Phân tích khung thép phẳng có xét đến độ mềm của liên kết chịu tải trọng ngang thay đổi lặp có chu kỳ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG NGUYỄN QUỐC HÙNG PHÂN TÍCH KHUNG THÉP PHẲNG CĨ XÉT ĐẾN ĐỘ MỀM CỦA LIÊN KẾT, CHỊU TẢI TRỌNG NGANG THAY ĐỔI LẶP CÓ CHU KỲ LUẬN ÁN TIỄN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG NGUYỄN QUỐC HÙNG PHÂN TÍCH KHUNG THÉP PHẲNG CĨ XÉT ĐẾN ĐỘ MỀM CỦA LIÊN KẾT, CHỊU TẢI TRỌNG NGANG THAY ĐỔI LẶP CÓ CHU KỲ Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng Công nghiệp Mã số: 62.58.20.01 LUẬN ÁN TIỄN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Tiến Chương GS.TS Nguyễn Văn Phó Hà Nội 2010 PhÇn mở đầu 1) Tính cấp thiết đề tài luận án Ngày nay, kết cấu nhà khung thép sử dụng phổ biến lĩnh vực xây dựng công trình dân dụng công nghiệp Giải pháp sử dụng kết cấu thép cho phép rút ngắn thời gian xây dựng so víi tr­êng hỵp dïng vËt liƯu trun thèng nh­ bê tông, gạch đá Kết cấu thép gia công thành cấu kiện rời nhà máy công trường mang lắp dựng Tại công trình xây dựng, cấu kiện lắp ráp lại với phương pháp liên kết liên kết hàn, liên kết đinh tán, liên kết bu lông Cấu tạo nút liên kết có nhiều loại khác phụ thuộc vào yêu cầu chịu lực cấu kiện liên kết mặt cường độ, ổn định công sử dụng Liên kết dầm-cột cấu tạo từ nhiều phận riêng biệt như: thép góc chữ L, bu lông, thép sườn tăng cường Do đó, đặc điểm ứng xử liên kết phụ thuộc vào ứng xử phận liên kết Nhiều công trình nghiên cứu áp dụng qui trình thí nghiệm kiểu liên kết gia công lắp ráp phòng thí nghiệm Kết thu từ việc thí nghiệm tập hợp thành ngân hàng liệu, sở để xây dựng mô hình nghiên cứu đặc điểm quan hệ ứng xử liên kết Liên kết có ảnh hưởng nhiều đến làm viƯc cđa hƯ kÕt cÊu Quan niƯm thiÕt kÕ th­êng cho nút liên kết cứng khớp chưa đầy đủ Thực tế, khung thép có liên kết nửa cứng sử dụng phổ biến lĩnh vực xây dựng Đặc điểm ứng xử phi tuyến liên kết nửa cứng phụ thuộc vào trạng thái làm việc phức tạp phận cấu thành liên kết Bài toán đặt tải đơn giản đà nghiên cứu nhiều, ngoại lực gia tăng bước không đổi chiều để phân tích trạng thái làm việc kết cấu Tuy nhiên thực tế, ngoại lực tác dụng lên kết cấu thường có qui luật thay đổi, chẵng hạn tải gió động đất, tác dụng theo chiều ngược lại với biên ®é thay ®ỉi VÊn ®Ị tÝnh to¸n khung thÐp cã liên kết nửa cứng đà giới quan tâm nghiên cứu từ lâu đà đưa vào áp dụng thực tế tiêu chuẩn thiết kế số nước Các kết nghiên cứu giới tập trung vào nghiên cứu đặc điểm làm việc liên kết đưa mô hình ứng xử liên kết Việc nghiên cứu tính toán kết cấu có liên kết nửa cứng chủ yếu tập trung vào mô hình tuyến tính phi tuyến đàn hồi Các nghiên cứu chứng tỏ rằng, ứng xử liên kết có đặc tính phi tuyến đàn dẻo Nhiệm vụ đặt cho luận án nghiên cứu tính toán khung thép phẳng có liên kết nửa cứng theo mô hình phi tuyến đàn dẻo, chịu tác dụng tải trọng thay đổi; nhằm làm sáng tỏ làm việc kết cấu mà mô hình tính toán tuyến tính phi tuyến đàn hồi chưa phản ánh 2.Nội dung cấu trúc ln ¸n 2.1 Néi dung cđa ln ¸n Tỉng quan vỊ kÕt cÊu khung thÐp cã liªn kÕt nưa cøng Bài toán khung thép có liên kết nửa cứng vấn đề có từ lâu, đà nhiều tác giả khắp giới nghiên cứu giải phần theo thời gian Bao gồm công trình nghiên cứu đặc điểm ứng xử liên kết nửa cứng nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu lý thuyết Những công trình nghiên cứu mô hình ứng xử liên kết nửa cứng, nghiên cứu tính toán kết cấu thép có liên kết nửa cứng với mô hình ứng xử đàn hồi cho toán tĩnh lực động lực, mô hình ứng xử đàn dẻo cho toán tĩnh lực Một số nghiên cứu khác tập trung phân tích đặc điểm ứng xử liên kết nửa cứng dựa mô hình thí nghiệm chịu tải đơn điệu tải thay đổi lặp với nhiều dạng cấu tạo liên kết khác Luận án tập trung nghiên cứu tính toán kết cấu khung có liên kết nửa cứng chịu tác dụng tải ngang đơn điệu tải ngang thay đổi để nghiên cứu đặc trưng làm việc toàn kết cấu khung ảnh hưởng liên kết nửa cứng phi tuyến Xây dựng toán tổng quát khung thép có liên kết nửa cứng phi tuyến Thành lập ma trận ®é cøng phÇn tư, ma trËn ®é cøng kÕt cÊu có xét đến ảnh hưởng liên kết nửa cứng theo nguyên lý chuyển vị Xây dựng thuật toán để tính toán cho trường hợp kết cấu khung chịu tải trọng đứng tải ngang đơn điệu kể đến ảnh hưởng liên kết nửa cứng theo số mô hình ứng xử khác Tính toán kết cấu khung thép có liên kết nửa cứng chịu tải ngang tải trọng đứng không đổi Tính toán kết cấu khung thép có liên kết nửa cứng chịu tải lặp theo phương ngang, với mô hình ứng xử liên kết nửa cứng đàn dẻo Tính toán đẩy dần (Pushover) kÕt cÊu khung thÐp cã liªn kÕt nưa cøng chịu tải trọng đứng không đổi tải ngang tăng dần Tính toán kết cấu khung thép có liên kết nửa cứng có tham gia tải trọng đứng không đổi giải cho hai trường hợp: tải ngang đơn điệu tải ngang thay đổi lặp chu kỳ Xây dựng thuật toán lập trình chương trình tính ngôn ngữ Matlab có đủ độ tin cậy, áp dụng vào nghiên cứu thiết kế 2.2 CÊu tróc cđa ln ¸n Ln ¸n gåm cã chương không kể phần mở đầu kết luận chung luận án, danh mục tài liệu tham khảo phụ lục kèm theo Phần mở đầu, trình bày tính cấp thiết đề tài; mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu cấu trúc luận án Ch­¬ng 1, Tỉng quan vỊ kÕt cÊu khung thÐp cã liên kết nửa cứng, trình bày số công trình nghiên cứu liên quan tác giả nước Trình bày số kiểu liên kết nửa cứng phổ biến, liệu liên kết, đặc điểm mô hình ứng xử liên kết nửa cứng, phương pháp phân loại liên kết, đặc điểm ứng xử lặp liên kết nửa cứng Kết luận chương Chương 2, Tính toán khung thép phẳng có liên kết nửa cứng phi tuyến Xây dựng ma trận độ cứng phần tử, ma trận độ cứng kết cấu tổng thể, xây dựng véc tơ tải nút phần tử, phương trình cân bằng, tính toán cho trường hợp kết cấu thép có liên kết nửa cứng chịu tác dụng tải ngang tải trọng đứng không đổi với số mô hình ứng xử mô men-góc xoay liên kết Kết luận chương Chương 3, Tính toán khung thép có liên kết nửa cứng phi tuyến chịu tác dụng tải ngang thay đổi Giới thiệu toán, trình bày mô hình ứng xử mô mengóc xoay liên kết nửa cứng, số dạng tải ngang thay đổi áp dụng nghiên cứu Tính toán cho trường hợp kết cấu khung thép có liên kết nửa cứng chịu tác dụng tải ngang thay đổi lặp Kết luận chương 3 Chương 4, Tính toán khung thép có liên kết nửa cứng chịu tác dụng tải ngang lặp chu kỳ tải trọng đứng không đổi Giới thiệu toán, trình bày mô hình ứng xử lặp chu kỳ quan hệ mô men-góc xoay liên kết, xây dựng thuật toán tính toán đẩy dần (pushover) kết cấu khung thép có liên kết nửa cứng chịu tải trọng đứng không đổi tải ngang tăng dần không đổi chiều, xây dựng thuật toán tính toán đẩy dần lặp chu kỳ(cyclic pushover) kết cấu khung thép có liên kết nửa cứng chịu tải trọng đứng không đổi tải ngang đổi chiều Kết luận chương Kết luận kiến nghị luận án, nêu kết đóng góp khoa học luận án tồn tại, kiến nghị phương hướng cần nghiên cứu Phần phụ lục giới thiệu văn mà nguồn chương trình tính toán viết ngôn ngữ MATLAB Chương TỉNG QUAN vỊ kÕt cÊu khung thÐp cã liªn kÕt nửa cứng 1.1 Các nghiên cứu liên kết nửa cứng kết cấu khung thép Các công trình nghiên cứu liên kết nửa cứng kết cấu khung thép đà số tác giả thực từ năm 30 kỷ 20 giai đoạn này, nghiên cứu tập trung vào thí nghiệm phân tích qui luật ứng xử liên kết để từ xây dựng mô hình tính toán học Nhiều nhà nghiên cứu đà xem xét ảnh hưởng ®é mỊm liªn kÕt ®Õn øng xư cđa khung thÐp; Batho Rowan(1934) [74] đà đề xuất phương pháp đường thẳng dầm phổ biến để phân loại độ mềm liên kÕt Rathun (1936) [74] ®· xem xÐt ®é cøng cđa liên kết dùng cho phương pháp phân phối mô men Baker vµ Williams (1936) vµ Sourochnikoff (1950) [74] tËp trung vào nghiên cứu ảnh hưởng lắc khung có liên kết nửa cứng Các tác giả tiên phong việc áp dụng phương pháp ma trận độ cứng vào toán phân tích khung có liên kết nửa cứng Monforton Wu (1963) [84] Theo đó, việc xác định ma trận độ cứng cấu kiện véctơ tải trọng nút phần tử phụ thuộc theo độ cứng liên kết tuyến tính Những nghiên cứu khung có liên kết nửa cứng có sử dụng phương pháp ma trận độ cứng đúc kết nhiều nhà nghiên cứu Arbabi (1982), Jones (1982), Globle (1963), Lightfoot vµ LeMessurier (1974), Romstad vµ Subramanian (1970) [74] Frye Morris (1975) [82] tác giả xem xét mô hình liên kết phi tuyến khung thép Những kỹ thuật khác để kết hợp độ mềm liên kết vào chương trình tính toán phân tích đàn hồi không đàn hồi khung thép, xem xét trường hợp chuyển vị nhỏ chuyển vị lớn đà trình bày tác Al-Bermani vµ Kitipornchai (1992), Bijaard (1986), Galea (1988), Goto vµ Chen (1987), Liew et al (1993), Lui vµ Chen (1987), Pogg (1988), Shi vµ Atluri (1989) [74] Goto vµ Chen (1987) [32] đà trình bày phương pháp dựa vào máy tÝnh, cã thĨ øng dơng dƠ dµng vµo thùc tiƠn thiết kế liên kết mềm, sử dụng máy tính nhỏ ứng xử liên kết lên mô hình cách sử dụng trực tiếp liệu thí nghiệm đường cong phân tích sẵn có, trường hợp đơn giản mô hình đường thẳng hai đường thẳng Gerstle (1988) [32] đà đưa phương pháp thiết kế sử dụng máy tính để xem xét ứng xử thực liên kết, liên kết thể lò xo xoay Cosenza (1989) [74] phát triển phương pháp Gerstle đề xuất có kể thêm ảnh h­ëng cđa lùc däc Nee vµ Haldar (1988) vµ Halder Nee (1989) [74] kiến nghị sử dụng phần tử kích thước nhỏ để mô tả liên kết nửa cứng Phương pháp làm tăng số bậc tự ma trận độ cứng Thêm vào đó, Shi (1987) đà dùng lò xo xoay có đặc trưng phi tuyến phần tử liên kết độc lập mô hình liên kết mềm Lui Chen (1988) [32] đà nghiên cứu ảnh hưởng gi»ng vµ øng xư cđa khung nưa cøng Lee Basu (1989) [66] đà phân tích khung nửa cứng phương pháp độ cứng cát tuyến có kể đến ảnh hưởng biến dạng lớn Deierlein(1990) đà thực nghiên cứu số dựa phân tích tới hạn khung không gian có liên kết nửa cứng phương pháp rời rạc khớp dẻo phi tuyến; Hsieh Deierlein (1991) [66] đề xuất phương pháp phân tích kể đến ảnh hưởng phi tuyến liên kết Liên kết phần độc lập mô hình có độ dài không, hàm lũy thừa tham số sử dụng để mô ứng xử phi tuyến liên kết AlBermani Kitipornchai (1992) [80] đề xuất phương pháp kể đến ảnh hưởng độ mềm liên kết phân tích phi tuyến khung không gian Liên kết xem lò xo xoay, đặc điểm ứng xử phi tuyến mô cách sử dụng mô hình hàm số mũ Gần đây, Ho Chen(1993) [30] đà vận dụng phương pháp bước nhảy độ cứng cát tuyến kỹ thuật PTHH dựa chuyển vị cho phân tích khung nửa cứng không gian Yau Chan (1994) [30] kiến nghị mô hình chuỗi lò xo phức hợp, có kể đến ảnh hưởng dẻo độ mềm liên kết Dhillon OMalley (1999) [81] kết hợp phân tích khung kể đến ảnh hưởng biến dạng lớn độ mềm liên kết, phương pháp dùng việc kết nối với tiêu chuẩn Mỹ (LRFD 1993) Lo Stiemer (1996) [83] trình bày phương pháp phân tích khung phẳng có liên kết mềm theo mô hình Frye Morris, ma trận độ cứng có kể đến ảnh hưởng độ mềm liên kết, kết phân tích cho thấy ảnh hưởng đáng kể đến phân bổ nội lực kết cấu kể đến ứng xử nửa cứng liên kết Faella (2000) [31] ồng tác giả đà thực 28 loại liên kết tổ hợp từ tiết diện chữ T với thông số kích thước hình học khác gia tải lặp chu kỳ, đề xuất mô hình giải tích để mô tả ứng xử lặp liên kết bu lông với chữ T Xu (2001) [66] đề xuất phương pháp phân tích đà kể đến ứng xử mô men-góc xoay (M-) phi tuyến liên kết ảnh hưởng P- P- Kim Choi (2001) [30] đề xuất phương pháp phân tích khung không gian nửa cứng kể đến phi tuyến hình học vật liệu, ma trận độ cứng kể đến ảnh hưởng liên kết nửa cứng với đặc điểm ứng xử mô hình hàm tham số Kameshki Saka (2003) [74] trình bày phương pháp thiết kế tối ưu khung thép nhiều tầng có liên kết nửa cứng phi tuyến Việt Nam, công trình nghiên cứu [18] tác giả đà mô liên kết nửa cứng ba lò xo, hai lò xo thẳng đại diện cho hai chuyển vị thẳng, lò xo xoay đại diện cho chuyển vị xoay liên kết áp dụng với toán phân tích khớp dẻo tuyến tính hình học cho kết cấu Trong công trình nghiên cứu [13] tác giả đà trình bày phương trình mô men-góc xoay phần tử có liên kết nửa cứng phụ thuộc hệ số tỷ số độ cứng độ cứng nút, sau thiết lập công thức liên hệ nội lực chuyển vị hai đầu mút phần tử Trong công trình nghiên cứu [17] mô liên kết nửa cứng lò xo không trọng lượng có chiều dài không, thiết lập ma trận độ cứng hình học phần tử dầm có liên kết nửa cứng qua việc đề xuất phương pháp dùng tải trọng dọc trục cột đạt từ phân tích tuyến tính để xác định tải trọng dọc trục tới hạn hệ số chiều dài ảnh hưởng cột kết cấu khung Trong công trình nghiên cứu [16] tác giả đà dùng mô hình liên kết nửa cứng có ba lò xo (hai lò xo chuyển vị thẳng lò xo chuyển vị xoay), có kể đến vùng cứng vị trí dầm-cột, theo mô hình ba đường thẳng Bên cạnh việc tác giả tập trung thí nghiệm, xây dựng mô hình tính, nhóm tác giả khác dùng kết nghiên cứu để ảnh hưởng lợi ích việc sử dụng liên kết nửa cứng kết cấu xây dựng thực tế Năm 1987, tác giả Lindsey [66] đà mô tả quy trình thiết kÕ b»ng viƯc thiÕt kÕ khung cã liªn kÕt nửa cứng cho thấy rằng, khung với liên kết nửa cứng mang lại lợi ích kinh tế nhiều khung có kiểu liên kết thông thường tương ứng, việc ứng dụng thích hợp Năm 1988, Nethercot [66] đà đề xuất phương pháp kể đến ảnh hưởng độ mềm liên kết vào thực tiễn thiết kế cột đà cho thấy hiệu tiết kiệm rõ độ mềm liên kết xét đến Năm 1995, nhóm tác giả Kishi [32] đà nghiên cứu tác dụng việc sử dụng kết hợp liên kết nửa cứng cứng vào ứng xử công trình cao tầng tính khả thi việc sử dụng này, nhằm đạt hiệu kinh tế công trình cao tầng Dhillon OMalley (1999) [36] đà chứng tỏ thiết kế có hiệu kinh tế cao có xét đến liên kết nửa cứng Jaspart năm 2000 [66] đà xuất công trình nghiên cứu chung loại liên kết nửa cứng quan hệ ứng xử phi tuyến (M- ) Theo tác giả này, quy phạm thiết kế, cần có nhìn cân nhắc tất tính chất quan trọng liên quan đến liên kết nửa cứng để đạt sở lý luận khoa học mang lợi ích kinh tế cao Sekulovic Salatic năm 2001 [68] đà đề cập đến tầm quan trọng độ mềm liên kết việc nghiên cứu tác động độ mềm liên kết đến độ lệch khung phẳng chịu tải trọng tĩnh Sakurai Kyshiyama năm 2001 [66] đà nghiên cứu ảnh hưởng đặc điểm quan hệ góc xoay-mô men biến dạng khung ngang nhận thấy rằng, lắc ngang tăng lên với việc kể đến ứng xử liên kết, tải trọng giới hạn lượng suy giảm đáng kể với độ mềm liên kết Kameshki Saka năm 2003 [66] đà trình bày phương pháp thiết kế tối ưu khung thép cao tầng phi tuyến có liên kết nửa cứng Nghiên cứu cho thấy rằng, đặc điểm ứng xử thực liên kết xét đến kết tính toán thiết kế làm cho kết cấu nhẹ Hadianfard Razani năm 2003 [66] đà nghiên cứu tầm quan trọng việc kể ®Õn øng xư thùc cđa liªn kÕt nưa cøng phân tích Đồng thời số trường hợp lý tưởng hóa liên kết dẫn tới việc đánh giá thấp lực tác dụng độ lệch khung Hiện giới, số qui phạm thiết kế công trình kết cấu thép có kể đến độ mềm liên kết như: Quy phạm thiết kế theo sức bền (AISC, 1986, 1989), Qui ph¹m thiÕt kÕ theo øng suÊt cho phÐp (ASD), ThiÕt kÕ kÕt cÊu M« men- Gãc xoay nót M« men- Gãc xoay nót 4.6.2.2 Quan hệ mô men-góc xoay liên kết theo mô hình đường thẳng: Khung thép liên kết nửa cứng có chân cột liên kết cứng, chịu tải ngang thay đổi có qui luật: N=40, H0=-100kN, =+4.0kN, tải trọng đứng P=-100kN Đồ thị quan hệ mô men-góc xoay nút tầng: Mô men- Góc xoay nút Mô men- Gãc xoay nót T¶i ngang- Gãc xoay nót Tải ngang- Góc xoay nút 120 Mô men- Gãc xoay nót M« men- Gãc xoay nót T¶i ngang- Gãc xoay nót T¶i ngang- Gãc xoay nót M« men- Gãc xoay nót M« men- Gãc xoay nót T¶i ngang- Gãc xoay nót T¶i ngang- Gãc xoay nót 121 4.6.2.3 Quan hƯ mô men-góc xoay liên kết theo mô hình đường thẳng: Khung thép liên kết nửa cứng có chân cột liên kết khớp lý tưởng, chịu tải ngang thay đổi có qui luật: N=12, H0=-25kN, =-3.5kN, tải trọng đứng P=-75kN Đồ thị quan hệ mô men-góc xoay nút tầng: Mô men- Góc xoay nút Mô men- Gãc xoay nót T¶i ngang- Gãc xoay nót Tải ngang - Góc xoay nút Mô men- Góc xoay nót M« men- Gãc xoay nót 122 T¶i ngang - Gãc xoay nót T¶i ngang - Gãc xoay nót M« men- Gãc xoay nót Mô men- Góc xoay nút Tải ngang- Góc xoay nót T¶i ngang- Gãc xoay nót 4.7 KÕt luận chương Đà phân tích tĩnh đặc điểm làm việc khung thép phẳng có liên kết nửa cứng chịu tác dụng tải trọng đứng tải ngang thay đổi Dựa vào mô hình tái bền độc lập Kishi-Chen để đề xuất xây dựng mô hình ứng xử lặp chu kỳ theo đường đặc tính dạng đa tuyến (Eurocode 3) có dạng đường cong trơn (FryeMorris) Xây dựng thuật toán phân tích ứng xử lặp chu kỳ quan hệ trễ mô men-góc xoay liên kÕt Khi kÕt cÊu xem xÐt cã tÝnh ®èi xøng hình học chịu tác dụng tải ngang thay đổi, tranh làm việc hệ kết cấu (quan hƯ t¶i 123 ngang - gãc xoay, t¶i ngang - mômen, mômen-góc xoay) có tính đối xứng qua gốc toạ độ Trường hợp kết cấu khung chịu tác dụng tải ngang thay đổi tải trọng đứng không đổi, đặc điểm ứng xử liên kết hệ kết cấu có khác biệt ảnh hưởng tương tác tải trọng đứng tải ngang gây tượng gia tải giảm tải liên kết hệ khung, đặc điểm phân bố nội lực biến dạng hệ khung phụ thuộc vào độ lớn tải trọng đứng dạng tải ngang thay đổi Khi mét sè liªn kÕt nưa cøng hƯ khung có đặc điểm ứng xử đàn dẻo phi tuyến tương øng víi cÊp t¶i xem xÐt, hƯ kÕt cÊu khung ứng xử phi tuyến tồn ứng suất dư biến dạng dư sau cất tải, tranh làm việc hệ khung không đối xứng, dạng h×nh häc cđa kÕt cÊu cã xu h­íng lƯch so với vị trí ban đầu tích lũy biến dạng dư kết cấu Trường hợp chân cột khung có liên kết cứng lý tưởng, mô men phân phối vào liên kết đầu dầm dẫn đến quan hệ mô men góc xoay liên kết có đặc điểm ứng xử đàn dẻo gia số mô men nội lực tập trung phần lớn vào phần tử cột, tiết diện chân cột thay liên kết đầu dầm độ cứng liên kết giảm yếu liên kết làm việc miền đàn dẻo dẻo Trường hợp chân cột khung có liên kết khớp lý tưởng, liên kết nửa cứng đạt đến trạng thái ứng xử đàn dẻo dẻo, độ cứng góc xoay liên kết nhỏ không, kết cấu khung có xu hướng biến hình tất liên kết nửa cứng đầu dầm đạt đến trạng thái ứng xử dẻo (độ cứng góc xoay liên kết không, tương ứng với đường nằm ngang mô hình ba đường thẳng) 124 KếT LUậN Từ kết nghiên cứu, đối chiếu với mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu đà đề ra, cã thĨ rót c¸c kÕt ln chÝnh nh­ sau: Xây dựng mô hình thành lập ma trận độ cứng phần tử dầm có liên kết nửa cứng phi tuyến theo nguyên lý chuyển vị Xây dựng thuật toán phân tích toán khung thép phẳng có liên kết nửa cứng phi tuyến theo mô hình đàn dẻo (mô hình ứng xử mô men-góc xoay dựa theo mô hình Eurocode mô hình Frye-Morris) chịu tác dụng tải đơn điệu, tải ngang thay đổi lặp chịu tải trọng đứng tải ngang thay đổi lặp Lập chương trình phân tích kết cấu khung thép phẳng có liên kết nửa cứng phi tuyến theo mô hình đàn dẻo (mô hình ứng xử mô men-góc xoay dựa theo mô hình Eurocode mô hình Frye-Morris) chịu trường hợp gia tải khác ngôn ngữ Matlab để áp dụng vào nghiên cứu thiết kế Chương trình đảm bảo độ tin cậy sở kiểm tra so sánh với chương trình Sap 2000 số kết nghiên cứu luận án đà công bố Sử dụng chương trình lập để tính toán khảo sát kết cấu khung thép phẳng có liên kết nửa cứng phi tuyến theo mô hình đàn dẻo chịu tải ngang thay đổi, với mô hình ứng xử liên kết nửa cứng đàn dẻo Kết nghiên cứu cho thấy tranh làm việc kết cấu chịu tải ngang thay đổi phức tạp nhiều so với trường hợp gia tải đơn giản Nổi bật tích lũy cách liên tục biến dạng dư ứng suất dư kết cấu sau chu trình gia tải Trong kết cấu tồn trạng thái ứng suất biến dạng dư sau dỡ tải Đà sử dụng chương trình lập để tính toán khảo sát kết cấu khung thép phẳng có liên kết nửa cứng phi tuyến theo mô hình đàn dẻo chịu tải trọng đứng không đổi tải ngang thay đổi Kết nghiên cứu cho thấy tải trọng đứng đà ảnh hưởng đến làm viƯc cđa kÕt cÊu, lµm cho bøc tranh vỊ sù làm việc kết cấu phức tạp nhiều so với trường hợp kết cấu chịu tải trọng ngang thay đổi 125 Kiến nghị 1) Sử dụng mô hình đàn dẻo để tính toán kết cấu khung thép có liên kết nửa cứng chịu tải trọng thay đổi 2) Mở rộng nghiên cứu với toán có xét đến yếu tố phi tuyến hình học (P-), tượng mỏi, tượng Shakedown; toán động lực học; toán ổn định; toán kết cấu thép không gian có liên kết nửa cứng 126 DANH MụC báo CủA TáC GIả [1] Nguyễn Quốc Hùng, Nguyễn Tiến Chương Tính toán khung thép có liên kết nửa cứng phi tuyến Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 3/2007 [2] Nguyễn Quốc Hùng, Nguyễn Tiến Chương Tính toán khung thép có liên kết nửa theo mô hình đàn dẻo Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dùng 1/2008 [3] Ngun Qc Hïng, Ngun TiÕn Ch­¬ng ”TÝnh toán khung thép có liên kết nửa phi tuyến chịu tải trọng đứng tải ngang thay đổi Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 04/2008 [4] Nguyễn Quốc Hïng, Ngun TiÕn Ch­¬ng ”Analyzing plane steel frame with Nonlinear semi-rigid connection withstanded by Cyclic load” International Conference Solid and Mechanical Computer, 12/2008 [5] Ngun Qc Hïng, Ngun TiÕn Ch­¬ng Phân tích khung thép có liên kết nửa cứng chịu tải trọng lặp Tuyển tập công trình khoa học, Đại học Kiến trúc Hà Nội 2008 [6] Nguyễn Tiến Chương, Nguyễn Quốc Hùng Tính toán khung thép chịu tải ngang lặp chu kỳ với chân cột liên kết nửa cứng theo mô hình đàn hồidẻo Tuyển tập công trình khoa học, Đại học Kiến trúc Hà Nội - 2009 127 Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt [1] Đào Huy Bích (2000), Lý thuyết đàn hồi Nhà xuất đại học Quốc Gia Hà Nội [2] Đào Huy Bích (2004), Lý thuyết dẻo ứng dụng Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [3] Vũ Thành Hải (1998), Phân tích giới hạn kết cấu công trình, tài liệu giảng dạy sau đại học, Hà Nội [4] Vũ Thành Hải(1994), Phân tích kết cấu có liên kết mềm phi tuyến, Hội nghị khoa học công nghệ kết cấu xây dựng toàn quốc lần thứ III, Hà Néi 11/1994, tr 219-224 [5] Ngun TiÕn Ch­¬ng (2001), “TÝnh khung phẳng theo mô hình đàn hồidẻo, Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng, Hà nội 3/2001, tr.42-46 [6] Nguyễn Văn Phó, Lê Ngọc Thạch, Mai Châu Anh, Phân tích giới hạn ngẫu nhiên kết cấu, Tuyển tập công trình hội nghị học toàn quốc lần thứ VII, Hà Nội, ngày 6-7/12/2007, tr.388-401 [7] Vũ Thành Hải (1998), Phân tích kết cấu có liên kết mềm phi tuyến phương pháp dần, Hội nghị khoa học trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội, tr.109-113 [8] Nguyễn Văn Hợi, Võ Thanh Lương (2004), Phân tích phản ứng động đất nhà cao tầng dạng hệ có kể đến tính dẻo vật liệu ứng suất ban đầu kết cấu, Tuyển tập công trình hội nghị học toàn quốc, Cơ học vật rắn biến dạng lần thứ VII, Đồ Sơn, 2004, tr.277-284 [9] Đoàn Định Kiến, Nguyễn Văn Tấn, Phạm Văn Hội, Phạm Văn Tư, Lưu Văn Tường (1998), Kết cấu thép, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [10] Võ Thanh Lương (2006), Tính toán động lực học nhà cao tầng dạng kết cấu chịu tác dụng động đất có kể đến tính dẻo vật liệu, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Học viện kỹ thuật Quân sự, Hà Nội [11] Cao Văn MÃo (2005), Phân tích kết cấu khung phẳng có nút cứng liên kết mềm, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Thủy Lợi, Hà Nội 128 [12] Đoàn Tuyết Ngọc (2002), Hiệu ứng suất trước kết cấu khung đặc thép tầng, nhịp có dây căng kể tới đàn hồi nút khung, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội [13] Nguyễn Trâm, Đoàn Tuyết Ngọc, Phạm Văn Hội (1997), Phân tích nút nửa cứng kết cấu công trình, Tuyển tập công trình khoa học công nghệ, Đại học Kiến trúc Hà Nội, tháng 11/1997 [14] Nguyễn Trâm, Vũ Quốc Anh (2002), “HiƯu qu¶ kinh tÕ thiÕt kÕ khung thÐp cã xét đến độ đàn hồi liên kết, Tuyển tập công trình khoa học, Hội nghị học toàn quốc lần thứ VII, Hà Nội 11/2002, tr.603-609 [15] Bùi Công Thành, Phạm Hồng Thái (2006), Phân tích khung thép phẳng dạng ống với liên kết nửa cứng sử dụng số liệu thực nghiệm, Tạp chí Xây dựng-Bộ xây dựng, số 2/2006, tr.31-35 [16] Nguyễn Hồng Sơn (2006), Phân tích khung thép phẳng liên kết nửa cứng phi tuyến kể đến biến dạng dẻo vật liệu, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội [17] Vũ Quốc Anh (2003), Nghiên cứu phương pháp phân tích tính toán khung thép với liên kết đàn hồi, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội [18] Vũ Thị Thu Thủy (2002), Phân tích nội lực hệ phẳng có liên kết mềm tuyến tính, Hội nghị khoa học trường Đại học Thủy Lợi, Hà Nội, [19] TCXDVN 338-2005 (2005), Kết cấu thép-Tiêu chuẩn thiết kế, Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [20] TCXDVN 375-2006(2006),Thiết kế kháng chấn công trình-Tiêu chuẩn thiết kế, Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [21] Nguyễn Mạnh Yên (2000), Phương pháp số học kết cấu, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [22] Nguyễn Văn Hiệp (2003),Vấn đề tổ hợp tải trọng cho nhà cao tầng,Tạp chí Xây dựng, Bộ xây dựng, Hà Nội 3/2003, tr.21-24 129 [23] Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Đoàn Ngọc Tranh, Hoàng Văn Quang (1998), Kết cấu thép 2, công trình dân dụng công nghiệp Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội [24] Đoàn Tuyết Ngọc, Phạm Văn Hội, Nguyễn Trâm(1997),Phần tử nút tổng quát phân tích khung thép theo phương pháp số, Tuyển tập công trình khoa học Hội nghị học toàn quốc lần thứ VI Tài liệu tiếng Anh [25] CEN(1993):ENV1993-Eurocode 3: Design of Steel Structures [26] CEN(1998): Eurocode 8: Structures in Seismic Regions [27] CEN(1997): Eurocode Part 1.1: Joints in Building Frames (Annex J) [28] Robert o Disque, “Wind Connections with Simple Framing”, American Institute of Steel Construction, New york, N.Y July/1964 [29] N Kishi and W.F.Chen (1987) “Moment-rotation relations of semi-rigid connections” CE-STR-87-29, School of Civil Engineering Purdue Universitym West lafayette, In 47907 [30] Chan, S.L and Chui, P.P.T.(2000) “Non-linear Static and Cyclic Analysis of Steel Frames with Semi-Rigid Connections” 1st ed Oxford, United Kingdom: Elsevier Science Ltd, 336p [31] C Faella, V Piluso, G Rizzano ”TRUCTURAL STEEL SEMIRIGID CONNECTIONS” Theory, Design and Software, CRC Press 2000, Boca Raton - London - New York - Wasington, D.C [32] W.F Chen, E.M Lui." STABILITY DESIGN OF STEEL FRAMES CRC Press 2000, Boca Raton - Ann Arbor - Boston LonDon [33] Jan A.Konig, “Shakedown of Elastic-Plastic Structures”, Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences, Elsevier 1987 [34] Ali Ugur Ozturk and Mutlu Secer “An Investigation For Semi-Rigid Frames By Different Connections Models” Department of Civil Engineering, Dokuz Eylul University, Izmir, Turkey [35] Ali AHMED, Norimitsu KISHI, Ken-ichi MATSUOKA, and Masato KOMURO “Nonlinear Analysis on Prying of Top- and Seat-Angle 130 Connections” Dept of Civil Engineering, Muroran Institute of Technology, Japan Journal of Applied Mechanics Vol 4, pp 227-336 (August 2001) [36] Clinton O Rex, and Arvind V Goverdhan “Design And Behavior Of A Real PR Building” Ph.D, Stanley D Linsey and Associates Ltd., 2300 Windy Ridge Pkwy; Suite 200 South Atlanta, Georgia 30339, U.S.A.2005 [37] Luis CALADO and Elena MELE “Cyclic Behavior of Steel Beam-ToColumn Joints: Governing Parameters of Welded and Bolted Connections” DECivil, Instituto Superior Tecnico, Lisbon, Portugal and DAPS, Universitas degli Studi di Napoli 'Federico II', Naples, Italy 2003 [38] M.Komuro & N.Kishi “Quasi-static loading tests on moment-rotation behavior of top - and seat angle connections” Proceeding of the Conference on Behavior of Steel Structures in Seismic Areas, Naples, Italy, June 9-12, 2003 [39] M.Dumas, D.Beaulieu and A.Picard ,”Introduction of The true behavior of connections in structural steel analysis”, 5th Structural Specialty Conference of the Canadian Society for Civil Engineering, June 2-5, 2004 [40] E.Bayo “On the modelling of semi-rigid connections for global analysis and stability of frames”, ECCS TC-10 Meeting (Chicago Sept 2007) [41] G.Shi and S.N.Atluri, “Static and Dynamic analysis of Space frames with Non-linear Flexible Connections”, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol.28.2635-2650 (1989) [42] M.V Sivaselvan and A.M.Reinhorn, “Hysteretic Models for Cyclic Behavior of Deteriorating Inelastic Structures”, MCEER, 1999 [43] N.S Ottosen, “Nonlinear Kinematic Hardening under Non-Proportional Loading”, Riso-R-408, Denmark, July 1979 [44] NGOC SON NGO “Limit and ShakeDown Analysis by The p version FEM” School of Civil and Environmental Engineering, The University of New South Wales, Sydney, Australia, 06/2005 [45] M.Sekulovic, M.Nefovska-Danilovic, “Static inelastic analysis of steel frames with flexible connections” Faculty of Civil Engineering, University of Belgrade 131 [46] N.Kishi & M.Komuro, W.F.Chen, “Seismic respnse analysis of steel frame with mixed use of rigid and semirigid connections” Proceeding of the Conference on Behavior of Steel Structures in seismic areas, Naples, Italy 9-12, 2003 [47] Vladimir Ivanco, “Nonlinear finite element analysis” Faculty of Mechanical Engineering, Technical University of Kosice, Slovakia [48] John E Christopher and Reidar Bjorhovde, Semi-Rigid Frame Design “Methods for Practicing Engineers”, Engineering Journal/First quarter/1999 [49] Wang Xinwu, “Nonlinear Finite Element Analysis on the Steel Frame with Semi-rigid Connections”, ACACOS’08, Hangzhou, China, April 6-8, 2008 [50] Michel bruneau, Chia-Ming Uang, Andrew Whittaker, “Ductile Design of Steel Structures”, McGraw-Hill-1998 [51] Chen W.F, Richard Liew J.Y (2002), “The Civil Engineering Handbook”, CRC Press, Boca Raton, FL [52] Gun JinYun, Jamshid Ghaboussi, Amr S.Elnashai, “Modeling of Hysteretic behavior of Beam-Column connections based on Self-learning simulation”, Mid-America Earthquake center, August 2007 [53] Peter Pui Tak CHUI, Siu Lai CHAN, “Cyclic Resonse of Flexibly Jointed Frames”, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, 2000 [54] VU DUC KHOI, “Dual limit and Shakedown analysis of structure”, University of Liege, Doctoral Thesis, 2001 [55] W.M.Vrouwenvelder ”The plastic behaviour and the calculation of beams and frames subjected to bending”, Technical University Delft, March 2003 [56] Nicolae CHIRA and Pavel ALEXA, ”Stability in Semirigidity”, Technical University of Cluj-Napoca, Cluj-Napoca, 3400, Romania, April 2002 [57] M.M.Abdel-Ghaffar, A.A.Rashed, A.H.Mahmoud and Wai-Fah Chen, ”Sources of Nonlinearity and their contributions to Limit-Load analysis of Steel Frames”, CE-STR-95-18 132 [58] N.Kishi& M.Komuro; W.F.Chen, ”Seismic response analysis of steel frame with mixed use of rigid and semi-rigid connections”, Naples, Italy, June 9-12, 2003 [59] W.F.Chen & S.L.Chan, ”Second Order Inelastic Analysis of steel frames by Personal computers”, CE-STR-94-2 [60] M.komuro & N.Kishi, R.Hasan, ”Quasi-static loading tests on momentrotation behavior of top-and-seat-angle connections”, Naples, Italy, June 9-12, 2003 [61] Yuxin Liu, ”Progressive Failure Analysis of Steel Building Structures under Abnormal Loads”, Doctor of Philosophy, University of Waterloo, 2007 [62] Seung Eock Kim and Wai-Fah Chen, ”Practical advanced analysis for semi-rigid frame design”, CE-STR-95-17 [63] Daniel Grecea, Aurel Stratan, Dan Dubina, ”Plastic rotation capacity of [64] MR beam-to-column joints under cyclic loading”, ECCS-TC10-03-528 Vladimir Ivanco, PhD, ”Nonlinear finite elemnent analysis”, Technical University of Kosice, Slovakia, June 2006 [65] Peter Nedli, Alain Lachal “Elastic-Plastic optimum design of frames taking into account semi-rigid connections” Civil Engineering-Periodica polytechnica 2007 [66] Yuxin Liu, Lei Xu, “Nonlinear analysis of steel frameworks with semi rigid connections”, University of Waterloo, Ontario, Canada, 2008 [67] John B mander, Gokhan Pekcan and Stuarts.Chen,” Low-cycle variable amplitude fatigue Modeling of Top-and-Seat angle connections”, Engineering Journal, 1995 [68] Miodrag Sekulovic, Ratko Salatic, “Nonlinear analysis of frames with flexible connections”, Computers & Structures, Elsevier Science Ltd 2001 [69] N.Kishi, W.F.Chen, Y.Goto and K.Matsuoka, ”Analysis program for design of flexibly jointed frames” CE-STR-91-26 [70] Wai Fah Chen, “Frames with partially restrained connections (semi rigid frames)”, CE-STR-98-8 133 [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] J.Y.Richard Liew, W.F.Chen, H.Chen,”Advanced inelastic analysis of frames structures” Elsevier, Journal of constructional steel research 55(2000) 245-265 M.Sekulovic, M.Nefovska-Danilovic,”Static inelastic analysis of steel frames with flexible Connections”, Theoret.Appl.Mech.,Vol.31,No.2, pp.101-134, Belgrade 2004 Sermin oguz, ”Evaluation of pushover analysis procedures for frame structures”, Middle east technical university, April 2005 Madmoud Hassan EI-Boghdadi, ”Elastic plastic analysis of Semi rigid Industrial frames”, Doctor of Philosophy, King Fahd University of Petroleum & Minerals, Dhaaran, Saudi Arabia, 1998 Leigh Manson, ”Analysis and Comparion of Connection in Steel Structures”, Massachusetts Institute of Technology, June 2007 Fengfeng Zhou, “Model-Based Simulation of Steel with Endplate Connections”, Doctor of Philosophy, Univerity of Cincinnati, Ohio, June 8, 2005 M.Soares Filho, J.LV Brito, “Wind Pressures in Framed Structures with Semi-rigid Connections”, Technical Editor Edgar Nobou Mamiya, Vol.XXVI, No2, April-June-2004 Mahmood MD Tahir, Shahrin Mohammad, Nordin Yahya,”Economic Aspects of the use of Partial and Full strength joints on Multi storey unbraced steel frames”, Faculty of Civil Engineering, Universiti Teknologi Malaysia, 2006 Bjorovde, R., Colson, A.& Brozzet, J.(1990) “Classification System for Beam-to-Column Connections” J.Struct.Engrg.ASCE Al-Bermani, G.A.&Kitipornchai, S.(1992).”Elastoplastic Nonlinear Analysis of Flexibly Jointed Space Frames” J.Struct.Engrg.ASCE Dhillon, B.S.&O’Malley, J.W.(1999) “Interactive Design Of Semi Rigid Steel Frames”.J.Struct Engrg.ASCE Frye, M.J & Morris, G.A.(1975) ”Analysis of Flexibly Connected Steel Frames” Can.J.Civ.Eng Lo, D.S.K & Stiemer,S.F.(1995) “A Practical Method for Incorporating Flexible Connections in Plane Frame Analysis” Can.J.Civ.Eng Monforton, A.R and Wu,T.S.(1963) “Matrix analysis of Semi-rigidly connected frames” Journal of Structural Division,ASCE.87 134 ... KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG NGUYỄN QUỐC HÙNG PHÂN TÍCH KHUNG THÉP PHẲNG CĨ XÉT ĐẾN ĐỘ MỀM CỦA LIÊN KẾT, CHỊU TẢI TRỌNG NGANG THAY ĐỔI LẶP CÓ CHU KỲ Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng Công nghiệp... kết cấu khung thép phẳng có liên kết nửa cứng chịu tác dụng tải ngang thay đổi phức tạp, tải ngang lặp chu kỳ để mô tả làm việc kết cấu, từ phân tích qui luật thay đổi biến dạng liên kết đặc... khung thép có liên kết nửa cứng chịu tải trọng đứng không đổi tải ngang tăng dần Tính toán kết cấu khung thép có liên kết nửa cứng có tham gia tải trọng đứng không đổi giải cho hai trường hợp: tải