Nghiên cứu tác động của tải trọng gió theo miền thời gian lên nhà cao tầng có xét phi tuyến hình học và phi tuyến vật liệu

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu tác động tải trọng gió theo miền thời gian lên nhà cao tầng có xét phi tuyến hình học phi tuyến vật liệu” cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực, khách quan chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác từ trước tới nay./ Tác giả (Ký ghi rõ họ tên) Nguyễn Quốc Thái ii LỜI CẢM ƠN Để thực luận văn này, tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo, cán Khoa Sau Đại Học, Khoa Xây Dựng – Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An quan tâm, giúp đỡ tạo điều kiện cho tác giả suốt trình học tập thực luận văn Đặc biệt, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS Nguyễn Hồng Ân - người Thầy tận tâm hướng dẫn, bảo truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý giá cho tác giả trình làm luận văn Do thời gian trình độ cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót Rất mong nhận nhận xét ý kiến đóng góp q thầy bạn bè để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Tác giả (Ký ghi rõ họ tên) Nguyễn Quốc Thái iii NỘI DUNG TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài: Nghiên cứu tác động tải trọng gió theo miền thời gian lên nhà cao tầng có xét phi tuyến hình học phi tuyến vật liệu Tác giả luận văn: Nguyễn Quốc Thái Khoá: 04 Mã số học viên: 1682080043 Người hướng dẫn: TS Nguyễn Hồng Ân Nội dung tóm tắt: * Lý chọn đề tài - Trên giới, nhà cao tầng, siêu cao tầng nhà chọc trời xây dựng nhiều đô thị nước phát triển, Việt Nam đất nước phát triển mạnh nhà cao tầng Trong khoảng vài năm gần đây, loại hình nhà cao tầng xây dựng nhiều ngày nhiều 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 tăng theo Đặc biệt việc xác định phản ứng cơng trình trước yếu tố tác động điều kiện bên tải trọng gió, động đất… Với tác động này, cấu kiện chịu lực thường bị nứt cấp độ khác nên việc thiết kế hệ kết cấu để chúng làm việc miền đàn hồi hồn tồn khơng hiệu kinh tế xem không thực tế ngoại trừ kết cấu giịn có độ cứng ngang lớn - Năm 2017 năm kỷ lục số lượng bão áp thấp nhiệt đới (16 bão áp thấp nhiệt đới) ảnh hưởng đến Việt Nam Những bão gây thiệt hại đáng kể với cơng trình xây dựng trở nên khó lường tương lai Với mật độ bão ngày dày tác hại gây tăng khơng người quan tâm mực Đó lý chọn đề tài “Nghiên cứu tác động tải trọng gió theo miền thời gian lên nhà cao tầng có xét phi tuyến hình học vật liệu” iv * Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu tác động tải trọng gió theo miền thời gian lên nhà cao tầng có xét đến phi tuyến hình học vật liệu - Đánh giá so sánh ảnh hưởng phi tuyến hình học vật liệu lên phản ứng nhà cao tầng chịu tải trọng gió theo miền thời gian - Nghiên cứu phản ứng nhà cao tầng tác dụng hàm tải trọng gió khác (hình sin, hình tam giác…) - Sử dụng chương trình phần mềm Etabs để phân tích ứng xử phi tuyến hình học vật liệu kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng gió theo miền thời gian * Đối tượng nghiên cứu: Chung cư Four Aces tọa lạc Quận 10, TP HCM * Phạm vi nghiên cứu: Nhà cao tầng bê tông cốt thép * Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lí thuyết thơng qua phân tích, tổng hợp tài liệu ngồi nước kết hợp với cơng cụ tốn học, ứng dụng phần mềm Etabs để giải toán * Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Đánh giá cách xác phản ứng cơng trình nhà cao tầng trước tác động tải trọng gió theo miền thời gian * Dự kiến cấu trúc luận văn: Ngoài phần Mở đầu, Kết luận kiến nghị, Tài liệu tham khảo, nội dung Luận văn “Nghiên cứu tác động tải trọng gió theo miền thời gian lên nhà cao tầng có xét phi tuyến hình học vật liệu” gồm có ba chương: - Chương 1: Tổng quan đề tài - Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn tác động tải trọng gió theo miền thời gian lên nhà cao tầng có xét phi tuyến hình học vật liệu v - Chương 3: Khảo sát ví dụ tính tốn Chung cư Four Aces tọa lạc Quận 10, TP HCM chịu tác động tải trọng gió theo miền thời gian có kể đến phi tuyến hình học phi tuyến vật liệu phần mềm Etabs Phân tích đánh giá kết toán vi ABSTRACT Topic: Research on the effect of wind load upon tall building uses time-domain approach, considers nonlinear geometry and nonlinear materials Author: Thai Nguyen Quoc Intake: 04 Student’s ID: 1682080043 Instructor: PhD An Nguyen Hong Outline: *Statement of reasons for choosing this project Tall buildings, hyper-tall buildings and skyscrapers have been built in megacities of developed and developing countries including Vietnam In recent years, more and more tall buildings have been constructed in Vietnam The main features of tall buildings are multi-stories, sky-high, massive weight, being effected by lateral loads Higher the building rises, more complex the design process will be, especially the determination of building responses when subjected to wind load, earthquake These factors lead to cracks of structural elements that varies in range, so that the design uses elastic method is not economic, practical except for the brittle structural elements which have enormous lateral stiffness The year 2017 experienced the record number of storms and tropical depression (16 storms and tropical depression) that effected Vietnam These storms damaged significantly constructions and would be unpredictable in the future The amount of storms have been intensifying, as a consequence, the damage will be bigger if there is no approaches to deal with situation That is why I choose topic ”Research on the effect of wind load upon tall building uses time-domain approach, considers nonlinear geometry and nonlinear materials” vii *Research aims - To conduct research on the effect of wind load upon tall building uses time-domain approach, considers nonlinear geometry and nonlinear materials - To assess the effects of nonlinear geometry and nonlinear materials upon tall buildings responses use time-domain approach - To conduct research on responses of tall buildings subjected to various wind load functions (sin pattern, triangle pattern ) - Using ETABS software to analyse nonlinear geometry and nonlinear materials responses of tall buildings under wind-induced using time-domain approach *Research object Four Aces apartment located in District 10, Ho Chi Minh City *Scope of study Reinforced concrete tall buildings *Methodological approach Conducting research by analysing, sumarising both domestic and foreign materials in concur with caculation tools, ETABS software to solve problem *Scientific and practical application of topic Assessing approximately responses of tall buildings subjected to wind load using time-domain approach *Proposal thesis structure In addtion to Introduction, Conclusion and Recommendations, References, main content of Thesis “Research on the effect of wind load upon tall building uses timedomain approach, considers nonlinear geometry and nonlinear materials” consists of: - Chapter 1: Introduction and general information of topic - Chapter 2: Main theories that are used to calculate the effect of wind load upon tall building uses time-domain approach, considers nonlinear geometry and nonlinear materials viii - Chapter 3: Surveying example of Four Aces apartment located in District 10, Ho Chi Minh City, subjected to wind load using time-domain approach, considers nonlinear geometry and nonlinear materials, aided by ETABS software Analysing and assessing the result of example ix MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Khái niệm 1.2.1 Nhà cao tầng 1.2.2 Gió 1.3 Tác động tải trọng gió 1.4 Phân tích phi tuyến kết cấu 15 1.4.1 Phi tuyến hình học 15 1.4.2 Phi tuyến vật liệu 15 1.5 Tình hình nghiên cứu liên quan luận văn 16 1.5.1 Các đề tài nghiên cứu nước 16 1.5.2 Các đề tài nghiên cứu nước 19 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21 2.1 Giới thiệu 21 2.2 Thiết lập sơ đồ tính tốn đặc trưng động lực học 21 2.2.1 Sơ đồ công xôn có hữu hạn điểm tập trung khối lượng 21 2.2.2 Lựa chọn ma trận tính chất kết cấu 21 2.3 Mơ tả gió tải trọng dạng xung 26 2.3.1 Tải trọng xung đôi, xung ba nửa hình sin 27 2.3.2 Tải trọng xung chữ nhật 28 2.3.3 Tải trọng xung tam giác 29 2.4 Mô tả gió tải trọng theo chuỗi thời gian 29 2.5 Phương pháp số giải toán 32 2.6 Phương trình chuyển động 33 2.7 Thuật toán Newmark 35 2.8 Xây dựng phổ phản ứng 37 2.9 Lý thuyết tt khung bê tơng cốt thép có kể đến phi tuyến hình học vật liệu 39 2.9.1 Tổng quát 39 2.9.2 Lý thuyết tính tốn khung bê tơng cốt thép có kể đến phi tuyến hình học 40 2.9.3 Lý thuyết tính tốn phi tuyến vật liệu 42 2.10 Kết luận chương 43 CHƯƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TỐN 44 3.1 Thông tin cơng trình 44 3.2 Khai báo thông số đầu vào 48 x 3.3 Kết phân tích 58 3.3.1 Kết phân tích cơng trình chịu tải trọng gió theo phương X 58 3.3.1.1 Ứng xử kết cấu 58 3.3.1.2 Tổng hợp số liệu so sánh, đánh giá 73 3.3.2 Kết phân tích cơng trình chịu tải trọng gió theo phương Y 104 3.3.2.1 Ứng xử kết cấu 104 3.3.2.2 Tổng hợp số liệu so sánh, đánh giá 119 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 146 TÀI LIỆU THAM KHẢO 148 ... cứu - Nghiên cứu tác động tải trọng gió theo miền thời gian lên nhà cao tầng có xét đến phi tuyến hình học vật liệu - Đánh giá so sánh ảnh hưởng phi tuyến hình học vật liệu lên phản ứng nhà cao. .. văn: Nghiên cứu tác động tải trọng gió theo miền thời gian lên nhà cao tầng có xét đến phi tuyến hình học vật liệu Đánh giá so sánh ảnh hưởng phi tuyến hình học vật liệu lên phản ứng nhà cao tầng. .. VĂN Đề tài: Nghiên cứu tác động tải trọng gió theo miền thời gian lên nhà cao tầng có xét phi tuyến hình học phi tuyến vật liệu Tác giả luận văn: Nguyễn Quốc Thái Khoá: 04 Mã số học viên: 1682080043