Bai tap lon ĐỘNG ĐẤT VÀ TÍNH TOÁN KHÁNG CHẤN

MỤC LỤC NỘI DUNG BÀI TẬP LỚN Phần CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ SƠ ĐỒ KẾT CẤU CƠNG TRÌNH 1.1 Tải trọng tác dụng 1.2 Kích thước hình học 1.3 Thông số động đất 1.4 Sơ đồ kết cấu cơng trình Phần TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH THEO PHƯƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG .6 2.1 Xác định đặc trưng động học cơng trình 2.1.1 Bậc tự cơng trình .6 2.1.2 Ma trận khối lượng [M] 2.1.3 Ma trận độ cứng [K] 2.1.4 Xác định chu kỳ dao động T 2.1.5 Xác định dạng dao động 10 2.1.6 Xác định số dạng dao động xét tới tính tốn 12 Kết luận: 13 2.2 Xác định tác động động đất lên cơng trình theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương .13 2.2.1 Xác định phổ thiết kế Sd(T) dùng cho phân tích đàn hồi 13 2.2.2 Xác định lực cắt đáy 15 2.2.3 Phân phối lực cắt đáy lên tầng 15 2.3 Xác định tác động động đất lên cơng trình theo phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động - Theo phương pháp trực tiếp 16 2.4 So sánh kết 16 2.4.1 So sánh kết tính tốn theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương với phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động theo phương pháp trực tiếp .16 2.4.2 Nhận xét .16 2.4.3 Kết luận 17 Phần 18 TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 18 3.1 Khai báo liệu tính toán .18 3.1.1 Khai báo hệ lưới trục cơng trình .18 3.1.2 Khai báo vật liệu 19 3.1.3 Khai báo dầm cột 19 3.1.4 Mặt bằng, mặt đứng vào mơ hình 3D cơng trình 21 3.1.5 Khai báo Rigid zone 22 3.1.6 Định nghĩa tải trọng đứng nguồn khối lượng để phân tích động 24 3.1.7 Khai báo tải trọng 25 3.1.8 Khai báo sàn cứng mặt phẳng (Diaphrams) 26 3.1.9 Khai báo khối lượng cơng trình tham gia dao động 27 3.2 Tính tốn chu kỳ dạng dao động, tỷ số khối lượng tham gia dạng dao động (số dạng dao động xét tới tính tốn), biên độ dao động 28 3.2.1 Các dạng dao động chu kỳ dạng dao động 28 3.2.2 Các biên độ dao động 29 3.3 Xác định tác động động đất ngang lên cơng trình theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương phương dọc X 30 3.3.1 Xác định phổ phản ứng theo phương dọc X 30 3.3.2 Xác định tác động động đất ngang lên cơng trình 30 3.3.2.1 Trường hợp không xét tới độ lệch tâm ngẫu nhiên .30 3.3.2.2 Trường hợp có xét tới độ lệch tâm ngẫu nhiên 34 - Trang - Phần 39 KẾT LUẬN 39 4.1 So sánh kết tính tốn theo cách tính gần phương pháp PTHH 39 4.1.1 So sánh kết tính tốn lực ngang tác động lên tầng 39 4.1.2 So sánh kết tính tốn chu kỳ dao động .39 4.2 Nhận xét kết luận 39 4.2.1 Nhận xét kết tính tốn .39 4.2.1.1 Nhận xét kết tính tốn 39 4.2.1.2 Nhận xét kết tính tốn theo phương pháp giải tích .40 4.2.1.3 Nhận xét kết tính tốn tác động động đất theo phương pháp giải tích kết thu từ phần mềm Etabs Version 9.7.4 40 4.2.2 Kết luận 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 - Trang - Môn học: ĐỘNG ĐẤT VÀ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT Giáo viên hướng dẫn: Học viên: MSHV: Lớp: Chuyên ngành: Số Bài tập lớn: PGS.TS Nguyễn Lê Ninh Trần Quang Hưởng 1711030 XDHN1711 Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp N = 10 NỘI DUNG BÀI TẬP LỚN Cho cơng trình nhà có hệ kết cấu khung chịu lực BTCT liền khối với sơ đồ mặt khung ngang Hình Các số liệu tính tốn cho bảng biểu theo Số tập lớn N Yêu cầu: Với giả thiết sàn tầng mái có độ cứng lớn vơ mặt phẳng chúng, sử dụng tiêu chuẩn "Thiết kế cơng trình chịu động đất" (TCVN 9386:2012), xác định tác động động đất lên cơng trình theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động (phương pháp trực tiếp gián tiếp) Dùng phần mềm Etabs SAP2000, xác định tác động động đất lên cơng trình theo phương pháp phân tích lực ngang tương đương So sánh nhận xét kết tính tốn thực theo u cầu Hình 1: Sơ đồ kết cấu cơng trình Phần - Trang - CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ SƠ ĐỒ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH Số Bài tập lớn N = 1.1 Tải trọng tác dụng 1.2 Kích thước hình học 1.3 Thơng số động đất Tra tiêu chuẩn 9386:2012, ta có Gia tốc nền, quận Hai Bà Trưng: agR = 0.0959.g Gia tốc trọng trường: g = 9,81 m/s2 = 9.810 mm/s2 1.4 Sơ đồ kết cấu cơng trình Cơng trình nhà có hệ kết cấu khung chịu lực BTCT liền khối với sơ đồ mặt khung ngang hình 2, 3, hình 5: - Trang - Hình 2: Mặt kết cấu tầng Hình 3: Mặt kết cấu tầng Hình 4: Mặt kết cấu tầng - Trang - Hình 5: Mặt cắt khung theo trục Y - Trang - Phần TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH THEO PHƯƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG 2.1 Xác định đặc trưng động học cơng trình 2.1.1 Bậc tự cơng trình Cơng trình hệ khung khơng gian tầng, nhịp, bước chịu tải trọng động đất Để đơn giản cho việc tính tốn tay ta giả thiết: - Các kết cấu dầm sàn tuyệt đối cứng mặt phẳng - Khối lượng tầng tập trung cao trình sàn - Bỏ qua biến dạng dọc trục khối lượng cột Kết cấu khung ngang mơ hình hóa dạng tầng có bậc tự động, chuyển vị ngang ukx (t) theo phương lực tác động Kk (t) Khi kết cấu khung ngang xét có n = bậc tự 2.1.2 Ma trận khối lượng [M] Q1 � 1� [ M ]  �0 Q2 g� �0 0� 3500 0 �� 0,356 0 � � � � �� �kN s � 2500 � 0, 254 ( � �� � mm ) 9.810 �0 � Q3 � 3000 � 0,305 � � � �� � 2.1.3 Ma trận độ cứng [K] Độ cứng cột hai đầu ngàm xác định từ biểu thức: K  F 12 EI   h (2.1) Đối với hệ khung: �r11 � [K ]  N � r21 � r31 � r12 r22 r32 r13 � � r23 � r33 � � (2.2) Trong đó: rkj - lực sinh bậc tự k bậc tự j chịu chuyển vị cưỡng = 1, bậc tự khác bị chốt lại (chuyển vị không) N - số khung theo phương tác động động đất, N = (khung ngang) Bảng 2.1: Nội lực cấu kiện điển hình chịu chuyển vị đơn vị Sơ đồ tính biểu đồ mơ men Mo M1 Qo = Q Vì giả thiết sàn tầng mái có độ cứng lớn vơ mặt phẳng chúng nên ta có sơ đồ tính tốn rkj hình Sơ đồ tính xác định phản lực liên kết rkj - Trang - Hình 6: Sơ đồ tính xác định phản lực rk1 chuyển vị  = gây Hình 7: Sơ đồ tính xác định phản lực rk2 chuyển vị  = gây Hình 8: Sơ đồ tính xác định phản lực rk3 chuyển vị  = gây Độ cứng xét với khung ngang (3 cột): Khi tính tốn tải trọng động đất độ cứng cột giảm 50% Để kết tính tốn xác theo sơ đồ kết cấu, ta chọn chiều cao h tầng trừ chiều cao dầm dọc (coi nút khung cứng) Vì tính tốn tác động động đất theo phương dọc X Ta có: - Trang - � 300 �4503 300 �3503 � 12 �30 � 12 �30 � � � 12 EI 12 EI � � kN 12 12 r11  � ��   � �  � � 53,13 � 3 � h1 h2 � � 3.650 2.750 mm � � � � � 300 �350 12 �30 � 12 EI kN 12 r12  r21  3 � �  3 � �  27,83 h2 2.850 mm kN r31  r13  mm � 300 �3503 250 �3003 � 12 � 30 � 12 � 30 � � � 12 EI 12 EI � � kN 12 12 r22  � ��   � ��  � 42, 43 � 3 � h2 h3 � � 2.750 2.750 mm � � � � � 250 �3003 12 � 30 � 12 EI kN 12 r23  r32  3 � � 3  3 � �  18, 40 h3 2.750 mm 250.3003 12 � 30 � 12 EI kN 12 r33  � � 3  � �  18, 40 h3 2.750 mm Độ cứng cơng trình: � �478,17 250, 48 �53,13 27,83 � � �� �kN � [K]  �� 27,83 42,83 18, 40 � � 250, 48 381, 93 165, 655 � mm � � 18, 40 18, 40 � 165, 655 165, 655 � � �� � 2.1.4 Xác định chu kỳ dao động T Công thức xác định chu kỳ dao động: T 2  (2.3) Phương trình tần số hệ dao động: [K]   [M]  (2.4) Ta có: 250, 48 0,356 0 � �478,17 � � � � 2� �kN [ K ]   [M]  � 250, 48 381,93 165, 655 �  � 0, 254 � mm � �0 165, 655 165, 655 � 0, 305 � � � � � 2 Đặt:    ≥ 478,17  0, 356 � � � -> [ K ]   [M]  � 250, 48 � � (2.5) 250, 48 � �kN 381, 93  0, 254 � 165, 655 �mm 165, 655 165, 655  0,305 � � � Tính định thức (2.4): [K]   [M]  phần mềm Matrix caculator Website: https://matrixcalc.org, sử dụng Quy tắc tam giác, ta được: - Trang - Hình 8.1: Khai báo định thức ma trận phần mềm Matrix caculator Hình 8.2: Kết triển khai định thức ma trận phần mềm 2.757.932 �  9.349.297.702 �  6.943.968.984.590 �  673.818.051.880.925 0 100.000.000 � 0.0275 �  93.49297 �  69.439, 68984 �  6.738.180,5188  Giải phương trình bậc phương pháp tổng hợp lượng giác tìm nghiệm thực cho trường hợp: - Trang - 3.2.2 Các biên độ dao động Hình 42: Biên độ dao động theo phương dọc X dạng dao động Hình 43: Biên độ dao động theo phương dọc X dạng dao động Hình 44: Biên độ dao động theo phương dọc X dạng dao động 3.3 Xác định tác động động đất ngang lên cơng trình theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương phương dọc X 3.3.1 Xác định phổ phản ứng theo phương dọc X - Trang 32 - Gia tốc khai báo: ag = 0,0959.g.1,3 = 0,12467.g Hình 45: Phổ phản ứng thiết kế theo phương ngang 3.3.2 Xác định tác động động đất ngang lên cơng trình 3.3.2.1 Trường hợp không xét tới độ lệch tâm ngẫu nhiên - Trang 33 - Hình 46: Khai báo trường hợp không xét đến độ lệch tâm ngẫu nhiên Hình 47: Tác động động đất ngang lên cơng trình trường hợp không xét đến độ lệch tâm ngẫu nhiên a Hệ tác động động đất theo phương Y (EY) lên khung KA, KB, KC, KD…KI Hình 48: Biểu đồ lực dọc cột khung KA (EX) - Trang 34 - Hình 49: Biểu đồ lực cắt cột theo trục A-A (EY) Hình 50: Biểu đồ mô men uốn cột trục A-A (EY) - Trang 35 - b Hệ tác động động đất theo phương Y (EY) lên khung K1 Hình 51: Biểu đồ lực cắt cột theo trục 1-1 (EY) Hình 52: Biểu đồ mơ men uốn cột trục 1-1 (EX) c Hệ tác động động đất theo phương Y (EX) lên khung K2 - Trang 36 - Hình 53: Biểu đồ lực cắt cột theo trục 2-2 (EX) Hình 54: Biểu đồ mô men uốn cột trục 2-2 (EX) 3.3.2.2 Trường hợp có xét tới độ lệch tâm ngẫu nhiên - Trang 37 - Hình 55: Khai báo độ lệch tâm ngẫu nhiên xác định hệ tác động động đất ngang Hình 56: Tác động động đất ngang lên cơng trình trường hợp xét đến độ lệch tâm ngẫu nhiên a Hệ tác động động đất theo phương Y (EY) lên khung KA - Trang 38 - Hình 57: Biểu đồ lực dọc cột khung KA (EY) Hình 58: Biểu đồ lực cắt cột theo trục A-A (EY) - Trang 39 - Hình 59: Biểu đồ mô men uốn cột trục A-A (EY) b Hệ tác động động đất theo phương Y (EY) lên khung K1 Hình 60: Biểu đồ lực dọc cột khung K1 (EY) - Trang 40 - Hình 61: Biểu đồ lực cắt cột theo trục 1-1 (EY) Hình 62: Biểu đồ mơ men uốn cột trục 1-1 (EY) c Hệ tác động động đất theo phương Y (EY) lên khung K2 - Trang 41 - Hình 63: Biểu đồ lực dọc cột khung K2 (EY) Hình 64: Biểu đồ lực cắt cột theo trục 2-2 (EY) Hình 65: Biểu đồ mơ men uốn cột trục 2-2 (EY) d Hệ tác động động đất theo phương Y (EY) lên khung K3 - Trang 42 - Hình 66: Biểu đồ lực dọc cột khung K3 (EY) Hình 67: Biểu đồ lực cắt cột theo trục 3-3 (EY) Hình 68: Biểu đồ mơ men uốn cột trục 3-3 (EY) - Trang 43 - Phần KẾT LUẬN 4.1 So sánh kết tính tốn theo cách tính gần phương pháp PTHH 4.1.1 So sánh kết tính tốn lực ngang tác động lên tầng 4.1.2 So sánh kết tính tốn chu kỳ dao động 4.2 Nhận xét kết luận 4.2.1 Nhận xét kết tính tốn 4.2.1.1 Nhận xét kết tính tốn Trên sở báng so sánh kết tính tốn ta thấy: - Tổng lực cắt đáy theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động (gián tiếp) có giá trị lệch khơng nhiều - Tổng lực cắt đáy theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đường với kết tính theo phương pháp phần tử hữu hạn (Sử dụng phần mềm ETABS Version 9.7.4) - Kết tính tốn lực cắt đáy theo phương pháp phần tử hữu hạn (Sử dụng phần mềm ETABS Version 9.7.4) trường hợp không xét đến độ lệch tâm ngẫu nhiên khơng có khác biệt trường hợp có xét đến độ lệch tâm ngẫu nhiên - Cả hai cách tính theo phương pháp giải tích phương pháp phần tử hữu hạn cho kết tính tốn chu kỳ dao động sát với nhau, có sai số mức chấp nhận - Trang 44 - 4.2.1.2 Nhận xét kết tính tốn theo phương pháp giải tích Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương tính tốn đơn giản, cho phép đánh giá nhanh mức độ tác động động đất cho kết tương đối xác có hạn chế: - Áp dụng với cơng trình có chu kì dao động T < 2s; - Khơng kể tới ảnh hưởng độ cứng tới tác động động đất - Chỉ xét tới dạng dao động nên khơng áp dụng với cơng trình phức tạp kể tới 2, dạng dao động Phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động tính tốn phức tạp kể tới ảnh hưởng nhiều yếu tố việc xác định động đất như: độ cứng, tầm quan trọng Tính tốn kể tới ảnh hưởng nhiều dạng dao động gây tác động động đất Nên sử dụng để tính tốn thiết kế cơng trình chịu động đất cho nhiều loại cơng trình Trong nội dung tập lớn không thực việc tổ hợp nội lực thiết kế cấu kiện nên không so sánh tác động động đất theo phương pháp lớn 4.2.1.3 Nhận xét kết tính tốn tác động động đất theo phương pháp giải tích kết thu từ phần mềm Etabs Version 9.7.4 - Kết hình dạng dao động xác định phần mềm lý thuyết cho kết tương đối gần - Tần số dao động, tĩnh lực tương đương phân lên tầng hai trường hợp lực tác động riêng rẽ lên trục cột không giống - Theo lý thuyết việc giảm 50% độ cứng cấu kiện chu kì T tăng lên lần tác động động đất giảm lần - Từ kết so sánh với kết tính tốn từ cho thấy việc xác định tác động động đất theo phần mềm Etabs cho kết sát với tính tốn theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương; kết tính tốn chênh lệch khơng nhiều Ngun nhân có khác nhau: phần mềm tính tốn có kể tới ảnh hưởng độ cứng, tác dụng dầm dọc, dầm ngang 4.2.2 Kết luận - Trong trường hợp công trình thấp tầng, bậc tự do, để đơn giản tính tốn tác động động đất theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương tính tốn đơn giản Nhưng để kết tính tốn có tính xác tính tốn tác động động đất theo phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động - Trong trường hợp cơng trình nhiều tầng, nhiều bậc tự do, việc tính tốn tay gặp nhiều khó khăn dùng phương pháp phần tử hữu hạn để tính tốn, với kết thu có độ tin cậy cao - Trang 45 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng chuyên đề Động đất lý thuyết tính tốn cơng trình chịu tải trọng động đất - Lớp cao học XDHN1711 1805 - PGS TS Nguyễn Lê Ninh Cơ sở lý thuyết tính tốn cơng trình chịu động đất - PGS TS Nguyễn Lê Ninh Kết cấu nhà Bê tông cốt thép nhiều tầng - PGS TS Nguyễn Lê Ninh, Phan Văn Huệ TCVN 9386:2012 - Thiết kế cơng trình chịu động đất - Trang 46 - ... tố việc xác định động đất như: độ cứng, tầm quan trọng Tính tốn kể tới ảnh hưởng nhiều dạng dao động gây tác động động đất Nên sử dụng để tính tốn thiết kế cơng trình chịu động đất cho nhiều loại... dao động - Trang 29 - 3.2 Tính tốn chu kỳ dạng dao động, tỷ số khối lượng tham gia dạng dao động (số dạng dao động xét tới tính tốn), biên độ dao động 3.2.1 Các dạng dao động chu kỳ dạng dao động. .. cứng tới tác động động đất - Trang 17 - - Chỉ xét tới dạng dao động nên không áp dụng với công trình phức tạp kể tới 2, dạng dao động Phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động tính tốn phức