NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 2. ĐẶC TÍNH KHỚP DẺO CỦA TIẾT DIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐẨY DẦN TRONG PHÂN TÍCH KẾT CẤU

2.3. NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Các bước khác nhau của phương pháp được tóm tắt dưới đây, với giả thiết rằng kết cấu đã được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu bình thường của tiêu chuẩn như tải trọng đứng, gió, môi trường.

1. Thiết kế cốt thép dọc tại khớp dẻo của dầm theo tiêu chí hạn chế hư hỏng.

2. Lựa chọn mô hình tải để phân tích (ví dụ: tải tam giác, phân bố đều, dạng dao động...).

3. Xây dựng mô hình phi đàn hồi một phần PIM.

4. Kiểm tra các tiêu chí hạn chế hư hỏng.

5. Thiết kế cốt thép dọc cột theo tiêu chí hư hỏng đáng kể.

6. Thiết kế cốt đai cho tất cả các cấu kiện.

7. Chi tiết cốt đai, neo và nối chồng .

2.3.2. Thiết kế cốt thép dọc tại khớp dẻo dầm theo tiêu chí hạn chế hư hỏng Mục đích của bước này là thiết lập một độ bền cơ bản của kết cấu, đủ để đáp ứng các tiêu chí hạn chế hư hỏng của Bước 4. Độ bền này được cung cấp bởi cốt thép dọc tại khớp dẻo, thường là đầu mút dầm.

Theo đề nghị của Kappos và Manafpour, để tránh phải hiệu chỉnh thiết kế sơ bộ, momen thiết kế tại khớp dẻo nên được tính toán từ một phân tích đàn hồi với một hệ số điều chỉnh ν0 ( 2/3  3/4) lần phổ của trận động đất hạn chế hư hỏng. Trận động đất này có xác suất xảy ra là 50% trong 50 năm, được xác định bằng (1/2,51/2) phổ phản ứng đàn hồi TCVN 9386:2012. Độ cứng của các cấu kiện BTCT được giả thiết

xem xét đến nứt (xem Bước 3). Sau đó quy trình thiết kế cốt thép dọc được thực hiện theo TCVN 5574:2012.

Tung độ của phổ trận động đất hạn chế hư hỏng theo gợi ý của TCVN 9386:2012:

   

IO e

1 1

S T .S T

2 2,5

 

   (2.12)

Trong đó:

IO 

S T : Tung độ phổ phản ứng của trận động đất hạn chế hư hỏng.

Se(T): Tung độ phổ phản ứng đàn hồi tiêu chuẩn trong TCVN 9386:2012, được trình bày ở Phần 1.3.1.

2.3.3. Lựa chọn mô hình tải để phân tích

Việc lựa chọn một mô hình của tải trọng ngang hay chuyển vị là một trong những vấn đề cơ bản của phân tích đẩy dần PUSHOVER. Đối với một số công trình, chẳng hạn như công trình có sự phân phối độ cứng đều đặn, thì có khả năng là cả hai mô hình này cho kết quả phản ứng giống nhau. Mục đích của mô hình tải trọng là đặc trưng cho các lực quán tính tương đối mà một hệ kết cấu có thể gặp trong một trận động đất.

Tương tự như vậy, áp dụng một mô hình chuyển vị là cố gắng để mô hình hóa chuyển vị tương đối của một hệ kết cấu dưới tác động động đất.

Rõ ràng là cả hai giá trị tương đối sẽ thay đổi với các mức độ ứng xử phi tuyến.

Tuy nhiên, việc áp dụng một phân phối chuyển vị có thể dẫn đến một cơ chế tầng mềm. Việc áp dụng một phân phối lực với một kiểm soát chuyển vị là giải pháp hợp lý duy nhất có thể vượt qua đỉnh của đường cong pushover chịu lực - chuyển vị.

Mô hình tải thường được sử dụng trong các tài liệu là dạng cố định, với giả thiết mô hình tải không đổi trong quá trình phân tích. Ví dụ: mô hình tải phân bố đều, tam giác ngược hoặc theo dạng dao động…Đối với kết cấu khung mà dạng dao động đầu tiên chiếm ưu thế và được thiết kế dựa trên khái niệm cột khỏe/dầm yếu, thì mô hình tam giác ngược là một sự lựa chọn đơn giản có thể cho một kết quả chấp nhận được với ứng xử động đất trong thực tế. Đối với các kết cấu khác, khi sử dụng một mô hình tải duy nhất sẽ tăng sự chênh lệch kết quả đáng kể. TCVN 9386:2012 yêu cầu áp dụng ít nhất hai phân phối theo chiều dọc của tải trọng ngang, cụ thể là phân bố đều và phân bố theo dạng dao động.

Thực tế do sự xấp xỉ vốn có của phương pháp phân tích đẩy dần PUSHOVER, nếu tăng độ phức tạp của mô hình áp dụng có thể sẽ không đảm bảo ưu thế hơn so với những mô hình đơn giản. Vì vậy, trong luận văn này, phân phối lực ngang với một mô hình tam giác đảo ngược sẽ được sử dụng trong phân tích đẩy dần PUSHOVER.

2.3.4. Mô hình phi đàn hồi một phần PIM

Xây dựng mô hình tính toán PIM của kết cấu, trong đó dầm được mô hình như cấu kiện chảy dẻo với độ bền khớp dẻo tại đầu mút dầm dựa trên cốt thép hiện tại (bao gồm cốt thép sàn), cột được dự định đàn hồi nên được mô hình như cấu kiện đàn hồi (xem hình 12).

Độ cứng hiệu quả giả thiết cho mỗi cấu kiện phải phù hợp với ứng xử dự định và các mô hình sử dụng. Đối với các cấu kiện có khớp dẻo tập trung, độ cứng hiệu quả tương đương của dầm bằng 30% đến 50% của tổng độ cứng uốn của dầm, cho cột là 60% đến 80% để tính toán cho nứt.

Hình 2.6. Mô hình phi đàn hồi một phần PIM 2.3.5. Kiểm tra các tiêu chí hạn chế hư hỏng

Phân tích đẩy dần mô hình PIM đến chuyển vị mục tiêu của trận động đất hạn chế hư hỏng. Chuyển vị mục tiêu ở bước này là chuyển vị lớn nhất tại cao trình đỉnh mái, được xác định từ phân tích đàn hồi của phổ đàn hồi TCVN 9386:2012 điều chỉnh đến phổ của trận động đất “hạn chế hư hỏng”.

Sau đó, các tiêu chí làm việc sau đây cần được kiểm tra:

- Giá trị lớn nhất chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng không vượt quá các giá trị giới hạn trong các cấu kiện phi kết cấu theo yêu cầu TCVN 9386:2012:

d / hr   (2.13)

Trong công thức này, hệ số chiết giảm  trong TCVN 9386:2012 đã được sử dụng khi xác định phổ trận động đất hạn chế hư hỏng nên không cần sử dụng để kiểm tra.

Khớp M  Phần dầm vẫn đàn hồi Cột

đàn hồi

Nếu điều kiện này không thỏa mãn tại bất kỳ tầng nào, cần tăng độ cứng công trình bằng cách tăng kích thước cấu kiện hoặc tăng diện tích cốt thép dọc dầm.

- Góc xoay dẻo của dầm trong vùng tới hạn không vượt quá giá trị tương ứng với sự hư hỏng “không chấp nhận” (yêu cầu sửa chữa) bằng 0,005 rad theo ASCE41. Nếu góc xoay dẻo vượt quá giá trị giới hạn trong một số cấu kiện, cần tăng diện tích cốt thép dọc dầm.

Cả hai tiêu chí trên phải được thỏa mãn, một tiêu chí đề cập đến sự hư hỏng trong các cấu kiện phi kết cấu, tiêu chí còn lại đề cập đến sự hư hỏng của cấu kiện kết cấu.

Hai tiêu chí này đảm bảo rằng, mặc dù một số hư hỏng có thể xuất hiện trong các cấu kiện kết cấu và phi kết cấu nhưng công trình không yêu cầu sửa chữa và có thể được sử dụng ngay sau trận động đất.

2.3.6. Thiết kế cột theo tiêu chí hư hỏng đáng kể

Ở bước này, phân tích đẩy dần của cùng mô hình (sửa đổi cốt thép dầm ở Bước 4, nếu cần) đến chuyển vị mục tiêu của phổ trận động đất “hư hỏng đáng kể” (phổ phản ứng đàn hồi TCVN 9386:2012 không giảm). Đối với các công trình bình thường, sự kiện này thường tương ứng với một xác suất 10% trong 50 năm, đây là trận động đất thiết kế ở hầu hết các tiêu chuẩn hiện tại.

Bước này cung cấp tổ hợp momen (M) và lực dọc (N) thiết kế cho mỗi cột. Quy trình thiết kế cốt thép dọc được thực hiện theo TCVN 9386:2012 kết hợp TCVN 5574:2012.

Tung độ của phổ trận động đất hư hỏng đáng kể:

   

LS e

S T S T (2.14)

Với SLS  T là tung độ phổ phản ứng của trận động đất hư hỏng đáng kể.

2.3.7. Thiết kế cốt đai cho các cấu kiện

Thiết kế cốt đai cho các cấu kiện được thực hiện bằng cách sử dụng lực cắt tính toán ở Bước 5 nhân với một hệ số khuyếch đại v= 1,1. Hệ số này tính toán cho một trận động đất có cường độ cao hơn xác suất 10% trong 50 năm. Nói cách khác, thiết kế cốt đai liên quan đến một tác động động đất có xác suất xảy ra là 2% trong 50 năm (CP).

P2.3.8. Chi tiết cốt đai, neo và nối chồng

Chi tiết cốt đai, neo và nối chồng của tất cả cấu kiện, được thực hiện với việc xem xét cho cấp độ phi đàn hồi dự định trong mỗi cấu kiện. Tất cả các biểu thức được sử dụng phải liên quan đến một thông số độ dẻo xoay (hoặc cong) của các cấu kiện.

Cho các cấu kiện chảy dẻo được tính ở Bước 5, hệ số γ cần phải được sử dụng để tính toán cho trận động đất 2% trong 50 năm, sự gia tăng của γ tỷ lệ thuận với độ dẻo yêu cầu của kết cấu. Một ví dụ về biểu hiện như vậy trong TCVN 9386:2012 thể hiện trong

công thức xác định tỷ lệ thể tích của cốt thép đai trong cột có liên quan đến một thông số quan trọng là hệ số độ dẻo cong mục tiêu . Độ dẻo dự định của các cấu kiện không chảy dẻo (chẳng hạn như cột) có thể được thực hiện như là các kết cấu có độ dẻo hạn chế (ví dụ cấp dẻo “DCL” trong TCVN 9386:2012).

Quy trình thiết kế theo phương pháp nghiên cứu được trình bày ở sơ đồ khối sau

Hình 2.7. Quy trình thiết kế theo phương pháp nghiên cứu

Sai

Đúng

Sai

Đúng Tăng tiết diện

cấu kiện

Bắt đầu

Chọn sơ bộ tiết diện Xác định tải trọng đứng

Xác định phổ IO, sử dụng hệ số điều chỉnho

Xác định lực ngang tại các tầng Fi

Phân tích đàn hồi tuyến tính Thiết kế cốt thép dọc dầm và chân cột tầng trệt theo EC2

Xây dựng mô hình PIM

Xác định chuyển vị mục tiêu cho trận động đất IO Xác định phổ cho trận

động đất IO

Kiểm tra các tiêu chí IO   req cap d / hr  

Tăng diện tích cốt thép dọc

Phân tích pushover

Xác định chuyển vị mục tiêu cho động đất LS Xác định phổ cho trận

động đất LS

Lực cắt dầm từ phân tích

Phân tích pushover

Lực cắt cột từ phân tích Xác định chuyển vị mục

tiêu cho động đất LS

Lực cắt dầm từ phân tích

Momen và lực dọc từ phân tích Phân tích pushover

Thiết kế và kiểm tra cốt thép dọc cột theo EC8 + EC2

Lực cắt cột từ phân tích Thiết kế và kiểm tra cốt thép

đai cột theo EC8 + EC2 Thiết kế và kiểm tra cốt thép

đai dầm theo EC8 + EC2

CHƯƠNG 3