Nghiên cứu ứng xử của kết cấu nhà cao tầng có tầng yếu (soft story) chịu tải trọng động có xét đến tương tác kết cấu đất nền

Đề tài nghiên cứu ứng xử của kết cấu nhà cao tầng có tầng yếu soft story chịu tải trọng động có xét đến tương tác kết cấu – đất nền đánh giá được sự làm việc của tầng yếu và kết cấu SSI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG * * * MAI PHÚ HỘ NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CÓ TẦNG YẾU (SOFT STORY) CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG CÓ XÉT ĐẾN TƯƠNG TÁC KẾT CẤU – ĐẤT NỀN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐỒNG NAI, NĂM 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG * * * MAI PHÚ HỘ NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CÓ TẦNG YẾU (SOFT STORY) CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG CÓ XÉT ĐẾN TƯƠNG TÁC KẾT CẤU – ĐẤT NỀN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ NGÀNH: 8580201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN HỒNG ÂN ĐỒNG NAI, NĂM 2023 LỜI CẢM ƠN Qua hai năm học tập trường Đại học Lạc Hồng giúp cho em học hỏi kiến thức vơ q báo để hồn thiện kiến thức cho thân thực xong luận văn tốt nghiệp Trước tiên em chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Hồng Ân, người Thầy hướng dẫn, truyền đạt nhiều kiến thức trình học viên thực luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô trực tiếp giảng dạy lớp Cao học Xây dựng dân dụng công nghiệp Thầy Cô truyền đạt kiến thức quý giá suốt thời gian học tập Lời cảm ơn cuối em xin gửi đến tác giả người trước có nghiên cứu, đóng góp tài liệu có liên quan đến đề tài luận văn để học viên tham khảo trình thực đề tài Xin chân thành cám ơn! Đồng Nai, ngày tháng năm 2023 Tác giả Mai Phú Hộ LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn TS Nguyễn Hồng Ân Các số liệu, kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực, kết nghiên cứu, tổng hợp trích dẫn đầy đủ Đồng Nai, ngày tháng năm 2023 Tác giả Mai Phú Hộ TÓM TẮT LUẬN VĂN Điều kiện đất có ảnh hưởng quan trọng đến phá hoại cơng trình q trình động đất Đề tài nghiên cứu ứng xử kết cấu nhà cao tầng có tầng yếu (soft story) chịu tải trọng động có xét đến tương tác kết cấu – đất đánh giá làm việc tầng yếu kết cấu SSI so với kết cấu ngàm cứng Tương tác kết cấu – đất mơ mơ hình hệ thống lị xo kết hợp với cản nhớt song song sử dụng phương pháp phân tích theo lược sử thời gian (time history analysis) Bên cạnh đó, luận văn cịn phân tích thêm yếu tố tầng yếu (soft story) để xác định ứng xử kết cấu vị trí chân cơng trình, vị trí có lực cắt momen lớn Từ đó, xác định hiệu ứng tải trọng động đất gây Tầng yếu, hay tầng không đủ cứng để chịu tải trọng động, vấn đề quan trọng thiết kế nhà cao tầng Đặc biệt, tịa nhà có hình dạng khơng có chênh lệch tầng, tầng yếu gây vấn đề nghiêm trọng độ an toàn tòa nhà Luận văn đề xuất phương pháp phân tích thiết kế tầng yếu để chịu tải trọng động Phương pháp bao gồm việc sử dụng mơ hình tính tốn tương tác kết cấu - đất để đánh giá hiệu ứng tầng yếu độ cứng chịu tải toàn tòa nhà Việc xét đến tương tác kết cấu - đất phân tích thiết kế cần thiết để đảm bảo tính xác đáng tin cậy kết Thông qua việc mô mơ hình hóa tương tác này, luận văn tìm hiểu đánh giá tải trọng động mà tầng yếu phải chịu, nhằm đảm bảo tính an tồn ổn định tồn tịa nhà Kết luận văn cung cấp thông tin quan trọng cho kỹ sư nhà thiết kế việc hiểu giải vấn đề tầng yếu tòa nhà cao tầng Bằng cách áp dụng phương pháp phân tích thiết kế đề xuất, họ tăng tính an tồn độ cứng cho tầng yếu, từ đảm bảo tính ổn định độ bền tồn tịa nhà MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN TĨM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT PHẦN MỞ ĐẦU Chương : TỔNG QUAN NHÀ CAO TẦNG CÓ TẦNG YẾU (SOFT STORY) CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG CÓ XÉT ĐẾN TƯƠNG TÁC KẾT CẤU – ĐẤT NỀN 1.1 Tầng yếu 1.1.1 Cột tầng yếu 1.1.2 Tường xây kín 1.1.3 Tầng yếu điểm dừng xe buýt 1.2 Giới thiệu 1.3 Tình hình nghiên cứu đề tài 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 15 1.4 Mơ hình phi tuyến 17 1.4.1 Phi tuyến hình học 17 1.4.2 Phi tuyến vật liệu 18 1.5 Cơ cấu chảy dẻo mong muốn khung chịu động đất 18 1.5.1 Phương pháp phân tích phi tuyến theo miền thời gian (NL –RHA ) 19 1.5.2 Phương pháp phổ khả CSM ( Capacity Spectrum Method) 20 1.5.3 Phương pháp hệ số chuyển vị DCM (Displacement Coefficient Method) 21 1.5.4 Phương pháp MPA (Modal Pushover Analysis) 22 1.5.5 Phương pháp MPA – CSM 23 1.6 Tương tác 23 1.6.1 Một số mơ hình đất 24 1.6.2 Mơ hình dầm phi tuyến Winkler 25 Tóm tắt chương 26 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NHÀ CAO TẦNG CÓ TẦNG YẾU (SOFT STORY) CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG CÓ XÉT ĐẾN TƯƠNG TÁC KẾT CẤU – ĐẤT NỀN 27 2.1 Giải pháp thiết kế làm giảm ảnh hưởng tầng yếu lên cơng trình nhà nhiều tầng chịu tải trọng động đất 27 2.1.1 Cơng trình xây 27 2.1.2 Cơng trình sử dụng 33 2.2 Phương pháp phân tích theo lược sử thời gian (time history analysis) 34 2.2.1 Kết cấu đàn hồi 35 2.2.2 Kết cấu không đàn hồi 36 2.3 Các mơ hình 38 2.3.1 Mơ hình đàn hồi tuyến tính 38 2.3.2 Mơ hình đàn hồi phi tuyến 39 2.3.3 Mơ hình Winkler 39 2.3.4 Mơ tả mơ hình BNWF 41 2.3.5 Đặc tính mơ hình BNWF 42 2.3.6 Mơ hình vật liệu QzSimple1 44 2.3.7 Khả chịu lực cực hạn lò xo theo phương đứng phương ngang 48 Kết luận chương 56 Chương 3: NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CÓ TẦNG YẾU (SOFT STORY) CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG CÓ XÉT ĐẾN TƯƠNG TÁC KẾT CẤU – ĐẤT NỀN 57 3.1 Mơ hình trường hợp phân tích 57 3.2 Phương pháp mô 59 3.2.1 Mô SSI 59 3.2.2 Dữ liệu trận động đất 60 3.3 Kết phân tích 61 3.3.1 Chu kỳ dao động 61 3.3.2 Chuyển vị tầng 69 3.3.3 Chuyển vị lệch tầng 74 3.4 Nội lực tác dụng lên tầng 76 3.4.1 Lực cắt lên tầng 76 3.4.2 Moment xoắn tầng 79 3.4.3 Moment tầng 82 3.4.4 Lực cắt đáy 85 Kết luận chương 86 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Kết mơ hình tầng theo Vardanega 11 Bảng 1.2 Kết mơ hình 10 tầng theo Vardanega 11 Bảng 1.3 Kết mơ hình 15 tầng theo Vardanega 12 Bảng 1.4 Bảng xác định giá trị độ cứng hệ số cản 14 Bảng 2.1 Bảng xác định độ cứng móng nơng theo Gazetas ATC-40 51 Bảng 3.1 Các đặc trưng SSI 60 Bảng 3.2 So sánh chu kỳ dạng dao động (s) 61 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tịa nhà có tầng yếu Hình 1.2 Hư hỏng tầng yếu Hình 1.3 Cột tầng yếu Hình 1.4 Điểm dừng xe buýt Hình 1.5 Hình ảnh trận động đất gây sóng thần Nhật Bản ngày 11/3/2011 Hình 1.6 Hình ảnh khói bốc lên từ tịa nhà đỗ sập trận động đất KoBe Nhật Bản năm 1995 Hình 1.7 Mơ hình nút tương tác đặc trưng đất kết cấu 13 Hình 1.8 Mơ hình tương tác cọc-đất phi tuyến 16 Hình 1.9 Mơ hình cọc chịu tải ngang làm việc đồng thời 16 Hình 1.10 Phi tuyến hình học 17 Hình 1.11 Mơ hình khớp dẻo 18 Hình 1.12a Cột khỏe – dầm yếu Hình 1.12b Cột yếu – dầm khỏe 19 Hình 1.13 Bài tốn phân tích phi tuyến theo miền thời gian 20 Hình 1.14 Chuyển vị mục tiêu xác định theo phương pháp CSM 21 Hình 1.15 Phương pháp phân tích đẩy dần 22 Hình 1.16 Mơ hình đàn hồi tuyến tính 24 Hình 1.17 Mơ hình Winkler 25 Hình 1.18 Mơ hình tương tác đặc trưng cọc đất 26 Hình 2.1 Cơng trình có hình dáng đặn 27 Hình 2.2 Kết cấu dạng dầm chuyển khối đế 28 Hình 2.3 Các dạng kết cấu chuyển tiếp 30 Hình 2.4 Mơ hình giằng khối xây đế 31 Hình 2.5 Mơ hình cột có độ ngắn không 32 Hình 2.6 Giải pháo tăng độ cứng cho tầng yếu 33 Hình 2.7 Kết cấu giằng - điểm tựa 34 Hình 2.8 Quan hệ ứng suất – biến dạng đàn hồi tuyến tính 38 Hình 2.9 Quan hệ ứng suất – biến dạng đàn hồi phi tuyến 39 Hình 2.10 Mơ hình Winkler 40 Hình 2.11 Mơ hình tương tác đặc trưng cọc-đất 42