Kết quả chủ yếu của phƣơng pháp này là đƣờng cong quan hệ lực và biến dạng nên cần phải làm rõ các thành phần trên đƣờng cong này. Trên đƣờng cong quan hệ lực biến dạng, năm điểm A, B, C, D và E đƣợc sử dụng để vạch rõ sự làm việc biến dạng do lực của khớp và ba điểm IO, LS, CP đƣợc sử dụng để vạch rõ chuẩn mực chấp nhận cho khớp dẻo.
15
Điểm A: tƣơng ứng điều kiện dỡ tải, việc phân tích chấp nhận rằng tải trọng trọng lực có thể gây ra những tác động ban đầu, vì thế tải trọng ngang có thể bắt đầu ở một điểm khác A.
Điểm B: cƣờng độ tại tiết diện cân bằng với cƣờng độ chảy dẻo danh nghĩa. Độ dốc từ B đến C thƣờng đƣợc lấy từ 0 đến 10% đƣờng dốc ban đầu và bỏ qua ảnh hƣởng của tải trọng lực đến dịch chuyển ngang.
Điểm C là cƣờng độ danh nghĩa đƣợc xác định theo các tiêu chuẩn khác nhau. Các điểm IO, LS và CP thể hiện mức hƣ hỏng cho kết cấu. Mức hƣ hỏng nhẹ là OI, hƣ hỏng mà vẫn an toàn và trạng thái sụp đổ CP.
Những giá trị ấn định cho các điểm này phụ thuộc vào loại cấu kiện và phụ thuộc nhiều vào các tham số khác tùy theo các tiêu chuẩn đƣợc sử dụng để phân tích.
2.3. Sơ đồ tải trọng ngang tác dụng lên từng tầng áp dụng trong phƣơng pháp
Đối với tiêu chuẩn thiết kế của từng nƣớc sẽ có cơng thức và sơ đồ tính tốn tải trọng ngang tác dụng lên từng tầng theo chiều cao nhà khác nhau.
2.3.1. Sơ đồ tải trọng ngang tác dụng lên từng tầng theo hƣớng dẫn của cơ quan quản lý tình trạng khẩn cấp liên bang Hoa Kỳ (FEMA 356, 2000) [15] quan quản lý tình trạng khẩn cấp liên bang Hoa Kỳ (FEMA 356, 2000) [15]
Theo hƣớng dẫn của cơ quan quản lý tình trạng khẩn cấp liên bang Hoa Kỳ (FEMA 356,2000) tải trọng ngang tác dụng lên từng tầng phân bố theo chiều cao của nhà đƣợc tính bằng cơng thức: Fx C Vvx (2.6) w w 1 k h x x Cvx n k h i i i (2.7)
16
Trong đó:
k = 1 đối với T≤ 0.5 giây = 2 đối với T≥ 2.5 giây
Dùng phƣơng pháp nội suy để tính các giá trị trung gian
vx
C : Hệ số phân phối theo chiều dọc
V : Lực cắt đáy wi : Trọng lƣợng tầng thứ i wx : Trọng lƣợng tầng thứ x i h : Chiều cao từ mặt đất đến tầng thứ i x h : Chiều cao từ mặt đất đến tầng thứ x
2.3.2. Sơ đồ tải trọng ngang tác dụng lên từng tầng theo TCVN 9386 (2012) thiết kế cơng trình chịu động đất [14]
Khi dạng dao động cơ bản đƣợc lấy gần đúng bằng các chuyển vị nằm ngang tăng tuyến tính dọc theo chiều cao thì lực ngang Fi tính bằng:
. . . z mi i Fi F b z m j j (2.8) Trong đó: Fi: là lực ngang tác dụng tại tầng thứ i; Fb: là lực cắt đáy do động đất
zi; zj: là độ cao của các khối lƣợng mi, mj so với điểm đặt tác động động đất (mặt móng hoặc đỉnh của phần cứng phía dƣới).
mi, mj: là khối lƣợng của các tầng
Trong phạm vi nghiên cứu đề tài sẽ sử dụng sơ đồ phân bố lực ngang lên các tầng dọc chiều cao nhà của theo hƣớng dẫn của cơ quan quản lý tình trạng khẩn cấp liên bang Hoa Kỳ FEMA 356 (2000) và TCVN 9386 (2012) để tính tốn và so sánh kết quả.
17
2.4. Phần mềm Opensees [16]
OpenSees (Open System of Earthquake Engineering Simulation) đƣợc phát triển bỏi nhóm nhiên cứu ở PEER (Pacific Earthquake Engineering Research) của trƣờng đại học University of California, Berkeley phát triển từ năm 1998 và từ năm 2005 đến năm 2014 đƣợc Nees hỗ trợ phát triển.
Hình 2.10 Hình ảnh trang web của phần mềm OpenSees [16]
OpenSees là một phần mềm miễn phí với mã nguồn mở và đƣợc cung cấp hỗ trợ một số mã code viết bằng C ++, C và Fortran trong đó C++ là ngơn ngữ bắt buộc. Phần mềm có mã nguồn mở nên cho phép ngƣời dùng tạo ra mơ hình phần tử hữu hạn để mô phỏng phản ứng của kết cấu và nền đất dƣới tác dụng của ngoại lực. Hiện nay đa phần những đóng góp đến từ các nhà nghiên cứu bên ngoài, những giáo sƣ và sinh viên đại học. Hiện nay với sự đóng góp đó đã có hơn 160 loại nguyên tố khác nhau, 220 loại vật liệu, 15 giải pháp thuật toán… đƣợc xây dựng cho phần mềm.
18
Hình 2.11 Hình ảnh của phần mềm OpenSees [16]
OpenSees là một phần mềm có khả năng tính tốn mạnh với một thƣ viện hỗ trợ nhiều loại vật liệu, ngƣời dùng có thể tự phát triển các loại vật liệu khác tùy thuộc vào nhu cầu của ngƣời sử dụng. OpenSees hỗ trợ nhiều phƣơng pháp tính khác nhau, do đó tùy vào mục đích và đặc điểm của bài toán kết cấu mà ngƣời dùng có thể linh hoạt lựa chọn phƣơng pháp thích hợp để phân tích. Chính vì vậy phần mềm phù hợp cho nghiên cứu của đề tài để mơ hình về khung thép phẳng với các nút liên kết nửa cứng.
Tuy nhiên, OpenSees có nhƣợc điểm là một phần mềm khơng có giao diện đồ họa, vì vậy gây khó khăn cho những ngƣời dùng thơng thƣờng, hiện nay có một số phần mềm đã đƣợc viết nhƣ OpenSees Navigator, GiD, TclBuilder hoặc toolbox trong Matlab nhƣ OpenSees Pre- and Post- Processing để xuất và nhập kết quả.
2.5. Phần mềm Sap2000v19 [17]
Trong luân văn này tác giả sẽ dùng phần mềm Sap2000v19 để kiểm chứng kết quả phân tích trong OPenSees.
Bộ phần mềm Sap đƣợc bắt đầu từ các kết quả nghiên cứu phƣơng pháp số (Numeric method), phƣơng pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) trong
19
tính tốn cơ học (Computation Mechanics) của giáo sƣ Edward L.Wilson (University of California at Berkeley, USA).
Ban đầu chúng chỉ là các chƣơng trình đơn lẻ nhƣ SolidSap,…chạy trên các hệ thống máy tính lớn với mục đích hầu nhƣ chỉ phục vụ nghiên cứu là chính. Phiên bản đầu tiên của chƣơng trình đƣợc mang tên SAP (Structural Analysis Program) vào năm 1970 và sau đó lần lƣợt xuất hiện SAP IV, SAP 80 đƣợc nâng cấp và hoàn thiện vào cuối những năm 80, nó là mốc đánh dấu sự xuất hiện phần mềm tính tốn kết cấu có tính thƣơng mại đầu tiên của họ.SAP đƣợc phát triển bởi công ty COMPUTER AND STRUCTURE INC (CSI). SAP 2000.
Sap 2000 cung cấp nhiều tính năng mạnh để mơ tả lớp các bài tốn kết cấu phổ biến trong thực tế kĩ thuật, chúng bao gồm: Cầu, đập chắn, bồn chứa, các tòa nhà…Các giao tiếp đồ họa dựa trên các cửa sổ, cho phép nhanh chóng tạo ra các mơ hình kết cấu từ các mẫu thƣ viện sẵn có.
20
CHƢƠNG 3.
KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 3.1. Giới thiệu