2.2.1. Sự hình thành và nội dung phƣơng pháp [13]
Phân tích tĩnh phi tuyến đã đƣợc nghiên cứu từ năm 1970. Sau khi nắm đƣợc vai trò, tầm quan trọng của phƣơng pháp này, trong 10 đến 15 năm qua đã có nhiều tài liệu nghiên cứu về phƣơng pháp này. Ban đầu phần lớn các nghiên cứu tâp trung vào thảo luận về phạm vi ứng dụng những ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp. Gần đây đã có nhiều nghiên cứu mở rộng về phân tích tĩnh phi tuyến và tiềm năng của phƣơng pháp phân tích tĩnh phi tuyến đã đƣợc công nhận trong những thập kỷ qua và đƣợc sử dụng rộng rãi trong phân tích kết cấu và kỹ thuật địa chấn .
13
Đặc điểm của phƣơng pháp tính tốn này, theo đúng nhƣ tên gọi của nó, là q trình biến dạng phi tuyến của kết cấu xảy ra dƣới tác động gia tăng đều đặn của tải trọng ngang trong khi tải trọng đứng vẫn giữ nguyên không thay đổi.
Quá trình gia tăng đều đặn tải trọng ngang này đƣợc thực hiện cho đến khi nút kiểm tra (thƣờng là cao trình đỉnh mái) có chuyển vị ngang bằng chuyển vị mục tiêu định trƣớc, hoặc cho tới khi lực cắt đáy đạt lực cắt mục tiêu. Chuyển vị mục tiêu là chuyển vị ngang cực đại của cao trình mái có thể đạt tới trong q trình chịu tác động địa chấn thiết kế. Biến dạng và nội lực của kết cấu đƣợc giám sát một cách liên tục trong quá trình kết cấu chuyển vị ngang.
2.2.2. Mục đích của phƣơng pháp [14]
Phƣơng pháp tĩnh phi tuyến đẩy dần có thể áp dụng để kiểm tra tính năng kết cấu của nhà hiện hữu và nhà đƣợc thiết kế mới với những mục đích sau:
- Để kiểm tra hoặc đánh giá lại các tỷ số vƣợt cƣờng độ u/1. - Để xác định các cơ cấu dẻo dự kiến và sự phân bố hƣ hỏng.
- Để đánh giá tính năng kết cấu của nhà hiện hữu hoặc đƣợc cải tạo theo các mục tiêu của tiêu chuẩn liên quan.
- Sử dụng nhƣ một phƣơng pháp thiết kế thay cho phƣơng pháp phân tích đàn hồi-tuyến tính có sử dụng hệ số ứng xử q.
- Phƣơng pháp dùng để theo dõi quá trình chảy dẻo và phá hoại của các cấu kiện thành phần cũng nhƣ toàn bộ hệ kết cấu, cũng cho phép xác định chuyển vị ngang không đàn hồi trên tồn bộ chiều cao của cơng trình và cách thức sụp đổ của hệ kết cấu. Khả năng chịu lực và độ dẻo cần thiết ở chuyển vị mục tiêu hoặc lực cắt đáy mục tiêu thƣờng đƣợc dùng để kiểm tra tính đúng đắn của việc thiết kế kết cấu. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực cắt đáy và chuyển vị ngang gọi là đƣờng cong khả năng.
14
Hình 2.8 Biểu đồ quan hệ lực cắt đáy và chuyển vị đỉnh mái
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.