Đánh giá phương pháp phổ phản ứng trong tính toán tải trọng động đất lên nhà nhiều tầng có kết cấu không đều đặn và dễ xoắn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ THUẬN ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHỔ PHẢN ỨNG TRONG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT LÊN NHÀ NHIỀU TẦNG CĨ KẾT CẤU KHƠNG ĐỀU ĐẶN VÀ DỄ XOẮN C C R L T DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Đà Nẵng, năm 2021 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ THUẬN ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHỔ PHẢN ỨNG TRONG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT LÊN NHÀ NHIỀU TẦNG CÓ KẾT CẤU KHÔNG ĐỀU ĐẶN VÀ DỄ XOẮN C C R L T DU Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Mã số: 8.58.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG Đà Nẵng, năm 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi 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 Nguyễn Thị Thuận C C DU R L T MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: BỐ CỤC ĐỀ TÀI TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG ĐẮT 1.1.1 Định nghĩa: 1.1.2 Nguyên nhân 1.1.3 Đặc điểm 1.1.4 Sóng địa chấn truyền sóng .4 1.1.5 Cường độ động đất 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN KÉT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẠI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 1.2.1 Phương pháp tĩnh .7 1.2.2 Phương pháp động lực học CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN NHÀ CAO TẦNG CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT .8 2.1 GIẢ THUYẾT TÍNH TỐN 2.2 Phương pháp tính tốn 2.3 Sơ đồ tính toán 2.3.1 Sơ đồ phẳng tính toán theo hai chiều 2.3.2 Sơ đồ tính tốn khơng gian 10 2.4 Các bước tính tốn .10 2.5 Xác định tải trọng 10 2.5.1 Tĩnh tải .10 2.5.2 Hoạt tải 10 2.5.2.2 Các phương pháp tính tốn cơng trình chịu tải trọng động đất 12 2.6 Tổ hợp tải trọng 20 2.6.1 Tổ hợp tải trọng 20 2.6.2 Tổ hợp tải trọng đặc biệt 20 2.6.2.2 Tổ hợp hệ thành phần tác động động đất 22 2.7 Kiểm tra chuyển vị .24 2.7.1.1 Chuyển vị đỉnh 25 2.7.1.2 Chuyển vị lệch tầng 25 C C DU R L T CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA CƠNG TRÌNH DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 32 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 32 3.2 Số liệu phân tích 34 3.2.1 Vật liệu 34 3.2.2 Tải trọng 34 3.3 Các trường hợp phân tích 35 3.3.1 Trường hợp 35 3.3.2 Trường hợp 35 3.4 PHÂN TÍCH ĐỘNG ĐẤT TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH BẰNG PHẢN MỀM ETABS 35 3.4.1 Cơng trình 35 3.4.1.1 Mơ hình cơng trình phần mềm etabs 35 3.4.1.2 Khai báo tải trọng động đất .38 3.4.1.3 Phân tích mơ hình 38 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ C C DU R L T TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHỔ PHẢN ỨNG TRONG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT LÊN NHÀ NHIỀU TẦNG CĨ KẾT CẤU KHÔNG ĐỀU ĐẶN VÀ DỄ XOẮN Học viên: Nguyễn Thị Thuận Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 8.58.02.01 Khóa K37, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt Đề tài đánh giá, so sánh ứng xử kết cấu nhà cao tầng không đối xứng, tác động tải trọng động đất tính theo phổ phản ứng quy định tiêu chuẩn Kiểm tra lại xác phương pháp dựa vào so sánh với mơ hình phân tích trực tiếp phản ứng nhà tác động gia tốc thay đổi theo thời gian (time history analysis) Cơng trình mơ có kết cấu cao tầng (13 tầng) khơng đặn dễ xoắn Nội dung so sánh phương án phổ phản ứng lịch sử thời gian dựa số liệu chạy mơ hình Etabs lấy kết chuyển vị đỉnh chuyển vị lệch tầng • Kết cho thấy chuyển vị đỉnh theo lịch sử thời gian Max(Ux)=10.953mm, Max(Uy)= 12.59mm, theo phổ phản ứng Max(Ux)=10.471mm, Max(Uy)= 15.06mm • Kết cho thấy chuyển vị đỉnh theo lịch sử thời Min(Ux)=6.975mm, Min(Uy)= 11.821mm, theo phổ phản ứng Min(Ux)=8.922mm, Min(Uy)= 14.534mm Từ khóa: Tải động đất, phổ phản ứng, phương pháp lịch sử thời gian, gia tốc nền, hệ dễ xoắn SUMMARY OF THESIS C C R L T DU ASSESSMENT OF RESPONSE SPECTRUM METHOD IN EVALUATING TORSIONALLY FLEXIBLE TALL BUILDING STRUCTURES BEHAVIOUR SUBJECTED TO EARTHQUAKE LOAD Research, evaluation and comparison of the behavior of asymmetric high-rise buildings under the impact of earthquake load is calculated according to the reaction spectrum specified in the standard Re-check the accuracy of the method based on comparison with the direct analysis model of house reactions under the impact of time history analysis The structure is simulated to have a high-rise structure (13 floors) that is irregular and easy to twist The content of the comparison between reactive spectra and time history plans is based on data running the Etabs model to get results of vertex displacement and stratification •The results show that the peak displacement according to the history of time Max (Ux) = 10.953mm, Max (Uy) = 12.59mm, according to the reaction spectrum Max (Ux) = 10.471mm, Max (Uy) = 15.06mm • The results show that the peak displacement according to the history of Min (Ux) = 6.975mm, Min (Uy) = 11,821mm, according to the reaction spectrum Min (Ux) = 8.922mm, Min (Uy) = 14.534mm Keywords: Earthquake load, reaction spectrum, time history method, background acceleration, easy to twist system DANH MỤC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Thang cường độ động đất theo đặc trưng sóng Bảng 2.1 Các giá trị 2,i nhà cao tầng 22 Bảng 2.2 Giá trị củađể tính tốn 22 Bảng 2.3 Bảng giá trị Diaphram Rigid 29 Bảng 2.4 Bảng giá trị Diaphram Semi Rigid 29 Bảng 2.5 Dao động thứ 11 31 Bảng 3.1 Bảng thơng số cao tầng cơng trình 33 Bảng 3.2 Tải sàn bổ sung cho sàn phòng ăn, khách, ngủ, vệ sinh, 34 Bảng 3.3 Tải bổ sung cho sàn hành lang 34 Bảng 3.4 Chuyển vị đỉnh động đất – Phổ phản ứng 43 Bảng 3.5 Chuyển vị đỉnh động đất – Lịch sử thời gian 44 Bảng 3.6 Chuyển vị lệch tầng động đất – phổ phản ứng 47 Bảng 3.7 Chuyển vị lệch tầng động đất – lịch sử thời gian 48 D T U R L C C DANH MỤC HÌNH Số hiệu Tên hình hình Trang Hình 2.1 Mặt cơng trình 27 Hình 3.1 Mặt cơng trình khơng đối xứng 32 Hình 3.2 Mơ hình 3D tổng thể cơng trình 33 Hình 3.3 Mơ hình cơng trình phần mềm Etabs 36 Hình 3.4 Mặt sàn tầng 36 Hình 3.5 Cao độ cơng trình etabs 37 Hình 3.6 Giá trị phổ phản ứng Hải Châu – TP Đà Nẵng 39 Hình 3.7 Tạo phổ nhân tạo time history 40 Hình 3.8 Tạo phổ nhân tạo time history 40 Hình 3.9 Tạo phổ nhân tạo time history 41 Hình 3.10 Kết hợp phổ mục tiêu lịch sử thời gian theo phương X 41 Hình 3.11 Kết hợp phổ mục tiêu lịch sử thời gian theo phương Y 42 Hình 3.12 Biểu đồ tương quan giá trị chuyển vị (MaxUx) 45 Hình 3.13 Biểu đồ tương quan giá trị chuyển vị (MaxUy) 45 Hình 3.14 Biểu đồ tương quan giá trị chuyển vị (MinUx) 46 Hình 3.15 Biểu đồ tương quan giá trị chuyển vị (MinUx) 47 Hình 3.16 Giá trị Drift tải động đất (max) phương Ux 47 Hình 3.17 Giá trị Drift tải động đất (max) phương Uy 48 Hình 3.18 Giá trị Drift tải động đất (min) phương UX 50 Hình 3.19 Giá trị Drift tải động đất (min) phương UY 50 C C R L T DU MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Với tiến không ngừng khoa học công nghệ, công trình xây dựng giới nói chung Việt Nam nói riêng phát triển với cấp tiến chiều cao độ phức tạp Đặc trưng chủ yếu nhà cao tầng số tầng nhiều, độ cao lớn, trọng lượng nặng, chịu tác động tải trọng ngang Khi chiều cao cơng trình tăng mức độ phức tạp tính tốn thiết kế gia tăng theo Đặc biệt việc xác định phản ứng cơng trình trước yếu tố tác động điều kiện bên tải trọng gió, động đất, … Khi thiết kế cơng trình cao tầng, người thiết kế ưu tiên chọn mặt kết cấu C C có tính đối xứng Vì tính tốn cơng trình chịu tải trọng động, cần số dạng dao động phản ảnh hết phản ứng cơng trình R L T Thực tế số cơng trình nhà cao tầng yêu cầu kiến trúc, kỹ sư kết cấu khó bố trí thỏa mãn tiêu chí trên, mặt khơng đối xứng dẫn đến tâm DU cứng không trùng với tâm khối lượng, chịu lực ngang nhà có thêm chuyển vị xoắn Như dạng dao động tính tốn cơng trình chịu tải trọng động đất xét đến dao động xoắn Động đất thảm họa thiên nhiên có khả phá hủy vơ khủng khiếp, phá hủy thành phố, khu vực bị sụt lún hoàn toàn Gây hệ lụy to lớn cho người ảnh hưởng đến phát triển xã hội Cho đến việc dự đoán thời gian địa điểm diễn động đất tương đối xác khoa học kĩ thuật đương đại Vì mà người cần có biện pháp phịng ngừa nhằm giảm thiểu thiệt hại người, tài sản hệ lụy tất yếu động đất gây Với thảm họa động đất diễn thể giới cho thấy sức tàn phá vô khủng khiếp động đất việc chủ động phịng ngừa động đất điều cần thiết Vì mà cơng trình kháng chấn, cơng trình chịu động đất giải pháp hàng đầu nhằm hạn chế, giảm thiểu thiệt hại động đất gây cho người, xã hội Cơng trình kháng chấn, cơng trình chịu động đất cơng trình thiết kế với tải trọng động đất Chúng ta tính tốn tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng kiểm tra xác lại phương pháp mơ hình phân tích trực tiếp phản ứng nhà tác động cảu gia tốc theo thời gian Do việc tiến hành nghiên cứu đề tài “Đánh giá phương pháp phổ phản ứng tính tốn tải trọng động đất lên nhà nhiều tầng có kết cấu không đặn dễ xoắn” cần thiết Mục tiêu nghiên cứu đề tài: - Tính toán tải động đất theo phương pháp phổ phản ứng quy định tiêu chuẩn, phân tích dao động riêng nhà với mơ hình khơng gian có kể đến dao động xoắn - Kiểm tra lại tính xác phương pháp dựa vào việc so sánh với mơ hình phân tích trực tiếp phản ứng nhà tác động gia tốc thay đổi C C theo thời gian (Time history analysis) - Đề xuất phương pháp tính tốn hợp lý cho nhà có mặt không đặn, xoắn R L T nhiều nguy hiểm Đối tượng phạm vi nghiên cứu: DU - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, phân tích, tính tốn ứng xử kết cấu tác động động đất theo phương pháp phổ phản ứng, đề xuất phương án hợp lý - Phạm vi nghiên cứu: Ứng xử kết cấu nhà cao tầng không đối xứng tác động tải động đất Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Nghiên cứu ứng xử nhà cao tầng tác động tải trọng động đất theo phương pháp tính phổ phản ứng kiểm tra xác lại phương pháp mơ hình phân tích trực tiếp phản ứng nhà tác động cảu gia tốc theo thời gian lịch sử thời gian có ý nghĩa khoa học thực tiễn Kết nghiên cứu luận văn sử dụng: Tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành xây dựng trường Đại học Cao đẳngTài liệu tham khảo cho kỹ sư, cán kỹ thuật xây dựng Bố cục đề tài Mở đầu: Lý chọn đề tài 49 dr   0.0075h  0.0075.3600  27 Giá trị chuyển vị lệch tầng thỏa mãn điều kiện Biểu đồ giá trị Drift (Max) 60 Chiều cao H (m) 50 40 30 20 10 0 0.0001 0.0002 0.0004 Giá trị chuyển vị (mm) DU Phổ phản ứng X C C R L T 0.0003 0.0005 0.0006 0.0007 Lịch sử thời gian X Hình 3.16 Giá trị Drift tải động đất (max) phương Ux Biểu đồ giá trị Drift (Max) 60 Chiều cao H (m) 50 40 30 20 10 0 0.00005 0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0.0003 0.00035 0.0004 0.00045 Giá trị chuyển vị (mm) Phổ phản ứng Y Lịch sử thời gian Y Hình 3.17 Giá trị Drift tải động đất (max) phương Uy Với biểu đồ so sánh giá trị chuyển vị lệch tầng cao theo phương Ux, Uy nhìn 50 tổng quan giá trị chuyển vị lệch khác biệt Theo phương Ux, Uy: giá trị chuyển vị lệch tầng cao tính theo phương pháp lịch sử thời gian thấp phương pháp phổ phản ứng Biểu đồ giá trị Drift (Min) 60 Chiều cao H (m) 50 40 30 20 C C 10 R L T 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007 Giá trị chuyển vị (mm) DU Phổ phản ứng X Lịch sử thời gian X Hình 3.18 Giá trị Drift tải động đất (min) phương UX Biểu đồ giá trị Drift (Min) 60 Chiều cao H (m) 50 40 30 20 10 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 Giá trị chuyển vị (mm) Phổ phản ứng Y Lịch sử thời gian Y Hình 3.19 Giá trị Drift tải động đất (min) phương UY 51 Qua biểu đồ so sánh giá trị chuyển vị lệch tầng ta nhận thấy biểu đồ có hình dáng giống nhau, giá trị xét chênh lệch giá trị số lớn tính tốn thiết kế e So sánh phổ phản ứng lịch sử thời gian Dựa vào kết biểu đồ so sánh với cơng trình cao tầng, cơng trình có hình dạng khơng cân đối, tức có biến đổi lớn tâm khối lượng, tâm cứng Chuyển vị đỉnh phương pháp lịch sử thời gian có giá trị cao đạt 10.953 mm cao so với phương pháp phổ đạt 10.471 mm Chuyển vị lệch tầng phương pháp phương pháp lịch sử thời gian có giá trị cao đạt 0.000303 cao so với phương pháp phổ đạt 0.000286 mm Kết thu phương pháp lịch sử thời gian cho giá trị chuyển vị cao C C toàn diện so với phương pháp phổ Như cơng trình có kết cấu phức tạp, khơng đồng dễ xoắn, có thay R L T đổi tâm khối lượng, tâm cứng ứng dụng phương pháp lịch sử thời gian cho số liệu xác không áp dụng phương pháp phổ phản ứng trường hợp DU 52 KẾT LUẬN Các mục trình bày ví dụ tính tốn động đất nhà cao tầng: Cơng trình nghiên cứu nhà khơng có kết cấu khơng đặn dễ xoắn, kết cấu phức tạp, cơng trình có hình dạng khơng cân đối, tức có biến đổi lớn tâm khối lượng kết thu sau: Thực theo phương pháp tính tải động đất lên nhà cao tầng: phương pháp phổ phản ứng phương pháp lịch sử thời gian cho kết khác chênh lệch giá trị lớn Như trường hợp tính tốn cơng trình dùng phương pháp lịch sử thời gian không dùng phương pháp phổ phản ứng Nhận xét chung phương pháp: C C Thông qua phương pháp tính cơng trình chịu động đất, rút R L T số nhận xét sau Sự xác phương pháp phổ phản ứng, lịch sử – thời gian Kết tính tốn số mơ hình theo phương pháp phổ phản ứng, cho thấy DU ưu nhược điểm phương pháp cụ thể: Phương pháp phổ phản ứng phương pháp áp dụng cho tất loại cơng trình có kết cấu đơn giản đến phức tạp Phương pháp lịch sử thời gian phương pháp tính tốn phức tạp phương pháp thực tiễn dựa vào chép địa chấn diễn khứ vùng Chỉ áp dụng xác cho vùng, địa điểm diễn động đất khứ Còn vùng khơng có, hay chưa diễn việc ứng dụng tính tốn có phần phức tạp mang tính chất tham khảo Trong điều kiện nước ta chưa thể có đầy đủ băng gia tốc trận động đất xảy lịch sử, TCVN 9386:2012 cung cấp gia tốc tất khu vực nước đề tài xây dựng đường phổ phản ứng loại đất Có thể thấy phương pháp phổ phản ứng kết hợp phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương phương pháp đáng tin cậy phù hợp với điều kiện nước ta Tuy nhiên, tương lai, có đầy đủ băng gia tốc trận động đất xảy lịch sử phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian lại hữu hiệu cho việc tính toán TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCVN 2737:1995: Tải trọng tác động – Tiêu chuẩn thiết kế [2] TCVN 9386:2012: Thiết kế cơng trình chịu động đất [3] TCVN 5574:2012: Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế [4] Kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép – PGS.TS Lê Thanh Huấn Nhà xuất xây dựng 2007 [5] Kết cấu nhà cao tầng (Bản dịch) – W.SULLO Nhà xuất xây dựng 2008 [6] Động đất thiết kế công trình chịu động đất - Nguyễn Lê Ninh Nhà xuất xây dựng 2006 [7] Nhà cao tầng chịu tác động tải trọng ngang gió bão động đất – Mai Hà C C San Nhà xuất xây dựng 1991 [8] Hướng dẫn thiết kế kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép chịu động đất theo R L T TCXDVN 375:2006 [9] Heidelberg 2011 [10] DU Earthquake resitant building – M.Y.H Bangash Springer-Verlag Berlin International Handbook of Earthquake Engineering - Mario Paz Chapman & Hali, Inc 1994 [11] Reponse Spectrum Method in seismic analysis and design of structures – Ajaya Kumar Gupta Blackwell Scientific Publications, Inc 1990 [12] Seismic analysis of structures - T K Datta John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd 2010 C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ THUẬN ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHỔ PHẢN ỨNG TRONG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT LÊN NHÀ NHIỀU TẦNG CĨ KẾT CẤU KHƠNG ĐỀU ĐẶN VÀ DỄ XOẮN C C R L T DU Chuyên ngành : Kỹ thuật... nhà tác động cảu gia tốc theo thời gian Do việc tiến hành nghiên cứu đề tài ? ?Đánh giá phương pháp phổ phản ứng tính tốn tải trọng động đất lên nhà nhiều tầng có kết cấu không đặn dễ xoắn? ?? cần... tích, tính tốn ứng xử kết cấu tác động động đất theo phương pháp phổ phản ứng, đề xuất phương án hợp lý - Phạm vi nghiên cứu: Ứng xử kết cấu nhà cao tầng không đối xứng tác động tải động đất Ý