Mô hình các lò xo cho khung bê tông cốt thép có tường chèn (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI PHƯƠNG HỮU THƠ MÔ HÌNH CÁC LÒ XO CHO KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ TƯỜNG CHÈN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI PHƯƠNG HỮU THƠ KHÓA: 2013-2015 MÔ HÌNH CÁC LÒ XO CHO KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ TƯỜNG CHÈN Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS VƯƠNG NGỌC LƯU Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, nỗ lực thân tác giả có giúp đỡ thầy cô, bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Vương Ngọc Lưu TS Phạm Phú Tình tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trình hoàn thành luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy cô giáo, cán đào tạo Khoa Sau đại học thuộc trường Đại Học Kiến trúc Hà Nội, môn Kết cấu bê tông cốt thép, bạn bè đồng nghiệp góp ý tạo điều kiện cho tác giả trình học tập nghiên cứu Mặc dù có nhiều cố gắng song thiếu sót luận văn điều khó tránh khỏi Tác giả mong đóng góp ý kiến thầy cô, bạn bè đồng nghiệp Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, 2015 Phương Hữu Thơ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ công trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Phương Hữu Thơ MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Danh mục bảng, biểu Danh mục hình PHẦN 1: MỞ ĐẦU PHẦN 2: NỘI DUNG .…………… .……….…… CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ TƯỜNG CHÈN …… ………… 1.1 Giới thiệu khung bê tông cốt thép có tường chèn ………………… 1.1.1 Vật liệu xây chèn khung bê tông cốt thép ………………… 1.1.2 Các kiểu chèn khung bê tông cốt thép …………………… 1.2 Các kiểu phá hoại khung có tường chèn …………… …………….7 1.2.1 Phá hoại cắt trượt tường ….…… …………………………….7 1.2.2 Phá hoại nén vỡ dải chéo tường chèn ….… ……………… 1.2.3 Phá hoại khung bê tông cốt thép … …………………………….8 1.2.4 Phá hoại bong tách khung bê tông cốt thép tường chèn .9 1.2.5 Phá hoại nứt chéo tường ứng suất kéo làm tách vữa gạch .9 1.3 Một số mô hình phân tích …………… …………………………10 1.3.1 Mô hình liên tục … .…………………….……… 10 1.3.2 Một số mô hình đơn giản hóa ………………… 11 CHƯƠNG MÔ HÌNH CÁC LÒ XO CHO KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ TƯỜNG CHÈN …… …………… 22 2.1 Đặc trưng học vật liệu chèn khối xây ………………… 22 2.1.1 Đặc trưng học vật liệu chèn …………………………… 22 2.1.2 Đặc trưng học khối xây …………………………….…… 24 2.2 Phần tử chống chịu kéo, không chịu kéo SAP2000 26 2.3 Phần tử liên kết SAP2000 (Link element) .……………… 27 2.4 Thiết lập mô hình lò xo cho khung bê tông cốt thép có tường chèn 2.4.1 Cơ sở khoa học xây dựng mô hình ………………………… … 29 2.4.2 Thẩm định mô hình phương pháp tĩnh phi tuyến đẩy dần (Pushover analysis) ………………… …………………………… 37 2.5 Mô hình lò xo cho kiểu khối xây ………………………….… 49 CHƯƠNG TÍNH TOÁN KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ TƯỜNG CHÈN THEO MÔ HÌNH CÁC LÒ XO … …… …….… 51 3.1 Ví dụ ………… ……………………………………………… 51 3.2 Ví dụ ………… ……………………………………………… 59 3.3 Ví dụ …………… …………………………………………… 74 3.4 Ví dụ …………… …………………………………………… 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……… ………………………… 90 DANH MỤC BẢNG, BIỂU Số hiệu bảng, biểu Bảng 3.1 Tên bảng, biểu Giá trị áp lực gió lên khung theo chiều cao So sánh chuyển vị ngang tầng mô hình Bảng 3.2 (MH1), (MH2) (MH3), Tỉ lệ sai số quy chiếu đến mô hình (MH1) Bảng 3.3 Giá trị áp lực gió lên khung theo chiều cao Bảng 3.4 Chu kỳ (s) theo phương pháp So sánh chuyển vị ngang tầng mô hình Bảng 3.5 (MH1) (MH2), Tỉ lệ sai số quy chiếu đến mô hình (MH1) Bảng 3.6 Chuyển vị ngang tầng mô hình lò xo DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình Tên hình Hình 1.1 Hình ảnh gạch đặc gạch Tuynel lỗ Hình 1.2 Hình ảnh kiểu chèn cục panel Hình 1.3 Hình ảnh kiểu chèn xét tổng thể khung Hình 1.4 Trạng thái phá hoại cắt trượt tường chèn Hình 1.5 Trạng thái phá hoại nén vỡ dải chéo tường chèn Hình 1.6 Trạng thái phá hoại bong tách khung tường chèn Hình 1.7 Phá hoại khung nứt chéo tường Hình 1.8 Mô hình liên tục (micro model) Hình 1.9 Mô hình tường xây chèn làm việc tương đương chống chịu nén Hình 1.10 Các tham số hình học Hình 1.11 Sự phát triển kiểu mô hình chống tương đương Hình 1.12 Sự phát triển kiểu mô hình lò xo Hình 2.1 Tùy chọn Tension limit (nguồn SAP2000) Hình 2.2 Xây dựng phần tử lò xo (nguồn SAP2000) Hình 2.3 Khai báo chuyển vị lò xo theo phương (nguồn SAP2000) Hình 2.4 Tường chèn chống chịu nén tương đương Hình 2.5 Quan hệ lực cắt-chuyển vị mô hình phân tích tường chèn Hình 2.6 Các tham số hình học khung tầng nhịp có tường chèn Số hiệu hình Tên hình Hình 2.7 Mô hình hóa tường chèn chống chéo (Diagonal Model) lò xo (Horizontal-Spring Model) Hình 2.8 Khai báo tiết diện chống SAP2000 Hình 2.9 Mô hình chống SAP2000 Hình 2.10 Xác định đặc trưng khớp dẻo dầm cột (Hinge Properties) Hình 2.11 Xác lập PUSH case SAP2000 Hình 2.12 Quan hệ lực - biến dạng tường chèn khung mô hình hóa tường chèn mô hình chống chéo (nguồn SAP2000) Hình 2.13 Khai báo phần tử lò xo SAP2000 Hình 2.14 Mô hình lò xo SAP2000 Hình 2.15 Xác định đặc trưng khớp dẻo dầm cột (Hinge Properties) Hình 2.16 Xác lập PUSH case SAP2000 Hình 2.17 Quan hệ lực - biến dạng tường chèn khung mô hình hóa tường chèn mô hình lò xo (nguồn SAP2000) Hình 2.18 Quan hệ lực - biến dạng tường chèn khung mô hình hóa tường chèn mô hình chống chéo mô hình lò xo Hình 2.19 Mô hình lò xo cho kiểu khối xây panel Hình 3.1 Các tham số hình học Số hiệu hình Tên hình Hình 3.2 Tải trọng gió tác dụng lên khung (kN/m) Hình 3.3 Ba mô hình dùng để đánh giá mô hình lò xo Hình 3.4 So sánh ba mô hình xét mặt chuyển vị Hình 3.5 Các than số hình học khung tầng nhịp Hình 3.6 Tải trọng đứng tác dụng lên công trình Hình 3.7 Tải trọng gió tác dụng lên khung (kN/m) Hình 3.8 So sánh chu kỳ dao động phương pháp theo ví dụ Hình 3.9 Các tham số hình học Hình 3.10 Thay tường chèn mô hình lò xo Hình 3.11 Hai mô hình dùng để đánh giá mô hình lò xo Hình 3.12 So sánh hai mô hình xét mặt chuyển vị Hình 3.13 Các tham số hình học Hình 3.14 Thay tường chèn mô hình lò xo Hình 3.15 Mô hình kết chuyển vị mô hình lò xo PHẦN 1: MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong số nhiều loại vật liệu đáp ứng nhu cầu phân chia không gian bao che cho công trình tường xây đóng góp tỷ trọng lớn Ở Việt Nam việc xây dựng nhà cao tầng có sử dụng phương án kết cấu khung bê tông cốt thép có tường xây chèn phổ biến Hiện việc tính toán khung bê tông cốt thép có tường xây chèn nhiều hạn chế, lãng phí coi tường xây tải trọng tĩnh quy tải phân bố đặt lên dầm khung mà chưa kể tới khả chịu tải tường xây ảnh hưởng tổng thể khung bê tông cốt thép Từ thực trạng đó, việc nghiên cứu tìm ảnh hưởng thiết lập mô hình tính toán cho khung bê tông cốt thép có tường xây chèn nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Song việc tìm mô hình tính toán đánh giá tác động tường xây chèn khung bê tông cốt thép đồng thời đơn giản hóa tính toán việc lập mô hình tính toán phần mềm tính toán kết cấu cần thiết Mục đích nghiên cứu - Xây dựng mô hình lò xo cho khung bê tông cốt thép có tường xây chèn - Nghiên cứu ảnh hưởng tường chèn khung bê tông cốt thép việc sử dụng mô hình lò xo 2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Khung bê tông cốt thép tầng nhịp khung ba tầng nhịp Tường xây chèn cốt thép, không gia cố, xét tường lỗ cửa tường có lỗ cửa Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết sử dụng phần mềm tính toán kết cấu (SAP2000) để phân tích Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Giới thiệu làm sáng tỏ mô hình thay tường xây chèn lò xo để phân tích khung bê tông cốt thép có tường xây chèn chịu tải trọng đứng ngang - Mô hình cho kết phân tích chuyển vị kết phân tích tổng thể phù hợp với ứng xử thực công trình, đồng thời việc tính toán đưa mô hình vào phần mềm tính toán kết cấu đơn giản phù hợp với yêu cầu thực tiễn - Ngoài ưu điểm lớn mô hình lò xo so với mô hình đơn giản hóa trước (mô hình chống) mô hình lò xo giải toán khung có tường chèn có nhiều lỗ mở khác kích thước lẫn vị trí lỗ mở khung THÔNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận  Luận văn giới thiệu làm sáng tỏ mô hình lò xo cho khung bê tông cốt thép có tường chèn, mô hình có quy trình tính toán đơn giản, thuận tiện việc xây dựng mô hình tính toán phần mềm kết cấu SAP2000, ETAPS,  Bằng việc sử dụng phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến đẩy dần (Pushover analysis) tác giả thiết lập đường quan hệ lực - biến dạng tường chèn khung bê tông cốt thép thay tường chèn mô hình chống chéo mô hình lò xo, qua luận văn xây dựng tính đắn sở khoa học mô hình lò xo cho khung bê tông cốt thép  Qua ví dụ tính toán so sánh kết tính toán mô hình lò xo với mô hình liên tục mô hình đơn giản hóa cho thấy mô hình lò xo mô hình cho kết tổng thể gần sát với mô hình đơn giản hóa trước (mô hình chống)  Mô hình lò xo giải toán khung có tường chèn có nhiều lỗ mở khác kích thước lẫn vị trí lỗ mở khung Đây ưu điểm lớn mô hình lò xo so với mô hình trước Kiến nghị Ở nghiên cứu tiếp theo, phát triển công việc:  Tiến hành thí nghiệm cho khung có tường chèn không lỗ mở, phát triển công thức tính độ cứng k lò xo mô hình lò xo cho khung bê tông cốt thép có tường chèn 91  Nghiên cứu xác định độ cứng lò xo đơn độ cứng lò xo tương đương theo mô hình lò xo cho khung bê tông cốt thép có tường chèn có lỗ mở  Nghiên cứu ảnh hưởng cục khung bê tông cốt thép có tường chèn độ trôi tầng  Đánh giá ứng xử khung có tường chèn chịu động đất phương pháp tĩnh phi tuyến đẩy dần TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bùi Ngọc Dũng (2014), Mô hình hai chống không song song cho khung bê tông cốt thép có tường chèn, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Kiến trúc Hà Nội Lý Trần Cường , Đinh Chính Đạo (2008), Kết cấu gạch đá gạch đá cốt thép, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Lý Trần Cường (1991), Sự làm việc đồng thời khung bê tông cốt thép với khối xây chèn tác dụng tải trọng ngang, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Xây dựng Hà Nội Nguyễn Lê Ninh (2008), Động đất thiết kế công trình chịu động đất, NXB Xây dựng, Hà Nội Tăng Bá Bay (2010), Nghiên cứu ảnh hưởng khối xây chèn có lỗ cửa đến làm việc khung bê tông cốt thép nhà cao tầng, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Kiến trúc Hà Nội Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5573 (1991), Kết cấu gạch đá gạch đá cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 (2011), Kết cấu bê tông bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737 (1995), Tải trọng tác động – Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội Tiếng Anh Asteris P.G, Kakaletsis D.J, Chrysostomou C.Z, Smyrou E.E (2011), "Failure Modes of In-filled Frames", Electronic Journal of Structural Engineering (11) 10 Amato G, Fossetti M, Cavaleri L, Papia M (2009), "An updated model of equivalent diagonal strut for infill panels", Eurocode perspectives from Italian standpoint workshop ( 2009), 119-128 11 Canadian Standards Association CSA S304.1-04 (2004), Design of Masonry Structure 12 Chen, Yi-Hsin (2003), Seismic Evaluation of RC Buildings Infilled with Brick Walls, PhD thesis, National ChengKung University 13 Chrysostomou CZ (1991), Effects of degrading infill walls on the nonlinear seismic response of two-dimensional steel frames, Master thesis, Cornell University 14 Computer and Structures, SAP2000 Version 14.2.2, Linear and Nonlinear Static and Dynamic Analysis and Design of Three Dimensional Structures 15 Crisafulli F.J (1997), Seismic behaviour of reinforced concrete structures with masonry infills, Master thesis, University of Canterbury 16 Dorji Jigme (2009), Seismic performance of brick infilled RC fame structures in low an medium rise buildings in Bhutan, Master thesis, Queensland University of Technology 17 FEMA356 (2000), Prestandard an commentary for the seismic rehabilitation of buildings, United States of America 18 Fiore A, Netti A, Monaco P (2012), "The influence of masonry infill on the seismic behaviour of RC frame buildings", Engineering Structures (44), 133-145 19 Holmes M (1961), "Steel frame with brick work and Concrete infilling", Proceedings of the institution of civil engineers, Vol.-19, pp.473-478 20 Hossein Mostafaei, Toshimi Kabeyasawa (2004), "Effect of infill masonry walls on the seismic response of reinforced concrete buildings subjected to the 2003 Bam Earthquake strong motion: A case study of Bam Telephone Center", Earthquake Research Institute, The University of Tokyo 21 Mainstone (1971), "On the stiffness and strength of infilled frames", Proceedings of the institution of civil engineers, London, UK, supplement IV, paper 7360S; 1971 p 57-90 22 Madan A, Reinhorn A.M, Fellow, Mander J.B (1997), "Modeling of masonry infill panels for structural analysis", Journal of structural engineering 1997 23 Smith (1967), "Methods for predicting the lateral stiffness and strength of multistorey infilled frames", Building Science, Vol.2, pp.247-257,1967 24 Paulay T, Priestley M.J.N (1992), Seismic design of reinforced concrete and masonry buildings 25 Polyakov S.V (1960), "On the interaction between masonry filler walls and enclosing frame when loaded in the plane of the wall", Translations in Earthquake Engineering Research Institute, San Francisco, 36-42  ... đương theo mô hình lò xo cho khung bê tông cốt thép có tường chèn có lỗ mở  Nghiên cứu ảnh hưởng cục khung bê tông cốt thép có tường chèn độ trôi tầng  Đánh giá ứng xử khung có tường chèn chịu... lực - biến dạng tường chèn khung bê tông cốt thép thay tường chèn mô hình chống chéo mô hình lò xo, qua luận văn xây dựng tính đắn sở khoa học mô hình lò xo cho khung bê tông cốt thép  Qua ví... toán mô hình lò xo với mô hình liên tục mô hình đơn giản hóa cho thấy mô hình lò xo mô hình cho kết tổng thể gần sát với mô hình đơn giản hóa trước (mô hình chống)  Mô hình lò xo giải toán khung