia tải đến 1,88cm cốt thép dọc biên ngồi bị chảy dẻo, đến cấp chuyển vị 2,2cm (chu kỳ 9) tồn cốt thép dọc vùng biên bị chảy dẻo Ở cấp chuyển vị 3,5cm bê tơng bắt đầu bị ép vỡ Hình 3.13 thể hình ảnh bê tơng chân vách bị ép vỡ, chiều dài vết nứt ngang chân vách V1 Bê tơng bị ép vỡ Vết nứt ngang tồn tiết diện Hình 3.13 Bê tơng chân vách V1 dừng thí nghiệm 12 Hình 3.14 thể hình ảnh, số lượng, chiều dài vết nứt vách V1 dừng thí nghiệm Khối móng hoạt động tương tự đài móng ngun khối tương đương, khơng có hư hỏng đế móng quan sát thấy q trình thí nghiệm Hình 3.14 Nứt vỡ bê tơng vách V1 dừng thí nghiệm 3.5.2.2 Mẫu thí nghiệm V2 Ở cấp chuyển vị 0,75cm bắt đầu xuất vết nứt nhỏ dài 8cm Khi tăng chuyển vị lên mức 1,25cm bắt đầu xuất vết nứt có bề rộng lớn 0,3mm Ở cấp chuyển vị 1,75cm bắt đầu xuất vết nứt nghiêng dài khoảng 20cm Trong phạm vi 1/3 chiều cao vách xuất nhiều vết nứt uốn vng góc với trục vách, số lượng hình dạng vết nứt hai phía vùng biên vách gần giống tác động đổi chiều tải trọng Thời điểm vết nứt mở rộng, cốt thép dọc vùng biên chảy dẻo từ thấy vách xảy phá hoại dẻo Do tải trọng dọc trục cao, trượt cắt khơng đáng kể suốt q trình thí nghiệm Hình ảnh khe nứt cho thấy cấu phá hoại vách hoàn toàn giống với kết thực nghiệm nhiều tác giả khác thực trước [94a] Hình 3.15 Nứt vỡ bê tơng vách V2 13 Hình 3.15 thể hình ảnh, số lượng, chiều dài vết nứt vách V2 dừng thí nghiệm Khối móng hoạt động tương tự đài móng ngun khối tương đương, khơng có hư hỏng đế móng quan sát thấy q u t r ì n h thí nghiệm Do đường kính cốt dọc mẫu V1 lớn mẫu V2 làm cho lực dính bê tơng cốt thép tăng lên nên thí nghiệm vết nứt ngang xuất mẫu V1 muộn mẫu V2 3.5.3 Quan hệ tải trọng ngang chuyển vị ngang đỉnh mẫu Trong q trình thí nghiệm mẫu V2, thiết bị thu số liệu kích gia tải ngang bị lỗi, giá trị tải trọng ngang không lưu lại được, việc phân tích, đánh giá kết thí nghiệm mẫu V2 chủ yếu dựa hình ảnh vết nứt, thời điểm chảy dẻo cốt thép dọc Ứng xử phi tuyến mẫu thí nghiệm chủ yếu dựa kết thu trình thí nghiệm mẫu V1 Hình 3.16 thể quan hệ tải trọng ngang – chuyển vị ngang đỉnh vách V1 Hình 3.17 thể đường bao quan hệ tải trọng ngang – chuyển vị ngang đỉnh vách V1 Hình 3.16 Quan hệ tải trọng Hình 3.17 Đường bao tải trọng ngang - ngang V - Chuyển vị ngang ∆ đỉnh vách Chuyển vị ngang đỉnh vách 3.5.4 Phân bố độ cong theo chiều cao vách Sự phân bố độ cong trung bình tính tốn từ LVDT đo chuyển vị nằm chiều cao vách, thể Hình 3.19 14 Sự phân bố độ cong chứng minh vách cứng thí nghiệm có biến đổi tương quan khớp với dạng vết nứt thể Hình 3.15 Đỉnh cong rõ nét vị trí vết nứt rộng phân bố liên tục độ cong suốt chiều cao vách Hình 3.18 Thời điểm cốt thép chảy Hình 3.19 Phân bố độ cong theo chiều dẻo; bê tơng nứt thí nghiệm cao vách 3.5.5 Quan hệ tải trọng ngang - góc xoay chân vách Hình 3.20 trình bày quan hệ tải trọng ngang góc xoay chân vách Giai đoạn đầu tải trọng ngang cịn nhỏ, bê tơng chưa bị nứt nên góc xoay chân vách bé, quan hệ tải trọng ngang góc xoay tuyến tính Khi tải trọng ngang tiếp tục tăng lên P=60,4KN làm cho bê tơng vùng kéo bị nứt, sau đến tải trọng ngang P=88,8KN cốt thép chảy dẻo, tiết diện ngang chân vách bị suy giảm so với tiết diện nguyên ban đầu, độ cứng vách bị suy giảm quan hệ tải trọng ngang chuyển vị xoay chân vách đường cong Khi tải trọng ngang tiếp tục tăng lên P=113,5KN, bê tông bắt đầu bị ép vỡ, số vết nứt ngang có chiều dài phát triển tiết diện ngang vách 15 Hình 3.20 Tải trọng ngang - góc xoay chân vách 3.5.6 Quan hệ tải trọng ngang - biến dạng cắt Trong q trình thí nghiệm, biến dạng cắt vách tăng đến quan hệ tải trọng ngang - biến dạng cắt đường nằm ngang Mẫu bị phá hoại chưa có bước nhảy đột biến qua thấy phá hoại vách phá hoại uốn gây Hình 3.21 trình bày quan hệ tải trọng ngang biến dạng cắt chân vách 3.5.7 Mối quan hệ lượng biến dạng độ dẻo Hình 3.22 trình bày mối quan hệ lượng biến dạng độ dẻo mẫu thí nghiệm Ở giai đoạn đầu, tải trọng tác dụng lên vách nhỏ, vách làm việc giai đoạn đàn hồi độ dẻo vách lúc xác định tính chất đàn hồi bê tơng cốt thép Khi tải trọng loại bỏ, vách có khả hồi phục hình dạng ban đầu, lượng biến dạng bị tiêu tán Khi tải trọng ngang tăng lên đến mức làm cho bê tông bị nứt, cốt thép bị chảy dẻo, vách không phục hồi hình dạng ban đầu sau biến dạng phần lượng biến dạng bị tiêu tán Tuy nhiên vách khả chịu tải khơng bị hư hỏng hồn tồn Tải trọng ngang tiếp tục tăng lên, vết nứt bê tông mở rộng, số lượng, chiều dài vết nứt tăng lên, vách bị dần tính dẻo khơng thể phục hồi hình dạng ban đầu dỡ tải Năng lượng biến dạng dẻo bị tiêu hao giai đoạn cao 16 Hình 3.21 Tải trọng ngang - biến dạng cắt Hình 3.22 Mối quan hệ lượng biến dạng - độ dẻo 3.5.8 Mối quan hệ tải trọng ngang biến dạng cốt thép dọc vùng biên Hình 3.23 Mối quan hệ tải trọng ngang - biến dạng cốt thép dọc Khi tải trọng ngang P = 88,8KN vết nứt bê tông vùng kéo tiếp tục phát triển, mở rộng vết nứt bê tơng vách ngun nhân làm cho cốt thép dọc D1 chảy dẻo Tải trọng ngang tiếp tục tăng lên cốt thép tiếp tục biến dạng vết nứt ngày mở rộng dẫn đến thép dọc D2 phía D1 tiếp tục chảy dẻo Khi tải trọng ngang P =113,5KN, bê tông bắt đầu bị ép vỡ, số vết nứt ngang có chiều dài phát triển tiết diện ngang vách, độ cứng mẫu suy giảm, 17 mẫu bị phá hoại Hình 3.23 thể quan hệ tải trọng ngang – biến dạng cốt thép dọc 3.5.9 Sự suy giảm độ cứng vách Một hệ kết cấu chịu động đất tốt hệ kết cấu thiết kế để có cân độ bền, độ cứng, độ dẻo khả tiêu tán lượng Độ cứng phải đủ lớn để kiểm soát chuyển vị ngang đồng thời khơng bị suy giảm bị suy giảm chịu tải trọng đảo chiều Phần lớn cấu kiện bê tông cốt thép bị suy giảm độ cứng chịu tải Sự suy giảm độ cứng lực dính cốt thép bê tông bị suy giảm, bong tách bê tông khỏi cốt thép phát triển vết nứt mở đóng lại khơng hết Độ cứng mẫu thí nghiệm xác định cách dùng độ cứng cát tuyến (đỉnh đến đỉnh) dựa vào biểu đồ lực – chuyển vị tính tốn độ dốc trục ngang đường thẳng nối hai đỉnh chu kỳ dỡ tải Hình 3.24 thể quan hệ độ cứng - Drift q trình thí nghiệm Hình 3.24 Quan hệ độ cứng Drift Hình 3.25 Hệ số cản mẫu V1 3.6 Biến dạng bê tông tiết diện ngang vách Từ kết đo biến dạng tem dán cách chân vách 2000mm, Hình 3.26 thể quan hệ biến dạng bê tông mặt cắt ngang vách khơng tuyến tính Đường F3 ứng với thời điểm chuyển vị ngang đỉnh vách 1,86mm Đường F7 ứng với thời điểm chuyển vị ngang đỉnh vách 4,3mm, lúc tiết diện ngang vách có phần bê tơng chịu kéo nhỏ Đường F11 ứng với thời điểm chuyển vị 18 ngang đỉnh vách 6,5mm Đường F15 ứng với thời điểm chuyển vị ngang đỉnh vách 8,8mm, biến dạng kéo bê tông tăng lên bê tông xuất vết nứt Hình 3.26 Biến dạng bê tông tiết diện ngang cách chân vách 2000mm giai đoạn đàn hồi 3.7 Nhận xét rút từ kết nghiên cứu thí nghiệm Sự phân bố độ cong vách cứng thí nghiệm khơng tuyến tính có số đỉnh nhọn biểu đồ thể tập trung giá trị độ cong biến dạng vị trí có vết nứt uốn lớn Biến dạng bê tông tiết diện ngang vách vách làm việc giai đoạn đàn hồi khơng tuyến tính Khi lực nén tác dụng lên vách chiếm khoảng 0,25RbA, vách thuộc loại vách cao phá hoại vách chịu tải trọng đảo chiều phá hoại dạng uốn CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH ỨNG XỬ PHI TUYẾN VÁCH BÊ TƠNG CỐT THÉP 4.1 Chương trình phân tích ứng xử phi tuyến vách bê tông cốt thép CSW 4.1.1 Giới thiệu chương trình CSW Chương trình phân tích ứng xử phi tuyến vách bê tông cốt thép CSW xây dựng dựa lý thuyết phần tử hữu hạn trình bày Chương luận án Tải trọng tác dụng bao gồm hai giai đoạn: 1) tải trọng theo phương đứng; 2) tải trọng theo phương ngang Kết phân tích bao gồm chuyển vị điểm nút, ứng suất phần tử mơ hình bê tơng cốt thép, vị trí xuất nứt 19 4.1.2 Sơ đồ khối chương trình CSW Sơ đồ khối chương trình CSW trình bày hình 4.1 Hình 4.1 Sơ đồ khối 4.1.3 Sơ đồ hình học vách thí nghiệm Vách thí nghiệm chương đưa vào chương trình CSW chia thành phần theo chiều cao, phần đế, phần thân vách phần gia cường đỉnh vách Hình 4.2 trình bày hộp hộ thoại nhập liệu hình học vách chương trình CSW 20 Hình 4.2 Nhập liệu hình học vách 4.1.4 Dữ liệu tải trọng chương trình CSW Tải trọng tác dụng lên vách theo hai giai đoạn Ở giai đoạn 1, tải trọng đứng gia tải từ đến giá trị đặt vào vào vách Ở giai đoạn 2, tải trọng đứng giữ không đổi giá trị đặt vào vách giai đoạn đồng thời tải trọng ngang thay đổi theo thời gian đặt vào đỉnh vách 4.1.5 Các đặc trưng vật liệu chương trình CSW Hình 4.3 Dữ liệu vật liệu bê tơng Hình 4.4 Dữ liệu vật liệu cốt thép 4.2 Phân tích vách bê tơng cốt thép thí nghiệm chương chương trình CSW So sánh quan hệ tải trọng ngang - chuyển vị từ kết phân tích ứng xử chương trình CSW với kết thí nghiệm 21 Hình 4.5 So sánh kết quan hệ tải trọng ngang – chuyển vị đỉnh vách Hình 4.6 Ứng suất vách theo Hình 4.7 Ứng suất vách theo phương ngang (T/m2) phương đứng (T/m2) 4.3 Phân tích vách bê tơng cốt thép thí nghiệm Thosen Wallace chương trình CSW Thosen Wallace thí nghiệm hai vách tiết diện chữ nhật (RW1 RW2) với chiều cao tiết diện 1,219 m Các mẫu vách thiết kế theo tỷ lệ thu nhỏ ¼ vách 22 thực tế theo tiêu chuẩn UBC với bổ sung thêm phần chân vách Các mẫu thí nghiệm có chiều cao 3,658 m, chiều dày 0,102 m Hình 4.8 Sơ đồ gia tải ngang mơ hình phân tích Hình 4.9 So sánh kết quan hệ tải trọng ngang – chuyển vị đỉnh vách 4.4 Nhận xét chương Chương trình bày sơ đồ khối số hình ảnh giao diện chương trình mơ phân tích ứng xử phi tuyến vách bê tông cốt thép chịu tải trọng lặp đảo chiều Lý thuyết để xây dựng chương trình trình bày Chương nội dung lập trình trình bày phần phụ lục Độ xác chương trình kiểm chứng thơng qua việc phân tích ứng xử phi tuyến vách bê tông cốt thép tác giả thí nghiệm trình bày Chương vách bê tông cốt thép Thosen 23 Wallace thực Kết phân tích sử dụng chương trình CSW phát triển sát so sánh với kết thí nghiệm vách bê tơng cốt thép NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI VỀ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN - Phát triển mơ hình phi tuyến vật liệu bê tơng không gian ứng suất ba chiều - Đề xuất phần tử hỗn hợp bê tơng cốt thép kể đến tính phi tuyến vật liệu tích hợp phần mềm phân tích PTHH - Đã làm rõ ứng xử kết cấu vách BTCT cung cấp số liệu kết nghiên cứu thực nghiệm vách bê tông cốt thép chịu tải trọng lặp đảo chiều; - Xây dựng chương trình phân tích ứng xử phi tuyến vách bê tơng cốt thép chịu tải trọng lặp đảo chiều với độ tin cậy đánh thông qua việc so sánh kết phân tích kết thực nghiệm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm trình bày, luận án đạt số kết sau: Xây dựng phần tử hữu hạn hỗn hợp bê tông cốt thép dạng phân tích phi tuyến vách bê tơng cốt thép chịu tải trọng lặp đảo chiều Đã nghiên cứu thực nghiệm mơ hình vách bê tơng cốt thép chịu tải trọng lặp đảo chiều, làm rõ ảnh hưởng tham số đến ứng xử kết cấu Áp dụng phần tử hỗn hợp BTCT phân tích ứng xử vách bê tông cốt thép chịu tải trọng lặp đảo chiều B KIẾN NGHỊ Cần có thêm nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết ứng xử vách ngắn, vách chịu tác dụng lực dọc thay đổi để từ hồn thiện tốn thiết kế vách bê tơng cốt thép có kể đến phi tuyến vật liệu hình học 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Khiem Van Giang, Hien Manh Nghiem and Chuong Tien Nguyen (2022), Finite element modeling of reinforced concrete shear wall subjected to static loading, Science journal of Architecture & Construction, December 2022, ISSN 1858-350X, tr63-66 Khiem Van Giang, Hien Manh Nghiem and Chuong Tien Nguyen (2022), Finite element modeling of reinforced concrete shear wall subjected to static loading, Tuyển tập cơng trình khoa học Hội nghị khoa học quốc tế VẬT LIỆU, KẾT CẤU, CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG VÀ KIỂM ĐỊNH CÔNG TRÌNH 2022 -MSC 2022, Hà Nội, 8/2022, tr373-379 Giang Văn Khiêm, Đào Ngọc Khánh Vy (2023), Nghiên cứu làm việc vách bê tông cốt thép chịu tải trọng đảo chiều thực nghiệm, Tạp chí Người Xây dựng - Tổng hội Xây dựng Việt Nam, số 374 tháng 6/2023, tr31-36 Khiem Van Giang, Hien Manh Nghiem and Chuong Tien Nguyen (2023), Quasi-static Test of Full-Scaled Reinforced Concrete Shear Wall Structures, (dự kiến đăng) Khiem Van Giang, Hien Manh Nghiem and Chuong Tien Nguyen (2023), Numerical Modeling of Full-Scaled Reinforced Concrete Shear Wall Structures, (dự kiến đăng) 25