Thực hành tính toán tải trọng động đất tác động lên công trình
TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH THỰC HÀNH TÍNH TỐN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH Giới thiệu Tại nước phát triển, việc xây dựng cơng trình có khả chịu tải trọng động đất u cầu bắt buộc nhằm bảo đảm sinh mạng cho người giảm thiểu tổn thất kinh tế hậu động đất Ở Việt Nam, sau xây dựng ban hành TCXDVN 375:2006 – Tiêu chuẩn thiết kế cơng trình chịu động đất, nói việc thiết kế kháng chấn cho cơng trình bắt buộc chuẩn mực cơng tác thiết kế Bài báo cáo trình bày cách tính tải trọng động đất theo quy phạm Việt Nam, điều cần quan tâm việc thiết kế cơng trình Nội dung báo cáo Bài báo cáo gồm nội dung sau: Khái qt phương pháp tính tải trọng động đất Cách tính động đất theo TCXDVN 375:2006 thơng qua ví dụ tính tốn cụ thể Và báo cáo trình bày cách ứng dụng chương trình máy tính Etabs hỗ trợ cho việc tính tốn kháng chấn TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH A Khái qt phương pháp tính tốn tải trọng động đất Tính tốn tải trọng động đất chia thành nhóm: Phương pháp phân tích đàn hồi tuyến tính phương pháp phi tuyến Phương pháp đàn hồi tuyến tính (Linear analysis) Những hệ tác động động đất hệ tác động khác kể đến thiết kế chịu động đất xác định sở ứng xử đàn hồi – tuyến tính kết cấu Tùy thuộc vào đặc trưng kết cấu nhà, sử dụng hai phương pháp phân tích đàn hồi – tuyến tính sau: - Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương: Chỉ áp dụng cho nhà thỏa mãn điều kiện định cấu tạo - Phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động: Có thể áp dụng cho loại nhà Phương pháp phi tuyến (Nonliner analysis) Dần dần chấp nhận cơng đồng thiết kế chun nghiệp phương pháp phát triển để đánh giá làm việc cơng trình hữu Hai loại phân tích phi tuyến là: - Phân tích phi tuyến tĩnh – NSP (Nonlinear Static Procedure, Pushover Procedure) - Phân tích phi tuyến động – NDP (Linear Dynamic Procedure) Cả hai phương pháp phân tích phi tuyến đòi hỏi chuẩn bị mơ hình tốn phi tuyến khung nhà Như vị trí ứng xử phi tuyến (thường gọi khớp dẻo) khung phải xác định mơ hình tốn Các quan hệ phi tuyến lực – biến dạng phải lập trước cho thành phần khung nhà có khả ứng xử phi tuyến Trong phạm vi báo cáo này, trình bày cách tính tốn thực hành theo nhóm phương pháp đàn hồi – tuyến tính so sánh phương pháp TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH B Thực hành tính tốn tải trọng động đất tác dụng lên cơng trình Sau trình bày hai cách phân tích tĩnh lực ngang tương đương phổn phản ứng dạng dao động cho tốn Từ đưa nhận xét kết tính Bài tốn Xét tốn có mơ hình kết cấu thỏa điều kiện để phân tích phương pháp tĩnh lực ngang tương đương - Các chu kì dao động T1 theo hai hai hướng nhỏ giá trị sau: 4.T T1 ≤ C 2,0 s - Thõa mãn tiêu chí tình đặn theo mặt đứng TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH a Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương Các bảng sau kết tính phân tích chu kì dao động, khối lượng chuyển vị tầng Bảng Các chu kì dao động T1x Chu kì dao động (s) 1.11 T1y 1.509 Bảng Khối lượng chuyển vị tầng theo dao dao động Story displacements T1x Story 10 11 12 13 14 15 mj(Kg) 379081 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 M= Story 10 11 12 13 14 15 T1y sj -0.0004 -0.0012 -0.0021 -0.0033 -0.0046 -0.0061 -0.0077 -0.0094 -0.0111 -0.0128 -0.0146 -0.0163 -0.0181 -0.0198 -0.0214 sj 0.0006 0.0016 0.0029 0.0045 0.0061 0.0077 0.0094 0.0109 0.0124 0.0138 0.0151 0.0162 0.0172 0.0181 0.0189 7064809 Giả sử có số liệu tính động đất cho cơng trình sau LOẠI ĐẤT NỀN S C 1.15 Gia tốc tham chiếu (g) agR = TB(s) 0.20 Tc(s) 0.60 0.0848 γ1= hs: qh = Td(s) 2.00 1.25 1.50 TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH Từ xây dựng phổ phản ứng dạng dao động thiết kế cho cơng trình sau: Tính lực cắt đáy móng thiết kế theo cơng thức sau: Fb = Sd (T1 , ξ)Mλ (1) đó: Sd (T1, ξ) Tung độ phổ thiết kế chu kỳ T1; T1 Chu kỳ dao động chuyển động ngang theo phương xét; λ Hệ số hiệu chỉnh, lấy sau: λ = 0,85 T1 ≤ 2TC với nhà > tầng; λ = 1,0 với trường hợp khác M Tổng khối lượng nhà móng để tính lực cắt đáy móng Fb , xác định bằng: M = ∑ G k , j +∑ ψ E ,i Q k ,i j≥1 (2) i ≥1 TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH Gk,j - tĩnh tải tính tốn thứ j ; Qk,i - hoạt tải tính tốn thứ i; ψE,i - hệ số tổ hợp tải trọng tác động thay đổi thứ i; ψ2 ϕ ψE = ϕ x ψ2 Loại A: Khu vực nhà ở, gia đình 0,3 0,8 0,24 Loại B: Khu vực văn phòng 0,3 0,8 0,24 Loại C: Khu vực hội họp 0,6 0,8 0,48 Loại D: Khu vực mua bán 0,6 1,0 0,6 Loại E: Khu vực kho lưu trữ 0,8 1,0 0,8 Hoạt tải đặt lên nhà Theo phương X Từ chu kì dao động theo phương X: T1x = 1.109, tính S d (T1 X , ξ ) = 1.0783 Lực cắt đáy móng: FbX = 1.0783 × 7064809 × = 7617983( N ) Phân phối lực cắt đáy cho tầng theo cơng thức sau: Fk = sk mk × Fb ∑s jm j (3) Trong đó: Fk lực ngang tác dụng tầng thứ k Fb lực cắt đáy động đất tính theo (1) sk , sj chuyển vị khối lượng mk , mj dạng dao động mk , mj khối lượng tầng FbX = 7617.983 KN Story 10 11 12 13 14 15 mj(Kg) 379081 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 sj -0.0004 -0.0012 -0.0021 -0.0033 -0.0046 -0.0061 -0.0077 -0.0094 -0.0111 -0.0128 -0.0146 -0.0163 -0.0181 -0.0198 -0.0214 M= 7064809 mjs j -151.632 -573.062 -1002.86 -1575.92 -2196.74 -2913.07 -3677.15 -4488.99 -5300.83 -6112.67 -6972.26 -7784.1 -8643.69 -9455.53 -10219.6 -71068.1 FkX (KN) 16.3 61.4 107.5 168.9 235.5 312.3 394.2 481.2 568.2 655.2 747.4 834.4 926.5 1013.6 1095.5 Từ cơng thức (2) số liệu bảng 2, tính lực ngang phân phối lên tầng sau: Bảng Phân phối tải ngang theo phương X lên tầng TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH Theo phương Y Từ chu kì dao động theo phương Y: T1Y = 1.509, tính S d (T1Y , ξ ) = 0.7925 Lực cắt đáy móng: FbY = 0.7925 × 7064809 × = 5598861( N ) TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH Bảng Phân phối tải ngang theo phương Y lên tầng FbY = 5598.861 KN Story 10 11 12 13 14 15 mj(Kg) 379081 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 477552 sj 0.0006 0.0016 0.0029 0.0045 0.0061 0.0077 0.0094 0.0109 0.0124 0.0138 0.0151 0.0162 0.0172 0.0181 0.0189 M= 7064809 m js j FkY (KN) 227.4487 17.2 764.0831 57.7 1384.901 104.6 2148.984 162.3 2913.067 220.0 3677.15 277.6 4488.988 338.9 5205.316 393.0 5921.644 447.1 6590.217 497.6 7211.035 544.5 7736.342 584.1 8213.894 620.2 8643.69 652.6 9025.732 681.5 74152.49 b Phương pháp phân tích phổ dạng dao động Theo phương pháp này, phải xét đến tất dạng dao động góp phần đáng kể vào phản ứng tổng thể nhà, tính tốn thực hành, sử dụng điều kiện sau: TIỂU LUẬN BTCTNC k ≥ n Tk ≤ 0,2s GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH (4) đó: k số dạng dao động xét tới tính tốn; n số tầng móng đỉnh phần cứng phía dưới; Tk chu kỳ dao động dạng thứ k (chu kỳ dao động bé xét đến tính tốn) Nhà 15 tầng ⇒ k ≥ 15 = 11.6 , chọn k = 12 Phân tích với 12 dạng dao động Bảng Chu kì dao động Mode 10 11 12 Period 1.510 1.297 1.110 0.436 0.375 0.248 0.212 0.189 0.126 0.121 0.110 0.088 Có thể thấy dạng dao động thứ 12 có chu kì 0.008s < 0.2s Bảng Tải trọng ngang theo phương X lên tầng FbX = 5903.8 KN Stoty FkX 15 944.16 TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH 14 13 12 11 10 842.98 660.52 508.29 399.34 335.48 307.39 300.57 301.92 301.91 292.56 266.2 217.8 149.63 75.09 Bảng Tải trọng ngang theo phương Y lên tầng FbY = 4599.1 KN Stoty 10 TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH 15 14 13 12 11 10 763.83 655.9 498.41 385.02 313.52 268.28 239.8 226.68 224.4 224.15 220.7 210.43 182.94 127.96 57.08 c So sánh kết từ phương pháp 11 TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH Một số nhận xét Từ kết phân tích cụ thể cho cơng trình trên, có số nhận xét sau: 12 TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH - Có sai khác kết tính theo phương pháp Bảng So sánh lực cắt đáy - Quy luật phân phối tải ngang lên tầng theo hai phương pháp khác nhau, theo phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương, tải ngang phân bố lên tầng có dạng tăng gần tuyến tính, theo phương pháp phân tích phổ dao động khơng TÀI LIỆU THAM KHẢO 13 TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH Hồ Hữu Chỉnh Bài giảng mơn kết cấu bê-tơng nâng cao, chương trình cao học XDDDCN ĐHBK TP Hồ Chí Minh TCXDVN 375 -2006 Thiết kế cơng trình chịu động đất 14 TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH 15 TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH 16 TIỂU LUẬN BTCTNC GVHD: TS.HỒ HỮU CHỈNH PHỤ LỤC Các số liệu chu kì dao động, khối lượng cơng trình, chuyển vị tầng ứng với dạo dao động, lực cắt tầng tính tốn lấy từ kết xuất chương trình Etabs 17