Mục đích của Luận án nhằm nghiên cứu ứng xử của khung BTCT có TXC bằng gạch bê tông khí chưng áp AAC (Autoclaved Areated Concrete), xác định các giới hạn để có thể kể đến ảnh hưởng độ cứng của TXC trong tính toán thiết kế kết cấu dạng khung nhà chịu lực, tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng công trình. Mời các bạn cùng tham khảo!
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐINH LÊ KHÁNH QUỐC ỨNG XỬ CỦA KHUNG PHẲNG BÊ TƠNG CỐT THÉP CĨ TƯỜNG XÂY CHÈN DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG NGANG Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng công nghiệp Mã số chuyên ngành: 62582001 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH 2017 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG – HCM Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS BÙI CÔNG THÀNH Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS NGUYỄN VĂN YÊN Phản biện độc lập 1: PGS.TS TRƯƠNG HỒI CHÍNH Phản biện độc lập 2: PGS.TS LÝ TRẦN CƯỜNG Phản biện 1: GS.TS PHAN QUANG MINH Phản biện 2: PGS.TS NGUYỄN VĂN HIỆP Phản biện 3: TS NGUYỄN VĂN HIẾU Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp vào lúc ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp HCM - Thư viện Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG-HCM Mở đầu Tính cần thiết đề tài nghiên cứu Khung bê tơng cốt thép (BTCT) có tường xây chèn (TXC) gồm hai cấu kiện có đặc trưng lý khác Tường xây chèn có độ cứng ngang lớn độ bền thấp, đặc tính dịn, ngược lại khung BTCT có độ cứng ngang nhỏ “độ dẻo” lớn nhiều lần TXC Tính tốn khung có TXC tích hợp nhiều tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn giới СНиП_62 (Nga), CENTechn Comm 1994-95 (Châu âu), ATC40 -1996 (Mỹ), FEMA 356-2000 (Mỹ), CSA S304 1-04-2004 (Canada) song nhìn chung đến tính tốn, thiết kế cơng trình bỏ qua độ cứng tường xây chèn xem tường xây chèn tải trọng Điều dẫn đến sai số lớn gây nên lãng phí chi phí đầu tư xây dựng cơng trình có nhiều TXC chung cư, bệnh viện, trường học… Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Mục đích đề tài nhằm nghiên cứu ứng xử khung BTCT có TXC gạch bê tơng khí chưng áp AAC (Autoclaved Areated Concrete), xác định giới hạn để kể đến ảnh hưởng độ cứng TXC tính tốn thiết kế kết cấu dạng khung nhà chịu lực, tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng cơng trình Nhiệm vụ đề tài thiết lập công thức quy đổi tường xây chèn thành chéo tương đương dùng mô kết cấu khung chèn giai đoạn đàn hồi đề xuất mơ hình phân tích ứng xử khung chèn giai đoạn sau đàn hồi Tiến hành thực nghiệm kiểm chứng độ tin cậy công thức quy đổi mơ hình tỉ lệ lớn với điều kiện biên khác So sánh khả chịu tải ngang, mức độ tiêu tán lượng mô hình thực nghiệm khung có tường xây chèn với với khung khơng chèn Thiết lập quy trình tính tốn thiết kế khung BTCT có kể đến độ cứng tường xây chèn giai đoạn đàn hồi sau đàn hồi Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu dạng nhà khung bê tơng cốt thép có tường xây chèn chịu tác động tải trọng ngang (gió, động đất…) Phạm vi nghiên cứu xét đến chiều cao cơng trình hay số tầng giới hạn cho độ cứng khung bê tông cốt thép không lớn so với độ cứng mặt phẳng tường Mục đích giới hạn để kiểm sốt trình tự phá hủy cơng trình, phát huy hiệu làm việc kết hợp tường xây chèn khung bê tông cốt thép Phương pháp nghiên cứu Thiết lập mơ hình tính tốn khung có tường xây chèn phương pháp quy đổi tương đương Sử dụng phần mềm kỹ thuật thông dụng ANSYS, SAP2000 mô ứng xử hệ khung – tường xây chèn mơ hình tương đương phần tử lớn (Macro) Thẩm định độ tin cậy mơ hình tương đương đề xuất theo cách tiến hành thực nghiệm mẫu khung bê tơng cốt thép có điều kiện biên tiếp xúc khác với TXC tỉ lệ lớn Nội dung cấu trúc luận án Luận án gồm phần mở đầu, kết luận & kiến nghị, chương phụ lục Nội dung chủ yếu chương tóm tắt sau: Chương I Tổng quan nghiên cứu nước liên quan đến khung có TXC Ứng xử đàn hồi với mơ hình chéo tương đương số công thức xác định bề rộng số nhà nghiên cứu đề xuất Ứng xử sau đàn hồi với mơ hình tam tuyến tính đa tuyến tính Định nghĩa khái niệm TXC đầy đủ không đầy đủ Chương II Thiết lập mơ hình chéo tương đương ba đoạn thay TXC dựa khái niệm dầm đàn hồi Winkler cho TXC đầy đủ không đầy đủ Đề xuất mơ hình đa chéo tương đương (Multi-strut) sử dụng phân tích Pushover xác định đường cong khả hệ Đề xuất dạng TXC cải tiến nâng cao khả chịu tác động ngang khung có tường xây chèn Phân tích phản ứng khung BTCT có TXC tác động động đất Chương III Mô tả thực nghiệm kiểm chứng gồm khung BTCT có TXC gạch khí chưng áp AAC tỉ lệ lớn (1/2) với biên tiếp xúc khác TXC khung Tải trọng ngang dùng thực nghiệm tham chiếu tiêu chuẩn ACI 374.2R-13 Báo cáo kết thực nghiệm gồm ứng xử theo cấp tải, dạng phá hủy TXC, biểu đồ quan hệ lực ngang – drift, biểu đồ biến dạng – thời gian vị trí lắp SG TXC khung, biểu đồ tiêu tán lượng cộng dồn, biểu đồ tỉ số lượng đầu vào lượng tiêu tán Chương IV Bàn luận so sánh kết thực nghiệm mơ sử dụng mơ hình quy đổi tương đương thay TXC chéo tương đương ba đoạn giai đoạn đàn hồi phân tích Push-over với mơ hình đa chéo giai đoạn sau đàn hồi phần mềm SAP2000 – V15, xác định giới hạn mơ hình Kết luận & kiến nghị Nêu bật đóng góp khoa học, thực tiễn góc khuất cần tiếp tục nghiên cứu, phát triển đề tài Phụ lục Minh họa tính tốn khung xây chèn có khơng kể đến độ cứng TXC qua cho thấy ưu điểm nhược điểm hai mơ hình tính Mơ tả chi tiết q trình chế tạo mẫu thực nghiệm kiểm sốt chất lượng vật liệu đầu vào Các kết xác định tính chất học vật liệu thép, bê tơng, vữa xây tô, khối xây gạch AAC hệ số sử dụng mơ hình quy đổi tương đương: Hệ số Winkler, góc truyền lực gạch AAC Các đóng góp khoa học thực tiễn luận án Các kết nghiên cứu luận án cơng bố số tạp chí, hội thảo khoa học nước gồm: báo (3 tạp chí quốc tế, có hai đăng tạp chí SCIE), hội thảo (1 hội thảo quốc tế) với số kết sau: Đề xuất mơ hình tương đương thay tường xây chèn chéo chịu nén tiết diện thay đổi (ba đoạn) tương ứng với điều kiện tiếp xúc khác TXC khung bê tông cốt thép Đề xuất mơ hình đa chéo chịu nén dùng phân tích Pushover để đánh giá khả chịu tải sau đàn hồi hệ khung –TXC Tiến hành thực nghiệm kiểm chứng mơ hình tương đương đề xuất dạng TXC cải tiến nâng cao hiệu chịu tác động ngang hệ khung – TXC Phân tích, rõ số nhược điểm, sai số mơ hình tính tốn khơng kể đến độ cứng TXC, qua cho thấy ảnh hưởng đáng kể độ cứng TXC tính tốn thiết kế số dạng cơng trình thực tế Chương I Tổng quan nghiên cứu nước 1.1 Ứng xử đàn hồi Kết cấu khung có tường xây chèn nghiên cứu từ nửa cuối kỷ 20, khởi đầu Polyakov (1960) Dựa nghiên cứu thực nghiệm, Polyakov đề xuất quy đổi tương đương tường xây chèn khung chống chéo chịu nén túy, nối từ điểm đặt lực đến góc đối diện (hình 1.1) Hình 1.1 Mơ hình quy đổi TXC thành chéo tương đương Mơ hình quy đổi dựa số giả thuyết sau: (i) TXC đồng đẳng hướng; (ii) Nút khung cứng, không bị biến dạng; (iii) TXC khung xung quanh tiếp xúc kín khít bốn mặt Tiếp nối Polyakov nhiều tác giả tiếp tục nghiên cứu đề xuất công thức khác xác định bề rộng quy đổi tương đương (Bảng 1.1) Bảng 1.1 Một số công thức xác định bề rộng chéo tương đương Stt Tên công thức & Công thức tiêu chuẩn 2P l.t Dc Polyakov (1960) Dc 11,9.10 6 ( 2) 2,93 ; l h Homes (1961) Wds d Wo h2 l2 ; h ; l 2h l Smith and Carter (1962) Mainstone (1971) Liauw and Kwan (1984) h E w d sin 2 4.E f I c h l E w d sin 2 4.E f I b l Wds 0,175 l h h h 0,4 0,95h cos Wds h h Wds (lbh hcl ) Ly Tran Cuong (1991) 1 hc arctg mc 1 2mc h lb mb mb sin 2 2l.h k0 bb E0 J b mc k0 bc E0 J c d Paulay and Priestley (1992) Wds Cheng (1995) 1 Wds 16 sin 1 tg 15 Eurocode (1998) Ww 0,15d 10 MSJC-2010 Winf l 0,3 strut cos strut Em t sin 2 4.Ec I c h 1.2 Ứng xử sau đàn hồi Trong thực tế tác động tải trọng ngang, TXC khung sớm bị nứt độ bền thấp phản ứng sau đàn hồi chi phối tồn q trình ứng xử Một số nghiên cứu tiêu biểu phản ứng sau đàn hồi sau: Ibarra cộng (2005) Ibarra cộng (2005) đề xuất quy luật tam tuyến tính dựa thực Lực ngang nghiệm để mô ứng xử sau đàn hồi khung có TXC (hình 1.10) Chuyển vị ngang tương đối tầng /h Hình 1.10 Mơ hình tam tuyến tính Ibarra cộng (2005) Rodrigues cộng (2010) Phát triển quy luật tam tuyến tính Ibarra cộng sự, Rodrigues cộng (2010) đề xuất ứng xử khung có TXC theo quy luật đa tuyến tính gồm thơng số (hình 1.11) Hình 1.11 Mơ hình đa tuyến tính Rodrigues cộng 1.3 Nhận xét bàn luận Dựa quan sát thực tế thi công, Tác giả nhận thấy giả thuyết thứ (iii): “TXC khung xung quanh tiếp xúc kín khít” sau gọi TXC đầy đủ khó thực hoàn toàn bốn mặt tiếp xúc khung TXC Hầu tồn khe hở mặt dầm khung mặt TXC (hình 1.12), bề rộng khe hở khoảng 2-5mm tùy thuộc vào tay nghề công nhân biện pháp thi công Công đoạn thi công lớp tơ tường phủ qua khe hở nên nhìn bên ngồi khơng thấy tồn khe hở bên loại TXC phổ biến thực tế Khe hở dầm khung BTCT tường xây chèn (a) TXC gạch đất sét nung (b) TXC gạch AAC Hình 1.12 Ảnh đoạn tường xây chèn không đầy đủ thực tế Chương II Thiết lập mơ hình tính 2.1 Bài tốn đàn hồi, mơ hình chéo tương đương ba đoạn 2.1.1 Khung có TXC đầy đủ Xét khung BTCT nhịp, tầng chịu tải trọng ngang nút hình 2.1a (a) (b) Hình 2.1 Khung BTCT nhịp, tầng Bỏ qua biến dạng dọc (dầm) BC, khung rời rạc thành cấu kiện AB, BC CD với nội lực tương ứng hình 2.1b Giả thuyết giai đoạn đàn hồi, quy luật phân phối mơ men khung có TXC tuân theo quy luật phân phối mô men khung khơng có TXC, tốn khung có TXC quy thành toán đơn lẻ dầm đàn hồi (hình 2.2) Hình 2.2 Rời rạc khung có TCX thành tốn dầm đàn hồi Phương trình đường đàn hồi tổng quát y IV ( x ) m y ( x ) (2.1) Trong đó: m4 t.k0 EJ (2.2) Xét thấy CD có khung hướng tách khỏi TXC nên bỏ qua ảnh hưởng nó, Bỏ qua biến dạng dọc AB nên Q=0 BC nên Q1=0 Giới hạn phạm vi nghiên cứu khung BTCT có độ cứng kháng uốn dầm cột không lớn để đảm bảo chiều dài dầm l chiều cao h cột thỏa đẳng thức sau: l.ml h.m h (2.3) Theo lý thuyết dầm đàn hồi, đặc trưng thỏa đẳng thức (2.3) xem AB vô hạn đầu A, BC vô hạn đầu C Mặc khác mô men đầu C có khuynh hướng tách BC khỏi TXC nên bỏ qua ảnh hưởng với TXC Sơ đồ tính AB BC đơn giản hóa hình 2.3 Nghiệm tổng qt phương trình (2.1) có dạng y ( x ) C1e mx cos mx C2 e mx sin mx C3 e mx cos mx C4 e mx sin mx (2.4) Pth Ew J ld2 Wef 0,25.S f w E wt f w (l h ) (2.39) W W (2.40) 2.3 Bài toán tổng quát khung phẳng BTCT nhiều nhịp, nhiều tầng có tường xây chèn Tác giả luận án đề xuất phương pháp tổng quát giải tốn để tăng độ xác lời giải (sau gọi phương pháp nhiều tầng) 2.3.1 Tường xây chèn đầy đủ Bề rộng chống chéo ba đoạn tương đương tầng c( km)l 'km d ( km)h'km We,c ( km) Wm,c( k m) 2 l 'km h'km c( k m) l ' k m d ( k m) h' k m l ' k2 m h' k2 m mc( k m) d (km) (h' k m c( k m) ) (l ' k m d ( k m) ) tg l ' k2 m h' k2 m h' k m l'k m t.k0 ; EJ c( k m) 0,785 ; md ( km) md ( k m) t.k0 EJ d ( k m) c( k m) arccos( Ck m ) mc( k m) (2.50) (2.51) (2.52) (2.53) 2.3.2 Tường xây chèn không đầy đủ Bề rộng chống chéo tương đương tầng h' k m c( k m) We,ic( k m) c( k m) cos arctg( ) l'k m h' k m c( k m) Wm,ic( k m) cos arctg( ) ( c( k m) tg ) l'k m t.k0 m c( k m) 4 EJ c( k m) c( k m) arccos( Ck m ) mc( k m) (2.56) (2.57) (2.58) (2.59) 2.3.3 Điều kiện sử dụng hk.mc(km) (3/4) l(m-1).md(km) (3/4) hk chiều cao tầng thứ k; l(m-1) chiều rộng nhịp khung thứ (m-1) 11 (2.60) 2.4 Bài tốn sau đàn hồi, mơ hình đa chéo tương đương 2.4.1 Phân tích đẩy dần tĩnh phi tuyến (Pushover) Phân tích đẩy dần tĩnh phi tuyến thuật toán sử dụng phổ biến nay, tải trọng ngang tăng đơn điệu với gia số cố định tải trọng đứng không đổi đến đạt chuyển vị mục tiêu lực cắt đáy quy ước Các đặc tính phi tuyến vật liệu, phi tuyến hình học, phi tuyến liên kết… kể đến thơng qua bước tính tốn 2.4.2 Mơ hình khớp dẻo tập trung (Concentrated Plasticity Hinges) Khi nội lực mặt cắt vị trí phần tử đạt đến giới hạn quy ước, khớp dẻo hình thành ví trí đó, vị trí khác xem cịn làm việc miền đàn hồi, phương trình gia số biểu diễn sau: S Kep d K ep K (2.61) K G.G T K (2.62) G T K G Hình 2.10 Mặt dẻo tiết diện ngang phần tử (Nguồn CSI 2000) Tùy thuộc giá trị nội lực mặt cắt ngang, mơ hình khớp dẻo tập trung có ba cấp phản ứng (FEMA 356-2000) gồm: (1) IO: Immediate Occupancy (Cấp độ ban đầu) ; (2) LS: Life Safety (Cấp độ an toàn) ; (3) CP: Collapse Prevention (Cấp độ phịng chống sụp đổ) (hình 2.11) Hình 2.11 Quan hệ lực – biến dạng khớp dẻo phân tích Pushover 12 2.4.3 Mơ hình đa chéo tương đương (Multi – Strut) TXC chia thành dải chéo (hình 2.16a), dải chéo thay chéo chịu nén túy tương đương (hình 2.16b) a Các dải chéo TXC b Các chéo tương đương Hình 2.16 Mơ hình đa chéo tương đương (Multi-Strut) Bề rộng dải chéo mơ hình đa chéo xác định trung bình cộng bề rộng tiết diện đầu chéo ba đoạn Wmlt 0,5(We(cm,icm) Wm(cm,icm) ) (2.66) Vị trí chéo xác định theo công thức (2.67) Wmlt X n n sin X n l Wmlt Ym m cos Ym h (2.67) Hình 2.17 Vị trí chéo mơ hình đa chéo tương đương 2.4.5 Liên kết Gap-element, mô khe hở TXC khung Tại vị trí tiếp giáp TXC dầm khung bên tồn khe hở thi công phân tích chương I, ảnh hưởng khe hở đến tương tác TXC khung mơ phần tử Gap-element (hình 2.20) 13 b Có khe hở rộng ban đầu a Khơng có khe hở ban đầu Hình 2.20 Phần tử liên kết Gap-element đầu chéo tương đương 2.5 Một dạng tường xây chèn cải tiến, phản ứng khung chèn tải trọng động đất 2.5.1 Một dạng TXC cải tiến Tác động ngang Khung chèn Tường chèn nứt Khung Hệ hư hỏng Hình 2.23 Sơ đồ chịu tải khung có tường xây chèn thơng thường Khi khung có TXC chịu tác động ngang, trước tiên tường xây chèn tiếp nhận hầu hết lực có độ cứng ngang lớn nhiều lần so với khung sớm bị nứt độ bền nhỏ, khả khung BTCT chưa huy động nhiều dạng phá hủy gần tuần tự, bắt đầu TXC bị phá hủy (nứt) trước đến khung BTCT (phá hủy dạng đôminô) Đề nâng cao khả chịu tác động ngang KXC sau gọi KXC cải tiến, lưu đồ chịu tải hình 2.23 tác giả đề xuất thay đổi lưu đồ hình 2.24 Tác động ngang Khung chèn Khung Tường chèn nứt Hệ hư hỏng Hình 2.24 Sơ đồ chịu tải khung có tường xây chèn cải tiến Giải pháp đề xuất tạo khe hở ban đầu cột khung tường xây chèn góc khung dọc theo cạnh cột để phá bỏ tạo thành chống chéo, lực ban đầu chủ yếu khung tiếp nhận sau chuyển sang TXC Ứng xử TXC tn theo hai giai đoạn mơ tả hình 2.26a 2.26b 14 a Thanh xiên tương đương (GĐ1) b Thanh chéo tương đương (GĐ2) Hình 2.26 Các giai đoạn ứng xử khung xây chèn cải tiến 2.5.2 Xác định bề rộng khe hở + Đảm bảo khung làm việc đàn hồi drift 0,65% 0,0065h h (2.68) + Ứng xử khung phải giai đoạn làm việc bình thường (operational occupancy) – (tham chiếu hình 3.5 & bảng 3, ACI 374.2R-13) 1 drift h 0,5% h (2.69) Bề rộng khe hở xác định sau: (3.2) 0,5 0,5 x0,0065h 0,00325h (2.70) 2.5.3 Xác định chiều dài đoạn khe hở L Xác định qua dải tiếp xúc góc TXC theo hai phương cột h dầm l xác định chương II (hình 2.4) L= min(h, l) (2.71) Như vậy, mơ hình tính tốn TXC cải tiến gồm xiên chéo với liên kết “gap element” (hình 2.29) làm việc khơng đồng thời (lệch pha) Hình 2.29 Mơ hình chéo tương đương khung có TXC cải tiến 15 Lực cắt đáy 2.6 Phản ứng tác động động đất Chuyển vị đỉnh Hình 2.35 Phản ứng đàn hồi đàn hồi – dẻo theo Blume So với khung BTCT không chèn, khung BTCT xây chèn có độ cứng lớn nhiều lần nên chu kỳ dao động bé Blume đề xuất quy luật cân lượng sau: “Dưới tác động động đất, hệ không đàn hồi cân với hệ đàn hồi tương ứng” qK Fe,inf Fy ,inf 2,inf (2.85) Chương III Thực nghiệm kiểm chứng Hình 3.1 Mơ hình khung thực nghiệm Bảng 3.1 Số lượng loại khung thí nghiệm Stt I Ký hiệu Mơ tả khung Nhóm I: Khung BTCT có tường xây chèn khơng có lớp tơ 16 Số lượng 03 K1-I Khung có tường xây chèn đầy đủ 01 K2-I Khung có tường xây chèn khơng đầy đủ 01 K3-I Khung có tường xây chèn cải tiến 01 II Nhóm II: Khung BTCT có tường xây chèn có lớp tơ K1a-II Khung có tường xây chèn đầy đủ 01 K2a-II Khung có tường xây chèn khơng đầy đủ 01 K3a-II Khung có tường xây chèn cải tiến 01 Nhóm III: Khung đối chứng (khung BTCT khơng xây 01 IV 03 chèn) K5-III Khung tường xây chèn 01 Các dạng (mode) phá hủy xuất thực nghiệm (hình 3.35) là: nứt chéo (Mode 1), nứt cục góc (Mode 2), nứt tâm (Mode 3) nứt gấp khúc (Mode 4) (a) Mode (b) Mode (c) Mode (d) Mode Hình 3.35 Các dạng (mode) phá hủy thí nghiệm luận án a Tiêu tán lượng cộng dồn b Mức độ tiêu tán lượng Hình 3.38 Biểu đồ tiêu tán lượng 17 Bảng 3.25 Tóm tắt ứng xử khung chèn thí nghiệm Mơ Tải Drift Tải Drift Tải Drift Độ cứng Dạng hình trọng trọng trọng tải ban đầu phá hủy nứt nứt nứt lớn trọng tường nứt tường khung khung lớn chèn tường (kN) (%) (kN) (%) (kN) (%) (kN/mm) Nhóm I (khung có TXC khơng có lớp tơ) K1 36,74 0,23 54,62 0,60 89,60 1,80 13,29 C K2 45,94 0,30 57,4 0,38 87,64 1,50 11,28 C,CB K3 44,10 0,60 32,6 0,25 85,82 1,80 7,79 C, X, CB Nhóm II (khung có TXC có lớp tơ) K1a 39,95 0,23 75,1 0,72 90,38 1,96 12,08 CB K2a 40,2 0,37 55,5 0,78 74,64 1,91 9,96 CB K3a 61,55 0,6 61,8 0,68 98,42 2,1 11,31 C, X 0,64 26,59 2,7 2,43 Nhóm III ( khung khơng có TXC) K5 14,2 Ghi chú: C- Nứt chéo; CB- Nứt cục bộ; X- Nứt xiên Đường cong trễ dạng phá hũy khung thực nghiệm Khung K1-I (hình 3.14 & hình 3.16) 18 Khung K2-I (hình 3.17 & hình 3.19) Khung K3-I (hình 3.20 & hình 3.22) Khung K1a-II (hình 3.24 & hình 3.25) Khung K2a-II (hình 3.27 & hình 3.28) 19 Khung K3a-II (hình 3.30 & hình 3.32) Khung K5 (hình 3.33 & hình 3.34) Chương IV Kiểm chứng công thức đề xuất 4.1 Mô hình chéo tương đương ba đoạn (đàn hồi) Mơ hình chéo tương đương ba đoạn cho kết sai số tính tốn thực nghiệm tương đồng giai đoạn đàn hồi (hình 4.2 & 4.3) Sai số ứng suất K2-I (SG7-4,89%), K2a-II (SG7-10,67%; SG8-6,18%), K1-I (SG713,76%, SG8-11,98%), K1a-II (SG8-12,85%) 4.2 K2-I, K2a-II 4.3 K1-I, K1a-II Hình 4.2 & 4.3 Biểu đồ lực ngang – drift thí nghiệm so với mơ hình tính tốn 20 4.2 Mơ hình đa chéo tương đương (sau đàn hồi) Mơ hình đa chéo tương đương dùng mơ dự đốn xác khả chịu lực ngang cực hạn kết cấu khung có TXC Bảng 4.4 Sai số giá trị lực ngang cực hạn Pmax mơ hình tính thực nghiệm Loại khung Tên khung Lực ngang cực hạn Pmax (kN) Sai số (%) Mơ hình Thực nghiệm K1-I 90,43 89,60 0,93 K1a-II 90,43 90,38 0,06 K2-I 86,02 87,64 -1,88 đầy đủ K2a-II 69,59 74,64 -6,76 TXC cải tiến K3a-II 92,48 98,42 -6,42 TXC đầy đủ TXC không 4.9 TXC đầy đủ; 4.15 TXC không đầy đủ; 4.18 TXC cải tiến; 4.10&11 So sánh Hình 4.9; 4.15; 4.18; 4.10&11 Biểu đồ lực ngang – drift thực nghiệm so với phân tích Push-over với tác giả trước 21 Bảng 4.3 Sai số lực ngang cực hạn Pmax mơ hình tính thực nghiệm Lực ngang cực hạn Pmax (kN) Loại khung K1a-II Đa Thanh Ibarra Smith chéo chéo đơn et al Carter Mainstone (luận án) (luận án) Phân tích 90,43 81,23 82,77 79,12 66,34 Thực nghiệm 90,38 90,38 90,38 90,38 90,38 Sai số (%) 0,1% -10,12% -8,4% -12,46% -26,61% Diễn giải Sai số phân tích thực nghiệm (bảng 4.3) mơ hình chéo đơn cải tiến (-10,12%) đa chéo (0,1%) luận án đề xuất xác mơ hình tương ứng: Thanh chéo đơn Smith & Carter (-12,46%), Mainstone (-26,61%) chéo phi tuyến Ibarra cộng (-8,4%) Phụ lục Áp dụng vào thực tiễn Xét nhà 07 tầng cao H=26m, có mặt bằng, cơng trình xây dựng vùng IIa, Wo=83daN/m2, địa hình loại A, đất loại D Xét hai trường hợp: tầng để trống tầng để trống Để đơn giản so sánh, xét lực tác động lên khung trục trường hợp có khơng có xét đến độ cứng TXC (hình 4.20) Kết tính tốn thể hình 4.22 (a, b) cho thấy chênh lệch nội lực (mơ men) khung có kể khơng kể TXC đáng kể Tại chân cột tầng 2, theo hướng gió, nội lực (mơ men) khung khơng kể độ cứng tường chèn lớn khung có kể độ cứng tường chèn 77% cột biên 61% cột Nếu bỏ qua độ cứng tính tốn ‘q’ thiên an tồn Trong trường hợp chịu tải động đất, mô men khung không kể độ cứng (hình 4.24a) lớn khung có kể độ cứng hầu hết tầng (hình 4.24b) tầng mềm (tầng – hình 4.24b tầng – hình 4.30a) ngược lại nhỏ lớn: cột biên -42,13%, cột -36,63% Điều cho thấy trường hợp động đất tính khung khơng kể độ cứng tường chèn khơng an tồn 22 4.20 4.22a 4.22b 4.20 Mặt cơng trình; 4.22a Mơ men khung không kể độ cứng TXC 4.22b Mô men khung có kể độ cứng TXC Hình 4.20; 4.22 Mặt biểu đồ mô men khung chịu gió 4.24a 4.24b 4.30a 4.30b 4.24 (a, b): Khung không chèn tầng 1; 4.30 (a, b): Khung không chèn tầng 1&4 Hình 4.24 & 4.30 Biểu đồ mơ men cấu phá hủy tải trọng động đất Kết luận kiến nghị Kết luận Mô hình chéo tương đương cải tiến (ba đoạn) tác giả đề xuất mô tả tương đồng phân phối nội lực TXC giai đoạn đàn hồi, Sai số tính tốn nội lực (ứng suất) phân tích mơ hình tương đương thực nghiệm đạt độ xác so với mơ hình chéo đơn tác giả trước cho thấy độ tin cậy công thức tác giả đề xuất TXC cải tiến tác giả đề xuất với cấu tạo đơn giản, dễ thực hiện, thay đổi rõ rệt ứng xử khung có TXC Nếu khe hở hợp lý huy động 23 làm việc đồng thời cải thiện đáng kể khả chịu tải ngang khung BTCT có TXC Trong thực nghiệm luận án, khung có TXC cải tiến K3a-II có cấp tải gây nứt tường khung gần đồng thời có khả chịu tải cực hạn Pmax lớn Độ cứng TXC khung sau nứt không giảm đột ngột mà khả tham gia chịu lực với khung BTCT Tại thời điểm TXC nứt, dù khung nguyên vẹn (chưa nứt) ứng xử hệ phi tuyến (sau đàn hồi) Các dạng phá hủy thí nghiệm tương đồng với cơng bố nhà nghiên cứu trước A.S.Tasligedik cộng (2011), EI-Dakhakhnl cộng (2002) Mơ hình đa chéo “Multi-strut” tác giả đề xuất sử dụng phân tích Push-over với mơ hình khớp dẻo tập trung (concentrated hings) phần tử liên kết “Gap-element” mô ứng xử sau đàn hồi dự đốn xác khả chịu tải ngang cực hạn (Pmax) khung có tường xây chèn với điều kiện biên khác nhau: đầy đủ, không đầy đủ cải tiến Trong tính tốn cơng trình khung BTCT có TXC, cần thiết phải xét thêm tổ hợp tải trọng có kể độ cứng TXC để xác định đầy đủ trường hợp nguy hiểm xảy cho cơng trình Kiến nghị Cần thiết phải xem xét đến độ cứng TXC tính tốn cơng trình chịu tải trọng ngang, lưu ý tăng cường khả chịu lực kết cấu tầng mềm cơng trình Hướng phát triển nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước hình học khung (l,h,t) đến ứng xử hệ khung chèn, xác định ‘tỉ lệ vàng’ ba tham số chiều dài (l), chiều cao (h) bề dày (t) TXC Nghiên cứu xác định hệ số ứng xử q khung BTCT có tường xây chèn với biên tiếp xúc khác khung – tường xây chèn chịu động đất 24 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ I Tạp chí khoa học Quoc D.L.K, Thanh B.C, Yen N.V “A Macro-Element Model for MasonryInfilled Structural Frames” Structures and Buildings 169(2), 108-120, 2016 (SCIE, IF: 0.489, SJR: 0.619), ISSN: 0965-0911 Quoc D.L.K, Thanh B.C, Yen N.V “Behaviour of Infilled Reinforced Concrete Frames with Various Interface Conditions” Structures and Buildings 168(10), 718-728, 2015 (SCIE, IF: 0.489, SJR: 0.619), ISSN: 0965-0911 Quoc D.L.K, Thanh B.C, Yen N.V “An Approximate Method of Determining the Equivalent Diagonal Strut Stiffness of the Completely Infilled Masonry In Plane Reinforced Concrete Frames”, International Review of Civil Engineering (Index Copernicus - ICV: 5.92), ISSN: 2036-9913, 9/2013 Đinh Lê Khánh Quốc, Bùi Công Thành, Nguyễn Văn Yên “Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử khung phẳng BTCT có tường xây chèn không đầy đủ gạch bê tông khí chưng áp (AAC) tác động tải trọng ngang” Tạp chí Xây dựng, ISSN: 0866-0762, 10/2014 Đinh Lê Khánh Quốc, Bùi Công Thành, Nguyễn Văn Yên “Ứng xử khung phẳng bê tơng cốt thép (BTCT) có tường xây chèn tác động động đất”, Tạp chí Xây dựng, ISSN: 0866-0762, 11/2013 Đinh Lê Khánh Quốc, Bùi Cơng Thành, Nguyễn Văn n “Phân tích ứng xử phi tuyến khung phẳng BTCT có tường xây chèn”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (IBST), ISSN: 1859-1566, IV/2012 II Hội thảo khoa học Quoc D.L.K, Thanh B.C, Yen N.V “A Method of Determining the Equivalent Diagonal Strut Stiffness of the Incom-pletely Infilled Masonry in Plane Reinforced Concrete Frames”, Conference CIGOS, Construction and Development Durable, Lyon France, 2013 Đinh Lê Khánh Quốc, Bùi Công Thành, Nguyễn Văn Yên “Phân tích khả kháng động đất cơng trình sử dụng tường thí xây chèn”, Hội nghị Khoa học & Công nghệ 13 – Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh, 2013 25 ... BTCT có tường xây chèn có lớp tơ K1a-II Khung có tường xây chèn đầy đủ 01 K2a-II Khung có tường xây chèn khơng đầy đủ 01 K3a-II Khung có tường xây chèn cải tiến 01 Nhóm III: Khung đối chứng (khung. .. BTCT có tường xây chèn khơng có lớp tơ 16 Số lượng 03 K1-I Khung có tường xây chèn đầy đủ 01 K2-I Khung có tường xây chèn khơng đầy đủ 01 K3-I Khung có tường xây chèn cải tiến 01 II Nhóm II: Khung. .. tiến Tác động ngang Khung chèn Tường chèn nứt Khung Hệ hư hỏng Hình 2.23 Sơ đồ chịu tải khung có tường xây chèn thơng thường Khi khung có TXC chịu tác động ngang, trước tiên tường xây chèn tiếp nhận