Lựa chọn tiết diện dầm móng hợp lý cho nhà nhiều tầng kết cấu bê tông cốt thép chịu tải trọng động đất

ii DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH TT Họ tên Đơn vị công tác Nội dung Email lĩnh vực chuyên môn nghiên cứu cụ thể giao ThS Lê Chí Khoa KTXD – Trường Chủ nhiệm chiphatxd@gmail.com Phát Đại học SPKT – 48 Cao Thắng – TP Đà Nẵng ThS Khoa KTXD – Trường Thành viên chiphatxd@gmail.com Trương Đại học SPKT – 48 Cao Hoàng Lộc Thắng – TP Đà Nẵng iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc đề tài .2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DẦM MÓNG TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG ĐẤT 1.1.1 Định nghĩa, nguyên nhân đặc điểm 1.1.2 Sóng địa chấn truyền sóng .5 1.1.3 Cường độ động đất 1.1.4 Đặc tính chuyển động động đất [4] 1.2 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT ĐỐI VỚI CÁC CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG 11 1.2.1 Tác động động đất lên công trình [4, 16] 11 1.2.2 Ứng xử kết cấu khung BTCT chịu động đất .12 1.3 TỔNG QUAN VỀ TÍNH TỐN DẦM MĨNG .14 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN DẦM MĨNG TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 15 2.1 PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG CỦA HỆ CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 15 2.1.1 Mơ hình toán động 15 2.1.2 Hệ bậc tự chịu tác động tải trọng động đất 15 2.1.3 Hệ nhiều bậc tự (MDOF) chịu tác động động đất .17 2.2 MƠ HÌNH VÀ TÍNH TỐN DẦM MÓNG TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG KẾT CẤU MÓNG CỌC CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 23 2.2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn dầm móng đàn hồi theo mơ hình Winkler 23 2.2.2 Mơ hình tính tốn dầm móng nhà nhiều tầng kết cấu bê tông cốt thép móng cọc .27 2.2.3 Mơ hình hóa dầm móng 29 2.3 NHẬN XÉT CHƯƠNG .30 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN DẦM MĨNG TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT .31 iv 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 31 3.1.1 Số liệu phân tích 32 3.1.2 Các trường hợp phân tích 35 3.2 PHÂN TÍCH ĐỘNG ĐẤT TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH BẰNG PHẦN MỀM ETABS v9.2.0 .36 3.2.1 Mơ hình kết cấu [14] .36 3.2.2 Định nghĩa, khai báo (Define) thuộc tính hệ [14] 36 3.2.3 Gán (Assign) thuộc tính cho hệ kết cấu [14] 39 3.2.4 Phân tích xem kết phân tích động đất 43 3.3 TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 45 3.3.1 Tổ hợp chuyển vị (theo phương X) .45 3.3.2 Tổ hợp nội lực dầm móng .45 3.3.3 Nhận xét: .46 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 MINH CHỨNG SẢN PHẨM ĐỀ TÀI 50 v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Tĩnh tải lớp cấu tạo sàn 32 Bảng 3.2: Vị trí xây dựng cơng trình gia tốc đỉnh 32 Bảng 3.3: Loại đất đáy công trình 33 Bảng 3.4: Phổ phản ứng đàn hồi đất loại B Quận Hải Châu - ĐN 33 Bảng 3.5: Chuyển vị (mm) với trường hợp phân tích .45 Bảng 3.6: Lực dọc (kN) dầm móng lớn với trường hợp phân tích 45 Bảng 3.7: Momen M33 (kN.m) dầm móng với trường hợp phân tích 45 Bảng 3.7: Momen M22 (kN.m) dầm móng với trường hợp phân tích 46 Bảng 3.7: Momen M22 (kN.m) dầm móng nhà tầng với tiết diện dầm móng 46 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu tạo Trái đất Hình 1.2: Hướng loại dịch của phay (geologic fault) .4 Hình 1.3: Minh họa hình thức chuyển động sóng dọc (sóng P) .5 Hình 1.4: Minh họa hình thức chuyển động sóng ngang (sóng S) Hình 1.5:Minh họa hình thức chuyển động sóng LOVE (sóng Q) Hình 1.6: Minh họa hình thức chuyển động sóng Rayleigh (sóng R) Hình 1.7: Gia tốc đồ trận động đất Elcentro (19/5/1940) Hình 1.8: Hậu động đất tác dụng lên cơng trình xây dựng .11 Hình 1.9: Ảnh hưởng động đất tác dụng lên cơng trình 12 Hình 1.10: Ảnh hưởng động đất theo chiều cao cơng trình 13 Hình 1.11: Sự đổi chiều momen động đất gây 13 Hình 2.1: Mơ hình hố tốn động 15 Hình 2.2: Hệ bậc tự chịu tác dụng động đất 16 Hình 2.3: Biểu đồ quan hệ tần số dao động hệ số cản Rayleigh .21 Hình 2.3: Sơ đồ tính dầm đàn hồi theo mơ hình Winkler 24 Hình 2.3: Biểu đồ dầm đàn hồi chịu lực phân bố q 26 Hình 2.3: Mơ hình cọc đài móng phần tử 27 Hình 2.3: Mơ hình cọc đài gối đàn hồi phương Z 28 Hình 2.3: Mơ hình cọc đài gối đàn hồi phương ngang 28 Hình 2.3: Mơ hình cọc gối đàn hồi bỏ qua mô tả đài cọc .29 Hình 2.3: Mơ hình hóa dầm móng 29 Hình 2.3: Mơ hình tính tốn móng cọc dầm móng .30 Hình 3.1: Mặt kết cấu tầng 31 Hình 3.2: Mặt kết cấu điển hình tầng 2-8 .31 Hình 3.4: Mơ hình kết cấu cơng trình 36 Hình 3.5: Khai báo vật liệu BTCT (Bê tông B25) 36 Hình 3.6: Khai báo tiết diện sàn, dầm, cột .37 Hình 3.7: Khai báo sàn tuyệt đối cứng cho tầng 37 Hình 3.8: Khai báo trường hợp tải trọng tĩnh 37 Hình 3.9: Khai báo khối lượng tham gia dao động 38 Hình 3.10: Phổ phản ứng đàn hồi đất loại B (cơng trình Q Hải Châu – Đà Nẵng) 38 Hình 3.11: Khai báo trường hợp phân tích động đất 39 Hình 3.12: Kết gán liên kết đàn hồi vào móng dầm móng 39 Hình 3.12: Kết gán tiết diện sàn, vách, dầm, cột tầng 2-mái 40 Hình 3.13: Kết gán sàn tuyệt đối cứng cho tầng .40 Hình 3.14: Kết gán tĩnh tải tác dụng lên sàn 41 Hình 3.15: Kết gán hoạt tải tác dụng lên sàn 41 Hình 3.16: Kết gán tĩnh tải tường tác dụng lên dầm 42 Hình 3.17: Chia tự động phần tử sàn, vách .42 vii Hình 3.18: Chia tự động phần tử dầm vị trí chia phần tử sàn, vách 43 Hình 3.19: Kết chuyển vị khung K2 với trường hợp phân tích 43 Hình 3.19: Kết chuyển vị tầng (dầm móng) với trường hợp phân tích 44 Hình 3.20: Kết nội lực dầm móng trường hợp khơng xét đến động đất 44 Hình 3.21: Kết nội lực dầm móng trường hợp có xét đến động đất phương DX 44 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG viii TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Lựa chọn tiết diện dầm móng hợp lý cho nhà nhiều tầng kết cấu bê tông cốt thép chịu tải trọng động đất - Mã số: T2018-06-109 - Chủ nhiệm: ThS Lê Chí Phát - Thành viên tham gia: ThS Trương Hồng Lộc - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng - Thời gian thực hiện: Tháng 05/2018 đến tháng 04/2019 Mục tiêu: - Xây dựng mơ hình tính tốn dầm móng cho nhà nhiều tầng kết cấu BTCT móng cọc chịu tải trọng động đất - Đề xuất tiết diện dầm móng hợp lý cho nhà nhiều tầng kết cấu BTCT móng cọc chịu tải trọng động đất Tính sáng tạo: Số liệu nghiên cứu khảo sát hoàn toàn chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khoa học thời điểm Tóm tắt kết nghiên cứu: Nội dung đề tài góp phần làm rõ ảnh hưởng tải trọng động đất đến làm việc kết cấu dầm móng nhà nhiều tầng; từ làm sở cho việc lựa chọn tiết diện dầm móng hợp lý Tên sản phẩm: Báo cáo tổng kết đề tài & 01 báo đăng Kỷ yếu Hội thảo quốc gia CITA2018 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Đề tài chuyển giao kết cho tổ chức, cá nhân đơn vị tư vấn thiết kế có quan tâm đến tính tốn cơng trình xây dựng chịu tải trọng động đất, … sử dụng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành Xây dựng Dân dụng trường Đại học, Cao đẳng nước, … Hình ảnh, sơ đồ minh họa ix Hình 1: Mơ hình kết cấu cơng trình a) Trường hợp khơng xét tải trọng động đất b) Trường hợp có xét tải trọng động đất Hình 2: Kết chuyển vị khung K2 với trường hợp phân tích Hội đồng KH&ĐT đơn vị Ngày 03 tháng 05 năm 2019 (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT x INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Selecting a foundation beam section for multi-storey reinforced concrete structures subjected to earthquake load Code number: T2018-06-109 Coordinator: Le Chi Phat Duration: from 05/2018 to 04/2019 Objective(s): - Building a model for calculating foundation beams for multi- story buildings with reinforced concrete structures of pile foundation subject to earthquake load - Proposing foundation beams section for multi-story buildings with reinforced concrete structure of pile foundation subject to earthquake load Creativeness and innovativeness: Research data and is completely new survey has not been published in any scientific research until the present time Research results: The content of the project will contribute to clarify the impact of earthquake load on the work of foundation beam structure in multi-story buildings; From there, it is the basis for selecting a foundation beam section Products: Report on the topic and 01 article published in the Proceedings of CITA2018 National Workshop Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: The topic can transfer the results to organizations and individuals in the design consultants interested in building computational load Earthquake, and used as a reference for the students majoring in Civil Engineering at the University, colleges in the country, MỞ ĐẦU TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Việc tính tốn dầm móng nhiều tác giả giới quan tâm nghiên cứu Tuy nhiên nghiên cứu chủ yếu tập trung vấn đề mơ hình phương pháp tính tốn dầm móng Có thể kể đến cơng trình nghiên cứu tác sau: B Y Ting and E F Mockry, Beams on elastic foundation finite element J Strucr; HETENYI, M Beams on elastic foundation; M A Adin, D Z Yankclcvsky and M Eiscnbergcr, Analysis of beams on bi-moduli elastic foundation; Tại nước ta, việc tính tốn dầm móng nước ta chưa có Tiêu chuẩn, tài liệu hướng dẫn cụ thể Đặc biệt cơng trình chịu tải trọng ngang nói chung tải trọng động đất nói riêng việc tính tốn dầm móng cịn gặp nhiều khó khăn Đã có số tài liệu tác giả nước viết nội dung này; nhiên khác Tiêu chuẩn thiết kế, yếu tố đất, … nên việc áp dụng nội dung vào tính tốn điều kiện nước ta chưa đồng chủ yếu dựa kinh nghiệm người thiết kế Do lĩnh vực nhận nhiều quan tâm nhà khoa học Có thể kể đến số cơng trình nghiên cứu có liên quan đến việc mơ hình tính tốn dầm móng chịu tải trọng động đất nước ta sau: Bộ Xây dựng (1996), TCVN 2737-1995 Tải trọng tác động (soát xét lần 2); Tiêu chuẩn Quốc gia (2012), TCVN 9386:2012 Thiết kế cơng trình chịu động đất; Nguyễn Lê Ninh (2007), Động đất thiết kế cơng trình chịu động đất, NXB Xây dựng;Viện KHCN Xây dựng (2009), Hướng dẫn thiết kế nhà cao tầng bêtông cốt thép chịu động đất theo Tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006; Phạm Hoàng Anh, Nguyễn Thành Luân (2014), Tính dầm Winkler theo phương pháp chuyển vị; Nguyễn Đơng Chí (2017), Tính tốn dầm đàn hồi; Vũ Cơng Ngữ (2006), Móng cọc – Phân tích thiết kế LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Dầm móng phận quan trọng cơng trình xây dựng nói chung nhà nhiều tầng nói riêng Hiện việc mơ hình tính tốn dầm móng cịn nhiều quan niệm khác chưa có tài liệu Tiêu chuẩn hướng dẫn cụ thể Đặc biệt kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng động đất việc mơ hình tính tốn cịn gặp nhiều khó khăn Do việc lựa chọn đề tài “Lựa chọn tiết diện dầm móng hợp lý cho nhà nhiều tầng kết cấu Bê tông cốt thép chịu tải