Đánh giá khả năng chịu động đất của khung bê tông cốt thép gia cường bằng FRP

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG LÊ VĂN HÂN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT CỦA KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP GIA CƯỜNG BẰNG FRP Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dụng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số: 60580208 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, 2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS CAO VĂN VUI Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS NGUYỄN MINH LONG Cán chấm nhận xét 2: TS LÊ TRUNG KIÊN Luận văn thạc sĩ bảo vệ trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 11 tháng 01 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: PGS.TS Ngô Hữu Cường Thư ký: TS Trần Tuấn Kiệt Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Minh Long Phản biện 2: TS Lê Trung Kiên Ủy viện: TS Hồ Hữu Chỉnh CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VỆT NAM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ VĂN HÂN MSHV: 7140150 Ngày, tháng, năm sinh: 25/06/1989 Nơi sinh: Bình Định Chun ngành: Kỹ thuật xây dụng cơng trình dân dụng công nghiệp MN: 60 58 02 08 I TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá khả chịu động đất khung bê tông cốt thép gia cường FRP II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Phân tích mơ men - góc xoay phi tuyến bê tơng cốt thép Mơ hình hóa khung BTCT có khơng có FRP gia cường sử dụng phần tử phi tuyến LINK ứng xử trễ theo mơ hình Takeda Phân tích lịch sử thời gian phi tuyến khung BTCT có khơng có FRP gia cường chịu mức độ động đất khác Tính số hư hại khung BTCT có khơng có FRP gia cường chịu trận động đất Đánh giá khả chịu động đất khung có gia cường cách so sánh với khung không gia cường dựa vào số hư hại tham số thể độ mạnh trận động đất PGA, VSI, HI III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/07/ 2016 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS CAO VĂN VUI Tp.HCM, ngày tháng năm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGÀNH TS CAO VĂN VUI TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG 11 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp nằm nội dung khóa học chun ngành, nhằm trang bị cho học viên cao học khả tự nghiên cứu, biết cách đặt vấn đề nghiên cứu, biết cách giải vấn đề gặp phải thục tế xây dụng tại, Đó trách nhiệm nhiệm vụ học viên cao học Để hồn thành luận văn này, ngồi nỗ lực thân có giúp đỡ q Thầy Cơ, gia đình, bạn bè tập thể Đầu tiên xin chân thành cảm ơn sâu xắc giúp đỡ Thầy TS Cao Văn Vui Thầy đưa gợi ý để tơi hình thành nên ý tưởng đề tài Thầy góp ý cho tơi nhiều hướng nghiên cứu, cách tiếp cận hướng nghiên cứu đắn Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu quý Thầy Cô Khoa kỹ thuật xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM truyền đạt kiến thức quý giá cho tôi, kiến thức khơng thể thiếu đường nghiên cứu khoa học nghiệp sau Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè tập thể để ln ủng hộ, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Luận văn thạc sĩ hoàn thành thời gian quy định với nỗ lực thân, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Kính mong q Thầy Cơ dẫn để tơi hồn thành Luận vãn bổ sung kiến thức chuyên ngành, hoàn thiện thân Tơi xin chân thành cảm ơn Tp HCM, ngày tháng năm 2017 Lê Văn Hân iii TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Luận văn trình bày kết nghiên cứu sử dụng vật liệu sợi thủy tinh (GFRP) để gia cường nhằm tăng khả kháng chấn cho khung BTCT Khung BTCT tầng nhịp khung tầng nhịp có gia cường GFRP khơng gia cường chọn phân tích phi tuyến theo thời gian tác dụng trận động đất khác Khung mơ hình SAP2000 phần tử phi tuyến LINK ứng xử trễ theo mơ hình Takeda Sau đó, mức độ hư hại khung BTCT phân tích Ket phân tích cho thấy tác dụng việc kháng nở hông GFRP làm tăng sức kháng chấn khung BTCT Cụ thể, khung khơng gia cường có mức độ hư hại lớn hon khoảng 1.5 đến so với khung gia cường GFRP chịu trận động đất Ở mức độ hư hại khung gia cường GFRP chịu trận động đất có PGA, VSI HI tăng lên khoảng 1.5 đến lần so với khung không gia cường ABSTRACT This study presents the analytical results of increasing seismic capacities of reinforced concrete (RC) frames retrofitted by GFRP confinement Five-storey, three-bay RC frames and Eight-story three-bay RC frames with and without FRP retrofit are selected and modelled in SAP 2000 using nonlinear Link elements, which follow hysteretic Takeda model Inelastic time history analyses of the frames subjected to different levels of earthquake are performed Then, damage indexes of the frame are computed using a damage model The results show that the effects of GFRP confinement increase the seismic capacities of RC frames The damage index of the original frame is approximately 1.5 to times larger than the retrofitted frame if subjected to a similar seismic intensity At the same damage level, the seismic capacity of the retrofitted frame increases 1.5 to times comparing to the original frame IV LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng việc thực hướng dẫn Thầy TS Cao Văn Vui Các kết luận văn thạc sĩ thật chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm cơng việc thực Tp HCM, ngày tháng năm 2017 Lê Văn Hân MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iii LỜI CAM ĐOAN iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIÊU xi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT xii CHUƠNG TỒNG QUAN 1.1 Vật liệu FRP 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.2.1 Phương pháp gia cường kháng uốn 1.2.2 Phương pháp gia cường kháng cắt 1.2.3 Phương pháp gia cường dịch chuyển khớp dẻo 1.2.4 Phương pháp gia cường kháng nở hông (FRP confinement) 1.3 Vấn đề gia cường FRP kháng nở hông cho khung bê tông cốt thép 11 1.4 Đặt vấn đề nghiên cứu 14 1.5 Mục tiêu ý nghĩa nghiên cứu 14 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 14 1.5.2 Ý nghĩa nghiên cứu 15 1.6 Cấu trúc luận văn 15 CHUƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16 2.1 Mơ hình gia cường FRP kháng nở hơng 16 2.2 Quan hệ ứng suất - biến dạng bê tông không gia cường 18 2.3 Quan hệ ứng suất - biến dạng bê tơng có gia cường FRP kháng nở hông 21 2.4 Quan hệ mô men - độ cong BTCT gia cường bang FRP kháng nở hông 24 CHUƠNG MƠ HÌNH PHÂN TÍCH 26 3.1 Phân tích lịch sử thời gian phi tuyến 26 3.2 Phân tích mức độ hư hại .30 3.3 Kiểm tra mơ hình phân tích 35 3.3.1 Mô tả khung tầng .35 3.3.2 Mơ hình kiểm tra 37 CHƯƠNG PHÂN TÍCH SỐ 44 4.1 Khung tầng 44 4.1.1 Mô tả khung tầng .44 4.1.2 Mơ hình khung tầng 45 4.1.3 Phân tích mức độ hư hại (DI) khung tầng 49 4.2 Khung tầng 72 4.2.1 Mô khung tầng 72 4.2.2 Mơ hình khung tầng 74 4.2.3 Phân tích mức độ hư hại (DI) khung tầng 78 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 5.1 Kết luận 101 5.2 Kiến nghị 101 CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ 103 TÀI LỆU THAM KHẢO 114 tả 88 Cụ thể, kết phân tích mức độ hư hại theo cường độ PGA, VSI HI trình bày Bảng 4.11, Bảng 4.12 Bảng 4.13 Mức độ hư hại khung khơng gia cường có gia cường GFRP cho ta thấy PGA, VSI HI [70] khung gia cường có mức độ hư hại nhỏ hom so với khung không gia cường Với PGA, VSI HI mức độ hư hại khung gia cường giảm xuống khoảng 1.5 đến cấp độ hư hại Hình 4.41, Hình 4.42 Hình 4.43a, b c cho thấy độ giảm mức độ hư hại khung không gia cường khung có gia cường GFRP cho trận động đất Taft, Land Nort Bảng 4.11 So sánh mức độ hư hại mơ hình khung khơng gia cường có gia cường GFRP theo cường độ PGA Ký hiệu DI không gia cường GFRP (max) 0.2g 0.4g 0.6g DI c :ó gia cường GI ■i'RP (max) 0.2g 0.4g So sánh chênh êch (lần) 0.6g 0.2g 0.4g 0.6g TAFT 0.371 0.594 0.716 0.057 0.196 0.286 6.50 3.03 2.50 LAND 0.361 0.573 NORT 0.424 0.616 0.705 0.054 0.711 0.086 0.178 0.254 6.68 0.225 0.293 4.93 3.21 2.73 2.77 2.42 PGA(g) 89 Hình 4.41 Độ giảm mức độ hư hại khung có gia cường GFRP khung khơng gia cường chịu trận động đất theo cường độ PGA 90 Bảng 4.12 So sánh mức độ hư hại mơ hình khung khơng gia cường có gia cường GFRP theo cường độ VSI Ký hiệu TAFT LAND NORT Cùng VSI (cm) DI không gia cường GFRP (max) 81.92 0.371 0.057 6.50 163.77 0.594 0.196 3.03 245.69 0.716 0.286 2.50 89.47 0.361 0.054 6.69 178.36 0.573 0.178 3.22 267.83 0.705 0.254 2.78 84.90 0.424 0.086 4.93 169.80 0.616 0.225 2.74 254.71 0.711 0.293 2.43 VSJ (CM) DI có gia cường So sánh (lần) GFRP (max) 91 YSI (cm) ¥51 (EM) Hình 4.42 Độ giảm mức độ hư hại khung có gia cường GFRP khung khơng gia cường chịu trận động đất theo cường độ VSI 92 Bảng 4.13 So sánh mức độ hư hại mơ hình khung khơng gia cường có gia cường GFRP theo cường độ HI Ký hiệu TAFT LAND NORT DI có gia cường So sánh (lần) GFRP (max) Cùng HI (cm) DI không gia cường GFRP(max) 73.43 0.371 0.057 4.98 146.83 220.27 0.594 0.716 0.196 0.286 3.23 1.89 81.44 162.26 0.361 0.573 0.054 0.178 4.80 2.78 243.80 75.48 0.705 0.424 0.254 0.086 1.89 3.59 150.96 226.44 0.616 0.711 0.225 0.293 2.17 1.71 Ill Lj Hình 4.45 Mức độ tăng PGA gia cường GFRP với mức độ hư hại trận động đất 97 Bảng 4.15 Mức độ tăng VSI mức độ hư hại (DI) Cùng mức độ hư VSI không gia VSI có gia cường So sánh hại (DI) cường GFRP (cm) GFRP (cm) (lần) 0.371 81.92 311.25 3.80 0.594 163.77 483.15 2.95 0.361 89.47 366.62 4.10 0.573 178.36 544.99 3.05 0.424 84.90 373.35 4.40 0.616 169.80 543.18 3.20 Ký hiệu TAFT LAND NORT 483.15 500 400 i MX) > 21 ló 100 ọ a) 0371 QLW MÚC dọ hu hại (DI) 98 544.99 b) ũ 573 0361 Mik dộ hu hại (DỌ 543.18 Mức dộ íiư hại (DI) Hình 4.46 Mức độ tăng VSI gia cường GFRP với mức độ hư hại trận động đất 99 Bảng 4.16 Mức độ tăng HI mức độ hư hại (DI) Cùng mức độ hư HI khơng gia cường Ký hiệu HI có gia cường So sánh hại (DI) GFRP (cm) GFRP (cm) (lần) 0.371 73.43 279.02 3.80 0.594 146.83 433.13 2.95 0.361 81.44 333.69 4.10 0.573 162.26 496.05 3.05 0.424 75.48 331.89 4.40 0.616 150.96 482.87 3.20 TAFT LAND NORT 500 400 200 1U0 (J a) _ Mức độ htf bat (DỊ) ■■