Nghiên cứu thực nghiệm mô hình tổng thể nhà cao tầng bê tông cốt thép bán lắp ghép chịu tải trọng động đất ở Việt Nam

27 85 0
Nghiên cứu thực nghiệm mô hình tổng thể nhà cao tầng bê tông cốt thép bán lắp ghép chịu tải trọng động đất ở Việt Nam

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Mục tiêu nghiên cứu của luận án Nghiên cứu ứng xử tổng thể của kết cấu nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép chịu tải trọng động đất trong điều kiện Việt Nam, từ đó có thể đánh giá được khả năng kháng chấn của dạng kết cấu này.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG - HOÀNG MẠNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH TỔNG THỂ NHÀ CAO TẦNG BÊ TƠNG CỐT THÉP BÁN LẮP GHÉP CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 9580201 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Hà Nội, 2018 Luận án hoàn thành Viện Khoa học công nghệ xây dựng – Bộ Xây dựng Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Võ Thông TS Đỗ Tiến Thịnh Phản biện 1: GS TS Nguyễn Thái Chung Học Viện Kỹ thuật Quân Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Lê Ninh - Chuyên gia cao cấp Nguyên Hiệu trưởng Trường Đại học Xây dựng Phản biện 3: PGS TS Nguyễn Trung Hiếu Trường Đại học Xây dựng Luận án bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Viện họp Viện Khoa học công nghệ xây dựng vào hồi: 30 ngày 24 tháng năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia Thư viện Viện Khoa học công nghệ xây dựng MỞ ĐẦU Tính cần thiết đề tài nghiên cứu Hiện nay, nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm ứng xử tổng thể kết cấu nhà BTCT bán lắp ghép chịu tải trọng động đất hạn chế Các nghiên cứu tập trung ứng xử nút khung khung phẳng Để nghiên cứu ứng xử tổng thể kết cấu chịu tải trọng động đất phương pháp tốt thử nghiệm mơ hình bàn rung mô động đất Từ lý trên, nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình tổng thể nhà cao tầng bê tông cốt thép bán lắp ghép chịu tải trọng động đất Việt Nam” Mục tiêu nghiên cứu luận án Nghiên cứu ứng xử tổng thể kết cấu nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép chịu tải trọng động đất điều kiện Việt Nam, từ đánh giá khả kháng chấn dạng kết cấu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu tổng thể nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép chịu tải trọng động đất, có lõi thi cơng bê tơng cốt thép tồn khối; cột, dầm, sàn BTCT đúc sẵn, thi công phương pháp lắp ghép; Phạm vi nghiên cứu: làm việc tổng thể hệ kết cấu không gian nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép chịu tải trọng động đất Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với phương pháp nghiên cứu lý thuyết Nội dung nghiên cứu + Nghiên cứu tổng quan nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép chịu tác động động đất + Nghiên cứu phương pháp lý thuyết phục vụ nghiên cứu thực nghiệm phân tích ứng xử tổng thể hệ kết cấu không gian nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép + Nghiên cứu phương pháp thực nghiệm lý thuyết mơ hình hóa để sử dụng vào nghiên cứu thực nghiệm ứng xử kết cấu không gian nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép chịu tải trọng động đất + Tạo giản đồ gia tốc nhân tạo cho phân tích động phi tuyến theo lịch sử thời gian phục vụ thí nghiệm bàn rung mô động đất + Tiến hành thí nghiệm mơ hình tổng thể nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép bàn rung mô động đất + Phân tích, tính tốn đối chứng kết thực nghiệm tính tốn lý thuyết Những đóng góp khoa học luận án + Xây dựng sở khoa học phương pháp thực nghiệm mơ hình nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép chịu tải trọng động đất, áp dụng lý thuyết mơ hình tương tự để chế tạo mẫu thí nghiệm; xây dựng giản đồ gia tốc nhân tạo theo phổ mục tiêu mong muốn làm đầu vào cho tính tốn sử dụng phần mềm cho NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng thí nghiệm; áp dụng phần mềm SeimoStruct giải toán động lực học kết cấu đàn – dẻo để đối chiếu với kết thực nghiệm + Bằng kết nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết tính tốn đánh giá khả kháng chấn kết cấu tổng thể nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép điều kiện Việt Nam + Dựa kết hợp nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu lý thuyết bổ trợ, thực thí nghiệm mơ hình kết cấu tổng thể nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép bàn rung mơ động đất đại có kích thước lớn Việt Nam Kết đối chứng kết nghiên cứu thực nghiệm với phân tích lý thuyết phù hợp + Các kết thực nghiệm phân tích tính tốn động lực học phi tuyến cho kết cấu tổng thể nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép giai đoạn làm việc đàn hồi, giai đoạn làm việc đàn – dẻo ứng với cấp tải khác + Đã phân tích, tính tốn hệ số dẻo, hệ số ứng xử cho kết cấu nhà tầng, 12 tầng 16 tầng BTCT bán lắp ghép ứng với trường hợp mối nối khác rút nhận xét, kiến nghị hệ số ứng xử Cấu trúc luận án Luận án gồm phần mở đầu, bốn chương, phần kết luận kiến nghị, danh mục tài liệu tham khảo, danh mục báo khoa học liên quan tác giả phụ lục CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép Nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép nghiên cứu luận án giải pháp kết cấu sử dụng số cấu kiện chế tạo nhà máy, kết hợp với kết cấu khác đổ chỗ để đảm bảo độ cứng toàn khối độ ổn định cho cơng trình Hệ kết cấu chịu lực bao gồm vách BTCT hệ cột, dầm, sàn lắp ghép xung quanh 1.2 Sự phá hoại động đất gây nhà cao tầng BTCT lắp ghép Các kết nghiên cứu trận động đất lớn giới như: Đường Sơn (Trung Quốc, 1976), Michoacán (Mexico, 1985), Leninaka (Armenia, 1988), Northridge (Mỹ, 1994), Kocaeli Duzce (Thổ Nhĩ Kỳ, 1999), … cho thấy cơng trình sử dụng kết cấu lắp ghép bị phá hoại nhiều 1.3 Các phương pháp nghiên cứu khả kháng chấn cơng trình 1.3.1 Phương pháp phân tích lý thuyết Để phân tích ứng xử cơng trình chịu tải trọng động đất giai đoạn ngồi đàn hồi, cơng trình nghiên cứu thường sử dụng phương pháp tĩnh phi tuyến động phi tuyến 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu thơng qua thực nghiệm Có ba phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu tác động động đất lên cơng trình: Thí nghiệm thơng qua bàn rung; Thí nghiệm giả động; Thí nghiệm tựa tĩnh theo chu kỳ NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 1.4 Hiện trạng nghiên cứu nhà cao tầng lắp ghép chịu tác động động đất 1.4.1 Các nghiên cứu giới - Sử dụng hệ thống thiết bị giả động: Để đánh giá ứng xử kháng chấn kết cấu BTCT lắp ghép tiêu chuẩn Eurocode 8, phòng thí nghiệm: Lisbon, Milan, Ljubljana, Athens, Istanbul Trung tâm Nghiên cứu chung Ủy ban châu Âu Ispra,… nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết - Sử dụng bàn rung mơ động đất: + Nhiều mơ hình nhà cao tầng BTCT toàn khối thực bàn rung mô động đất, như: Tháp truyền hình Thượng Hải, Tòa nhà hỗn hợp Thượng Hải, Tháp Tianwang Quảng Châu, Tháp Futong Hải Khẩu, Cung triển lãm Trung Quốc Thượng Hải, + Đã có số nghiên cứu mơ hình nhà thấp tầng BTCT lắp ghép bàn rung mô động đất như: A Colombo (2008); Matthew J Schoettler, (2009); Makoto Maruta (2010); Adrian M Ioani (2012); Jianzhuang Xiaoa (2015);… Hiện chưa có đối tượng nhà BTCT bán lắp ghép Việt Nam 1.4.2 Các nghiên cứu nước - Sử dụng bàn rung mô động đất: có 03 cơng trình nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu kết cấu khung nhà 03 tầng BTCT toàn khối Huy N.X Cường N.H (2016) Trường Đại học Giao thông vận tải; Đề tài nghiên cứu kết cấu khung nhà 05 tầng BTCT toàn khối Hoàng Hải (2017) Học viện Kỹ thuật quân sự; Đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình tổng thể nhà cao tầng chịu tải trọng động đất” (2013-2017) PGS TS Nguyễn Võ Thơng chủ trì, có cộng tác viên nghiên cứu sinh tham gia thực - Ngoài ra, liên quan đến nghiên cứu phận nhà BTCT bán lắp ghép có đề tài: Nghiên cứu thí nghiệm số mối nối PGS TS Lê Thanh Huấn Trường ĐH Kiến trúc Hà Nội, năm 2009; Nghiên cứu thí nghiệm cho phận cơng trình PGS TS Trần Chủng cộng sự, năm 2011 1.5 Hệ số ứng xử kết cấu BTCT lắp ghép TCVN 9386:2012 EC8 - Trong TCVN 9386:2012 có quy định phương pháp xác định hệ số ứng xử q cho hệ kết cấu bê tông đúc sẵn thỏa mãn số điều kiện định Tuy nhiên, hệ kết cấu nhà BTCT bán lắp ghép nghiên cứu cấu kiện mối nối khơng nằm đối tượng quy định tiêu chuẩn để xác định hệ số ứng xử q - Trong thực tế, đơn vị thiết kế cho loại cơng trình BTCT bán lắp ghép sử dụng hệ số ứng xử q lấy tương đương với cơng trình BTCT toàn khối mà chưa nêu sở khoa học để lấy giá trị Chính vậy, việc nghiên cứu hệ số ứng xử q cho dạng nhà cần thiết 1.6 Lý thuyết tương tự để thiết kế mơ hình thí nghiệm bàn rung Việc áp dụng lý thuyết tương tự cho hệ kết cấu Goodier Thomson (1944) sau Goodier (1955) đưa Một số nghiên cứu mơ hình hố ứng xử động tĩnh hệ kết cấu, cho mơ hình kết cấu BTCT, như: Sabines White (1966, 1977), Harris cộng (1966, 1970) Krawinkler cộng (1978) mơ NCS Hồng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng tả nghiên cứu lý thuyết mơ hình kháng chấn kết cấu Võ Văn Thảo (2005) đề cập sở mô hình hóa thí nghiệm kết cấu xây dựng 1.7 Kết luận Chương Tổng quan + Việc nghiên cứu ứng xử kết cấu lắp ghép chịu tải trọng động đất nghiên cứu từ lâu giới Các nghiên cứu thường tập trung vào nghiên cứu ứng xử nút liên kết dầm cột, đồng thời phân tích mơ hình phần tử hữu hạn để đánh giá + Đối với thử nghiệm cho mơ hình tổng thể kết cấu nhà cao tầng BTCT lắp ghép giới có nghiên cứu cho nhà thấp tầng (dưới tầng) + Cho đến nay, Việt Nam có số nghiên cứu ứng xử số mối nối phận kết cấu loại cơng trình chịu tải trọng động đất + Chưa có nghiên cứu cho ứng xử tổng thể hệ kết cấu không gian nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép giai đoạn đàn hồi chịu tải trọng động đất + Việc sử dụng bàn rung mơ động đất khiêm tốn số lượng, nội dung nghiên cứu kiến thức kỹ thuật vận hành + Lý thuyết tương tự mơ hình hóa kết cấu xây dựng có từ lâu Tuy nhiên nghiên cứu trước sử dụng lý thuyết vào thử nghiệm mô hình chịu tải trọng động đất bàn rung chưa nêu rõ ràng đầy đủ, đặc biệt nghiên cứu mơ hình tỷ lệ thu nhỏ kết cấu cơng trình chịu tải trọng động đất Vì việc nghiên cứu lý thuyết tương tự mô hình hóa kết cấu cách đầy đủ để áp dụng cho thử nghiệm cơng trình bàn rung có ý nghĩa khoa học vấn đề đặt + Khi nghiên cứu kết cấu tác động động đất áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm Tuy nhiên, hai phương pháp có ưu điểm nhược điểm Để nghiên cứu cách đầy đủ đánh giá hết ứng xử kết cấu chịu động đất cần phải kết hợp hai phương pháp này, đặc biệt dạng kết cấu nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép Để làm sáng tỏ vấn đề trên, nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình tổng thể nhà cao tầng bê tông cốt thép bán lắp ghép chịu tải trọng động đất Việt Nam” CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ TỔNG THỂ MƠ HÌNH NHÀ CAO TẦNG BTCT BÁN LẮP GHÉP CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT Từ kết nghiên cứu phần tổng quan cho thấy: cần thiết phải nghiên cứu xây dựng sở khoa học phục vụ nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ứng xử tổng thể mơ hình nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép chịu tải trọng động đất, nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm 2.1 Cơ sở khoa học nghiên cứu lý thuyết Trong phần trình bày cụ thể nội dung phương pháp chọn là: phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến động phi tuyến Ngồi ra, phần trình bày tính phần mềm SeismoStruct, mơ hình hóa phần tử mơ hình hóa vật liệu làm số liệu đầu vào để phân tích phi tuyến cho đối tượng nghiên cứu NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 2.2 Cơ sở khoa học phục vụ nghiên cứu thực nghiệm Trong phần trình bày nội dung cụ thể sở khoa học phục vụ nghiên cứu thực nghiệm, bao gồm: Xây dựng giản đồ gia tốc nhân tạo; phân tích số mối nối dầm – cột BTCT bán lắp ghép bản; lý thuyết mô hình hóa Các kết nghiên cứu nêu mục 2.3.1, 2.3.2, 2.3.3 luận án Dưới trình bày số kết nghiên cứu cụ thể + Điều chỉnh phổ phản ứng giản đồ gia tốc phổ mục tiêu cho trước theo phương pháp miền thời gian, thuật toán điều chỉnh giản đồ gia tốc theo phồ mục tiêu cho trước cho Hình 2-1 + Xây dựng giản đồ gia tốc nhân tạo hoàn toàn xuất phát từ đặc điểm đất cơng trình xây dựng: kết giản đồ gia tốc nhân tạo phổ lượng cho Hình 2-2 đến Hình 2-4; sơ đồ khối xây dựng giản đồ gia tốc nhân tạo cho Hình 2-5 Giản đồ gia tốc đầu vào Phổ mục tiêu đầu vào Tính tốn phổ phản ứng Phân chia thành dải tần số khác Nhập tiếp miền tần số để điều chỉnh Tính tốn biên độ dạng phổ khơng phù hợp Sai Sự không phù hợp nhỏ độ lệch cho phép? Có phải miền tần số cuối hay không? Đúng Sai Đúng Chia phổ mục tiêu thành phân nhóm, ứng với chu kỳ cho toàn miền tần số Ghi lại kết Nhập tiếp phân nhóm Tính tốn phổ phản ứng (Sa) chu kỳ tương ứng với phân nhóm Tính tốn phổ khơng phù hợp (Samisfit) chu kỳ tương ứng với phân nhóm Thêm sóng wavelet để điều chỉnh điểm thứ hai Tính tốn ma trận C cho phân nhóm Áp dụng rút gọn cho ma trận đường chéo Xử lý phân tách giá trị suy biến ma trận C Sai Tìm hệ số tỷ lệ tuyến tính cho sóng wavelet cách giải phương trình ma trận C, giảm thiểu phổ không phù hợp Sai Giảm biên độ phần tử S amisfit ngoại trừ điểm phân tách Theo tỷ lệ tổng sóng wavelet để tạo hàm điều chỉnh Thêm điều chỉnh tạm thời vào tổng số hàm điều chỉnh kiểm tra phản hồi Đây có phải phân nhóm cuối Thêm hàm điều chỉnh tổng thể để giản đồ gia tốc Đúng Đúng Đúng Giải pháp có hội tụ hay khơng? Sai Có phải giá trị đỉnh khơng phù hợp nằm nửa chu kỳ điểm phù hợp tại? Hình 2-1: Thuật tốn điều chỉnh giản đồ gia tốc theo phổ mục tiêu cho trước NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 0.09 0.08 Fourier Amplitude 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 10 Frequency [Hz] Hình 2-2: Giản đồ gia tốc lượng phổ nhân tạo chu kỳ lặp 95 năm 0.2 0.18 Fourier Amplitude 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 10 Frequency [Hz] Hình 2-3: Giản đồ gia tốc phổ lượng phổ nhân tạo chu kỳ lặp 475 năm 0.32 0.3 0.28 0.26 Fourier Amplitude 0.24 0.22 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 10 Frequency [Hz] Hình 2-4: Giản đồ gia tốc lượng phổ nhân tạo chu kỳ lặp 2475 năm Điều kiện đất Phổ phản ứng đàn hồi cơng trình thực Có hệ số cản nhớt 5% Giản đồ gia tốc nhân tạo (8 giản đồ gia tốc) Đường cong phổ giản đồ nhân tạo So sánh phổ phản ứng đàn hồi công trình thực Sai số >10% Loại Sai số < 10% Giản đồ nhân tạo trung bình Đường cong phổ nhân tạo trung bình Giản đồ gia tốc nhân tạo Hình 2-5: Sơ đồ khối xây dựng giản đồ gia tốc nhân tạo + Quan hệ mơ men – góc xoay mối nối BTCT chịu tải trọng ngang cho Hình 2-6 Hình 2-6: Các trường hợp lý tưởng hóa đường quan hệ mơ men – góc xoay + Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích làm việc số mối nối BTCT bán lắp ghép chịu tải trọng động đất: NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng Mối nối dầm – cột khảo sát gồm có hai loại: mối nối dầm - cột biên mối nối dầm - cột mối nối dầm - cột toàn khối tương đương (để đối chứng) Hình 2-7: Cấu tạo mối nối dầm – cột biên, dầm – cột Kết phân tích mối nối dầm – cột biên ứng với quan hệ chuyển vị ngang mơ men, xem Hình 2-8, 2-9: Mơ men mép dầm (kN.m) 200 Chiều kéo N = 100T Chiều kéo N = 150T Chiều kéo N = 200T 100 200 Chiều kéo N = 250T -200 Chiều đẩy N = 100T Chiều đẩy N = 150T -400 Chuyển vị ngang đầu cột (mm) Chiều đẩu N = 200T -200 -100 Hình 2-8: Mối nối dầm – cột biên BTCT bán lắp ghép Mô mem mép dầm (kN.m) 500 -200 -100 100 200 -500 Chuyển vị ngang đầu cột (mm) Chiều đẩy N = 200T Chiều đẩy N = 150T Chiều đẩy N = 100T Chiều đẩy N = 250T Chiều kéo N = 250T Chiều kéo N = 200T Chiều kéo N = 150T Hình 2-9: Mối nối dầm – cột biên BTCT tồn khối tương đương Kết phân tích mối nối dầm – cột ứng với quan hệ chuyển vị ngang mơ men, xem Hình 2-10, 2-11: Mô men mép dầm - cột (kN.m) 200 0 50 100 150 -200 -400 Chuyển vị ngang đầu cột (mm) Sàn chịu kéo N = 250T Sàn chịu kéo N = 200T Sàn chịu kéo N = 150T Sàn chịu kéo N = 100T Sàn chịu nén N = 250T Sàn chịu nén N = 200T Sàn chịu nén N = 150T Hình 2-10: Mối nối dầm – cột BTCT bán lắp ghép Mô men mép dầm - cột (kN.m) 500 -500 50 100 150 Sàn chịu kéo N = 250T Sàn chịu kéo N = 200T Sàn chịu kéo N = 150T Sàn chịu kéo N = 100T Sàn chịu nén N = 250T Sàn chịu nén N = 200T Sàn chịu nén N = 150T Chuyển vị ngang đầu cột (mm) Hình 2-11: Mối nối dầm – cột BTCT toàn khối tương đương NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng + Lý thuyết mơ hình hóa: kết nghiên cứu bao gồm: - Thiết lập bước thực phân tích thứ nguyên Bước 1: Xác định tham số chi phối trình vật lý (n tham số) Bước 2: Biểu diễn thứ nguyên tham số dạng thứ nguyên Bước 3: Xác định số đại lượng không thứ nguyên  = (n – k) Bước 4: Xây dựng (n – k) đại lượng không thứ nguyên  Sử dụng phép thử thứ nguyên nguyên tắc vật lý để xây dựng  - Xây dựng tiêu chuẩn tương tự phương trình tiêu tương tự xác định số tỷ lệ tương tự tham số, kết xem Bảng 2-1 Bảng 2-1: Số tỷ lệ tương tự Nhóm tham số (1) Hình học Vật liệu Tải trọng Vật lý Tên tham số khảo sát Thứ nguyên thuộc hệ SI (2) (3) L L Độ dài, L Chuyển vị,  Môđun đ/hồi, E K/lượng đơn vị,  Biến dạng,  Lực, F Ứng suất,  Gia tốc t/trường, g Gia tốc c/động, a Thời gian, T Vận tốc , v Tần số, f Năng lượng, En Tương tự hoàn toàn (4) sL ML-1T-2 ML-3 MLT-2 ML-1T-2 LT-2 LT-2 T LT-1 T-1 ML2T-2 sL sE sE sL-1 sE.sL2 sE 1 sL1/2 sL1/2 sL -1/2 sE.sL3 Số tỷ lệ tương tự (si) Vật liệu thực; Khối lượng Bỏ qua lực nhân tạo trọng trường (5) (6) sL sL sL sL sE sE S sE.sL2 sE 1 sL1/2 sL1/2 sL -1/2 sE.sL3 s sE.sL2 sE bỏ qua sEsL-1s-1 sLsE-1/2s1/2 sE1/2s-1/2 sL-1sE1/2s-1/2 sE.sL3 2.3 Kết luận Chương - Về nghiên cứu lý thuyết: + Đã tổng hợp đưa nguyên lý phương pháp phân tích phi tuyến cho kết cấu, bao gồm: phân tích tĩnh phi tuyến phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian + Đã lựa chọn đề xuất công cụ phân tích phần mềm phân tích phi tuyến có quyền SeismoStruct 2016 Đây phần mềm đủ mạnh để phân tích đối tượng nghiên cứu giai đoạn đàn hồi chịu tác động động đất - Về nghiên cứu thực nghiệm: + Từ lý thuyết chung thiết lập phương pháp xây dựng giản đồ gia tốc nhân tạo dựa giản đồ động đất cho trước phổ mục tiêu phù hợp với địa điểm xây dựng Việt Nam + Đã đề xuất quy trình thiết lập giản đồ gia tốc nhân tạo hoàn toàn dựa đặc điểm vị trí cơng trình xây dựng đưa phương pháp phù hợp với điều kiện Việt Nam Việc xây dựng giản đồ gia tốc nhân tạo có ý nghĩa quan trọng NCS Hồng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng Nhóm tham số Tên ký hiệu tham số khảo sát Phương trình tiêu tương tự Ứng suất,  Gia tốc c/động, a Các tham số khác Thời gian, T Vận tốc , v Tần số, f Năng lượng, En s 1 sE* s sa sL* 1 sE* sT  sE*  sL*  s sv sT 1 sL* s f sT  s( En ) s = 2,4 sa= 1/5 2    sE* sL*3 Số tỷ lệ tương tự tham số 1 sT = 7,747 sv = 1,549 sf = 0,129 s(En) = 4,147.103 3.3 Tính tốn phân tích sơ cho mơ hình thử nghiệm Sau có thơng số kích thước hình học, vật liệu, tải trọng, mơ hình thí nghiệm, tiến hành phân tích sơ mơ hình để dự đốn ứng xử trước thí nghiệm 3.4 Biện pháp chế tạo cấu kiện tiền chế Trong phần trình bày biện pháp chế tạo dầm, cột, sàn bao gồm: xác định hình dạng kích thước cấu kiện, cách tạo ứng lực trước cấu kiện dầm,… 3.5 Lắp dựng cấu kiện tiền chế thi cơng phần BTCT tồn khối Trong phần trình bày biện pháp lắp dựng cấu kiện tiền chế thi cơng phần BTCT tồn khối mơ hình bao gồm: thiết kế chế tạo đế; thi công lõi mơ hình; biện pháp lắp ghép cấu kiện chế tạo sẵn; biện pháp đổ bù phần lắp ghép đổ tồn khối bê tơng dầm; sàn mơ hình 3.6 Quy trình thử nghiệm 3.6.1 Thiết bị thí nghiệm Phần trình bày thiết bị sử dụng q trình thí nghiệm mơ hình kết cấu khơng gian nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép bàn rung + Bàn rung mơ động đất: Kích thước bn rung : 3,0m ì 3,0m; Di tn s: 0ữ50Hz; Gia tốc tối đa có tải theo phương X,Y: 1,1g; Gia tốc tối đa không tải theo phương X,Y: 2,6g; Khối lượng mẫu thí nghiệm tối đa: 10 tấn; kích thủy lực theo phương X,Y với lực kích : ±250kN; biên độ tối đa  250mm + Hệ thống thiết bị đo đạc thu nhận liệu, bao gồm: - Đầu đo gia tốc: phương hãng Summit với dải đo -13g ÷ 14g; - Đầu đo chuyển vị: 07 đầu đo dạng LVDT loại SL-500 SL-300; - Phiến đo biến dạng: hãng TML có điện trở 120Ω; - Hệ thu nhận liệu: Hệ thống Wavebook thu nhận liệu; NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 11 - Phần mềm thu nhận xử lí số liệu DASYLab: để hiển thị số liệu lên hình nhiều dạng khác (số liệu, bảng biểu, biểu đồ); - Máy ảnh máy quay video: Máy ảnh máy quay video tốc độ cao; - Phần mềm điều khiển bàn rung 469D (Mỹ): để điều khiển bàn rung theo thông số: gia tốc, vận tốc chuyển vị 3.6.2 Bố trí thiết bị đo thu nhận số liệu thí nghiệm Sơ đồ bố trí thiết bị đo thu nhận số liệu thí nghiệm biểu diễn Hình 3-1, 3-2 MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM Hình 3-1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm Mơ hình thí nghiệm Khối bê tơng Đầu đo gia tốc Khung cố định Đầu đo chuyển vị Bàn rung Móng mơ hình Hình 3-2: Hình ảnh tổng thể thử nghiệm mơ hình bàn rung - Bố trí đầu đo gia tốc: Các đầu đo gia tốc gắn cao trình sàn số tầng mơ hình thí nghiệm bao gồm: mặt móng, sàn tầng 3, 5, 6, 7, ,9, 10, 11, mái - Bố trí đầu đo chuyển vị: Các đầu đo chuyển vị bố trí cao trình sàn: mặt móng, sàn tầng 2, 4, 6, 8, 10, 12 theo phương X thay đổi sang phương Y thí nghiệm mơ hình theo phương Y 3.6.3 Giản đồ gia tốc sử dụng bàn rung mô động đất Mô hình thí nghiệm tiến hành với 03 dạng sóng đầu vào sau: Giản đồ gia tốc El Centro 1940; Giản đồ gia tốc nhân tạo; Hàm điều hòa Giản đồ gia tốc NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 12 nhân tạo tương ứng với chu kỳ lặp 95 năm, 475 năm 2475 năm biểu diễn hình từ 3-3 đến 3-5 GIA TỐC (G) 0.5 0 10 15 -0.5 20 25 30 THỜI GIAN (S) Hình 3-3: Giản đồ gia tốc nhân tạo ứng với chu kỳ lặp 95 năm GIA TỐC (G) 0 10 15 20 25 30 35 THỜI GIAN (S) -1 Hình 3-4: Giản đồ gia tốc nhân tạo ứng với chu kỳ lặp 475 năm GIA TỐC (G) -1 -2 10 15 20 25 30 35 THỜI GIAN (S) Hình 3-5: Giản đồ gia tốc nhân tạo ứng với chu kỳ lặp 2475 năm 3.6.4 Quy trình gia tải Các bước thí nghiệm cho phương X Y sau: - Bước 1: thí nghiệm xác định chu kỳ dao động mơ hình cách tác động vào bàn rung hàm điều hòa có tần số f = 2Hz, biên độ 0,1g - Bước 2: thí nghiệm với giản đồ gia tốc trận động đất El centro 1940 giản đồ gia tốc nhân tạo ứng với chu kỳ lặp 95 năm - Bước 3: thí nghiệm xác định chu kỳ dao động mơ hình thí nghiệm - Bước 4: thí nghiệm với giản đồ gia tốc trận động đất Elcentro 1940 giản đồ gia tốc nhân tạo ứng với chu kỳ lặp 475 năm - Bước 5: thí nghiệm xác định chu kỳ dao động mơ hình thí nghiệm - Bước 6: thí nghiệm với giản đồ gia tốc nhân tạo ứng với chu kỳ lặp 2475 năm - Bước 7: thí nghiệm xác định chu kỳ dao động mô hình thí nghiệm 3.7 Kết thí nghiệm Hình 3-6: Sự phá hoại mơ hình thí nghiệm chu kỳ lặp 2475 năm NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 13 + 725 + 725 + 450 + 450 Nứt chạy quanh chân vách Hỡnh 3-7: S phỏ hoại mơ hình - trục Y1 chu kỳ lặp 2475 năm 3.7.1 Kết đo gia tốc Hình 3-8: Sự phá hoại mơ hình - trục X3 chu kỳ lặp 2475 năm Đầu đo gia tốc đo tất sàn từ móng đến đỉnh mơ hình, sau số kết Gia tốc (g) -1 ĐỈNH -2 Thời 10 gian (s) MĨNG 15 20 Hình 3-9: Gia tốc móng đỉnh mơ hình – chu kỳ lặp 2475 năm Gia tốc (g) Số liệu đo gia tốc số sàn tầng tương ứng với sóng đầu vào giản đồ Elcentro cho Hình 3-10 0.5 -0.5 10 15 20 Thời gian (s) 25 30 35 Hình 3-10: Gia tốc đỉnh mơ hình – chu kỳ lặp 95 năm 3.7.2 Kết đo chuyển vị Chuyển vị (mm) -5 -10 10 15 20 Thời gian (s) 25 30 35 40 Hình 3-11: Chuyển vị tương đối mặt móng đỉnh mơ hình - chu kỳ lặp 475 năm Chuyển vị (mm) 10 -5 -10 10 15 20 Thời gian (s) 25 30 35 40 Hình 3-12: Chuyển vị tương đối mặt móng đỉnh mơ hình - chu kỳ lặp 2475 năm NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 14 3.7.3 Nhận xét kết thử nghiệm Ở chu kỳ lặp 95 năm 475 năm, mơ hình chưa xuất hư hỏng tất cấu kiện Sử dụng hàm điều hòa để xác định chu kỳ dao động qua bước gia tải, kết cho thấy: chu kỳ dao động khơng có thay đổi Các kết cho thấy, mơ hình thí nghiệm chưa có thay đổi độ cứng chu kỳ lặp 95 năm 475 năm Điều cho thấy cơng trình làm việc giai đoạn đàn hồi, chưa xuất khớp dẻo Tại chu kỳ lặp 2475 năm (PGA = 1,2g), mơ hình xuất vết nứt hư hỏng tất chân cột tầng 1, vách tầng số vị trí liên kết dầm – cột tầng Các vết nứt có xu hướng lan dần từ tầng lên tầng kết thúc tầng Hiện tượng cho thấy vùng tới hạn xuất vị trí chân vách tầng 1, phần chân cột tầng 1, số liên kết dầm – cột tầng Từ hình ảnh phá hoại tầng cho thấy, trình xảy tượng hình thành vết nứt, phần chân vách xuất khớp dẻo đầu tiên, sau khớp dẻo hình thành chân cột tầng lan dần lên tầng Khi chân vách bắt đầu tượng chảy dẻo đến phá hoại, lực cắt tập trung vào cột, dẫn đến cột vượt khả chịu lực làm cho cột tầng bị phá hoại, sau phá hoại lan dần lên tầng Ở hình từ 3-6 đến hình 3-8 nhận thấy, phá hoại chân cột xuất nhiều vị trí cách mép sàn từ 60 mm đến 75 mm Đây chiều dài đoạn cốt thép chờ để liên kết móng với cột tầng Điều cho thấy cốt thép chờ cột làm tăng khả chịu lực cột vị trí kết thúc thép chờ vùng xung yếu dẫn tới phá hoại cột Với kết gia tốc tương đối đỉnh mơ hình chu kỳ lặp 2475 năm (Hình 3-9) cho biết: thời điểm mơ hình bị hư hỏng chân vách, chân cột thực nghiệm tương ứng với đỉnh gia tốc (PGA) cho mơ hình thực nằm khoảng từ 0.18g  0.24g Điều có nghĩa cơng trình đạt đến giai đoạn “gần sập đổ” theo Eurocode – Phần đỉnh gia tốc nằm khoảng (tương ứng với động đất đạt đến cấp VIII theo thang MSK-64) 3.8 Kết luận Chương Trên sở quan hệ tương tự thiết lập Chương 2, xây dựng số tỷ lệ tương tự theo tham số vật lý phù hợp với mơ hình 12 tầng 16 tầng Với lực cho phép bàn rung, lựa chọn mơ hình thí nghiệm nhà 12 tầng BTCT bán lắp ghép Đã xây dựng trình tự nội dung bước thí nghiệm mơ hình tổng thể nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép bàn rung mô động đất; Từ đây, áp dụng kết để thí nghiệm cho mơ hình khác bàn rung mô động đất Đã tiến hành thí nghiệm cho mơ hình mơ hình tổng thể nhà 12 tầng BTCT bán lắp ghép với 03 loại giản đồ gia tốc chu kỳ lặp 95 năm, 475 năm 2475 năm, giai đoạn ngồi giai đoạn đàn hồi, đến mơ hình xảy tượng phá hoại; Đã rút số nhận xét từ kết thực nghiệm sau: + Ở chu kỳ lặp 95 năm 475 năm, mơ hình thí nghiệm chưa xuất hư hỏng tất cấu kiện Mơ hình làm việc giai đoạn đàn hồi, NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 15 chưa xuất khớp dẻo, chưa có thay đổi độ cứng mơ hình chu kỳ + Sự xuất phát triển khớp dẻo khung không gian tổng thể mơ hình thực nghiệm: Trong q trình xảy tượng hình thành vết nứt, phần chân vách xuất khớp dẻo đầu tiên, sau khớp dẻo hình thành chân cột tầng lan dần lên tầng Khi chân vách bắt đầu tượng chảy dẻo đến phá hoại, lực cắt tập trung vào cột, dẫn đến cột vượt khả chịu lực làm cho cột tầng bị phá hoại, sau phá hoại lan dần lên tầng Phá hoại chân cột xuất nhiều vị trí cách mép sàn từ 60 mm đến 75 mm Đây chiều dài đoạn cốt thép chờ để liên kết cột với cột Điều cho thấy cốt thép chờ cột làm tăng khả chịu lực cột vị trí kết thúc thép chờ vùng xung yếu dẫn tới phá hoại cột + Các giản đồ gia tốc thiết lập để sử dụng cho thí nghiệm phù hợp với thơng số kỹ thuật bàn rung áp dụng để thí nghiệm cho kết cấu khác bàn rung mô động đất; + Tại thời điểm cơng trình bị hư hỏng chân vách, chân cột, thực nghiệm cho thấy tương ứng với đỉnh gia tốc (PGA) nằm khoảng từ 0.18g  0.24g Điều có nghĩa cơng trình đạt đến giai đoạn “gần sập đổ” theo Eurocode – Phần đỉnh gia tốc nằm khoảng (tương ứng với động đất đạt đến cấp VIII theo thang MSK-64) CHƯƠNG PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC TỔNG THỂ CỦA KẾT CẤU KHÔNG GIAN NHÀ CAO TẦNG BTCT BÁN LẮP GHÉP CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT Để bổ trợ cho kết nghiên cứu thực nghiệm, chương trình bày nội dung kết phân tích ứng xử tổng thể kết cấu không gian nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép chịu tải trọng động đất 4.1 Giới thiệu đối tượng nghiên cứu Sơ đồ kết cấu đối tượng nghiên cứu sau: Kết cấu khung không gian cao 16 tầng 12 tầng, có mặt giống nhau; Kết cấu làm việc theo dạng hệ kết cấu khung, lõi vách; Các mối nối dầm - cột xét cho 02 trường hợp khớp ngàm; mối nối dầm – vách, cột - móng xem ngàm 4.2 Phân tích làm việc tổng thể nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép Đối tượng nghiên cứu mô hình hóa phân tích phần mềm chun dụng SeismoStruct 2016 giới thiệu Chương 4.2.1 Phân tích phổ phản ứng (Response Spectrum Analysis) - Lực cắt đáy mơ hình nghiên cứu: Kết tính tốn cho thấy, khả chịu cắt vách (tính theo tỷ lệ phần trăm) chiếm từ 70% đến 95% so với tổng lực cắt đáy mơ hình khảo sát tùy thuộc vào quan niệm làm việc mối nối ứng với chu kỳ lặp khác Đối chiếu với quy định TCVN 9386:2012 cho thấy: dạng kết cấu xếp vào loại “hệ tường” NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 16 - Chuyển vị mơ hình nghiên cứu: Hình 4-1: Chuyển vị cho trường hợp liên kết dầm – cột khớp Hình 4-2: Chuyển vị cho trường hợp liên kết dầm – cột ngàm 4.2.2 Phân tích tĩnh phi tuyến đẩy dần (Static Pushover Analysis) Phân tích tĩnh phi tuyến mơ hình 12 tầng, 16 tầng bổ sung tính tốn nhà tầng ứng với 02 trường hợp: mối nối dầm – cột ngàm mối nối dầm – cột khớp - Đối với mơ hình khảo sát 12 tầng: STT 1.1 1.2 2.1 2.2 3.1 3.2 Bảng 4-1: Kết phân tích tĩnh phi tuyến cho mơ hình 12 tầng Sae (g) Sde (g) Dt (m) Chu kỳ lặp R  95 năm Sơ đồ ngàm 0.155 0.004 0.915 0.057 0.915 Sơ đồ khớp 0.146 0.004 1.053 0.061 1.053 475 năm Sơ đồ ngàm 0.267 0.068 1.578 0.098 1.578 Sơ đồ khớp 0.252 0.007 1.815 0.104 1.815 2475 năm Sơ đồ ngàm 0.464 0.012 2.736 0.171 2.736 Sơ đồ khớp 0.438 0.013 3.147 0.181 3.147 NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 17 - Đối với mơ hình khảo sát 16 tầng: STT 1.1 1.2 2.1 2.2 3.1 3.2 Bảng 4-2: Kết phân tích tĩnh phi tuyến cho mơ hình 16 tầng Chu kỳ lặp Sae Sde R  95 năm Sơ đồ ngàm 0.110 0.006 0.912 0.912 Sơ đồ khớp 0.099 0.006 1.026 1.026 475 năm Sơ đồ ngàm 0.190 0.010 1.573 1.573 Sơ đồ khớp 0.171 0.110 1.769 1.769 2475 năm Sơ đồ ngàm 0.330 0.017 2.727 2.727 Sơ đồ khớp 0.296 0.019 3.067 3.067 STT 1.1 1.2 2.1 2.2 3.1 3.2 Bảng 4-3: Kết phân tích tĩnh phi tuyến cho mơ hình tầng Chu kỳ lặp Sae Sde R  95 năm Sơ đồ ngàm 0.196 0.001 0.625 0.625 Sơ đồ khớp 0.196 0.002 0.712 0.712 475 năm Sơ đồ ngàm 0.338 0.002 1.077 1.077 Sơ đồ khớp 0.338 0.003 1.227 1.227 2475 năm Sơ đồ ngàm 0.585 0.004 1.868 1.868 Sơ đồ khớp 0.585 0.005 2.128 2.128 - Tính tốn bổ sung cho nhà tầng: Dt 0.080 0.089 0.138 0.154 0.240 0.267 Dt 0.020 0.022 0.034 0.037 0.060 0.064 - Tính tốn hệ số ứng xử q EC2 TCVN 9386:2012: + Nếu khơng có tính tốn bổ sung giá trị hệ số ứng xử q kết cấu khảo sát lấy theo giá trị mặc định TCVN 9386:2012 + Tính tốn hệ số ứng xử q theo phân tích tĩnh phi tuyến đẩy dần: q STT I II III Veu Veu Vy Vs   R  Vw Vy Vs Vw Bảng 4-4: Kết tính tốn hệ số ứng xử q Phân loại  R Nhà tầng Mối nối dầm-cột dạng khớp 1.23 1.73 Mối nối dầm-cột dạng ngàm 1.08 1.92 Nhà 12 tầng Mối nối dầm-cột dạng khớp 1.82 1.62 Mối nối dầm-cột dạng ngàm 1.58 1.69 Nhà 16 tầng Mối nối dầm-cột dạng khớp 1.77 1.63 Mối nối dầm-cột dạng ngàm 1.57 1.74 NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng  q 1.5 1.5 3.18 3.10 1.5 1.5 4.43 4.01 1.5 1.5 4.33 4.14 18 4.2.3 Phân tích động phi tuyến theo lịch sử thời gian Trong khuôn khổ luận án sử dụng 03 giản đồ gia tốc đề xuất Chương 2: giản đồ gia tốc tương ứng với trận động đất Elcentro, Điện Biên giản đồ nhân tạo hoàn toàn thiết lập từ điều kiện đất thực tế, tương ứng với hai quan niệm mối nối khác (tổng cộng 36 trường hợp phân tích cho hai phương X Y) - Kết phân tích cho mơ hình 12 tầng: So sánh giá trị chuyển vị đỉnh phân tích động phi tuyến với phân tích tuyến tính trường hợp giản đồ gia tốc nhân tạo tương ứng với chu kỳ lặp khác Từ giá trị nhận thấy: giai đoạn đầu, kết cấu làm việc giai đoạn đàn hồi, sau kết cấu bắt đầu chuyển sang giai đoạn miền đàn hồi (hai đường chuyển vị tách ra) Ở chu kỳ lặp cao, giai đoạn giai đoạn đàn hồi ngắn xu hướng tách lớn Ở chu kỳ lặp 95 năm, 475 năm, sơ đồ khớp hay ngàm không ảnh hưởng nhiều đến giai đoạn làm việc kết cấu, chu kỳ lặp 2475 năm điều có khác biệt rõ ràng Chuyển vị (m) 0.2 0 Chuyển vị (m) 10 15 20 Chuyển vị đỉnh phi tuyến 2475 Thời gian (s) -0.2 0.2 25 30 35 Chuyển vị đỉnh đàn hồi 2475 Hình 4-3: So sánh chuyển vị đỉnh chu kỳ lặp 2475 năm – Sơ đồ khớp 0.1 -0.1 -0.2 10 15 20 Chuyển vị đỉnh phi tuyến 2475 Thời gian (s) 25 30 35 Chuyển vị đỉnh đàn hồi 2475 Hình 4-4: So sánh chuyển vị đỉnh chu kỳ lặp 2475 năm – Sơ đồ ngàm Ở tầng 12, vách làm việc giai đoạn đàn hồi, vách tầng có hấp thụ lượng lớn bắt đầu có suy giảm độ cứng, nội lực, … Quy luật phù hợp với chu kỳ lặp khác hấp thụ lượng tỷ lệ thuận chu kỳ lặp tăng lên a Tầng 12 b Tầng Hình 4-5: Biểu đồ quan hệ góc xoay – mơ men vách – CK lặp 2475 năm NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 19 - Kết phân tích cho mơ hình 16 tầng: So sánh giá trị chuyển vị đỉnh phân tích động phi tuyến với phân tích tuyến tính trường hợp giản đồ gia tốc nhân tạo tương ứng với chu kỳ lặp 95 năm, 475 năm 2475 năm cho Hình 4-6, 4-7 Tương tự mơ hình 12 tầng: giai đoạn đầu, kết cấu làm việc giai đoạn đàn hồi, sau kết cấu bắt đầu chuyển sang giai đoạn miền đàn hồi (hai đường chuyển vị tách khoảng 3s sơ đồ khớp 7s sơ đồ ngàm) Ở chu kỳ lặp 95 năm, 475 năm, sơ đồ khớp hay ngàm không ảnh hưởng nhiều đến giai đoạn làm việc kết cấu, chu kỳ lặp 2475 năm điều có khác biệt rõ ràng Chuyển vị (m) 0.5 0 Chuyển vị (m) 10 15 20 Chuyển vị đỉnh phi tuyến 2475 Thời gian (s) -0.5 0.4 25 30 35 Chuyển vị đỉnh đàn hồi 2475 Hình 4-6: So sánh chuyển vị đỉnh chu kỳ lặp 2475 năm – Sơ đồ khớp 0.2 -0.2 -0.4 10 15 20 Chuyển vị đỉnh phi tuyến 2475 Thời gian (s) 25 30 35 Chuyển vị đỉnh đàn hồi 2475 Hình 4-7: So sánh chuyển vị đỉnh chu kỳ lặp 2475 năm – Sơ đồ ngàm a Tầng 16 b Tầng Hình 4-8: Biểu đồ quan hệ góc xoay – mô men vách – CK lặp 2475 năm Các kết phân tích tính tốn động lực học phi tuyến cho kết cấu tổng thể nhà 12 tầng 16 tầng BTCT bán lắp ghép giai đoạn làm việc đàn hồi, giai đoạn làm việc đàn – dẻo ứng với cấp tải khác Ở giai đoạn làm việc đàn hồi, độ cứng kết cấu không thay đổi, đường phụ thuộc quan hệ mơ men – góc xoay tuyến tính Ở giai đoạn làm việc đàn - dẻo, xuất vết nứt, độ cứng thay đổi, đường quan hệ mô men – góc xoay có vòng trễ, tồn góc quay dư mơ men dư NCS Hồng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 20 4.3 So sánh kết phân tích tổng thể mơ hình kết thử nghiệm 4.3.1 Dạng phá hoại, hư hỏng - Trong Chương trình bày dạng phá hoại, hư hỏng mơ hình thí nghiệm bàn rung mơ động đất: Ở chu kỳ lặp 95 năm 475 năm, mơ hình chưa xuất hư hỏng tất cấu kiện Tại chu kỳ lặp 2475 năm (PGA = 1,2g), mơ hình xuất vết nứt hư hỏng tất chân cột tầng 1, vách tầng số vị trí liên kết dầm – cột tầng Các vết nứt có xu hướng lan dần từ tầng lên tầng - Cơ chế hình thành khớp dẻo phân tích lý thuyết tương tự kết thí nghiệm mơ hình tương ứng với chu kỳ lặp 2475 năm Quan sát biên đàn hồi, dẻo q trình biến đối phân tích cho chu kỳ lặp 2475 năm Sự phá hoại xảy theo Phương Y phương phương có độ cứng nhỏ so với Phương X Trong trường hợp quan niệm mối nối dầm – cột khớp, phần tải trọng đứng phần tập trung vào dầm, làm cho dầm bị phá hoại với cột, vách Tuy nhiên, trường hợp, mối nối dầm cột ngàm, dầm không bị phá hoại, mà chủ yếu tập trung vào vách cột, tương tự kết thí nghiệm - Tại thời điểm cơng trình bị phá hoại vách cột, thực nghiệm tính toán lý thuyết cho thấy tương ứng với đỉnh gia tốc (PGA) nằm khoảng từ 0.18g  0.24g Điều có nghĩa cơng trình đạt đến giai đoạn “gần sập đổ” theo Eurocode – Phần đỉnh gia tốc nằm khoảng (tương ứng với động đất đạt đến cấp VIII theo thang MSK-64) - Từ dạng xuất khớp dẻo phá hoại phân tích lý thuyết nhận thấy, mơ hình nhà 16 tầng tương tự mơ hình nhà 12 tầng chế phát sinh khớp dẻo, dạng phá hoại vách, sau lan sang cột, dầm - Các kết thực nghiệm phân tích tính tốn động lực học phi tuyến cho kết cấu tổng thể nhà 12 tầng 16 tầng BTCT bán lắp ghép giai đoạn làm việc đàn hồi, giai đoạn làm việc đàn – dẻo ứng với cấp tải khác Ở giai đoạn làm việc đàn hồi, độ cứng kết cấu không thay đổi, đường phụ thuộc quan hệ mô men – góc xoay tuyến tính Ở giai đoạn làm việc đàn - dẻo, xuất vết nứt, độ cứng thay đổi, đường quan hệ mơ men – góc xoay có vòng trễ, tồn góc quay dư mô men dư 4.3.2 So sánh chuyển vị - Ở chu kỳ lặp 475 năm (thử nghiệm ứng với PGA = 0,66g), giá trị chuyển vị mơ hình thí nghiệm nằm khoảng giá trị chuyển vị thu từ phân tích theo sơ đồ ngàm phân tích theo sơ đồ khớp, đồng thời giá trị gần với trường hợp sơ đồ ngàm Sai số chuyển vị đỉnh thí nghiệm so với phân tích theo sơ đồ ngàm xấp xỉ 6% sai số chuyển vị đỉnh thí nghiệm so với phân tích theo sơ đồ khớp 46% - Ở chu kỳ lặp 2475 năm (thử nghiệm ứng với PGA=1,2g), giá trị chuyển vị mơ hình nằm ngồi khoảng giá trị chuyển vị thu từ phân tích theo sơ đồ ngàm phân tích theo sơ đồ khớp, đồng thời giá trị gần với trường hợp sơ đồ ngàm Sai số chuyển vị đỉnh thí nghiệm so với phân tích theo sơ NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 21 đồ ngàm xấp xỉ 27% sai số chuyển vị đỉnh thí nghiệm so với phân tích theo sơ đồ khớp xấp xỉ 56% 12 12 10 10 8 Tầng 14 Tầng 14 6 Kết thí nghiệm Kết thí nghiệm Tính tốn LK Khớp Tính tốn LK Khớp Tính tốn LK ngàm Tính tốn LK ngàm 0 20 40 60 Chuyển vị (mm) 80 100 Hình 4-9: So sánh chuyển vị Phương X CK lặp 475 năm 4.3.3 So sánh gia tốc 50 100 150 Chuyển vị (mm) 200 Hình 4-10: So sánh chuyển vị Phương Y CK lặp 2475 năm 14 12 12 10 10 8 Tầng Tầng 14 6 Kết thí nghiệm Kết thí nghiệm Tính tốn LK Khớp Tính tốn LK Khớp Tính tốn LK Ngàm Tính tốn LK Ngàm 0 0.1Gia tốc (g)0.2 0.3 Hình 4-11: So sánh gia tốc Phương Y CK lặp 2475 năm 0.1Gia tốc (g)0.2 0.3 Hình 4-12: So sánh gia tốc Phương X CK lặp 475 năm + Ở chu kỳ lặp 475 năm (thử nghiệm ứng với PGA = 0,66g), giá trị gia tốc mơ hình thí nghiệm nằm khoảng giá trị gia tốc phân tích theo sơ đồ ngàm phân tích theo sơ đồ khớp, giá trị gần với trường hợp sơ đồ ngàm Sai số gia tốc thí nghiệm so với phân tích theo sơ đồ ngàm xấp xỉ 16% sai số gia tốc đỉnh thí nghiệm so với phân tích theo sơ đồ khớp 41% + Ở chu kỳ lặp 2475 năm (thử nghiệm ứng với PGA = 1,2g), giá trị gia tốc mô hình thí nghiệm nằm khoảng giá trị gia tốc phân tích theo sơ đồ ngàm phân tích theo sơ đồ khớp Sai số gia tốc thí nghiệm so với phân tích theo sơ đồ ngàm xấp xỉ 15% sai số gia tốc đỉnh thí nghiệm so với phân tích theo sơ đồ khớp 27% NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 22 4.4 Kết luận Chương + Đã phân tích tính tốn cho 03 nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép (8 tầng, 12 tầng 16 tầng) chịu tác động động đất theo phương pháp tĩnh phi tuyến, từ đánh giá ứng xử kết cấu cho cơng trình với trường hợp mối nối khác nhau; + Đã thiết lập giản đồ nhân tạo phù hợp với điều kiện động đất Việt Nam làm đầu vào phân tích động phi tuyến theo lịch sử thời gian + Đã phân tích mơ hình theo phương pháp động phi tuyến theo lịch sử thời gian cho 02 nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép (12 tầng 16 tầng), từ giai đoạn làm việc đàn hồi, giai đoạn làm việc đàn – dẻo ứng với cấp tải khác Ở giai đoạn làm việc đàn hồi, độ cứng kết cấu không thay đổi, đường phụ thuộc quan hệ mơ men – góc xoay tuyến tính Ở giai đoạn làm việc đàn dẻo, xuất vết nứt, độ cứng thay đổi, đường quan hệ mơ men – góc xoay có vòng trễ, tồn góc quay dư mơ men dư Căn vào kết giúp cho việc tính tốn thiết kế phân tích ứng xử kết cấu + Thông qua việc so sánh kết thử nghiệm với kết phân tích lý thuyết, cho thấy: - Về giá trị chuyển vị gia tốc phù hợp tương thích với kết tính tốn lý thuyết (sai số từ 6% đến 56%) - Cơ chế phá hoại, hư hỏng mô hình thử nghiệm tính tốn lý thuyết tương đối phù hợp quan niệm mối nối làm việc ngàm + Tại thời điểm cơng trình “gần sập đổ”, thực nghiệm tính tốn lý thuyết cho thấy tương ứng với đỉnh gia tốc (PGA) nằm khoảng từ 0.18g  0.24g Điều có nghĩa cơng trình đạt đến giai đoạn “gần sập đổ” theo Eurocode – Phần đỉnh gia tốc nằm khoảng (tương ứng với động đất đạt đến cấp VIII theo thang MSK-64) Điều cho thấy, mục tiêu thiết kế cho nhà BTCT bán lắp ghép nghiên cứu luận án đảm bảo với đỉnh gia tốc 0,1g (tương ứng với động đất cấp VII theo thang MSK64) + Đã phân tích, tính tốn hệ số dẻo, hệ số ứng xử cho kết cấu nhà tầng, 12 tầng 16 tầng BTCT bán lắp ghép ứng với trường hợp mối nối khác rút nhận xét: giá trị hệ số ứng xử tổng thể bao gồm hệ số ứng xử thành phần (hệ số vượt cường độ, hệ số giảm lực cắt đáy hệ số ứng suất cho phép), hệ số khác có thay đổi chiều cao cơng trình quan niệm mối nối; cần phân tích tĩnh phi tuyến để kiểm tra lại hệ số ứng xử sau thiết kế; tính tốn bổ sung nên lựa chọn giá trị hệ số ứng xử q theo “hệ tường” TCVN 9386:2012 để phù hợp đặc điểm kết cấu dạng nhà BTCT bán lắp ghép NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CÓ Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN Xây dựng sở khoa học phương pháp thực nghiệm mơ hình nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép chịu tải trọng động đất, áp dụng lý thuyết mơ hình tương tự để chế tạo mẫu thí nghiệm; xây dựng giản đồ gia tốc nhân tạo theo phổ mục tiêu mong muốn làm đầu vào cho tính tốn sử dụng phần mềm cho thí nghiệm; áp dụng phần mềm SeimoStruct giải toán động lực học kết cấu đàn – dẻo để đối chiếu giải thích kết thực nghiệm Bằng kết nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết tính tốn đánh giá khả kháng chấn kết cấu tổng thể nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép điều kiện Việt Nam Cụ thể, với nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép cao 12 tầng 16 tầng, đảm bảo an toàn động đất đạt đến cấp VII (tương ứng chu kỳ lặp 95 năm 475 năm) đạt trạng thái “gần sập đổ” động đất đạt đến cấp VIII (tương ứng chu kỳ lặp 2475 năm) Dựa kết hợp nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu lý thuyết bổ trợ, thực thí nghiệm mơ hình kết cấu tổng thể nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép bàn rung mô động đất đại có kích thước lớn Việt Nam Kết đối chứng kết nghiên cứu thực nghiệm với phân tích lý thuyết phù hợp Các kết thực nghiệm phân tích tính tốn động lực học phi tuyến cho kết cấu tổng thể nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép giai đoạn làm việc đàn hồi, giai đoạn làm việc đàn – dẻo ứng với cấp tải khác Ở giai đoạn làm việc đàn hồi, độ cứng kết cấu không thay đổi, đường phụ thuộc quan hệ mơ men – góc xoay tuyến tính Ở giai đoạn làm việc đàn - dẻo, xuất vết nứt, độ cứng thay đổi, đường quan hệ mô men – góc xoay có vòng trễ, tồn góc quay dư mơ men dư Đã phân tích, tính tốn hệ số dẻo, hệ số ứng xử cho kết cấu nhà tầng, 12 tầng 16 tầng BTCT bán lắp ghép ứng với trường hợp mối nối khác rút nhận xét: giá trị hệ số ứng xử tổng thể bao gồm hệ số ứng xử thành phần (hệ số vượt cường độ, hệ số giảm lực cắt đáy hệ số ứng suất cho phép), hệ số khác có thay đổi chiều cao cơng trình quan niệm mối nối; cần phân tích tĩnh phi tuyến để kiểm tra lại hệ số ứng xử sau thiết kế; khơng có tính tốn bổ sung nên lựa chọn giá trị hệ số ứng xử q theo “hệ tường” TCVN 9386:2012 để phù hợp đặc điểm kết cấu dạng nhà BTCT bán lắp ghép II ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Tiến hành thử nghiệm mơ hình cho dạng kết cấu khác để có thêm sở đánh giá làm việc thực tế kết cấu so sánh với tính tốn lý thuyết Nghiên cứu khả kháng chấn cho dạng mối nối khác (sử dụng liên kết chốt, liên kết hàn, liên kết cáp dự ứng lực, ) kết cấu BTCT lắp ghép nói chung kết cấu bê tơng cốt thép bán lắp ghép nói riêng NCS Hồng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 24 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Nguyễn Võ Thơng, Võ Văn Thảo, Đỗ Tiến Thịnh, Ngơ Mạnh Tồn, Nguyễn Trung Kiên Hoàng Mạnh (2013) “Xây dựng tiêu chuẩn tương tự tốn mơ hình hóa kết cấu chịu tải trọng động” Hội nghị Khoa học kỷ niệm 50 năm thành lập Viện KHCN Xây dựng 1963 – 2013 (Conference on the 50th anniversary of establishment of vietnam institute for building science and technology, tr 321-328 Nguyễn Võ Thơng, Võ Văn Thảo Hồng Mạnh (2013), “Thiết kế mơ hình nhà cao tầng bàn rung mô động đất (Design of high-rise building specimen for shaking table test)” Hội nghị khoa học toàn quốc học vật rắn biến dạng lần thứ XI” (The 11th National Conference on Solid Mechanics), Hồ Chí Minh, tr 1143-1150 Lê Minh Long, Trần Bá Việt, Đỗ Tiến Thịnh, Trần Tồn Thắng, Nguyễn Văn Hùng, Nguyễn Hồng Sơn, Ngơ Mạnh Toàn, Hoàng Mạnh (2017) “Giải pháp kết cấu lắp ghép sử dụng bê tơng tính siêu cao (UHPC) cho cơng trình xây dựng đảo” Tạp chí Xây dựng, số 12-2017, tr 115-119 Nguyễn Võ Thơng, Hồng Mạnh (2018) “Thiết lập giản đồ gia tốc để phân tích động phi tuyến theo lịch sử thời gian” Tạp chí Xây dựng, số 6-2018, tr 79-83 Nguyễn Võ Thơng, Hồng Mạnh (2018) “Nghiên cứu thí nghiệm mơ hình tổng thể kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép bán lắp ghép chịu động đất” Tạp chí Xây dựng, số 6-2018, tr 83-90 NCS Hoàng Mạnh – Viện KHCN Xây dựng 25 ... mơ hình bàn rung mô động đất Từ lý trên, nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình tổng thể nhà cao tầng bê tông cốt thép bán lắp ghép chịu tải trọng động đất Việt. .. nghiệm mơ hình tổng thể nhà cao tầng bê tông cốt thép bán lắp ghép chịu tải trọng động đất Việt Nam CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ TỔNG THỂ MƠ HÌNH NHÀ... cấu tổng thể nhà cao tầng BTCT bán lắp ghép điều kiện Việt Nam + Dựa kết hợp nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu lý thuyết bổ trợ, thực thí nghiệm mơ hình kết cấu tổng thể nhà cao tầng BTCT bán lắp

Ngày đăng: 19/01/2020, 15:40

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan