Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật xây dựng Ảnh hưởng của tường chèn tới phản ứng của hệ khung bê tông cốt thép chịu động đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Phan Văn Huệ ẢNH HƯỞNG CỦA TƯỜNG CHÈN TỚI PHẢN ỨNG CỦA HỆ KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 9580201 LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà Nội - Năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Phan Văn Huệ ẢNH HƯỞNG CỦA TƯỜNG CHÈN TỚI PHẢN ỨNG CỦA HỆ 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 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Lê Ninh Các số liệu, kết nghiên cứu nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 24 tháng năm 2020 Tác giả luận án Phan Văn Huệ ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới Thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Lê Ninh tận tình hướng dẫn, cho nhiều dẫn khoa học có giá trị, thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận án nâng cao lực nghiên cứu khoa học Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Xây dựng, Khoa đào tạo Sau đại học, Khoa Xây dựng Dân dụng Cơng nghiệp, Bộ mơn Cơng trình Bê tơng cốt thép, nơi tác giả nghiên cứu hoàn thành luận án, động viên tạo điều kiện thuận lợi để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Xây dựng Miền Trung, nơi tác giả công tác, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận án Cuối cùng, tác giả bày tỏ lòng biết ơn người thân gia đình ln động viên khích lệ, chia sẻ khó khăn với tác giả trình thực luận án Hà Nội, ngày 24 tháng năm 2020 Tác giả luận án Phan Văn Huệ iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT xvii DANH MỤC CÁC BẢNG xviii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xx MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG SỰ TƯƠNG TÁC KHUNG - TƯỜNG CHÈN VÀ VẤN ĐỀ XÁC ĐỊNH PHẢN ỨNG CỦA HỆ KHUNG CHÈN BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯỚI TÁC ĐỘNG NGANG 1.1 MỞ ĐẦU 1.2 SỰ TƯƠNG TÁC KHUNG – TƯỜNG CHÈN VÀ ỨNG XỬ CỦA HỆ KHUNG CHÈN BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯỚI TÁC ĐỘNG NGANG Sự tương tác khung - tường chèn tác động ngang 1.2.1.1 Giai đoạn ban đầu mặt tiếp xúc chưa bị nứt 1.2.1.2 Giai đoạn sau mặt tiếp xúc bị nứt Hệ tương tác khung – tường chèn ứng xử hệ khung chèn BTCT .10 1.2.2.1 Ở hệ khung thiết kế không theo tiêu chuẩn kháng chấn 10 1.2.2.2 Ở hệ khung BTCT thiết kế theo tiêu chuẩn kháng chấn đại 13 iv 1.2.2.3 Một số nhận xét rút từ cơng trình nghiên cứu ứng xử hệ khung chèn BTCT tác động ngang 15 1.3 MƠ HÌNH ỨNG XỬ CỦA TƯỜNG CHÈN DƯỚI TÁC ĐỘNG NGANG 15 Các mơ hình ứng xử tường chèn khung 15 1.3.1.1 Các mơ hình vĩ mô .16 1.3.1.2 Các mơ hình vi mơ .20 1.3.1.3 Một số nhận xét mơ hình ứng xử tường chèn 21 Các kết đạt việc mơ hình hóa vĩ mô dải chéo tương đương .22 1.3.2.1 Các kết đạt việc xác định bề rộng dải chéo tương đương 22 1.3.2.2 Các kết đạt việc thiết lập mơ hình ứng xử phi tuyến đơn giản tường chèn 29 1.4 ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ TƯƠNG TÁC KHUNG - TƯỜNG CHÈN TRONG CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN 34 Các quy định xét tới ảnh hưởng tường chèn 34 1.4.1.1 Tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 EN 1998-1:2004 34 1.4.1.2 Tiêu chuẩn FEMA 356 (2000) .35 1.4.1.3 Tiêu chuẩn ASCE/SEI 41-13 (2013) ASCE/SEI 41-17 (2017) .37 1.4.1.4 Chỉ dẫn kỹ thuật New Zealand NZSEE (2017) 39 Nhận xét quy định xét tới ảnh hưởng tường chèn tiêu chuẩn thiết kế .39 1.5 NHẬN XÉT CHƯƠNG 40 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA ỨNG XỬ PHI TUYẾN CỦA HỆ KHUNG CHÈN BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT .42 2.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA ỨNG XỬ PHI TUYẾN CỦA HỆ KẾT CẤU KHUNG CHÈN 42 v 2.2 MÔ HÌNH ỨNG XỬ CỦA HỆ KẾT CẤU KHUNG BÊ TƠNG CỐT THÉP 44 Ở mức vật liệu 44 Ở mức cấu kiện chịu lực 45 2.3 THIẾT LẬP MƠ HÌNH ỨNG XỬ PHI TUYẾN CỦA CÁC TƯỜNG CHÈN TRONG KHUNG BTCT 47 Xây dựng quan hệ lực – chuyển vị mơ hình .47 Xác định thông số mơ hình .48 2.3.2.1 Độ cứng tường chèn 49 2.3.2.2 Độ bền tường chèn .51 2.3.2.3 Các bước xây dựng đường cong lực - chuyển vị mơ hình tường chèn 60 2.3.2.4 Phản ứng phi tuyến dọc trục dải chéo tương đương 61 2.3.3 Hiệu chuẩn mơ hình ứng xử tường chèn theo kết thí nghiệm .62 2.3.3.1 Kakaletsis Karayannis (2008) 62 2.3.3.2 Morandi, Hak Magenes (2014 - 2018) 65 2.3.3.3 Nhận xét kết kiểm chứng mơ hình tường chèn đề xuất với kết thí nghiệm 68 2.4 NHẬN XÉT CHƯƠNG 68 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA TƯỜNG CHÈN TỚI VIỆC KIỂM SỐT CƠ CẤU PHÁ HOẠI KHUNG BÊ TƠNG CỐT THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT 69 3.1 QUAN NIỆM HIỆN ĐẠI VÀ CÁC QUY ĐỊNH THIẾT KẾ KHUNG TRONG CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN HIỆN NAY 69 Quan niệm đại thiết kế cơng trình chịu động đất 69 Các nguyên tắc thiết kế theo quan niệm kháng chấn đại 70 Thiết kế khung bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn .72 vi 3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA TƯỜNG CHÈN TỚI PHẢN ỨNG CỦA CÁC DẦM KHUNG 73 3.3 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT KHI CÓ XÉT TỚI TƯƠNG TÁC VỚI TƯỜNG CHÈN .79 Điều kiện kiểm soát cấu phá hoại khung chịu động đất có xét tới tương tác với tường chèn .79 Phương pháp thiết kế khung chịu động đất có xét tới tương tác với tường chèn 80 3.4 VÍ DỤ TÍNH TỐN 80 Các số liệu tính tốn 80 Thiết kế hệ kết cấu khung theo quy định TCVN 9386:2012 .81 Xác định phản ứng khung KE thiết kế theo TCVN 9386:2012 83 Xác định phản ứng khung KE thiết kế theo TCVN 9386:2012 có xét tới tương tác với tường chèn 85 Thiết kế hệ kết cấu khung BTCT có xét tới tương tác với tường chèn theo phương pháp đề xuất 89 3.5 NHẬN XÉT CHƯƠNG 92 CHƯƠNG KIỂM SOÁT PHÁ HOẠI CỤC BỘ KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT KHI CÓ XÉT TỚI TƯƠNG TÁC VỚI TƯỜNG CHÈN 94 4.1 KIỂM SOÁT PHÁ HOẠI CỤC BỘ KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN HIỆN NAY 94 Kiểm soát phá hoại cắt khung bê tông cốt thép 94 Kiểm tra phá hoại cắt cột tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn có xét tường chèn 96 Một số nhận xét quy định kiểm tra phá hoại cắt tiêu chuẩn kháng chấn 98 vii 4.2 LỰC TƯƠNG TÁC KHUNG - TƯỜNG CHÈN VÀ PHẢN ỨNG CỤC BỘ CỦA CỘT KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP KHI CHỊU LỰC TƯƠNG TÁC .99 Lực tương tác khung tường chèn .99 Phản ứng cục cột khung chịu lực tương tác khung – tường chèn 102 4.3 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CỘT KHUNG BTCT CHỊU CẮT KHI CÓ XÉT TỚI LỰC TƯƠNG TÁC KHUNG - TƯỜNG CHÈN 103 Điều kiện kiểm soát phá hoại cắt cột có xét tới lực tương tác khung - tường chèn 103 Phương pháp thiết kế cột khung BTCT chịu cắt có xét tới lực tương tác với tường chèn .104 4.4 VÍ DỤ TÍNH TỐN 104 Thiết kế cột chịu cắt theo quy định TCVN 9386:2012 104 Thiết kế cột chịu cắt theo phương pháp đề xuất 106 Kiểm tra khả chịu cắt cột có xét tới tương tác với tường chèn theo quy định TCVN 9386:2012 109 4.4.3.1 Kiểm tra khả chịu cắt cột thiết kế theo quy định TCVN 9386:2012 109 4.4.3.2 Kiểm tra khả chịu cắt cột thiết kế theo phương pháp đề xuất 110 Một số nhận xét kết thu từ ví dụ tính tốn 111 4.5 NHẬN XÉT CHƯƠNG 113 KẾT LUẬN .114 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO .119 viii PHẦN PHỤ LỤC PL1 PHỤ LỤC A PL1 PHỤ LỤC B PL3 PHỤ LỤC C d Lực dọc NEd tác động lên tiết diện cột dùng để tính tốn MRd,c phải xác định từ phân tích kết cấu tình thiết kế động đất giả thiết giá trị bất lợi để thoả mãn điều kiện phá hoại dẻo nghĩa lực nén bé lực kéo lớn phù hợp với MRd,c ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Phan Văn Huệ ẢNH HƯỞNG CỦA TƯỜNG CHÈN TỚI PHẢN ỨNG CỦA HỆ KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 9580201 NGƯỜI HƯỚNG... TÁC KHUNG - TƯỜNG CHÈN VÀ PHẢN ỨNG CỤC BỘ CỦA CỘT KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP KHI CHỊU LỰC TƯƠNG TÁC .99 Lực tương tác khung tường chèn .99 Phản ứng cục cột khung chịu lực tương tác khung – tường. .. TUYẾN CỦA HỆ KHUNG CHÈN BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT .42 2.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA ỨNG XỬ PHI TUYẾN CỦA HỆ KẾT CẤU KHUNG CHÈN 42 v 2.2 MÔ HÌNH ỨNG XỬ CỦA HỆ KẾT CẤU KHUNG