Nghiên cứu ứng dụng phương pháp push over để phân tích công trình nhà nhiều tầng không đối xứng chịu tải trọng động đất

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐOÀN VĨNH PHÚC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PUSH-OVER ĐỂ PHÂN TÍCH CƠNG TRÌNH NHÀ NHIỀU TẦNG KHƠNG ĐỐI XỨNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐOÀN VĨNH PHÚC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PUSH-OVER ĐỂ PHÂN TÍCH CƠNG TRÌNH NHÀ NHIỀU TẦNG KHƠNG ĐỐI XỨNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 8580201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐẶNG CÔNG THUẬT Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, tác giả đề tài xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đặng Công Thuật giao đề tài tận tình hướng dẫn để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Xây dựng Dân dựng Công nghiệp - Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng nhiệt tình hướng dẫn, động viên, khích lệ tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn Đà Nẵng, ngày 10 tháng 05 năm 2019 Tác giả luận văn Đồn Vĩnh Phúc LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Đồn Vĩnh Phúc NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PUSH-OVER ĐỂ PHÂN TÍCH CƠNG TRÌNH NHÀ NHIỀU TẦNG KHƠNG ĐỐI XỨNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT Học viên: Đoàn Vĩnh Phúc Mã số: 8590201 Khóa:K34 Chuyên ngành: Kỹ thuật XDCT DD&CN Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt - Hiện nay, phương pháp push-over sử dụng nhiều phân tích kết cấu chịu động đất có tính đơn giản độ xác chấp nhận Tuy vậy, cơng trình cao tầng bất đối xứng, phương pháp push-over truyền thống cho kết có sai khác lớn ảnh hưởng dạng dao động bậc cao đáng kể, theo chiều cao tầng theo mặt (tác động xoắn) Nhiều nghiên cứu gần nhằm khắc phục hạn chế thực phương pháp đề xuất tốn thời gian sử dụng giả thiết ảnh hưởng dạng dao động bậc cao đàn hồi, nên cho kết chưa tốt Do vậy, nghiên cứu nhằm mục đích tìm cách ứng dụng phương pháp push-over cho giảm sai số ảnh hưởng dạng dao động bậc cao Từ khóa - Phương pháp push-over, nhà nhiều tầng không đối xứng, dao động bậc cao A STUDY ON APPLYING PUSH-OVER METHOD FOR SEISMIC ASSESSMENT OF TALL AND ASYMMETRIC BUILDINGS Abstract - At present, the push-over method is extensively used in seismic analysis of buildings because it has simplicity and acceptable accuracy However, for tall and asymmetric buildings the conventional push-over method resulted in a large error due to the effects of high modes, both in height and in plan (torsional effects) Many recent studies to overcome the limitations have been done, but the proposed methods are time-consuming and still assume that the effects of high modes are remaining in elastic behavior, which gives a not-good result Thus, this study aims to find a way to improve the push-over method to reduce errors by several modifications in which the effects of high modes are considered Keywords - Push-over method, tall and asymetric building, high mode MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU PHẠM VI NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .3 BỐ CỤC ĐỀ TÀI MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH VẼ vii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT ĐẾN CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Nguyên nhân 1.1.3 Đặc điểm 1.1.4 Ảnh hưởng động đất cơng trình xây dựng 1.2 PHẢN ỨNG KHÔNG ĐÀN HỒI CỦA HỆ KẾT CẤU CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT .7 1.2.1 Ý nghĩa việc tính tốn phản ứng khơng đàn hồi hệ kết cấu 1.2.2 Khả phân tán lượng độ dẻo 1.2.3 Hệ số giảm lực tác động hệ số điều kiện làm việc hệ kết cấu 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÁC ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT 10 1.4 QUAN NIỆM HIỆN ĐẠI TRONG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT 15 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 17 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 18 2.1 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP DÙNG TRONG TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT .18 2.1.1 Phân loại theo tính chất tác động động đất lên cơng trình 18 2.1.2 Phân loại theo đặc tính làm việc hệ kết cấu chịu lực cơng trình xây dựng 18 2.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT THEO TCVN 9386:2012 19 2.2.1 Phạm vi áp dụng tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 .20 2.2.2 Các bước xác định tải trọng động đất 20 2.2.3 Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương 27 2.2.4 Phương pháp phổ phản ứng thiết kế .28 2.3 PHƯƠNG PHÁP PUSH-OVER TÍNH TỐN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT .35 2.3.1 Phương pháp push-over dạng (MPA) 35 2.3.2 Phương pháp push-over dạng hiệu chỉnh (MMPA) 35 2.3.3 Phương pháp push-over dạng thực hành (PMPA) .35 2.3.4 Phương pháp tổ hợp dạng (MMC) .36 2.3.5 Theo ATC_40 .36 2.3.6 Theo FEMA 356 44 2.4 PHƯƠNG PHÁP PUSH-OVER CẢI TIẾN TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT .49 2.4.1 Theo phương pháp N2 (Basic N2) 49 2.4.2 Theo phương pháp N2 mở rộng (Extended N2 method) .49 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PUSH-OVER CẢI TIẾN ĐỂ PHÂN TÍCH CƠNG TRÌNH NHÀ NHIỀU TẦNG KHÔNG ĐỐI XỨNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 51 3.1 QUY TRÌNH TÍNH TỐN THEO PHƯƠNG PHÁP N2 51 3.1.1 Lập liệu cơng trình phổ gia tốc đàn hồi 51 3.1.2 Chuyển đổi phổ phản ứng dạng gia tốc - chuyển vị lập phổ đàn hồi dẻo 51 3.1.3 Phân tích push-over 52 3.1.4 Hệ bậc tự tương đương đường cong khả 53 3.1.5 Phổ yêu cầu động đất hệ bậc tự 54 3.1.6 Yêu cầu động đất tổng cộng cho hệ nhiều bậc tự 55 3.1.7 Yêu cầu động đất cục cho hệ nhiều bậc tự 55 3.1.8 Đánh giá tính (Phân tích mức độ nguy hiểm) .55 3.2 Phân tích cơng trình nhà nhiều tầng chịu động đất sử dụng phương pháp N2 .56 3.2.1 Giới thiệu công trình khảo sát 57 3.2.2 Kết khảo sát 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .64 DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Trang 2.1 Lựa chọn mơ hình phương pháp tính tốn động đất 20 2.2 Phân loại đất 21 2.3 Mức độ hệ số tầm quan trọng 22 2.4 Phân loại độ dẻo kết cấu 25 2.5 Bảng xác định giá trị S, TB, TC, TD 27 2.6 Các giá trị ψ2i 33 2.7 Giá trị φ để tính tốn ψ2i 34 2.8 Hệ số điều chỉnh độ cản κ 40 2.9 Kiểu ứng xử kết cấu 40 2.10 Giá trị cho phép nhỏ SRA SRV 41 2.11 Giới hạn chuyển vị ngang 43 2.12 Giá trị hệ số hiệu chỉnh C0 45 2.13 Giá trị hệ số khối lượng hiệu Cm 45 2.14 Giá trị hệ số hiệu chỉnh C2 47 3.1 So sánh phương pháp push-over ATC-40, FEMA-356, N2 60 DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Cấu tạo trái đất 1.2 Các loại đứt gãy chuyển động đứt gãy 1.3 Quan hệ lực – chuyển vị hệ kết cấu 2.1 Phổ phản ứng đàn hồi cho loại đất từ A đến E 30 2.2 Phổ gia tốc đàn hồi: (a) dạng Sa-T, (b) dạng gia tốc-chuyển vị 37 2.3 Phương pháp push-over 38 2.4 Đường cong push-over (đường cong khả năng) 38 2.5 Đường cong khả năng: (a) dạng V- δ; (b) dạng Sa - Sd 39 2.6 Xác định độ cản 40 2.7 Hệ số hiệu chỉnh độ cản 41 2.8 Phổ phản ứng giảm với hệ số SRA SRV 42 2.9 Quy trình xác định điểm tính 43 2.10 Giới hạn mức mục tiêu tính 45 2.11 Đường cong lực – chuyển vị lý tưởng hóa 45 2.12 Giá trị C3 49 2.13 Ví dụ hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng dao động bậc cao theo chiều cao CE 50 2.14 Ví dụ hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng dao động bậc cao theo mặt bằng, CT 51 3.1 Dữ liệu cơng trình phổ gia tốc đàn hồi 3.2 Phổ phản ứng đàn hồi đàn hồi dẻo hệ có độ dẻo khơng đổi 53 3.3 Đường cong khả nhị tuyến lý tưởng hóa với độ cứng sau chảy không xác định đường cong khả dạng ADRS 55 52 68 ind2=ind(1,1)+1; x_60_new=interpolate(bshear(ind1),displ(ind1),bshear(ind2),displ(ind2),y_60); diffx_60=abs(x_60-x_60_new); x1=1/0.6*x_60_new; end %Dtstar: chuyen vi dinh - top displacement Dtstar=maxdispl/MPF; %Dystar: chuyen vi deo - yield displacement Dystar=x1/MPF; %Fystar: Luc cat day - base shear Fystar=y1/MPF; Fustar=Fystar; %??? %Tstar: chu ky - period Tstar=2*pi*(sum(Ln)*Dystar*981.45/100/(Fystar*1000))^.5; % Pho gia toc deo - Yield acceleration spectra (Say) Say=Fystar*1000/sum(Ln)/9.8145/981.45; % Pho gia toc dan hoi - Elastic acceleration spectra (Sae) if Tstar>0 && Tstar=T0 && Tstar Ts && Tstar need check ii=1; while yield_displ>X2(ii,1) ii=ii+1; end pga_elastic=interpolate(X2(ii-1,1),Y2(ii-1,1),X2(ii,1),Y2(ii,1),yield_displ); X1mod=max(X2) ii=1; while X1mod >X1(ii,1) && X1(ii,1)