6. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
3.4 TRƯỜNG HỢP CÔNG TRÌNH ĐƯỢC BỐ TRÍ HỆ GIẰNG CHÉO
3.4.1 CHUYỂN VỊ VÀ MOMENT CỦA CÁC TẦNG CƠNG TRÌNH
(Nguồn Tác giả xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.85 Biều đồ chuyển vị đỉnh cơng trình theo thời gian của giằng BRB
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Nhận xét Theo 02 biểu đồ cho thấy, kết cấu khung thép hệ giằng chéo đơn
có sử dụng thanh giằng BRB có chuyển vị lớn hơn kết cấu khung thép hệ giằng chéo đơn có sử dụng thanh giằng truyền thống, cụ thể
- Kết cấu khung thép hệ giằng chéo đơn có sử dụng thanh giằng BRB chuyển
vị lớn nhất là khoảng ± 32.0x10-3mm.
- Kết cấu khung thép hệ giằng chéo đơn có sử dụng thanh giằng truyền thống
chuyển vị lớn nhất là khoảng ± 24.0x10-3mm.
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.87 Biểu đồ moment cột trục C-1 theo thời gian của giằng truyền thống
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Nhận xét Theo 02 biểu đồ cho thấy, kết cấu khung thép hệ giằng chéo đơn có
sử dụng thanh giằng BRB có thời gian làm việc dài hơn (chịu tác động của lực động đất nhưng không bị phá hủy) so với hệ giằng chéo đơn có sử dụng thanh giằng truyền thống, cụ thể
- Đến khoảng giây thứ 10,4s, thanh giằng truyền thống đã bị chảy dẻo, hư hỏng,
không làm việc dẫn đến trục C-1 chịu tác động của lực ngang.
- Đến khoảng giây thứ 20s, thanh giằng BRB mới đã bị chảy dẻo, hư hỏng, không
làm việc dẫn đến trục C-1 chịu tác động của lực ngang.
3.4.2 Sự hình thành và phát triển khớp dẻo của kết cấu cơng trình
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.89 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục A tại thời điểm phá hoại 10.4s của giằng truyền thống
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000) Hình 3.90 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục A tại thời điểm 10.4s của
giằng BRB
Nhận xét
Đối với khung trục A Tại thời điểm 10.4s, phần lớn các thanh giằng truyền thống từ tầng 05 trở xuống đã bị chảy dẻo hồn tồn dẫn đến hình thành các điểm chảy dẻo trong dầm và cột. Trong khi tại thời gian này, các thanh giằng BRB vẫn còn làm việc trong miền đàn hồi dẫn đến chưa hình thành các khớp dẻo trong dầm và cột.
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.91 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục B tại thời điểm phá hoại 10.4s của giằng truyền thống
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.92 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục B tại thời điểm 10.4s của giằng BRB
Nhận xét
Đối với khung trục B Tại thời điểm 10.4s, phần lớn các thanh giằng truyền thống từ tầng 05 trở xuống đã bị chảy dẻo hồn tồn dẫn đến hình thành các điểm chảy dẻo trong dầm và cột. Trong khi tại thời gian này, các thanh giằng BRB từ tầng 02 đến các tầng trên vẫn còn làm việc trong miền đàn hồi dẫn đến chưa hình thành các khớp dẻo trong dầm và cột.
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.93 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục C tại thời điểm phá hoại 10.4s của giằng truyền thống
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.94 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục C tại thời điểm 10.4s của giằng BRB
Nhận xét
Đối với khung trục C Tại thời điểm 10.4s, phần lớn các thanh giằng truyền thống từ tầng 05 trở xuống đã bị chảy dẻo hồn tồn dẫn đến hình thành các điểm chảy dẻo trong dầm và cột. Trong khi tại thời gian này, các thanh giằng BRB từ tầng 02 trở lên vẫn còn làm việc trong miền đàn hồi; thanh giằng BRB tầng 01 mới hình thành khớp dẻo dẫn đến chưa hình thành các khớp dẻo trong dầm và cột.
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.95 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục D tại thời điểm phá hoại 10.4s của giằng truyền thống
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.96 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục D tại thời điểm 10.4s của giằng BRB
Nhận xét
Đối với khung trục D Tại thời điểm 10.4s, phần lớn các thanh giằng truyền thống từ tầng 05 trở xuống đã bị chảy dẻo hồn tồn dẫn đến hình thành các điểm chảy dẻo trong dầm và cột. Trong khi tại thời gian này, các thanh giằng BRB từ tầng 02 trở lên vẫn còn làm việc trong miền đàn hồi, thanh giằng BRB tầng 01 mới hình thành khớp dẻo dẫn đến chưa hình thành các khớp dẻo trong dầm và cột.
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.97 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục E tại thời điểm phá hoại 10.4s của giằng truyền thống
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.98 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục E tại thời điểm 10.4s của giằng BRB
Nhận xét
Đối với khung trục E Tại thời điểm 10.4s, phần lớn các thanh giằng truyền thống từ tầng 05 trở xuống đã bị chảy dẻo hồn tồn dẫn đến hình thành các điểm chảy dẻo trong dầm và cột. Trong khi tại thời gian này, các thanh giằng BRB vẫn còn làm việc trong miền đàn hồi dẫn đến chưa hình thành các khớp dẻo trong dầm và cột.
Bảng 3.9 Thống kê khớp dẻo 02 trường hợp phân tích tại thời điểm 10.4s
Kết quả phân tích cho thấy,
- Hệ giằng chéo truyền thống khi chịu động đất tới 10.4s Cột và dầm của cơng trình trong khoảng 5 tầng bên dưới gần như bị phá hoại hoàn tồn.
- Hầu hết hệ giằng tồn cơng trình đã khơng cịn khả năng chịu lực khi trình trạng chảy dẻo (Hinge Status) > CP. Trong khi đó, tại cùng thời điểm, kết cấu của cơng trình được bố trí hệ giằng BRB vẫn làm việc an toàn, cột và dầm chưa xuất hiện khớp dẻo, duy chỉ có hệ giằng mới bị hư hỏng nhẹ.
TRỤC B-IO IO-LS LS-CP CP-C C-D D-E
BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT A DẦMCỘT 00 87 00 63 00 02 00 00 00 132 00 5034
GIẰNG 26 2 1 0 0 2 0 12 0 8 0 8
TRỤC B-IO IO-LS LS-CP CP-C C-D D-E
BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT B DẦMCỘT 00 84 00 00 00 02 00 00 00 144 00 5237
GIẰNG 25 2 2 2 0 2 0 10 0 10 0 6
TRỤC B-IO IO-LS LS-CP CP-C C-D D-E
BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT C DẦMCỘT 00 45 00 04 00 01 00 00 00 122 00 5436
GIẰNG 25 0 2 2 0 2 0 10 0 9 0 7
TRỤC B-IO IO-LS LS-CP CP-C C-D D-E
BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT D DẦMCỘT 00 108 00 02 00 00 00 00 00 122 00 4230
GIẰNG 25 1 2 2 0 2 0 10 0 10 0 6
TRỤC B-IO IO-LS LS-CP CP-C C-D D-E
BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT E DẦMCỘT 00 56 00 40 00 22 00 00 00 143 00 2825
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.99 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục A tại thời điểm phá hoại 19.4s của giằng BRB
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.100 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục B tại thời điểm phá hoại 19.4s của giằng BRB
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.101 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục C tại thời điểm phá hoại 19.4s của giằng BRB
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.102 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục D tại thời điểm phá hoại 19.4s của giằng BRB
(Nguồn Tác giả trích xuất dữ liệu từ chương trình SAP 2000)
Hình 3.103 Tình trạng chảy dẻo của kết cấu khung trục E tại thời điểm phá hoại 19.4s của giằng BRB
Bảng 3.10 Thống kê khớp dẻo 02 trường hợp phân tích tại thời điểm phá hoại
TRỤC B-IO IO-LS LS-CP CP-C C-D D-E
BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT A DẦMCỘT 83 87 41 63 10 02 00 00 153 132 3138 5034
GIẰNG 18 2 1 0 1 2 0 12 2 8 5 8
TRỤC B-IO IO-LS LS-CP CP-C C-D D-E
BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT B DẦMCỘT 64 84 30 00 12 02 00 00 155 144 3244 5237
GIẰNG 18 2 1 2 0 2 0 10 3 10 6 6
TRỤC B-IO IO-LS LS-CP CP-C C-D D-E
BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT C DẦMCỘT 42 45 42 04 31 01 00 00 154 122 3141 5436
GIẰNG 19 0 0 2 0 2 0 10 3 9 5 7
TRỤC B-IO IO-LS LS-CP CP-C C-D D-E
BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT D DẦMCỘT 75 108 13 02 00 00 00 00 172 122 2130 4230
GIẰNG 19 1 1 2 1 2 0 10 2 10 4 6
TRỤC B-IO IO-LS LS-CP CP-C C-D D-E
BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT BRB GTT E DẦMCỘT 215 56 72 40 00 22 00 00 112 143 1522 2825
- Cơng trình được bố trí hệ giằng chéo BRB bị sụp đổ tại thời điểm 19.4s. - Sự phá hoại kết cấu chịu lực chính vẫn tập trung tại các tầng bên dưới. - Hệ giằng từ tầng 5 trở lên chỉ mới bị hư hỏng nhẹ khác với trường hợp của hệ giằng truyền thống.
- Từ bảng thống kê cho thấy số lượng vị trí khớp dẻo bị phá hoại cũng ít hơn với 429 vị trí, trong khi đó hệ giằng truyền thống có tới 600 điểm phá hoại.
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận
Qua việc phân tích ứng xử của một cơng trình cao 16 tầng với kết cấu chịu lực là kết cấu thép, ta thấy được sự hiệu quả của việc bố trí hệ giằng BRB so với hệ giằng truyền thống thông thường khi thời gian cơng trình chịu cùng một trận động đất, cụ thể
4.1.1 Đối với trường hợp hệ giằng chéo chữ X giữa 02 tầng lầu - Về chuyển vị
+ Nhìn chung chuyển vị ngang các tầng khi cơng trình sử dụng hệ giằng BRB lớn hơn trường hợp hệ giằng truyền thống, thể hiện rõ từ tầng 6 trở lên các tầng trên, càng lên cao mức chênh lệch càng tăng dần, từ 5% đến 25%.
+ Biểu đồ theo thời gian cũng cho thấy, những lần chuyển vị đỉnh đạt cực trị và đổi chiều, khi sử dụng giằng BRB chuyển vị đều lớn hơn. Khu vực tầng 6 trở xuống, kết cấu cơng trình bị chảy dẻo và phá hủy, biến dạng cơng trình có những bước nhảy lớn.
- Về độ lệch tầng
+ Độ lệch tầng cơng trình khi sử dụng hệ giằng BRB lớn hơn trường hợp sử dụng hệ giằng truyền thống, thể hiện rõ từ tầng 6 trở lên các tầng trên, mức chênh lệch khá đồng đều qua các tầng từ 15% đến 25%.
+ Khu vực tầng 6 trở xuống, kết cấu cơng trình bị chảy dẻo và phá hủy, độ lệch tầng có những bước nhảy lớn, đặc biệt từ tầng 3 đến tầng 5.
- Về sự hình thành và phát triển khớp dẻo của cơng trình
+ Tại thời điểm 12.2s, cơng trình sử dụng hệ giằng truyền thống bị sụp đổ. Tồn bộ cơng trình có 659 khớp dẻo được hình thành, phần lớn đã bị phá hoại, tập trung từ tầng 6 trở xuống. Đối với trường hợp được bố trí hệ giằng BRB, cơng trình vẫn đang làm việc an tồn, tại mỗi khung trục chỉ mới xuất hiện 16 khớp dẻo ở các thanh giằng với mức độ hư hỏng nhẹ. Cột và dầm chịu lực vẫn còn trong giai đoạn đàn hồi, khớp dẻo chưa hình thành.
+ Đến thời điểm 19.2s, cơng trình sử dụng hệ giằng BRB mới bị sụp đổ hoàn toàn.
+ Đối với cột C1 Moment cột C1A (Cột biên) từ tầng 6 trở lên giữa 2 trường hợp phân tích khơng chênh lệch nhiều. Các khu vực tầng bên dưới, moment cột đã phát triển cực đại tại thời điểm cơng trình bị sụp đổ do cột bị chảy dẻo và phá hoại hoàn toàn.
+ Đối với cột C2 Moment cột C2A khi được bố trí hệ giằng BRB nhìn chung có giá trị lớn hơn từ 200% đến 300%. Các khu vực tầng bên dưới từ tầng 6 trở xuống, moment cột đã phát triển cực đại tại thời điểm cơng trình bị sụp đổ do cột bị chảy dẻo và phá hoại hoàn toàn.
+ Đối với cột C3 Moment cột C3A khi được bố trí hệ giằng BRB nhìn chung có giá trị lớn hơn từ 150% đến 300%. Các khu vực tầng bên dưới từ tầng 6 trở xuống, moment cột đã phát triển cực đại tại thời điểm cơng trình bị sụp đổ do cột bị chảy dẻo và phá hoại hoàn toàn.
- Về nội lực trong dầm
+ Đối với dầm A/1-2 Khi được bố trí hệ giằng BRB có giá trị moment lớn hơn trường hợp khi được bố trí giằng truyền thống. Giá trị moment khu vực các tầng bên dưới chênh lệch từ 10% đến 20%, các tầng bên trên chênh lệch dưới 10%. Moment dầm đối với trường hợp giằng truyền thống hầu như không thay đổi qua các tầng.
+ Đối với dầm A/2-3 Khi được bố trí hệ giằng BRB có giá trị momnet lớn hơn trường hợp khi được bố trí giằng truyền thống, chênh lệch từ 100% cho các tầng từ tầng 8 trở lên. Các tầng bên dưới khi sử dụng hệ giằng BRB, moment dầm có những bước nhảy lớn do bị phá hoại chảy dẻo. Moment dầm đối với trường hợp giằng truyền thống hầu như không thay đổi qua các tầng.
+ Đối với dầm A/3-4 Giá trị momnet không chênh lệch nhiều giữa 2 trường hợp bố trí hệ giằng. Các tầng bên dưới khi sử dụng hệ giằng BRB, moment dầm có những bước nhảy lớn do bị phá hoại chảy dẻo. Moment dầm đối với trường hợp giằng truyền thống hầu như không thay đổi qua các tầng.
4.1.2 Đối với trường hợp cơng trình được bố trí giằng chéo đơn.
- Về chuyển vị kết cấu khung thép hệ giằng chéo đơn có sử dụng thanh giằng BRB có chuyển vị lớn hơn kết cấu khung thép hệ giằng chéo đơn có sử dụng thanh giằng truyền thống, cụ thể
+ Kết cấu khung thép hệ giằng chéo đơn có sử dụng thanh giằng BRB chuyển vị lớn nhất là khoảng ± 32.0x10-3mm.
+ Kết cấu khung thép hệ giằng chéo đơn có sử dụng thanh giằng truyền
thống chuyển vị lớn nhất là khoảng ± 24.0x10-3mm.
- Về sự hình thành và phát triển khớp dẻo của cơng trình
+ Cơng trình chịu động đất tới 10.4s Cột và dầm cơng trình của hệ giằng chéo truyền thống trong khoảng 5 tầng bên dưới gần như bị phá hoại hồn tồn. Hầu hết hệ giằng tồn cơng trình đã khơng cịn khả năng chịu lực khi trình trạng chảy dẻo. Trong khi đó, tại cùng thời điểm, kết cấu của cơng trình được bố trí hệ giằng BRB vẫn làm việc an toàn, cột và dầm chưa xuất hiện khớp dẻo, duy chỉ có hệ giằng mới bị hư hỏng nhẹ.
+ Cơng trình chịu động đất tới 19.4s Cơng trình được bố trí hệ giằng chéo BRB bị sụp đổ tại thời điểm 19.4s. Sự phá hoại kết cấu chịu lực chính vẫn tập trung tại các tầng bên dưới. Hệ giằng từ tầng 5 trở lên chỉ mới bị hư hỏng nhẹ khác với trường hợp của hệ giằng truyền thống. Số lượng vị trí khớp dẻo bị phá hoại cũng ít hơn với 429 vị trí, trong khi đó hệ giằng truyền thống có tới 600 điểm phá hoại.
- Về nội lực trong cột C1 (cột biên) Kết cấu khung thép hệ giằng chéo đơn có sử dụng thanh giằng BRB có thời gian làm việc dài hơn (chịu tác động của lực động đất nhưng không bị phá hủy) so với hệ giằng chéo đơn có sử dụng thanh giằng truyền thống, cụ thể
+ Đến khoảng giây thứ 10,4s, thanh giằng truyền thống đã bị chảy dẻo, hư hỏng, không làm việc dẫn đến trục C-1 chịu tác động của lực ngang.
+ Đến khoảng giây thứ 20s, thanh giằng BRB mới đã bị chảy dẻo, hư hỏng, không làm việc dẫn đến trục C-1 chịu tác động của lực ngang.
Từ những kết quả được tổng hợp ở trên cho thấy rằng việc thiết kế cơng trình nhà cao tầng kết cấu thép chịu tác động của động đất có sử dụng hệ thống giằng chống bất ổn định là một giải pháp khá hiệu quả, nhằm giảm thiểu tác động của động đất lên kết cấu cơng trình và hạn chế mức độ thiệt hại khi động đất xảy ra.