tóm tắt luận án hệ số ứng xử của kết cấu bê tông cốt thép dùng trong tính toán tác động động đất lên công trình xây dựng

1 Mở đầu 1. Tính cần thiết của đề tài nghiên cứu. Trên lãnh thổ Việt nam, nhiều vùng đợc xác định là có hoạt động động đất. Trong các vùng này, công trình xây dựng phải đợc thiết kế để chịu đợc động đất. Khác với quan niệm thiết kế truyền thống, tác động động đất lên các công trình thiết kế theo TCXDVN 375:2006 đợc giảm xuống q lần (q > 1,0) so với khi thiết kế công trình đó nhng giả thiết làm việc đàn hồi. Điều kiện để áp dụng cách thức thiết kế này, là công trình phải có khả năng biến dạng dẻo. Hệ số q đợc gọi là hệ số ứng xử và việc quy định các giá trị của nó cũng nh các biện pháp thiết kế kèm theo để có đợc hệ số này là nội dung chủ yếu của TCXDVN 375:2006. Đề tài nghiên cứu góp phần làm rõ cơ sở khoa học của các giá trị hệ số ứng xử q dùng trong TCXDVN 375:2006; ý nghĩa và vai trò của hệ số này trong thiết kế công trình chịu động đất theo quan niệm mới, cũng nh mối quan hệ giữa TCXDVN 375:2006 với các tiêu chuẩn thiết kế khác, góp phần vào việc đồng bộ hoá các tiêu chuẩn thiết kế, thúc đẩy việc áp dụng tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 vào thực tế sản xuất, làm gia tăng tính hiệu quả kinh tế và an toàn khi thiết kế các công trình chịu động đất ở nớc ta. 2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài. a) Làm rõ ý nghĩa, vai trò và các yếu tố ảnh hởng quyết định tới hệ số ứng xử q sử dụng trong thiết kế kháng chấn; b) Góp phần làm rõ cơ sở khoa học của các giá trị hệ số ứng xử q sử dụng trong TCXDVN 375:2006; c) Làm rõ mối quan hệ giữa các tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam (TCXDVN 375:2006, TCXDVN 356:2005) với tiêu chuẩn châu Âu (EN 1992-1-1:2004), góp phần vào việc đồng bộ hoá các tiêu chuẩn thiết kế xây dựng ở nớc ta, làm cho việc sử dụng TCXDVN 375:2006 đợc dễ dàng và thuận lợi. 3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu Các cấu kiện và kết cấu bê tông cốt thép đợc thiết kế để chịu động đất ở Việt Nam. 4. Phơng pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm sự làm việc của các cấu kiện và kết cấu BTCT dới tác động của tải trọng lắp lại đổi chiều có chu kỳ. 5. Nội dung và cấu trúc của luận án. Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, bản Luận án có 4 chơng: Chơng I: Quan niệm thiết kế mới và hệ số ứng xử trong tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất Chơng II: Độ dẻo của các kết cấu bê tông cốt thép và các yếu tố ảnh hởng tới độ dẻo. Chơng III: Hệ số ứng xử của các kết cấu bê tông cốt thép. Chơng IV: Thí nghiệm xác định độ dẻo và các yếu tố ảnh hởng tới độ dẻo của dầm bê tông cốt thép Phần tài liệu tham khảo giới thiệu 68 tài liệu bằng tiếng nớc ngoài (Anh, Pháp, Nga) và tiếng Việt. 6. Những đóng góp khoa học chính của luận án. 2 a) Làm rõ ý nghĩa, vai trò của hệ số ứng xử q trong thiết kế kháng chấn, các yếu tố ảnh hởng quyết định tới hệ số ứng xử q đặc biệt là về các vấn đề liên quan đến hàm lợng cốt thép đai, hàm lợng cốt thép dọc và lực cắt trong vùng tới hạn. b) Góp phần làm rõ cơ sở khoa học của các giá trị hệ số ứng xử q trong TCXDVN 375:2006. c) Làm rõ tính tơng đồng giữa các tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 356:2005 và EN 1992- 1-1:2004. Trên cơ sở này cho phép kiến nghị sử dụng TCXDVN 356:2005 thay cho tiêu chuẩn EN 1992-1-1:2004 quy định ở một số nội dung liên quan tới tiêu chuẩn này trong TCXDVN 375:2006, góp phần vào việc đồng bộ hoá các tiêu chuẩn thiết kế xây dựng ở nớc ta, làm cho việc sử dụng TCXDVN 375:2006 đợc dễ dàng và thuận lợi. Chơng I: Quan niệm thiết kế mới và hệ số ứng xử trong tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất 1.1 Quan niệm mới trong thiết kế công trình chịu động đất 1.1.1 Đặt vấn đề Mục tiêu cơ bản của việc thiết kế các công trình chịu động đất là bảo vệ sinh mạng con ngời và của cải vật chất xã hội . Trớc đây, sinh mạng con ngời và của cải vật chất xã hội đợc bảo vệ gián tiếp thông qua bảo vệ công trình; các công trình đợc thiết kế để làm việc trong miền đàn hồi và với tác động đất lớn nhất dự kiến sẽ xẩy ra. Hiện nay theo quan niệm thiết kế kháng chấn mới, sinh mạng con ngời và của cải vật chất xã hội đợc bảo vệ trực tiếp; công trình đợc phép làm việc sau giai đoạn đàn hồi, nhng không đợc sụp đổ. Khác với trớc đây, vấn đề mấu chốt trong thiết kế kháng chấn không phải là khả năng chịu lực mà là khả năng phân tán năng lợng (biến dạng dẻo) của nó. 1.1.2 Các mục tiêu thiết kế và cách thức đạt đợc mục tiêu thiết kế B t F F 0 x (t) t E Khớp dẻo G F 1u k A D a) b) 0 m F e e -F e m F 0 F 1u F e y u F 2u F y = k x (t) 0 Hình 1.1 Phản ứng của các hệ kết cấu có một BTDĐ chịu tác động động đất: a) Phản ứng đàn hồi; b) Phản ứng đàn hồi - dẻo. Các công trình xây dựng có thể đợc thiết kế để chịu động đất theo một trong hai cách sau: - Bằng khả năng chịu một lực F e rất lớn nhng phải làm việc hoàn toàn đàn hồi (Hình 1.1a), hoặc - Bằng khả năng chịu một lực tác động F y << F e nhng phải có khả năng biến dạng dẻo kèm theo (Hình 1.1b). 3 Hiện nay các tiêu chuẩn thiết kế của các nớc trên thế giới, trong đó có TCXDVN 375 :2006 đều chọn cách thứ hai (theo quan niệm mới) khi thiết kế kháng chấn các công trình xây dựng. Cách thứ nhất (theo quan niệm cũ) chỉ thích hợp cho việc thiết kế các công trình xây dựng trong các vùng động đất rất yếu, vì không an toàn và không kinh tế. 1.1.3 Các nguyên tắc cơ bản của việc thiết kế các công trình chịu động đất theo quan niệm mới. Theo quan niệm mới, các công trình đợc thiết kế chịu động đất trên cơ sở các trạng thái giới hạn sau: a) Trạng thái giới hạn làm việc : Công trình chịu đợc các trận động đất yếu mà không bị h hỏng, hệ kết cấu phải làm việc trong giới hạn đàn hồi. b) Trạng thái giới hạn cuối cùng hoặc trạng thái giới hạn kiểm soát h hỏng: Công trình chịu đợc các trận động đất trung bình với các h hỏng rất nhẹ có thể sửa chữa đợc. c) Trạng thái giới hạn sụp đổ hoặc trạng thái giới hạn tồn tại : Công trình chịu đợc các trận động đất mạnh hoặc rất mạnh, bị h hỏng nặng ở hệ kết cấu nhng không sụp đổ. 1.1.4 Quan niệm thiết kế mới và các nguyên tắc cơ bản của việc thiết kế công trình chịu động đất theo tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006. Trong TCXDVN 375:2006, các nguyên tắc cơ bản của việc thiết kế kháng chấn công trình đợc thể hiện dới dạng hai yêu cầu cơ bản và hai tiêu chí tơng hợp kèm theo. 1.1.4.1 Các yêu cầu cơ bản. a. Yêu cầu không sụp đổ nhằm bảo vệ sinh mạng con ngời dới tác động động đất mạnh (chu kỳ lặp 475 năm), hệ kết cấu có thể bị h hỏng nghiêm trọng nhng vẫn giữ đợc khả năng chịu tải trọng đứng. b. Yêu cầu hạn chế h hỏng. Công trình đợc thiết kế để chịu các trận động đất yếu hơn (chu kỳ lặp 95 năm) mà không bị h hỏng cản trở chức năng sử dụng của nó. 1.1.4.2. Các tiêu chí tơng hợp kèm theo. Các trạng thái giới hạn sau cần đợc kiểm tra : 1. Các trạng thái giới hạn cực hạn. Tiêu chí kiểm tra dựa trên cơ sở khả năng chịu lực, phân tán năng lợng và ổn định 2. Các trạng thái hạn chế h hỏng. Tiêu chí kiểm tra dựa trên cơ sở biến dạng 1.1.4.3 Các biện pháp cụ thể riêng. Liên quan tới các quy định về: thiết kế, móng và kế hoạch đảm bảo chất lợng công trình xây dựng để hạn chế những điều cha đợc xét tới trong tiêu chuẩn. 1.2 Hệ số ứng xử trong tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất 1.2.1 Định nghĩa hệ số ứng xử và các khái niệm cơ bản Khi thiết kế theo cách thứ hai, lực động đất tác động lên công trình đợc giảm xuống K lần so với khi thiết kế cho chính công trình đó nhng với giả thiết làm việc đàn hồiâicchs thứ nhất). Hệ số K biểu thị tỷ số giữa lực F e tác động lên hệ kết cấu đợc thiết kế theo cách thứ nhất (làm việc đàn hồi - hình 1.1a) và lực F 2u biểu thị khả năng chịu lực của hệ kết cấu đợc thiết kế theo cách thứ hai (làm việc đàn hồi dẻo - hình 1.1b): u e F F K 2 = (1.1) 4 Trong các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn của châu Âu (EN:1998-1-1:2004) và Việt Nam (TCXDVN 375:2006) hệ số K đợc gọi là hệ số ứng xử, ký hiệu là q; còn trong các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn của các nớc Bắc Mỹ (Hoa kỳ, Canada) và nhiều nớc khác hệ số này đợc gọi là hệ số giảm lực tác động hoặc hệ số điều chỉnh phản ứng, ký hiệu là R Điều kiện để có thể dùng hệ số ứng xử q (hoặc R) trong thiết kế các công trình chịu động đất là hệ kết cấu đợc thiết kế phải có khả năng biến dạng dẻo. Vì vậy, việc quyết định giá trị hệ số ứng xử bằng bao nhiêu cho một hệ kết cấu nào đó và các biện pháp thiết kế kèm theo bao gồm các quy định về vật liệu, hệ kết cấu, quy trình thiết kế, phơng pháp tính toán, chi tiết cấu tạo các bộ phận kết cấu để bảo đảm cho hệ kết cấu đợc thiết kế có đợc khả năng biến dạng dẻo tơng ứng với hệ số q đã chọn là nội dung chủ yếu của các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn hiện đại. Hệ số ứng xử q và các biện pháp thiết kế để có đợc hệ số ứng xử này, có ý nghĩa quyết định tới mức độ an toàn và kinh tế của công trình đợc thiết kế 1.2.2 Hệ số ứng xử của các kết cấu BTCT trong các tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất trên thế giới. 1.2.2.1 Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất của Việt Nam (TCXDVN 375: 2006) và của Châu Âu (EN 1998-1-1:2004). q = q 0 k W 1,5 (1.2) với: q 0 - giá trị cơ bản của hệ số ứng xử, phụ thuộc vào loại kết cấu sử dụng, tính đều đặn trên chiều cao và cấp dẻo của công trình. Đối với các nhà đều đặn trên chiều cao, giá trị q 0 thay đổi trong giới hạn từ 1,5 đến 5,85 k W - hệ số phản ánh dạng phá hoại chiếm u thế trong hệ kết cấu có tờng chịu lực 1.2.2.2 Tiêu chuẩn thiết kế công trình chống động đất (PS-92) và Kiến nghị của Hiệp hội xây dựng công trình chống động đất (AFPS 90) của Pháp Hệ số ứng xử q dao động trong phạm vi từ 1,5 đến 5 1.2.2.3 Tiêu chuẩn thiết kế nhà của Mỹ - UBC 1997 (Uniform Building Code) Hệ số ứng xử đợc gọi là hệ số giảm lực tác động R = 2,2 đến 8,5 1.2.2.4 Các Tiêu chuẩn thiết kế nhà của Hoa Kỳ ASCE 7-2002, IBC 2003 và NFPA 5000. Hệ số ứng xử đợc gọi là hệ số điều chỉnh phản ứng R = 1,5 đến 8,0 1.2.2.5 Tiêu chuẩn quốc gia về thiết kế nhà của Canada (CNBC 1995) Hệ số ứng xử đợc gọi là hệ số giảm tải R thay đổi trong phạm vi từ 1,5 đến 4,0 1.2.2.6 Tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn của Indonesia - (SNI-1276) Hệ số ứng xử đợc gọi là hệ số giảm tải R thay đổi trong phạm vi từ 1,6 đến 8,5 1.2.2.7 Tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn của Israel (Israel StandardIC 413 1994) Hệ số ứng xử đợc gọi là hệ số giảm lực tác động K = 4,37 đến 8,75 1.2.2.8 Tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn của Argentina (INPRES-CRSOC 103-1991) Hệ số ứng xử đợc gọi là hệ số giảm tải R thay đổi trong phạm vi từ 1,0 đến 6,0 1.2.2.9 Tiêu chuẩn thiết kế các công trình chịu động đất của Mexico (1993) Hệ số ứng xử đợc gọi là hệ số giảm tải Q - thay đổi trong phạm vi từ 2 đến 4 1.3. Kết luận Chơng I 5 1. Hiện nay các công trình xây dựng trong các vùng động đất mạnh đều đợc thiết kế theo quan điểm mới. Quan niệm thiết kế thay đổi dẫn tới thay đổi yêu cầu và nội dung thiết kế 2. Khi thiết kế kháng chấn theo quan điểm mới, tác động động đất đợc giảm xuống q lần so với khi thiết kế để công trình làm việc đàn hồi. Trong TCXDVN 375:2006, q đợc gọi là hệ số ứng xử. Việc xác định tác động động đất theo hệ số q và thiết kế công trình để có đợc hệ số q là nội dung cơ bản của các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn hiện đại. Chơng II : Độ dẻo của các kết cấu bêtông cốt thép và các yếu tố ảnh hởng tới độ dẻo 2.1. Khái niệm về độ dẻo 2.1.1. Định nghĩa độ dẻo Độ dẻo biểu thị khả năng phân tán năng lợng của hệ kết cấu và đợc định nghĩa một cách tổng quát là khả năng hấp thụ năng lợng của kết cấu thông qua sự làm việc không đàn hồi mà không làm cho cờng độ và độ cứng bị suy giảm đáng kể dới tác dụng của tải trọng lặp lại đổi chiều. Về mặt giải tích, độ dẻo đợc xác định dới dạng biểu thức sau: 1> = y u à (2.1) trong đó: u là chuyển vị ngay trớc khi phá hoại và y là chuyển vị lúc bắt đầu chảy dẻo. Đối với các kết cấu chịu tác động đổi chiều, độ dẻo à có thể xác định theo biểu thức : + + + + = yy maxmax à (2.2) với + max và max tơng ứng là biến dạng cực hạn dơng và âm; + y và y tơng ứng với biến dạng lúc chảy dẻo. 2.1.2. Các loại độ dẻo 2.1.2.1. Độ dẻo biến dạng y u à = (2.6) với u là biến dạng cực hạn, y là biến dạng chảy của vật liệu. 2.1.2.2. Độ dẻo uốn y u à = (2.7) với u là độ cong cực hạn còn y là độ cong lúc bắt đầu chảy dẻo của cấu kiện. 2.1.2.3. Độ dẻo chuyển vị xoay y u à = (2.8) với u - chuyển vị xoay cực hạn và y - chuyển vị xoay chảy ở đầu mút cấu kiện. 2.1.2.4. Độ dẻo chuyển vị thẳng 6 Độ dẻo chuyển vị thẳng đợc định nghĩa theo (2.1), thờng đợc dùng để đánh giá độ dẻo của hệ kết cấu. 2.2. Độ dẻo của các cấu kiện bêtông cốt thép 2.2.1. Độ dẻo của dầm 2.2.1.1 Các giai đoạn làm việc của cấu kiện chịu uốn (hình 2.5) u 0 M M y M n M u y n giai đoạn 3 giai đoạn 2 giai đoạn 1 Hình 2.5 Đồ thị M tam tuyến tính của dầm BTCT - Giai đoạn 1: bê tông làm việc đàn hồi, quan hệ giữa độ cong và mômen uốn M: IE M r c == 1 (2.10) với r - bán kính cong của trục dầm; E c I - độ cứng chống uốn của tiết diện. - Giai đoạn 2: bêtông bắt đầu bị nứt, độ cứng E c I bị giảm một cách đáng kể. - Giai đoạn 3: bêtông ở vùng nén bị biến dạng dẻo, đạt tới giá trị giới hạn cu (Hình 2.6). Ngay trớc khi cấu kiện bắt đầu xuất hiện biến dạng chảy đầu tiên (hình 2.6c): y c y x = (2.11) hoặc: y sy y xh = 0 (2.12) Định nghĩa các thông số trong các biểu thức trên cho ở hình 2.6c h M h b A sc A s a ' a 0 a) b) c) d) x su cu u u F c F sc F s e) x sy c sc y y Hình 2.6. Sơ đồ xác định độ dẻo độ cong của dầm Sử dụng điều kiện cân bằng lực dọc (Hình 2.6e) và giả thiết tiết diện phẳng, ta có thể thiết lập đợc biểu thức xác định chiều cao tơng đối 0 hx = của miền bê tông bị nén: ( ) ( ) 212 0 1 2 21 2 2 + +++= n h a nn (2.21) trong đó: 1 và 2 tơng ứng là hàm lợng cốt thép chịu kéo A s và chịu nén A sc ; bs EEn = 7 Từ (2.12) ta đợc độ cong chảy: ( ) y sy y sy y h Ef xh = = 1 / 00 (2.22) trong đó y f - giới hạn chảy của cốt thép và 0 hx yy = xác định theo (2.21). Từ hình 2.6d ta đợc độ cong cực hạn: u su u cu u xhx == 0 (2.23) 2.2.1.2. Xác định độ cong u theo tiêu chuẩn EN 1992-1-1:2004. Theo EN 1992-1-1:2004, quan hệ ứng suất - biến dạng của BT chịu nén có dạng ở hình 2.7, còn sơ đồ phân bố ứng suất trên tiết diện thẳng góc đợc cho ở hình 2.8. Từ điều kiện cân bằng lực trên tiết diện thẳng góc ta đợc chiều cao vùng bê tông chịu nén: ( ) cd yscs u bf fAA x = (2.31) Từ (2.23) ta có: ( ) yscs cd cuu fAA bf = 8,0 2 cho trờng hợp f ck 50 MPa (2.34) với f ck và f cd - tơng ứng là cờng độ đặc trng và tính toán của bê tông bị nén (hình 2.7) ck c f cd f 0 c cu2 c2 A c h x A s s cu x f cd F c F s u 0 u Hình 2.7 Đồ thị ứng suất biến Hình 2.8 Sơ đồ phân bố ứng suất trên dạng của bê tông bị nén tiết diện thẳng góc Do đó, từ biểu thức (2.7) ta có thể xác định đợc độ dẻo uốn cho trờng hợp f ck 50 MPa: ( ) ( ) )1( )( 8,08,0 1 21 2 2 2 0 y y scucd yscs cd cu y ys f Ef fAA bf f hE à = = (2.36) 2.2.1.3. Xác định độ cong u theo các tiêu chuẩn thiết kế Kết cấu BT và BTCT của Việt Nam TCXDVN 356:2005 và Kết cấu BT và BTCT không ứng lực trớc của Nga 52 -101 - 2003. Theo 52 -101 - 2003, đồ thị quan hệ ứng suất - biến dạng của BT bị nén đợc cho ở hình 2.9, trong đó biến dạng đặc trng của BT tơng tự nh EN 1992-1-1:2004: b0 = c2 = 0,002 và b2 = cu2 = 0,0035. Sơ đồ phân bố ứng suất trên tiết diện thẳng góc theo TCXDVN 356:2005 đợc cho ở hình 2.10; từ đó xác định đợc chiều cao miền BT bị nén: ( ) b sscs Ru bR RAA xx == (2.49) 8 Theo (2.23) ( ) sscs b bu RAA bR = 2 (2.50) Do đó ( ) ( ) )1( )( 1 21 2 2 2 0 y s sbb sscs b b y ys R ER RAA bR f hE à = = (2.51) b b0 = b2 b =R b1 b1 b0 b2 arctgE b b b = b0 = b2 b =R b1 b0 b2 arctgE b,req b a) b) b1 Hình 2.9 Đồ thị ứng suất biến dạng của bêtông bị nén theo 52 -101 - 2003 R sc sc A R b b A R s s A R b a' sc A b A s A M h x u b a s A sc A Hình 2.10 Sơ đồ phân bố ứng suất trong miền bê tông bị nén Trờng hợp cốt thép A sc không đạt tới giới hạn chảy, dùng biểu thức của Park và Paulay : 1 12 2 1 2 0 2 12 7,106,17,1 )1(8,0 + = cd yscu cd scu cd yscu yycus f fE f E h a f fE fE à (2.53) 2.2.2. Độ dẻo uốn của cột Độ dẻo uốn của cột BTCT cho ở hình 2.11 đợc xác định nh sau: yy ucu y u x x / / à == (2.64) hoặc syc sucu à + + = (2.65) Sử dụng các giả thiết của EN 1992-1-1:2004 khi f ck 50 MPa: ( ) cu c y y s f f f E à + = 1 6,0 35,1 21 (2.67) Sử dụng các giả thiết của 52 -101 - 2003 kết hợp với TCXDVN 356:2005: 9 ( ) 2 21 1 6,0 35,1 b b s s s R R R E à + = (2.69) Trong các biểu thức trên, = N/A c f c - chỉ số lực dọc trong cột và = s2 /f y h h x sy c b A S2 A S1 sc a ' a 0 y y a) b) c) d) x su cu u u F c F S2 F S1 e) A S2 A S1 M N N A b Hình 2.11. Sơ đồ ứng suất trong cột chịu nén 2.2.3. Mối quan hệ giữa việc hạn chế biến dạng ngang của bê tông và tính dẻo của các cấu kiện bê tông cốt thép 2.2.3.1. Khái niệm về bó bê tông Cốt thép đai cản trở biến dạng ngang của BT, làm gia tăng độ bền cũng nh tính biến dạng của BT. Phần BT chịu ảnh hởng có lợi này của cốt đai đợc gọi là phần bê tông bị bó. 2.2.3.2. Các thông số ảnh hởng tới việc bó bê tông 1. Hàm lợng cốt thép đai ( w ): tăng w cả cờng độ lẫn độ dẻo của BT đều tăng. 2. Cờng độ chảy của cốt thép đai (f yw ): tăng f yw áp lực bó của cốt thép đai lên BT càng lớn. 3. Cờng độ chịu nén của bê tông (f c ): f c càng thấp tính dẻo và hiệu quả bó càng cao. 4. Khoảng cách giữa các lớp cốt thép đai (s): hiệu qủa bó BT càng cao khi s càng nhỏ. 5. Cách thức cấu tạo cốt thép đai: việc bố trí thêm cốt đai phụ làm tăng hiệu ứng bó bêtông 6. Cốt thép dọc: đờng kính và hàm lợng cốt thép dọc càng lớn, hiệu ứng bó BT càng lớn. 2.2.3.3. Các mô hình tính toán 1. Trờng hợp bó bê tông bằng khung cốt đai kín chữ nhật hoặc vuông. a) Mô hình tính toán của Park, Priestley và Gill (1982) (hình 2.15). c c cc f c =Kf 0,002K cc 0,2f cc20 c c cc1 cc2 cc85 cc 0,3f cc f =K f s cp 0,85f cc cp f c =0,85f Hình 2.15 Mô hình tính toán bê tông bị bó Hình 2.16 Mô hình tính toán bê tông bị bó của Park, Priestley và Gill (1982) của Sheikh và Uzumeri (1982) ứng suất nén lớn nhất f cc và biến dạng nén lớn nhất tơng ứng cc1 của BT bị bó đợc xác định qua chỉ số bó K: 10 c yw w f f K +=1 (2.71) b) Mô hình tính toán của Sheikh và Uzumeri (1982) (hình 2.16). Tong tự nh mô hình của Park, Priestley và Gill nhng với chỉ số bó K nh sau: yww i cc f b s b nb P b K += 2 0 2 0 2 0 2 0 2 1 5,5 1 140 1 (2.73) với b 0 - cạnh của lõi BT bị bó; b i - chiều dài của n phần bằng nhau của chu vi lõi đợc xác định bởi vị trí các thanh cốt thép, s - bớc cốt đai, - f yw là cờng độ chảy của cốt thép đai (theo MPa), còn )(85,0 2 0 sccc AbfP = (kN), với A s - tổng diện tích tiết diện cốt thép dọc. c) Mô hình tính toán của Kappos (1991) [16] (hình 2.17). Chỉ số bó bê tông: b w K +=1 (2.75) với và b là các hệ số thực nghiệm, còn w là tỷ số cơ học của cốt đai c c cc f c f c 0,85f cc uf 1 cu cc25 cc 0,25f c1 cc1 không bị bó =0) ( w bị bó >0) ( w 0 D t yw f sw A yw f sw A Hình 2.17 Mô hình tính toán bê tông bị bó Hình 2.18 ứng suất bó trong cốt đai lò xo của Kappos (1991) 2. Trờng hợp bó bê tông bằng cốt đai lò xo. Cờng độ của bê tông nằm trong cốt đai: tccc ff += (2.80) với - hệ số thực nghiệm, t - áp lực của cốt đai bó (hình 2.18) Hoặc xác định theo mô hình tính toán của Shah, Fatifis và Arnold (1983): t c ccc f ff ++= 21 15,1 (2.87) 2.3. Các yếu tố ảnh hởng tới độ dẻo 2.3.1. Các đặc tính của vật liệu Độ dẻo của vật liệu BT à = 1 khi chịu kéo và bằng 1,5 ữ 2,0 khi chịu nén. Thép mềm có à = 15 ữ 20 và có thể đạt tới giá trị 60 ữ 80 ngay trớc khi bị kéo đứt. 2.3.2. Các đặc tính của tiết diện cấu kiện [...]... liệu của TCXDVN 356:2005 v EN 1992-1-1:2004 Từ kết quả tính toán ta đợc hệ số ứng xử q bằng giá trị trung bình cộng của à v 2 à 1 (biểu thức 3.7) 3 Một số các nhận xét và kết luận rút ra từ các kết quả tính toán thu đợc - Hệ số ứng xử q tăng khi biến dạng nén cực hạn cu của bê tông tăng - Hệ số ứng xử q giảm khi giới hạn chảy fy của cốt thép lớn - Hệ số ứng xử q thay đổi không đáng kể khi tăng số tầng... cốt thép đai, cách thức cấu tạo cốt thép đai Chơng III: Hệ số ứng xử của kết cấu Bê tông cốt thép 3.2 Mối quan hệ giữa hệ số ứng xử và độ dẻo của kết cấu 1 Đối với các hệ kết cấu có chu kỳ dao động dài: giả thiết cân bằng chuyển vị (hình 3.1a): 12 K1 = Hình 3.1 Fe u = =à Fy y (3.4) Quan hệ giữa phản ứng đàn hồi và đàn hồi dẻo của kết cấu có 1 bậc tự do 2 Đối với các hệ kết cấu có chu kỳ dao động. .. mất lực dính kết trong vùng nút có ảnh hởng tới chuyển vị dẻo Kết luận và kiến nghị A kết luận 1 Quan niệm thiết kế kháng chấn mới cho phép các công trình xây dựng l m việc sau giai đoạn đ n hồi So với cách thiết kế để công trình l m việc đ n hồi, giá trị của lực động đất đợc giảm xuống q lần Trong TCXDVN 375:2006 q đợc gọi l hệ số ứng xử Việc tính toán tác động động đất theo hệ số ứng xử q và áp dụng... giả thiết cân bằng năng lợng (hình 3.1b): F K 2 = e = 2à 1 (3.5) Fy 3 Đối với các kết cấu có chu kỳ ngắn (T < 0,5s): kết cấu tuyệt đối cứng K = à =1 2 à 1 < q ( K1 , K 2 ) < à Giới hạn của hệ số ứng xử q: (3.7) 3.3 Hệ số ứng xử của các hệ kết cấu chịu lực bằng bê tông cốt thép 3.3.1 Hệ số ứng xử q của khung bê tông cốt thép n F n n ht i-1 F 2 2 F 1 1 0 A i MCAn ht i Fi Fi-1 ht l ht l B CA ,y i , CAn,y... theo (2.1) với các đặc tính vật liệu BT v cốt thép cho trong các tiêu chuẩn EN 1992-1-1:2004 v TCXDVN 356:2005 Từ các kết quả tính toán thu đợc, xác định hệ số ứng xử q của tờng l giá trị trung bình cộng của à v 2 à 1 ( biểu thức 3.7) Một số nhận xét và kết luận rút ra từ kết quả tính toán thu đợc - Hệ số ứng xử q của tờng BTCT tăng khi biến dạng nén cực hạn cu tăng; - Hệ số ứng xử q tăng khi chiều cao... cao vùng biến dạng k nhỏ - Hệ số ứng xử q giảm khi gia tăng độ mảnh của tờng 15 - Hệ số ứng xử q xác định theo TCXDVN 356:2005 (q = 1,38 ữ 3,27) có giá trị lớn hơn so với EN 1992-1-1:2004 (q = 1,34 ữ 3,21) 3.4 Kết luận Chơng 3 1 Hệ số ứng xử q phụ thuộc v o nhiều yếu tố khác nhau nh vật liệu, loại hệ kết cấu v cấp độ dẻo của nó Kết quả tính toán hệ số ứng xử q cho các kết cấu khung v tờng chịu lực... tỷ số fsu/fy của cốt thép, tỷ số As/As , chỉ số lực dọc = N/Acfc tới cấp độ vĩ mô: các đặc tính của vật liệu, tiết diện cấu kiện, cấu kiện, liên kết, v hệ kết cấu Yếu tố có ý nghĩa quyết định tới giá trị độ dẻo l biến dạng nén cực hạn cu của BT Độ lớn của cu phụ thuộc v o cách thức bó bê tông biểu thị qua h m lợng của cốt thép đai, cờng độ chảy của cốt thép đai, cờng độ chịu nén của bê tông, bớc cốt. .. hệ số này quyết định độ an toàn và kinh tế của công trình đợc thiết kế Hệ số ứng xử phụ thuộc v o rất nhiều các yếu tố khác nhau, từ vật liệu, cách thức cấu tạo chi tiết các cấu kiện đến hệ kết cấu Trong các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn của các nớc trên thế giới, giá trị của chúng rất khác nhau, phản ánh tính đa dạng của các loại vật liệu xây dựng, các hệ kết cấu đợc sử dụng, các giả thiết tính toán. .. thay đổi không đáng kể khi tăng số tầng n - Hệ số ứng xử q giảm khi tăng cấp độ bền B của bê tông - Hệ số ứng xử q xác định theo TCXDVN 356:2005 (q = 1,82 ữ 4,17) lớn hơn hệ số ứng xử q xác định theo EN 1992-1-1:2004 (q = 1,78 ữ 4,10) 3.3.2 Hệ số ứng xử của tờng chịu lực bê tông cốt thép (i) ở trạng thái khi bắt đầu xuất hiện biến dạng chảy đầu tiên trong cốt thép chịu kéo Cho tờng BTCT ở hình 3.11 Tại... thấy, các công trình đợc thiết kế theo TCXDVN 356:2005 có thể đáp ứng các quy định của quan niệm thiết kế kháng chấn mới v giá trị hệ số ứng xử q 1,5 quy định trong TCXDVN 375:2006 cho các kết cấu BTCT đợc thiết kế theo TCXDVN 356:2005 l không phù hợp Giá trị hệ số q kiến nghị cho trong bảng 4.12 Bảng 4.12 Hệ số ứng xử q kiến nghị dùng để thiết kế khung BTCT cấp dẻo DCM Loại hệ kết cấu Hệ khung, hệ hỗn . cách thức cấu tạo cốt thép đai Chơng III: Hệ số ứng xử của kết cấu Bê tông cốt thép 3.2. Mối quan hệ giữa hệ số ứng xử và độ dẻo của kết cấu 1. Đối với các hệ kết cấu có chu kỳ dao động dài:. và hệ số ứng xử trong tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất Chơng II: Độ dẻo của các kết cấu bê tông cốt thép và các yếu tố ảnh hởng tới độ dẻo. Chơng III: Hệ số ứng xử của các kết cấu. cu của bê tông tăng. - Hệ số ứng xử q giảm khi giới hạn chảy f y của cốt thép lớn. - Hệ số ứng xử q thay đổi không đáng kể khi tăng số tầng n. - Hệ số ứng xử q giảm khi tăng cấp độ bền B của