Nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng nút khung tới phản ứng của khung bê tông cốt thép chịu động đất

Luận văn là tài liệu báo cáo tiến sĩ là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Võ Mạnh Tùng NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG NÚT KHUNG TỚI PHẢN ỨNG CỦA KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 9580201 LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà Nội – năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG NÚT KHUNG TỚI PHẢN ỨNG CỦA KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 9580201 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN LÊ NINH Hà Nội – năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nghiên cứu nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2018 Tác giả luận án Võ Mạnh Tùng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i DANH MỤC KÝ HIỆU vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ x MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ỨNG XỬ CỦA NÚT KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯỚI TÁC ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT VÀ NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC .6 1.1 SỰ PHÁ HOẠI CỦA NÚT KHUNG DƯỚI TÁC ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT 1.2 PHÂN LOẠI CÁC NÚT KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.2.1 Phân loại dựa theo dạng hình học cách neo cốt thép dầm 1.2.2 Phân loại dựa theo ứng xử của kết cấu .8 1.2.3 Phân loại dựa theo cách thức cấu tạo .8 1.3 CÁC LỰC TÁC ĐỘNG LÊN NÚT KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU CẮT NÚT KHUNG 12 1.4.1 Tổng quan mơ hình xác định khả chịu cắt của nút khung .12 1.4.2 Mơ hình của Paulay Priestley (1978, 1992) [35] 14 1.4.3 Mơ hình A G Tsonos (1999, 2001) [48] 20 1.5 KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA CÁC NÚT KHUNG THEO CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN 23 1.5.1 Tiêu chuẩn của Hoa Kỳ (ACI 318M-2011) [56] 23 1.5.2 Tiêu chuẩn thiết kế của New Zealand NZS 3101 (2006) [60] .24 1.5.3 Tiêu chuẩn của Việt Nam [55] châu Âu [63] 24 1.5.4 Tiêu chuẩn của Nhật Bản AIJ 1999 (1999) [59] .26 iii 1.6 MỘT SỐ NHẬN XÉT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA NÚT KHUNG 27 1.7 MƠ HÌNH NÚT KHUNG DÙNG TRONG PHÂN TÍCH PHI TUYẾN 27 1.7.1 Các mơ hình dựa nghiên cứu thí nghiệm 28 1.7.2 Các mơ hình dựa nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thí nghiệm 28 1.7.3 Nhận xét mơ hình đề xuất .33 1.8 NHẬN XÉT RÚT RA TỪ NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 33 CHƯƠNG BIẾN DẠNG CỦA NÚT KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 35 2.1 BIẾN DẠNG CỦA NÚT KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 35 2.2 CÁC THÀNH PHẦN BIẾN DẠNG CỦA NÚT KHUNG 35 2.3 CHUYỂN VỊ XOAY ĐẦU MÚT CỐ ĐỊNH 36 2.3.1 Khái niệm chuyển vị xoay đầu mút cố định 36 2.3.2 Chuyển vị xoay đầu mút cố định trước cốt thép dọc bắt đầu bị chảy dẻo .38 2.3.3 Chuyển vị xoay đầu mút cố định từ lúc cốt thép dọc bắt đầu chảy dẻo trước cấu kiện đạt trạng thái cực hạn 39 2.3.4 Lực bám dính cốt thép bê tơng nút khung 40 2.4 BIẾN DẠNG CẮT NÚT KHUNG 45 2.4.1 Ứng suất cắt nút khung 45 2.4.2 Các kết nghiên cứu thực nghiệm ứng suất cắt nút khung 46 2.4.3 Ứng suất cắt nút khung tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn đại .47 2.5 NHẬN XÉT VỀ BIẾN DẠNG NÚT KHUNG BÊ TƠNG CỐT THÉP .49 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM NÚT KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 51 3.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM 51 iv 3.2 THIẾT KẾ CÁC MẪU THÍ NGHIỆM 52 3.2.1 Xuất xứ của mẫu thí nghiệm 52 3.2.2 Cấu tạo chi tiết mẫu thí nghiệm 54 3.3 ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO MẪU THÍ NGHIỆM 56 3.3.1 Vật liệu bê tông 56 3.3.2 Vật liệu cốt thép .57 3.4 SƠ ĐỒ VÀ QUY TRÌNH CHẤT TẢI CÁC MẪU THÍ NGHIỆM 58 3.4.1 Sơ đồ chất tải .58 3.4.2 Định nghĩa hệ số độ dẻo chuyển vị của mẫu thí nghiệm 59 3.4.3 Quy trình chất tải mẫu thí nghiệm 61 3.5 CÁC SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM VÀ SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CÁC THIẾT BỊ ĐO 63 3.5.1 Các số liệu thí nghiệm .63 3.5.2 Các thiết bị đo 64 3.5.3 Sơ đờ bố trí thiết bị đo cách sử dụng liệu thu .64 3.6 ỨNG XỬ CỦA CÁC MẪU THÍ NGHIỆM 67 3.6.1 Mẫu thí nghiệm NK1 67 3.6.2 Mẫu thí nghiệm NK2 70 3.6.3 Mẫu thí nghiệm NK3 73 3.7 PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 76 3.7.1 Quan hệ lực cắt tầng – chuyển vị ngang 76 3.7.2 Lực cắt tầng .78 3.7.3 Ứng xử của dầm quanh nút khung 80 3.7.4 Ứng xử của cột quanh nút khung .87 3.7.5 Ứng xử của nút khung 89 3.7.6 Phân tích nguyên nhân phá hoại nút khung 95 v 3.7.7 Khả chịu cắt của nút khung bê tông cốt thép 99 3.7.8 Độ cứng của mẫu thí nghiệm 100 3.7.9 Năng lượng phân tán mẫu thí nghiệm .102 3.7.10 Hệ số cản nhớt tương đương 103 3.8 NHẬN XÉT RÚT RA TỪ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM 104 CHƯƠNG MÔ HÌNH HĨA ỨNG XỬ CỦA NÚT KHUNG DƯỚI TÁC ĐỢNG ĐỘNG ĐẤT 106 4.1 BIẾN DẠNG CỦA NÚT KHUNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ TỚI ỨNG XỬ TỔNG THỂ CỦA KHUNG 106 4.2 MƠ HÌNH HĨA BIẾN DẠNG CẮT CỦA NÚT KHUNG 107 4.2.1 Sự góp phần của biến dạng cắt nút khung tới chuyển vị ngang của khung 107 4.2.2 Mơ hình hóa góp phần của biến dạng cắt nút khung tới chuyển vị tầng .107 4.2.3 Xác định đặc trưng của lò xo mơ biến dạng cắt nút 109 4.2.4 Thiết lập mối quan hệ lý tưởng τjh - γj 112 4.2.5 Thiết lập quan hệ Vc - Δc Mb- γj của nút khung .115 4.3 MƠ HÌNH HĨA TRƯỢT BÁM DÍNH CỦA NÚT KHUNG .118 4.4 HIỆU CHUẨN, ĐÁNH GIÁ CÁC MƠ HÌNH BIẾN DẠNG NÚT KHUNG .119 4.4.1 Nút khung NK1 119 4.4.2 Nút khung J2 122 4.5 NHẬN XÉT VỀ MÔ HÌNH MƠ PHỎNG BIẾN DẠNG NÚT KHUNG 125 CHƯƠNG PHÂN TÍCH PHI TUYẾN CÁC HỆ KẾT CẤU KHUNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT 127 5.1 GIỚI THIỆU CHUNG 127 vi 5.2 CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ PHÂN TÍCH KẾT CẤU 127 5.3 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA MƠ HÌNH BIẾN DẠNG NÚT 129 5.3.1 Các đặc trưng khớp dẻo của mơ hình biến dạng cắt nút 129 5.3.2 Các đặc trưng khớp dẻo của mơ hình trượt bám dính .132 5.4 PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU KHUNG BÊ TƠNG CỐT THÉP 134 5.4.1 Các trường hợp tính toán 134 5.4.2 Phân tích tĩnh phi tuyến đẩy dần (push-over) .135 5.4.3 Phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian 138 5.5 NHẬN XÉT VỀ VIỆC ÁP DỤNG MƠ HÌNH BIẾN DẠNG NÚT TRONG PHÂN TÍCH PHI TUYẾN KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 142 KẾT LUẬN 143 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BÓ 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO 145 PHỤ LỤC A PL1 PHỤ LỤC B PL2 PHỤ LỤC C PL4 PHỤ LỤC D PL6 PHỤ LỤC E PL8 PHỤ LỤC F PL10 vii DANH MỤC KÝ HIỆU s biến dạng dọc trục cốt thép µ∆ hệ số độ dẻo chuyển vị mẫu thí nghiệm γj biến dạng cắt vùng lõi nút θsl chuyển vị xoay ở đầu mút cố định θy,sl chuyển vị xoay đầu mút cố định cốt thép bắt đầu chảy dẻo λ0 hệ số vượt độ bền cốt thép bị biến cứng σs ứng suất kéo cốt thép τ0 cường độ lực bám dính trung bình cốt thép ở mặt dầm τjh ứng suất cắt nút theo phương ngang τjv ứng suất cắt nút theo phương đứng ϕ độ cong trục dầm ϕu độ cong trục dầm ở trạng thái cực hạn ϕy độ cong trục dầm cốt thép bắt đầu chảy dẻo Δ chuyển vị ngang đỉnh cột mẫu thí nghiệm Ag diện tích tiết diện ngang hiệu dụng nút khung As1 diện tích cốt thép thớ dầm As2 diện tích cốt thép thớ dầm bb bề rộng tiết diện dầm bc bề rộng tiết diện cột bj bề rộng hiệu dụng nút khung Cb1 hợp lực nén bê tông ở mặt dầm bên trái hệ nút Cb2 hợp lực nén bê tông ở mặt dầm bên phải hệ nút Csb1 lực nén cốt thép ở mặt dầm bên trái hệ nút Csb2 lực nén cốt thép ở mặt dầm bên phải hệ nút Ds lực nén chéo cấu giàn Dc lực nén chéo cấu chống Ec mô đun đàn hồi bê tông viii Es mô đun đàn hồi cốt thép fc cường độ chịu nén đặc trưng bê tông fy cường độ chịu kéo cốt thép dọc fyt cường độ chịu kéo cốt thép đai h chiều cao mẫu thí nghiệm hb chiều cao tiết diện dầm hc chiều cao tiết diện cột l chiều dài mẫu thí nghiệm L’c chiều cao cột kể từ trục dầm; L1 nhịp dầm bên trái hệ nút L1,cl nhịp thông thủy dầm bên trái hệ nút L2 nhịp dầm bên phải hệ nút L2,cl nhịp thông thủy dầm bên phải hệ nút Lb chiều dài neo cốt thép Lc chiều cao cột kể từ trục dầm Mub1 khả chịu uốn thiết kế dầm trái Mub2 khả chịu uốn thiết kế dầm phải N lực nén tác động lên cột Tsb1 lực kéo cốt thép ở đáy dầm bên trái hệ nút Tsb2 lực kéo cốt thép ở mặt dầm bên phải hệ nút V lực ngang tác động vào đỉnh cột mẫu thí nghiệm Vc lực cắt cột Vch khả chịu lực cắt ngang cấu chống chéo Vcv khả chịu lực cắt đứng cấu chống chéo Vjh lực cắt nút theo phương ngang Vjv lực cắt nút theo phương đứng Vsh khả chịu lực cắt ngang cấu giàn Vsv khả chịu lực cắt đứng cấu giàn Vt lực cắt nút theo phương ngang mẫu thí nghiệm 148 with steel fibres University of Canterbury – NewZealand, 2006 30 Mustafa GENCOGLU, Ilhan EREN, An Experimental Study on the Effect of Steel Fiber Reinforced Concrete on the Behavior of the Exterior Beam-Column Joints Subjected to Reversal Cyclic Loading, Turkish journal of engineering & environmental sciences, 2002, pp 493-502 31 Nguyễn Lê Ninh, Động đất thiết kế cơng trình chịu động đất, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, 2007 32 Nguyễn Lê Ninh, Cơ sở lý thuyết tính tốn cơng trình chịu động đất, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2011 33 Nilanjan Mitra, An analytical study of reinforced concrete beam-column joint behavior under seismic loading, University of Washington, USA, 2007 34 Pampanin S., G.M Calvi, Seismic behaviour of R.C beam-column joints designed for gravity loads, 12th European Conference on Earthquake Engineering, 2001, pp.726-740 35 Paulay T., Priestley M.J.N (1992), Seismic design of reinforced concrete and masonry buildings, John Wiley 36 Paulay, T., Park, R., and Birss, G.R., Elastic Beam-Column Joints for Ductile Frames, Proceedings of the 7th World Conference on Earthquake Engineering, Istanbul, 1980 37 Paulay T., Park R and Priestley M.J.N., “Reinforced Concrete Beam-Column Joints Under Seismic Actions”, Journal ACI,Vol.75, No 11, November 1978, pp 61-76 38 Park R and T Paulay Reinforced concrete Structure, University of Canterbury – NewZealand, 1974 39 Penelis G G., Penelis Gr., Concrete building in seismic regions, CRC Press – 2014 40 Penelis G.G., Kappos A.J., Earthquake-resistant Concrete Structures, E&FN SPON, 1997 41 Rajaram P., Experimental study on behavior of Interior RC Beam Column Joints Subjected to Cyclic Loading, International journal of applied engineering research, 2010, pp 49-58 42 Romanbabu M Oinam, Experimental Study on Beam- Column Joint with Fibres under Cyclic Loading, IOSR Journal of Engineering 2013, pp 13-23 43 Safaa ZAID, Hitoshi SHIOHARA, Shunsuke OTANI, Test of a new 149 reinforcing detail for reinforced concrete interior beam-column joint, The University of Tokyo, 2002 44 Sangjoon Park, Khalid M Mosalam, Experimental and Analytical Studies on Reinforced Concrete Buildings with Seismically Vulnerable Beam- Column Joints, Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER), 2012 45 Sangjoon Park, Khalid M Mosalam, Shear strength models of exterior Beamcolumn joints without transverse reinforcement, Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER), 2009 46 Shariatmadar H., Experimental investigation of precast concrete beam to column connection subjected to reversed cyclic loads, 6th International Conference on Seismology and Earthquake Engineering, 2011 47 Soleimani, D., Popov, E P., and Bertero, V V., “Hysteretic Behaviour of Reinforced Concrete Beam-Column Subassemblages”, Journal ACI,Vol.76, No 11, November 1979, pp 1179-1196 48 Tsonos A., “Lateral load response of strengthened reinforced concrete beam to column joins”, ACI Structural Journal Proceedings V 96, pp 46-56 49 Uma S R., Sudhir K Jain, Seismic behavior of beam – column joints in reinforced concrete moment resisting frames, Indian Institute of Technology Kanpur, 2005 50 Uma S.R, A Meher Prasad, Seismic behavior of beam-column joints in reinforced concrete moment resisting frames, Indian Institute of Technology Madras, 2005 51 Umut Akin, Seismic assessement of reinforced concrete beam – to – column connections under reversal cyclic loading, A thesis submitted to the graduate school of natural and applied sciences of Middle east technical University, 2011 52 Xilin Lu, “Seismic behavior of interior RC beam-column joints with additional bars under cyclic loading”, Earthquakes and Structures Journal, 2012, pp 37-57 53 Comite Euro – International du Beton, RC frames under Earthquake Loading State of the art report - Thomas Telford - 1996 54 TCVN 5574:2012, Kết cấu bê tông bê tông cốt thép, Nhà Xuất Xây Dựng, Hà Nội, 2012 55 TCVN 9386:2012, Thiết kế cơng trình chịu động đất, Nhà Xuất Xây Dựng, Hà Nội, 2012 56 ACI 318M-11, Building Code Requirements for Structural Concrete and 150 Commentary, American Concrete Institute, 2011 57 ASCE/SEI 41-13, Seismic evaluation and retrofit of existing buildings, American Society of Civil Engineers, 2014, Virginia, USA 58 AIJ 1990, Design guidelines for earthquake resistant reinforced concrete buildings based on ultimate strength concept and commentary, Architectural Institute of Japan, 1990 59 AIJ 1999, Design guidelines for earthquake resistant reinforced concrete buildings based on ultimate strength concept and commentary, Architectural Institute of Japan, 1999 60 NZS 3101 part 1:2006, Concrete Structures standard Part – The design of concrete structures, Part – Commentary on the design of concrete structures, New Zealand Standard, 2006 61 NZS 3101 part 1: 1982, New Zealand Standard Code of Practice for the Design of Concrete Structures , New Zealand Standard, 1982 62 CSA-A23.3-04 (2004), Design of concrete structures, Canadian Standard 63 Eurocode (EC8), Design of structures for Earthquake Resistance – Part 1, European Standard, 2003 64 Eurocode (EC2), Design of concrete structures, European Standard, 2003 65 GB 50011-2001, Code for seismic design building, Tiêu chuẩn thiết kế nhà chịu động đất Trung Quốc 66 UBC97, Uniform Building Code, 1997 67 FEMA 356 (2000), Prestandard and commentary for the seismic rehabilitation of buildings, Washington, D.C., USA 68 PEER/ATC 72-1, Modeling and acceptance criteria for seismic design and analysis of tall buildings, Applied Technology Council and Pacific Earthquake Engineering Research Center, 2011 69 СВОД ПРАВИЛ СΠ 14.13330.2011, СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ – Москва, 2011 ТРОИТЕЛЬСТВО В 70 СТРОИТЕЛЬСТВО В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ, СΗиП II-7-81* 71 Zygmunt Lubkowski, Manual for the seismic design of steel and concrete buildings to Eurocode 8, The Institution of Structural Engineers et Association Francaise du Génie Parasismique, 2010 72 COMPUTERS & STRUCTURES, INC CSI, Analysis Reference Manual for SAP2000, ETABS, SAFE and CsiBridge, July 2017 PL1 PHỤ LỤC A MỢT SỐ HÌNH ẢNH NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM PL2 PHỤ LỤC B CÁC SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM CỦA BIDDAH [7] Bảng B.1 Các tính lý cốt thép Loại cốt thép Cốt thép M10 Cốt thép M15 Cốt thép tròn trơn đường kính =6.35mm εu (%) 12 14.5 fy (MPa) 500 440 448 fu (MPa) 750 697 13.8 534 Bảng B.2 Mô men dẻo mẫu J2 Mô men dẻo tính tốn Mơ men dẻo theo thí Tỷ số lý thuyết (kN.m) nghiệm (kN.m) 325 +386,-380 1,19; 1,17 Bảng B.3 Độ dẻo chuyển vị dạng phá hoại mẫu J2 Mẫu thí nghiệm J2 Mẫu thí nghiệm Chuyển vị chảy dẻo (mm) Chuyển vị thời điểm lực cắt tầng lớn (mm) Độ dẻo J2 13 78 Hình B.1 Sơ đờ thí nghiệm Dạng phá hoại Cốt thép dầm chảy dẻo PL3 Hình B.2 Quan hệ lực cắt tầng – góc lệch tầng Hình B.3 Quan hệ lực cắt nút – biến dạng cắt nút Hình B.4 Mơmen uốn dầm – chuyển vị xoay cách mặt cột 330 mm PL4 PHỤ LỤC C XÁC ĐỊNH QUAN HỆ Mb – A VÀ Mb - Tsb C.1 Mơ hình Kent Park (1971) [4] Hình C.1 Mơ hình ứng suất – biến dạng bê tơng bị bó Kent Park Vùng AB: εc ≤ 0,002 : (E.1) Vùng BC: 0,002 ≤ εc ≤ ε20,c : (E.2) Trong đó: (E.3) (E.4) (E.5) f’c – cường độ chịu nén hình trụ bê tông (psi) ρs – tỷ số thể tích cốt thép đai thể tích lõi bê tông đo từ mép ngồi cốt đai: (E.6) Hình C.2 Cốt thép bó ngang cấu kiện PL5 As – diện tích tiết diện cốt đai b” – bề rộng lõi bê tơng đo từ mặt ngồi cốt đai d” – chiều cao tiết diện lõi bê tông đo từ mặt cốt đai sh – bước cốt đai Vùng CD: εc ≥ ε20,c : (E.7) C.2 Quy trình tính tốn xác định mối quan hệ Mb - A cho nút khung Mb - Tsb cho nút khung + Chia tiết diện thành thớ theo phương ngang (Hình 4.10a) + Giả thiết biến dạng nén lớn bê tơng εn (Hình 4.10b) + Lặp thử dần biến dạng kéo lớn εk - Với cặp giá trị biến dạng nén εn kéo εk, dựa giả thiết tiết diện phẳng, ta tính toán biến dạng thớ tiết diện Từ giá trị biến dạng quan hệ ứng suất biến dạng bê tông, cốt thép suy ứng suất thớ bê tông cốt thép tiết diện Tổng hợp ứng suất cặp nội lực M lực dọc N - Thử dần giá trị εk đến giá trị N=0 + Kết thúc trình thử dần thu giá trị Mb tương ứng với giá trị A (hoặc Tsb) PL6 PHỤ LỤC D QUAN HỆ LỰC - CHUYỂN VỊ TỔNG QUÁT CỦA CÁC CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÙNG TRONG PHÂN TÍCH TĨNH PHI TUYẾN THEO ASCE 41-13 [63] D.1 Quan hệ lực - chuyển vị tổng quát Hình D.1 Quan hệ lực - chuyển vị tổng quát cấu kiện bê tông cốt thép D.2 Các thông số quan hệ lực – chuyển vị tổng quát Bảng D.1 Các thông số mô hình cho dầm bê tông cốt thép chịu uốn Điều kiện Dầm phá hoại uốn Tham số mơ hình Góc xoay dẻo (Rad) Cường độ dư tỷ đối a b c Cốt đai ≤ 0.0 ≤ 0.0 ≥ 0.5 ≥ 0.5 ≤ 0.0 ≤ 0.0 ≥ 0.5 ≥ 0.5 C C C C NC NC NC NC ≤ 0.25 ≥ 0.5 ≤ 0.25 ≥ 0.5 ≤ 0.25 ≥ 0.5 ≤ 0.25 ≥ 0.5 0.025 0.02 0.02 0.015 0.02 0.01 0.01 0.005 0.05 0.04 0.03 0.02 0.03 0.015 0.015 0.01 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 Ghi chú: + Khi điều kiện xuất đồng thời lấy giá trị nhỏ bảng + Ký hiệu C, NC bảng có nghĩa thỏa mãn yêu cầu cốt đai tiêu chuẩn Nếu khoảng cách cốt đâi vùng khớp dẻo ≤ d/3 hoặc khả chịu cắt PL7 cốt đai lớn hoặc ¾ khả chịu cắt thiết kế tiết diện xem thỏa mãn tiêu chuẩn, ngược lại xem không thỏa mãn + Cho phép nội suy tuyến tính Ký hiệu: ρ , ρ’ hàm lượng cốt thép chịu kéo chịu nén ρbal hàm lượng cốt thép cân bw, d chiều rộng chiều cao tiết diện dầm V lực cắt thiết kế f’c cường độ chịu nén mẫu trụ ở tuổi 28 ngày (MPa) Bảng D.2 Các thông số mô hình cho cột bê tông cốt thép chịu uốn Điều kiện Dầm phá hoại uốn ≤ 0.1 ≥ 0.6 ≤ 0.1 ≥ 0.6 ≥ 0.006 ≥ 0.006 =0.002 =0.002 Tham số mơ hình Góc xoay dẻo (Rad) Cường độ dư tỷ đối a b c 0.035 0.01 0.027 0.005 0.06 0.01 0.034 0.005 0.2 0.2 PL8 PHỤ LỤC E TÍNH TOÁN CÁC THƠNG SỐ ĐẶC TRƯNG CHO DẦM [17] Độ cong dầm thời điểm cốt thép dọc dầm chảy dẻo: y  1.54 f yL (E.1) Es d Góc xoay đầu dầm trượt bám dính:  y ,slip   y d bL f yL fc (fyL and fc in MPa) (E.2) Momen ứng với thời điểm cốt thép dọc chịu kéo chảy dẻo (E.3) (E.4) Độ cong dầm thời điểm tới hạn: cu   cu cu d (E.5) Trong đó: εcu = 0.0035 biến dạng cực hạn bê tông chịu nén ξcu: chiều cao vùng nén tương ứng, tính tốn từ phương trình sau đây:   co  v ( cu   yv )    cu         v 1  cu     v  1    y     yv   3 cu 2(1   )  cu  yv    v     cu     y 2(1   ) yv  (E.6) Trong đó:  v  N / bdf c : = dầm  1  1 f y1 / f c ,    f y / f c , v   v f yv / f c : hàm lượng học cốt thép chịu kéo, chịu nén cốt thép trung gian dầm; PL9  δ1 = d1/d : khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu nén tới thớ bê tơng chịu nén ngồi Giá trị momen tới hạn dầm tính theo công thức sau 1    co M Rc   2 3 cu bd f c    1  (1   )    1  2     cu      co    4 cu     y  2             yv  v    yv       1  cu   1    1   1  4(1   )    cu  3   cu     yv     (E.7) PL10 PHỤ LỤC F ĐỢ DỐC K1 VÀ K2 MƠ HÌNH TRƯỢT BÁM DÍNH CỦA BIDDAH [7] Sau chảy dẻo, độ dốc đường cong biểu diễn quan hệ M – θ phụ thuộc vào đặc tính cứng hóa biến dạng cốt thép, bề dày lớp bê tông bảo vệ kích thước tiết diện ngang bó bởi cốt thép đai, lượng cốt thép đai, kích thước vùng chảy dẻo, lan sâu chảy dẻo vào nút khung yếu tố khác Giới hạn chiều dài vùng trượt bám dính ký hiệu Lmax định nghĩa Hình F.1 ở nút khung Chiều dài neo chảy dẻo ký hiệu Ly (Hình 2.9b) xác định cách đo biến dạng cốt thép hệ nút khung Theo thí nghiệm Morita Kaku thực hiện, chiều dài xác định sau [7]:  s fy  u (F.1) fy Khi    1.05  Ly  2000  2000mm (F.2) Khi   1.05  Ly  500  425mm (F.3) (a) Nút khung (b) Nút khung ngồi Hình F.1 Định nghĩa Lmax Lymax Do đó, trị số chuyển vị trượt cốt thép bị kéo khỏi nút khung xác định theo biểu thức sau: s  Ls y  Ly  y   s    L  2L     1 L  E E s  y s  fy  sh  y (F.4) PL11 Esh – mơđun đàn hồi cốt thép bị cứng hóa biến dạng σu – cường độ cực hạn cốt thép Theo Morita Kaku [7], chiều dài neo Ly chảy dẻo không lớn giá trị lớn Lymax định nghĩa Hình F.1 cho nút khung Nếu Ls + Ly > Lmax hoặc Ly > Lymax, Lmax hoặc Lymax thay cho (Ls + Ly) hoặc Ly tương ứng phương trình Có thể xảy hai khả năng, cốt thép bị chảy dẻo trước bị trượt (L s ≤ Lmax) hoặc bị kéo tuột trước bị chảy dẻo (Ls > Lmax) Trong trường hợp thứ chảy dẻo trước bị trượt, độ cứng K1 trước chảy dẻo ở Hình 2.8 tính toán sau: K1  My y  nAs f y sy  d  d '  1200 ndb  d  d ' f c (N.mm) (F.5) θy sy chuyển vị xoay chuyển vị trượt lúc chảy dẻo, (d – d’) – chiều cao hiệu dụng tiết diện dầm; db – đường kính cốt thép chịu kéo dầm n – số cốt thép chịu kéo dầm Sau chảy dẻo, độ cứng bị thay đổi giả thiết hàm χ Xét điểm đường cong quan hệ mômen uốn – chuyển vị xoay ở Hình 2.8 có tọa độ (M2, θ2) xác định Ly = Lymax Thừa số χ điểm ký hiệu χ2 Độ cứng K2 tính tốn sau: 2  K2  M2  M y 2   y đó:   s2 fy     1 nAs f y  d  d ' s2  s y M2 u =>  My fy 2    1 nAs f y  d  d ' Es    1  Ly max    Ly max    ζ = Esh/Es Nếu Ls + Lymax > Lmax Ly = Lmax - Ls (F.6) (F.7) PL12 K2  2  1.n As f y d  d '2 Es   Lmax  Ls 2         (F.8)  Trong trường hợp thứ hai cốt thép bị kéo trước bị chảy dẻo, Ls > Lmax K2 = 0, mômen uốn M1 độ cứng K1 tính tốn sau: Lmax 2n As Es d  d '2 M1  n As f y d  d ' K1  Ls Lmax (F.9) ... RÚT RA TỪ NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 33 CHƯƠNG BIẾN DẠNG CỦA NÚT KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 35 2.1 BIẾN DẠNG CỦA NÚT KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 35 2.2 CÁC THÀNH PHẦN BIẾN DẠNG CỦA NÚT KHUNG 35...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG NÚT KHUNG TỚI PHẢN ỨNG CỦA KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 9580201... dính cốt thép bê tông nút khung 40 2.4 BIẾN DẠNG CẮT NÚT KHUNG 45 2.4.1 Ứng suất cắt nút khung 45 2.4.2 Các kết nghiên cứu thực nghiệm ứng suất cắt nút khung 46 2.4.3 Ứng