bộ giáo dục đào tạo trường đại học xây dùng - hå viÖt hïng suy giảm độ cứng kết cấu bê tông cốt thép ảnh hưởng tới tác động động đất lên công trình luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hà Nội - 2010 giáo dục đào tạo trường đại học xây dựng - hồ việt hùng suy giảm độ cứng kết cấu bê tông cốt thép ảnh hưởng tới tác động động đất lên công trình Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng công nghiệp Mà số: 60.58.20 luận văn thạc sĩ kỹ thuật cán hướng dẫn pgs ts nguyễn lê ninh Hà Nội - 2010 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật lời cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô Trường Đại học Xây dựng suốt trình đào tạo thạc sĩ đà cung cấp kiến thức phương pháp để em áp dụng nghiên cứu giải vấn đề luận văn Xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới PGS TS Nguyễn Lê Ninh, người đà nhiệt tình hướng dẫn em thực luận văn Hà Nội, 01/06/2010 Học viên Hồ Việt Hùng Hồ Việt Hùng CHXD07_02 Luận văn Thạc sĩ kỹ tht mơc lơc Trang Trang phơ b×a Mơc lơc Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị phần mở đầu Chương I - Độ cứng yếu tố ảnh hưởng tới độ cứng 1.1 Kh¸i niƯm phân loại độ cứng 1.1.1 Khái niệm độ cứng 1.1.2 Phân loại độ cứng 1.1.2.1 §é cøng däc trôc 1.1.2.2 §é cøng chèng uèn 1.1.2.3 Độ cứng chống xoắn 1.1.2.4 Độ cứng chống cắt 1.1.2.5 §é cøng theo phương đứng độ cứng theo phương ngang 1.2 C¸c yÕu tố ảnh hưởng đến độ cứng 1.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng cấu kiện 1.2.1.1 Đặc trưng vật liệu 1.2.1.2 Đặc trưng h×nh häc 10 1.2.1.3 §iỊu kiƯn biªn 13 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng hệ kết cấu 14 1.2.2.1 Độ cứng cấu kiện phân bố độ cứng 14 Hồ Việt Hùng CHXD07_02 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật hÖ kÕt cÊu 1.2.2.2 Tính chất liên kết 16 Chương Ii ý nghĩa vai trò độ cứng tính toán công trình 18 2.1 §é cøng tính toán công trình chịu tải trọng động 18 2.1.1 Hệ đàn hồi tuyến tính 18 2.1.2 Hệ đàn hồi phi tuyÕn 25 2.2 Độ cứng tính toán công trình chịu tải träng ®éng ®Êt 27 2.2.1 Tính toán tải träng ®éng ®Êt theo quan ®iĨm cị 27 2.2.2 Tính toán tải trọng động đất theo quan điểm đại 27 Chương III Tính toán kết cấu bê tông cốt thép có xét tới suy giảm độ cøng 30 3.1 Ph¶n øng phi tuyÕn cấu kiện bê tông cốt thép 30 3.2 Các nghiên cứu suy giảm độ cứng cấu kiện bê tông cốt thép 36 3.3 HÖ sè hiÖu chỉnh mô men quán tính tiêu chuẩn nước 40 Chương IV ví dụ tính toán tải trọng ®éng ®Êt xÐt tíi sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu 44 4.1 C¸c sè liƯu thiÕt kÕ 44 4.2 Khối lượng công trình tham gia dao động 46 Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 LuËn văn Thạc sĩ kỹ thuật 4.3 Mô hình phân tích dao động 50 4.4 Tải trọng động đất tác dụng lên công trình không xét tới suy giảm độ cứng kết cấu 50 4.5 Tải trọng động đất tác dụng lên công trình có xét tới suy giảm độ cứng kết cấu theo tiêu chuÈn TCXDVN 375:2006 53 4.6 Tải trọng động đất tác dụng lên công trình có xét tới suy giảm ®é cøng cđa kÕt cÊu theo tiªu chn ACI 318-05 57 4.7 Tải trọng động đất tác dụng lên công trình có xét tới suy giảm độ cøng cđa kÕt cÊu theo Paulay vµ Priestley 61 4.8 Tải trọng động đất tác dụng lên công trình coi dầm tuyệt đối cứng 65 4.8.1 Tr­êng hỵp dầm tuyệt đối cứng không xét tới suy giảm độ cứng cột 65 4.8.2 Trường hợp dầm tuyệt đối cứng có tới suy giảm độ cứng cột theo Paulay vµ Priestley 66 4.8.3 Trường hợp dầm tuyệt đối cứng có tới suy giảm độ cứng cột theo TCXDVN 375:2006 67 4.9 Tải trọng động đất tác dụng lên công trình coi độ cứng dầm không suy giảm độ cứng cột suy giảm mức độ khác 70 4.10 Tải trọng động đất tác dụng lên công trình độ cứng dầm suy giảm độ cứng cột suy giảm mức ®é kh¸c 71 4.11 Nhận xét kết tính toán 72 Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chương V kết luËn kiÕn nghÞ 78 5.1 KÕt luËn 78 5.2 KiÕn nghÞ 79 Danh mơc tµi liƯu tham kh¶o 81 Hå ViƯt Hùng CHXD07_02 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật danh mục ký hiệu, chữ viết tắt A Diện tÝch tiÕt diƯn ngang cđa cÊu kiƯn Ag DiƯn tÝch tiết diện nguyên c Hệ số cản E Mô dun đàn hồi vật liệu F Tải trọng Fb Lực cắt đáy FC Lực cản fc Cường độ chịu nén bê tông mẫy thử hình trụ FH Lực đàn hồi FQ Lực quán tính fr Cường độ chịu kéo bê tông G Mô đun đàn hồi chống cắt cđa vËt liƯu H ChiỊu cao h×nh häc cđa cÊu kiện Icr Mô men quán tính tiết diện bị nứt Ie Mô men quán tính hiệu dụng Ig Mô men quán tính tiết diện nguyên Ip Mô men quán tính chống xoắn k Độ cứng kf Độ cứng chống uốn Ko Độ cứng đàn hồi ban đầu Ks Độ cứng cát tuyến ks Độ cứng chống cắt Kt Độ cứng tiếp tuyến L Chiều dài hình học cấu kiện M Mô men uốn m Khối lượng Ma Mô men tải trọng khai thác Hồ Việt Hùng CHXD07_02 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Mcr Mô men nứt My Mô men chảy dẻo Mz Mô men xoắn N Lùc däc n TØ sè nÐn T Chu kú dao động V Lực cắt đáy x Chuyển vị ngang kết cấu D Biến dạng dài I Mô men quán tÝnh chèng n d Chun vÞ di Chun vÞ ngang tương đối theo tầng e Biến dạng dài tương đối f Góc xoay j Góc xoắn r Bán kính cong đường đàn hồi s ứng suất Hồ Việt Hùng CHXD07_02 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật danh mục bảng Trang Bảng 3.1: Mô men quán tính hiệu dụng cấu kiện theo Paulay Priestley 39 B¶ng 3.2: Mô men quán tính hiệu dụng cấu kiện theo ACI 318-05 41 Bảng 3.3: Mô men quán tính hiƯu dơng cđa c¸c cÊu kiƯn theo NZS 3101 41 Bảng 3.4: Mô men quán tính hiệu dụng c¸c cÊu kiƯn theo CSA-A23.3-04 42 Bảng 4.1: Dạng dao động công trình theo phương X 51 Bảng 4.2: Lực cắt chuyển vị tầng 52 Bảng 4.3: Dạng dao động công trình theo phương X 54 Bảng 4.4: Lực cắt chuyển vị tầng 56 Bảng 4.5: Phân phối lực cắt đáy lên chiều cao công trình 57 Bảng 4.6: Dạng dao động công trình theo phương X 58 Bảng 4.7: Phân phối lực cắt đáy lên chiều cao công trình 60 Bảng 4.8: Phân phối lực cắt đáy lên chiều cao công trình 61 Bảng 4.9: Dạng dao động công trình theo phương X 62 Bảng 4.10: Lực cắt đày chuyển vị tầng 64 Bảng 4.11: Lực cắt đày chuyển vị tầng 65 Bảng 4.12: Dạng dao động công trình theo phương X 69 Bảng 4.13: Chu kỳ dao động công trình 71 Bảng 4.14: Lực động đất tác dụng lên công trình Fb (kN) 71 Bảng 4.15: Chu kỳ dao động công trình 72 Bảng 4.16: Lực động đất tác dụng lên công trình Fb (kN) 73 Bảng 4.17: Sự thay đổi giá trị cỉa T (s) F (kN) mô hình tính toán 73 B¶ng 4.18: Sự thay đổi giá trị cỉa T (s) F (kN) mô hình tính toán 75 Hå ViÖt Hùng CHXD07_02 67 luận văn thạc sĩ kỹ thuật Fb = S d (Tx1 )ml Do Tx1 = 1,45 (s) < 2.TC = 2´0,8 = 1,6 (s) nªn l = 0,85 Ta cã: Fb = 0,0493.g 33233,9 0,85 = 1391,51kN g 4.8.2 Trường hợp dầm tuyệt đối cứng ®é cøng cđa cét suy gi¶m theo Paulay 4.8.2.1 Chu kỳ dao động công trình Theo kiến nghị Paulay Priestley, mô men quán tính chống uốn hiệu dụng cấu kiện có giá trị sau: - Đối với cột biên: 0,6Ig - Đối với cột giữa: 0,8Ig Chu kỳ dao động công trình theo phương lấy từ kết phân tích dao động theo phương sau - Theo ph­¬ng X Tx1 = 1,76 s Tx2 = 0,59 s Tx3 = 0,35 s - Theo ph­¬ng Y Ty1 = 1,15 s Ty2 = 0,39 s Ty3 = 0,27 s 4.8.2.2 Tải trọng động đất tác dụng lên công trình Do chu kỳ dao động riêng thứ theo hai phương X Y bé (s) bé 4.TC = 3,2 (s); công trình thoả mÃn tính đặn chiều cao nên theo tiªu chn TCXDVN 375:2005 ta cã thĨ sư dơng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương để xác định tải trọng động đất tác dụng lên công trình Hồ Việt Hùng CHXD07_02 68 luận văn thạc sĩ kỹ thuËt Do TC = 0,8 (s) < Tx1 = 1,76 (s) < TD = (s), nªn phỉ thiÕt kÕ Sd(Tx1) xác định theo biểu thức sau: b.ag = 0,2´0,1032.g = 0,0206.g S d (Tx1 ) = a g S 2,5 é TC ù 2,5 é 0,8 ù = 0,0407.g > b.ag ê ú = 0,1032g ´1,35 ´ q ë Tx1 û 3,9 ê1,76 ú ë û Sd(Tx1) = 0,0407.g Lực cắt đáy động đất gây ra: Fb = S d (Tx1 )ml Do Tx1 = 1,76 (s) > 2.TC = 2´0,8 = 1,6 (s) nªn l = 1,0 Ta cã: Fb = 0,0407.g 33233,9 1,0 = 1353,31 kN g 4.8.3 Trường hợp dầm tuyệt đối cứng độ cứng cột suy giảm theo tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 4.8.3.1 Chu kỳ dao động công trình Theo tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006, độ cứng chống cắt độ cứng chống uốn đàn hồi cấu kiện lấy 0,5 lần độ cứng tương ứng cấu kiện không bị nứt Cụ thể, mô men qu¸n tÝnh hiƯu dơng cđa c¸c cÊu kiÕn nh­ sau: - Đối với dầm: 0,5 Ig - Đối với cột: 0,5 Ig Chu kỳ dao động công trình theo phương lấy từ kết phân tích dao động theo phương sau - Theo ph­¬ng X Tx1 = 2,03 s Tx2 = 0,68 s Tx3 = 0,41 s - Theo ph­¬ng Y Ty1 = 1,33 s Hồ Việt Hùng CHXD07_02 69 luận văn th¹c sÜ kü thuËt Ty2 = 0,44 s Ty3 = 0,31 s Các dạng dao động tương ứng theo phương X cho bảng 4.12 Bảng 4.12 Dạng dao động công trình theo phương X Tầng Fk Dạng D¹ng thø D¹ng thø 0,006 0,016 -0,022 0,009 0,022 -0,021 0,012 0,023 -0,009 0,015 0,019 0,009 0,017 0,012 0,022 0,020 0,001 0,022 0,021 -0,009 0,009 0,022 -0,018 -0,009 0,023 -0,022 -0,021 4.8.3.2 Tải trọng động đất tác dụng lên công trình Do chu kỳ dao động riêng thứ theo phương X lớn (s) nên theo tiêu chuẩn TCXDVN 375:2005 sử dụng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương để xác định tải trọng động đất Dưới sử dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động Từ công thøc (4.1); (4.2) vµ (4.3) ta cã: B1 = 55,336 kNs2/m M1* = 1,014 kNs2/m Mtd,1 = 3018,9 kNs2/m B2 = 13,487 kNs2/m M2* = 1,018 kNs2/m Mtd,2 = 178,7 kNs2/m Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 70 luËn văn thạc sĩ kỹ thuật Nhận xét thấy: n Mtd,1 + Mtd,2 = 3197,6 kNs /m > 0,9å mk = 3052 kNs2/m k =1 Suy cã d¹ng dao động cần xét tới xác định tải trọng ®éng ®Êt * D¹ng dao ®éng thø nhÊt: Tx1 = 2,03 s Do TD = (s) < Tx1 = 2,03 (s), nên phổ thiết kế Sd(Tx1) xác định theo biÓu thøc sau: b.ag = 0,2´0,1032.g = 0,0206.g S d (Tx1 ) = a g S 2,5 é TC TD ù 2,5 é 0,8 ´ ù = 0,0347.g = b.ag ê ú = 1,032 ´ 1,35 ´ q ë Tx1 û 3,9 ê 2,032 ú ë ỷ Sd(Tx1) = 0,0347.g Lực cắt đáy lớn tác dụng lên chân công trình dạng dao động thứ xác định sau: Fb1 = M td ,1S d (Tx1 ) = 3018,9 ´ 0,0347 ´ 9,8 = 1026,74 kN * Dạng dao động thứ hai: Tx2 = 0,68 s Do Tx2 = 0,68 (s) < TC = 0,8 (s) , nên phổ thiết kế Sd(Tx2) xác định theo biểu thức sau: S d (Tx ) = a g S 2,5 2,5 = 1,032 ´ 1,35 ´ = 0,0893.g q 3,9 Sd(Tx1) = 0,0893.g Lực cắt đáy lớn tác dụng lên chân công trình dạng dao động thứ xác định nh­ sau: Fb = M td , S d (Tx ) = 178,7 ´ 0,0893 ´ 9,8 = 156,38 kN * Tổ hợp lực cắt đáy tác dụng lên công trình: Lực cắt đáy tác dụng lên công trình tổ hợp từ lực cắt đáy dạng theo biểu thức: Fb = N ồF i =1 bi = 1026,74 + 156,382 = 1038,58 kN Hồ Việt Hùng CHXD07_02 71 luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4.9 Tải trọng động đất tác động lên công trình độ cứng dầm không suy giảm độ cứng cột suy giảm mức độ khác 4.9.1 Chu kỳ dao động công trình Để làm rõ mức độ ảnh hưởng suy giảm độ cứng phận kết cấu đến đặc trưng động học tải trọng động đất tác dụng lên công trình, ta tiến hành tính toán độ cứng dầm không suy giảm độ cứng cột suy giảm mức độ khác Mô men quán tính chống uốn hiệu dụng tiết diện dầm, cột lấy sau: - Đối với dầm: Ig - Đối với cột: cho biến thiên mức ®é 0,5Ig; 0,6Ig; 0,7Ig; 0,8Ig vµ 0,9Ig Chu kú dao động cở công trình theo phương X tương ứng với mức độ suy giảm độ cứng cột cho bảng 4.13 Bảng 4.13 Chu kỳ dao động công trình Ic 0,5Ig 0,6Ig 0,7Ig 0,8Ig 0,9Ig Tx1 (s) 2,42 2,28 2,17 2,08 2,01 4.9.2 T¶i trọng động đất tác dụng lên công trình Tải trọng động đất xác định theo TCXDVN 375:2006 phương pháp cho tiêu chuẩn ứng với trường hợp thoả mÃn chu kỳ dao động công trình Lực cắt đáy tác dụng lên công trình trường hợp suy giảm độ cứng cột cho bảng 4.14 Bảng 4.14 Lực động đất tác dụng lên công trình Fb (kN) Ic 0,5Ig 0,6Ig 0,7Ig 0,8Ig 0,9Ig Tx1 (s) 2,42 2,28 2,17 2,08 2,01 Fb (kN) 726,44 813,88 891,73 961,61 1024,70 Hå ViÖt Hïng CHXD07_02 72 luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4.10 Tải trọng động đất tác động lên công trình độ cứng dầm suy giảm độ cứng cột suy giảm mức độ khác 4.10.1 Chu kỳ dao động công trình Để làm rõ mức độ ảnh hưởng suy giảm độ cứng phận kết cấu đến đặc trưng động học tải trọng động đất tác dụng lên công trình, ta tiến hành tính toán độ cứng dầm không suy giảm độ cứng cột suy giảm mức độ khác Mô men qu¸n tÝnh chèng n hiƯu dơng cđa c¸c tiÕt diện dầm, cột lấy sau: - Đối với dầm: 0,35Ig - Đối với cột: cho biến thiên mức độ 0,5.Ig; 0,6.Ig; 0,7.Ig; 0,8.Ig; 0,9.Ig; 1,0.Ig Chu kỳ dao động cở công trình theo phương X tương ứng với mức độ suy giảm độ cứng cột cho bảng 4.15 Bảng 4.15 Chu kỳ dao động công trình Ic 0,5Ig 0,6Ig 0,7Ig 0,8Ig 0,9Ig Ig Tx1 (s) 2,73 2,60 2,50 2,43 2,37 2,31 4.10.2 Tải trọng động đất tác dụng lên công trình Tải trọng động đất xác định theo TCXDVN 375:2006 phương pháp cho tiêu chuẩn ứng với trường hợp thoả mÃn chu kỳ dao động công trình Trong trường hợp phương pháp tính toán (PPTT) phương pháp tĩnh lực ngang tương đương, lực động đất biểu diễn qua lực cắt đáy tác dụng lên công trình Trong trường hợp phương pháp tính toán phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động, để đơn giản cho việc so sánh đánh giá, lực động đất thể tổng lực cắt đáy theo phương X dạng dao động thứ công trình Hồ Việt Hùng CHXD07_02 73 luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lực động đất tác dụng lên công trình trường hợp suy giảm độ cứng cột cho bảng 4.16 Bảng 4.16 Lực động đất tác dụng lên công trình Fb (kN) Ic 0,5Ig 0,6Ig 0,7Ig 0,8Ig 0,9Ig Ig Tx1 (s) 2,73 2,60 2,50 2,43 2,37 2,31 Fb (kN) 610,73 624,64 670,58 709,92 743,19 772,58 4.11 Nhận xét kết tính toán Các kết cho thấy khác thay đỏi đáng kể chu kỳ dao động (T) công trình lực động đất tác dụng lên công trình (F) không kể đến suy giảm độ cứng kết cấu có kể đến suy giảm độ cứng mức độ khác Bảng 4.17 cho thấy thay đổi giá trị T F mô hình tính toán Bảng 4.17 Sự thay đổi giá trị T (s) F (kN) mô hình tính toán Độ cứng Mô hình không suy giảm Độ cứng suy giảm Theo TCXDVN 375:2006 Theo ACI 318-05 Độ cứng - Dầm: EIg - DÇm: 0,5.EIg - DÇm: 0,35.EIg cÊu kiƯn - Cét: EIg - Cét: 0,5.EIg - Cét: 0,7.EIg Theo Paulay - Dầm: 0,35.EIg - C biên: 0,6.EIg - C giữa: 0,8.EIg Tx1 (s) 1,96 2,63 2,50 2,52 Fb (kN) 1216,36 614,02 670,58 662,20 Dmax (m) 0,204 0,181 0,181 0,181 Phương pháp tính Tĩnh lực ngang tương đương Hồ Việt Hùng CHXD07_02 Phỉ ph¶n øng Phỉ ph¶n øng Phỉ ph¶n øng 74 luận văn thạc sĩ kỹ thuật Bảng 4.17 cho thấy, việc có kể đến suy giảm độ cứng kết cấu thay đổi giá trị chu kỳ dao động mà đưa tới việc cần phải thay đổi phương pháp xác định tải trọng động đất tác dụng lên công trình Khi không kể đến suy giảm độ cứng kết cấu, giá trị chu kỳ ngưỡng cho phép xác định tải trọng động đất phương pháp tĩnh lực ngang tương đương Nhưng kể đến suy giảm độ cứng kết cấu, phải chuyển sang phương pháp xác định tải trọng động đất phức tạp có nhiều dạng dao động cần xét đến tính toán Lực động đất tác dụng lên công trình thay đổi lượng đáng kể kể đến suy giảm độ cứng kết cấu Mặc dù phương pháp phổ phản ứng, lực cắt đáy dạng dao động thứ không đủ để đánh giá tác động động đất lên công trình, phương diện đó, cho thấy tải trọng động đất giảm lượng đáng kể có kể đến suy giảm độ cứng kết cấu Bên cạnh đó, bảng 4.17 cho thấy thay đổi giá trị chu kỳ T tải trọng động đất F mô hình suy giảm độ cứng thay đổi không đáng kể, mô hình suy giảm độ cứng theo tiêu chn TCXDVN 375:2006 vµ EC8 dÉn tíi viƯc chu kú tăng lớn lực động đất tác dụng lên công trình giảm nhiều Ví dụ mơc 4.8 cịng cho thÊy sù sai lƯch kh¸ lín kết phương pháp tính toán gần truyền thống mô hình dầm tuyệt đối cứng Bảng 4.18 cho thấy giá trị T Fb trường hợp áp dụng mô hình Bảng 4.18 cho thấy kết tính toán mô hình dầm tuyệt đối cứng dẫn tới sai số đáng kể, cụ thể chu kỳ dao động công trình giảm nhiều so với trường hợp dầm có độ cứng hữu hạn Tải trọng động đất tính mô hình dầm tuyệt đối cứng có giá trị lớn so với trường hợp dầm có độ cứng hữu hạn Hồ Việt Hùng CHXD07_02 75 luận văn thạc sĩ kỹ thuật Bảng 4.18 Sự thay đổi giá trị T (s) Fb (kN) mô hình tính toán Độ cứng cột Mô hình không suy giảm Dầm tuyệt đối cứng (độ Độ cứng cột suy giảm Theo TCXDVN Theo Paulay 375:2006 Tx1 (s) 1,45 2,03 1,76 Fb (kN) 1391,51 1038,58 1353,31 cứng vô Phương pháp cùng) tính Tĩnh lực ngang tương Tĩnh lực Phổ phản ứng đương ngang tương đương Tx1 (s) Dầm có độ cứng hữu hạn b»ng EIg 1,96 2,42 2,17 Fb (kN) 1216,36 726,44 891,73 Phương pháp tính Tĩnh lực ngang tương Phổ phản ứng Phổ phản ứng đương Dầm có độ Tx1 (s) 2,31 2,73 2,50 cứng hữu hạn Fb (kN) 772,58 610,73 662,20 Phương pháp 0,35EIg tính Phổ phản ứng Phổ ph¶n øng Phỉ ph¶n øng VÝ dơ mơc 4.9 4.10 cho thấy vai trò suy giảm độ cứng cột dầm tới chu kỳ dao động tác động động đất lên công trình, thể hình 4.4, 4.5 4.6 Hồ Việt Hùng CHXD07_02 76 luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1500 Lực cắt đáy (kN) Chu kú (s) 3,0 2,0 1,0 1000 500 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 §é cøng cét (x EI g) §é cøng cét (x EI g) Hình 4.4 T Fb độ cứng dầm không suy giảm độ cứng cột suy giảm mức độ khác 1500 Lực cắt đáy (kN) Chu kỳ (s) 3,0 2,0 1,0 0,5 1000 500 0,6 0,7 0,8 §é cøng cét (x EI g ) 0,9 1,0 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Độ cứng cột (x EI g) Hình 4.5 T Fb độ cứng dầm suy giảm 0,35EIg độ cứng cột suy giảm mức độ khác Hồ Việt Hùng CHXD07_02 1,0 77 luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1500 Lực cắt đáy (kN) 3,0 Chu kỳ (s) 2,0 1,0 0,5 1000 0,7 0,8 0,9 §é cøng cét (x EIg) 1,0 Độ cứng dầm suy giảm 0,35EI g 500 0,6 Độ cứng dầm không suy giảm 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 §é cøng cét (x EI g) Hình 4.6 So sánh T Fb trường hợp độ cứng dầm suy giảm không suy giảm Hình 4.6 cho thấy suy giảm độ cứng dầm cột có ảnh hưởng đáng kể tới chu kỳ dao động lực động đất tác dụng lên công trình Điều thấy qua độ dốc tương đối lớn đường biểu diễn chu kỳ lực cắt đáy thay đổi độ cứng cột, khoảng cách tương đối lớn đường biểu diễn hai trường hợp không có kể đến suy giảm ®é cøng cđa dÇm Sù thay ®ỉi ®ét ngét cđa lực cắt đáy biểu đồ hình 4.4 độ cứng cột lấy EIg lúc chu kỳ dao động riêng hệ giảm xuống ngưỡng TD chuyển qua phương pháp tính toán (tĩnh lực ngang tương đương thay phỉ ph¶n øng) Hå ViƯt Hïng – CHXD07_02 78 Ln văn Thạc sĩ kỹ thuật chương V Kết luận - kiến nghị 5.1 Kết luận Kết nghiên cứu luận văn cho thấy độ cứng cấu kiện nói riêng hệ kết cấu nói chung có ¶nh h­ëng lín tíi ph¶n øng ®éng cđa kÕt cÊu (chu kỳ, dạng dao động) tác dụng tải trọng, ảnh hưởng tới độ lớn tải trọng động đất tác dụng lên công trình Luận văn cho thấy độ cứng hệ tăng lên chu kỳ dao động riêng hệ giảm đó, tải trọng động đất tác dụng lên hệ tăng lên Luận văn cho thấy đặc trưng hình học có ảnh hưởng lớn tới độ cứng cấu kiện Bên cạnh đó, phân bố độ cứng cấu kiện tính chất liên kết chúng ảnh hưởng tới độ cứng tổng thể hệ Độ cứng kết cấu bê tông cốt thép số suốt trình làm việc Đặc biệt cấu kiện bị nứt (do ứng suất kéo lớn, làm việc giới hạn đàn hồi), đặc trưng hình học cấu kiện (mô men quán tính chống n, diƯn tÝch tiÕt diƯn ngang) cã sù suy gi¶m đáng kể, dẫn tới suy giảm độ cứng cấu kiện độ cứng tổng thể hệ kết cấu Mức độ suy giảm độ cứng không giống loại cấu kiện Các cấu kiện chịu uốn đơn (cấu kiện loại dầm) thường có mức độ suy giảm độ cứng tương đối lớn, chẳng hạn với dầm cánh (không có kê lên) mô men quán tính chống uốn hiệu dụng 0,3Ig với Ig mô men quán tính chống uốn tiết diện nguyên, dầm có kê lên mô men quán tính hiệu dụng 0,35Ig Đối với cấu kiện chịu nén-uốn, suy giảm ®é cøng phơ thc vµo tØ sè nÐn ( N ) cđa nã C¸c cÊu kiƯn cã tØ sè A f c nén lớn mức độ suy giảm độ cứng nhỏ Sự suy giảm độ cứng cấu kiện có ảnh hưởng lớn tới chu kỳ dao động tải trọng động đất tác dụng lên công trình Nghiên cứu luận văn cho Hồ Việt Hùng CHXD07_02 79 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật thấy tải trọng động đất giảm đáng kể kể đến suy giảm độ cứng kết cấu Các ví dụ tính toán cho thấy suy giảm độ cứng dầm cột có ảnh hưởng đáng kể tới độ lớn tải trọng động đất Do suy giảm độ cứng kết cấu tượng thực tế, việc tính toán kết cấu có xét tới ảnh hưởng mang lại hiệu kinh tế định, nên việc xét tới suy giảm độ cứng kết cấu bê tông cốt thép việc cần thiết Hiện giới có nhiều mô hình suy giảm độ cứng khác nhau, điều dẫn tới việc cần lựa chọn mô hình suy giảm độ cứng phù hợp Trên sở nghiên cứu lý thuyết, kết tính toán mô hình suy giảm độ cứng khác nhau, luận văn xin đưa kiến nghị việc áp dụng suy giảm độ cứng việc tính toán tải trọng động đất tác dụng lên kết cấu 5.2 Kiến nghị Tính toán tải trọng động đất tác dụng lên công trình có xét tới suy giảm độ cứng kết cấu hoàn toàn có sở khoa học, điều thể qua việc tiêu chuẩn xây dựng nước giới đà đưa việc xem xét tới suy giảm độ cứng kết cấu bê tông cốt thép yêu cầu bắt buộc tính toán thiết kế công trình Tuy nhiên, mức độ suy giảm độ cứng cấu kiện tiêu chuẩn nước không hoàn toàn giống Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất Việt Nam (TCXDVN 375:2006) quy định độ cứng cÊu kiƯn cã thĨ lÊy b»ng mét nưa ®é cøng cấu kiện chưa bị nứt, nhiên kèm thêm sử dụng kết khác có phân tích xác Các kết nghiên cứu Paulay đà đề cập chương III cho thấy độ cứng loại cấu kiện khác có mức độ suy giảm độ cứng khác nhau, việc quy định hệ số suy giảm độ cứng 50% cho tất loại cấu kiện tiêu chuẩn 375:2006 chưa xác Các ví dụ tính toán chương IV cho thấy tác dụng động đất lên kết cấu xét tới suy giảm độ cứng kết cấu theo quy định TCXDVN 375:2006 có khác biệt đáng kể so với mô hình suy giảm độ cứng khác, tác động động đất xác định theo Hồ Việt Hùng CHXD07_02 80 Luận văn Thạc sÜ kü thuËt TCXDVN 375:2006 sÏ cã kÕt qu¶ bÐ (bảng 4.17) Ưu điểm mô hình đơn giản áp dụng (độ cứng cấu kiện suy giảm nhau), nhiên tải trọng tác đông đất tính toán có giá trị bé, bên cạnh độ cứng suy giảm tương đối lớn nên thiết kế cần phải cấu tạo phức tạp nhằm đảm bảo làm việc dẻo kết cấu, nói tính toán tải trọng động đất theo mô hình suy giảm độ cứng nêu lên TCXDVN 375:2006 có hệ số an toàn thấp Mô hình suy giảm theo Paulay theo ACI 318-05 đem đến kết tương đối giống nhau, nhiên việc áp dụng mô hình suy giảm độ cứng Paulay tương đối phức tạp cần phải xác định tỉ số nén cột Bên cạnh kết tính toán theo mô hình suy giảm độ cứng nêu ACI 318-05 cho giá trị tải động đất lớn hơn, có độ an toàn cao Như vậy, mô hình suy giảm độ cứng cấu kiện nêu tiªu chn ACI 318-05 võa cã hƯ sè an toµn cao nhÊt, võa dÏ dµng thùc hµnh Do đó, luận văn kiến nghị tính toán tải trọng động đất tác dụng lên công trình nên xét tới suy giảm độ cứng kết cấu theo mô hình quy định ACI 318-05 Hệ số suy giảm độ cứng cấu kiện bê tông cốt thép nêu tiêu chuẩn sau: Cấu kiện Mô men quán tính hiệu dụng, Ie Dầm 0,35 Ig Cột 0,70 Ig Tường không bị nứt 0,70 Ig T­êng bÞ nøt 0,35 Ig Hå ViƯt Hïng – CHXD07_02 81 luận văn thạc sĩ kỹ thuật danh mục TàI LIệU THAM KHảO Tiếng Việt TCXDVN 375 2006: Thiết kế công trình chịu động đất Nguyễn Lê Ninh (2007), Động đất thiết kế công trình chịu động đất Nguyễn Viết Trung (1999), Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép đại theo tiêu chuÈn ACI TiÕng Anh Ahmed M., Dad Khan M.K., and Warmid M (2008), Effect of concrete crackings on the lateral response of RCC buildings Amr S Elnashai and Luigi Di Sarno (2008), Fundamentals of Earthquake Engineering Elwood K.J and Eberhard M.O (2006), Effective stiffness of reinfored concrete columns Paulay T and Priestley M.J.N (1992), Seismics Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings Priestley M.J.N (1997), Myths and Fallacies in Earthquake Engineering Conflicts between Design and Reality ACI 318M-05: Building code requirements for structural concrete and commentary 10 F.J Vecchio and S Balopoulou (1989), On the nonlinear behaviour of reinforced concrete frames 11 Grossman JS (1981), Simplified computations for effective moment of inertia and minimum thickness to avoid deflection computations 12 Shunsuke Otani (1979), Nonlinear dynamic analysis of reinforced concrete building structures 13 Branson DE (1963), Instantaneous and time-dependent deflections of simple and continuous reinforced concrete beams Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 ... học xây dùng - hå viÖt hïng suy giảm độ cứng kết cấu bê tông cốt thép ảnh hưởng tới tác động động đất lên công trình Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng công nghiệp Mà số: 60.58.20 luận. .. tài hệ kết cấu chịu lực khung bê tông cốt thép Phạm vi nghiên cứu đề tài bao gồm vấn đề: yếu tố ảnh hưởng tới độ cứng kết cấu ảnh hưởng suy giảm độ cứng tới tác động động đất lên kết cấu D ý... thiết suy giảm độ cứng kết cấu ảnh hưởng tới tác dụng động đất lên công trình Các kết nghiên cứu tổng kết chương V cho thấy độ cứng kết cấu bê tông cốt thép có suy giảm đáng kể dẫn đến giảm đáng