Đang tải... (xem toàn văn)
Trong các tiêu chuẩn tính toán động đất thì hầu hết đều cho kết cấu làm việc trong giới hạn đàn hồi và quan niệm vật liệu bê tông là hoàn toàn đàn hồi, tuy nhiên bê tông lại là vật liệu đàn dẻo, việc xem xét kết cấu làm việc ngoài miền đàn hồi hứa hẹn là một phương pháp tính toán đơn giản và đánh giá trực quan sự làm việc của công trình hơn so với các phương pháp khác. Trong các phương pháp phân tích công trình chịu tải trọng động đất như phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương, phương pháp phân tích phổ phản ứng, phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian và phương pháp phân tích tĩnh bằng đẩy cưởng bức (push over) thì phương pháp phân tích tĩnh bằng đẩy cưỡng bức cho ta tính toán sơ bộ sự làm việc của hệ kết cấu sau miền giới hạn đàn hồi. Chính vì lý do đó nhóm em áp dụng phương pháp tính toán đẩy dần vào việc tính toán công trình chịu tải trọng ngang để kiểm tra sự làm việc của hệ kết cấu khi chịu tải trọng ngang và đánh giá sự hợp lý của thiết kế.
GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT CƠNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHI TUYẾN TĨNH (NONLINEAR STATIC PUSH-OVER ANALYSIS) NHÓM Trang GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH MỤC LỤC MỤC LỤC PHẦN BỔ SUNG I ĐẶT VẤN ĐỀ II TỔNG QUAN Nội dung phương pháp phân tích phi tuyến tĩnh Phương pháp nghiên cứu III PHÂN TÍCH PUSH-OVER BẰNG PHẦN MỀM ETABS v9.7 Mô tả cơng trình Khảo sát hình thành khớp dẻo ứng với chuyển vị mục tiêu Khảo sát ảnh hưởng tiết diện cột đến trình hình thành khớp dẻo 15 Khảo sát ảnh hưởng cốt thép đến trình hình thành khớp dẻo 22 Khảo sát ảnh hưởng sàn đến trình hình thành khớp dẻo 24 IV KẾT LUẬN 25 V KIẾN NGHỊ 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 NHÓM Trang GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH PHẦN BỔ SUNG Cách xác định thông số chuyển vị mục tiêu dùng phân tích Push-over: Căn theo hướng dẫn Bảng 11-2 ATC-40 (Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings) Table 11-2: Deformation Limits Performance Level Interstory Drift Limit Immediate Occupancy -IO Demage Control- D Life SafetyLS Structural Stability Maximum Total Drift 0.01 0.01-0.02 0.02 0.33Vi/Pi Vậy ta chọn chuyển vị mục tiêu phân tích ứng với giai đoạn LS theo công thức: = 0.02 x H = 0.02 x 6.6 = 0.132 m NHÓM Trang GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH I ĐẶT VẤN ĐỀ: Trong tiêu chuẩn tính tốn động đất hầu hết cho kết cấu làm việc giới hạn đàn hồi quan niệm vật liệu bê tơng hồn tồn đàn hồi, nhiên bê tông lại vật liệu đàn dẻo, việc xem xét kết cấu làm việc miền đàn hồi hứa hẹn phương pháp tính toán đơn giản đánh giá trực quan làm việc cơng trình so với phương pháp khác Trong phương pháp phân tích cơng trình chịu tải trọng động đất phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương, phương pháp phân tích phổ phản ứng, phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian phương pháp phân tích tĩnh đẩy cưởng (push over) phương pháp phân tích tĩnh đẩy cưỡng cho ta tính tốn sơ làm việc hệ kết cấu sau miền giới hạn đàn hồi Chính lý nhóm em áp dụng phương pháp tính tốn đẩy dần vào việc tính tốn cơng trình chịu tải trọng ngang để kiểm tra làm việc hệ kết cấu chịu tải trọng ngang đánh giá hợp lý thiết kế II TỔNG QUAN: Hiện viêc tính tốn cơng trình chịu tải trọng động đất có phương pháp phương pháp tĩnh lực ngang tương đương, phương pháp phân tích phổ dao động hay phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian Các thành phần tải trọng nhập vào mơ hình sau lấy kết nội lực để thiết kế Với việc tính tốn khơng thể rõ làm việc khung chịu tải trọng ngang, vị trí kết cấu cơng trình khơng rõ làm việc đặc biệt kiểm tra lại kết thiết kế cơng trình chịu tải trọng ngang, vị trí hư hỏng cơng trình xuất hợp lý hay chưa Cịn phương pháp phân tích tĩnh đẩy cưỡng tải trọng ngang tăng cách liên tục đặn, cho phép xác định điểm yếu kiểu hư hỏng tìm thấy cơng trình cách trực quan Để trình bày nội dung nghiên cứu nhóm sử dụng phần mềm Etabs 9.7.0 với tính phân tích Push- over để thực đề tài Nội dung phương pháp phân tích phi tuyến tĩnh Đặc điểm phương pháp tính tốn trình biến dạng phi tuyến kết cấu xảy tác động gia tăng đặn tải trọng ngang tải trọng đứng giữ ngun khơng thay đổi Q trình gia tăng đặn tải trọng ngang thực nút kiểm tra (thường cao trình đỉnh mái) có chuyển vị ngang chuyển vị mục tiêu định trước, lực cắt đáy đạt lực cắt mục tiêu Chuyển vị mục tiêu chuyển vị ngang cực đại cao trình mái đạt tới trình chịu tác động địa chấn thiết kế Biến dạng nội lực kết cấu giám sát cách liên tục NHÓM Trang GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH trình kết cấu chuyển vị ngang Phương pháp cho phép theo dõi trình chảy dẻo phá hoại cấu kiện thành phần toàn hệ kết cấu, cho phép xác định chuyển vị ngang không đàn hồi tồn chiều cao cơng trình cách thức sụp đổ hệ kết cấu Khả chịu lực độ dẻo cần thiết chuyển vị mục tiêu lực cắt đáy mục tiêu thường dùng để kiểm tra tính đắn việc thiết kế kết cấu Đồ thị biểu diễn mối quan hệ lực cắt đáy chuyển vị ngang gọi đường cong khả Đây kết chủ yếu phương pháp tính tốn đẩy dần Hình 1: Biểu đồ quan hệ lực cắt đáy chuyển vị đỉnh Vì kết chủ yếu phương pháp đường cong quan hệ lực biến dạng nên cần phải làm rõ thành phần đường cong Trên đường cong quan hệ lực biến dạng, năm điểm A, B, C, D E sử dụng để vạch rõ làm việc biến dạng lực khớp ba điểm IO, LS, CP sử dụng để vạch rõ chuẩn mực chấp nhận cho khớp dẻo Hình 2: Đường quan hệ lực – chuyển vị NHÓM Trang GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH - Điểm A: tương ứng điều kiện dỡ tải, việc phân tích chấp nhận tải trọng trọng lực gây tác động ban đầu, tải trọng ngang bắt đầu điểm khác A - Điểm B: cường độ tiết diện cân với cường độ chảy dẻo danh nghĩa Độ dốc từ B đến C thường lấy từ đến 10% đường dốc ban đầu bỏ qua ảnh hưởng tải trọng trọng lực đến dịch chuyển ngang - Điểm C cường độ danh nghĩa xác định theo tiêu chuẩn khác Trong phạm vi tiểu luận nghiên cứu đoạn từ A đến B đến C Các điểm IO, LS CP thể mức hư hỏng cho kết cấu Mức hư hỏng nhẹ OI (Immidiate Occupancy), hư hỏng mà an toàn (Life Safety) trạng thái sụp đổ CP (Collapse Prevention) Những giá trị ấn định cho điểm phụ thuộc vào loại cấu kiện phụ thuộc nhiều vào tham số khác tùy theo tiêu chuẩn sử dụng để phân tích Phương pháp nghiên cứu 2.1 Khảo sát mơ hình chịu tải trọng ngang phương pháp đẩy dần Mơ hình để khảo sát khung khơng gian tầng, nhịp chiều cao tầng 3.3m, nhịp 5m Quá trình khảo sát thực phần mềm Etabs 9.7.0 sử dụng chức phương pháp phân tích đẩy dần lên mơ hình cơng trình Các thuộc tính khớp dẻo kết cấu sử dụng mặc định phần mềm Việc khảo sát dựa thay đổi độ cứng (kích thước tiế diện cột) lượng cốt thép cột 2.2 Nghiên cứu làm việc khung chịu tải trọng ngang Thơng thường, thiết kế cơng trình chịu động đất phải cho khớp dẻo xuất trước hết dầm sau đến cột Lý sau: Cột bị phá hoại có nghĩa tồn nhà bị đổ, chưa kịp huy động hết khả chịu lực thành phần khác cơng trình Từ tiến hành phân tích đẩy dần cho mơ hình khảo sát để xác định vị trí hình thành khớp dẻo mơ hình có hợp lý hay khơng, từ có điều chỉnh cho hợp lý NHĨM Trang GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH III PHÂN TÍCH PUSH-OVER BẰNG PHẦN MỀM ETABS v9.7: Mơ tả cơng trình: - Mơ hình khung BTCT nhịp tầng có kích thước nhịp 5m, chiều cao tầng 3.3 m - Vật liệu sử dụng: BT B20 - Tiết diện dầm: (250x500)mm - Tiết diện cột: (250x250)mm Khảo sát hình thành khớp dẻo ứng với chuyển vị mục tiêu: - Chọn chuyển vị mục tiêu ∆=0.1323m, chuyển vị chuyển vị đỉnh cực đại cơng trình trước cơng trình sụp đổ - Quan sát đánh giá hình thành khớp dẻo qua step phân tích phần mềm Etabs NHĨM Trang GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH Step 0: Step 1: - Một khớp dẻo hình thành dầm tầng 1,khớp dẻo giai đoạn B NHÓM Trang GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH Step 2: - Bốn khớp dẻo hình thành tầng 1, khớp dẻo hình thành tầng 2, tất khớp dẻo giai đoạn B Step 3: - Bốn khớp dẻo giai đoạn B xuất dầm tầng 2, khớp dẻo giai đoạn B khớp dẻo giai đoạn IO hình thành dầm tầng NHĨM Trang GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH Step 4: - Hai khớp dẻo giai đoạn B khớp dẻo giai đoạn IO hình thành dầm tầng 2, khớp dẻo giai đoạn IO hình thành dầm tầng 1, khớp dẻo giai đoạn B hình thành cột tầng Step 5: - Hai khớp dẻo giai đoạn B khớp dẻo giai đoạn IO hình thành dầm tầng 2, khớp dẻo giai đoạn IO khớp dẻo giai đoạn LS hình thành dầm tầng 1, khớp dẻo giai đoạn IO khớp dẻo giai đoạn LS hình thành cột tầng NHÓM Trang 10 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH - khớp dẻo giai đoạn B khớp dẻo giai đoạn IO xuất dầm tầng 2, khớp dẻo giai đoạn IO khớp dẻo giai đoạn LS xuất dầm tầng 1, khớp dẻo giai đoạn LS khớp dẻo giai đoạn C xuất cột tầng - Cột bị sụp đổ dầm tầng giai đoạn hư hỏng Step 8: - khớp dẻo giai đoạn B khớp dẻo giai đoạn IO xuất dầm tầng 2, khớp dẻo giai đoạn B, khớp dẻo giai đoạn IO khớp dẻo giai đoạn LS xuất dầm tầng 1, khớp dẻo giai đoạn LS khớp dẻo giai đoạn E xuất cột tầng Step 9: - khớp dẻo giai đoạn B khớp dẻo giai đoạn IO xuất dầm tầng 2, khớp dẻo giai đoạn B , khớp dẻo giai đoạn IO khớp dẻo giai đoạn LS xuất dầm tầng 1, khớp dẻo giai đoạn B xuất cột tầng 1, khớp dẻo giai đoạn LS khớp dẻo giai đoạn E xuất cột tầng NHÓM Trang 12 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH Step 10: - khớp dẻo giai đoạn B khớp dẻo giai đoạn IO xuất dầm tầng 2, khớp dẻo giai đoạn B , khớp dẻo giai đoạn IO khớp dẻo giai đoạn LS xuất dầm tầng 1, khớp dẻo giai đoạn B xuất cột tầng 1, khớp dẻo giai đoạn E xuất cột tầng - Vậy kết cấu khung bị sụp đổ hoàn toàn ứng với chuyển vị max là: ∆=0.1323m NHÓM Trang 13 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH - Kết biểu đồ quan hệ chuyển vị lực cắt đáy - Bảng giá trị chuyển vị lực cắt đáy qua step Nhận xét: - Qua step phân tích phần mềm ta thấy dù cơng trình thiết kế thỏa mãn khả chịu lực cơng trình bị hư hỏng hay sụp đổ xuất khớp dẻo dầm cột khơng đảm bảo tiêu chí cột cứng-dầm yếu NHÓM Trang 14 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH - Khớp dẻo xuất dầm trước cột cột lại hư hỏng sụp đổ trước dầm chứng tỏ tiết diện cột hay hàm lượng thép không đủ, cần hiệu chỉnh - Xác định lực cắt đáy móng lớn cơng trình sụp đổ 82.2902 (T) Khảo sát ảnh hưởng tiết diện đến trình hình thành khớp dẻo: Tiến hành khảo sát tiết diện cột thay đổi từ (250x250), (350x350) (500x500) để quan sát điều chỉnh khớp dẻo dầm cột Tiết diện cột 250x250: Ta khảo sát step có xuất khớp dẻo cột thay đổi giai đoạn làm việc khớp dẻo cột so với dầm để đánh giá hợp lý thiết kế Step 4: - Khớp dẻo giai đoạn B vừa xuất cột tầng Step 5: - khớp dẻo giai đoạn LS xuất cột trước dầm NHÓM Trang 15 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH Step 6: - khớp dẻo giai đoạn LS xuất cột tầng trước nhiều vị trí khác dầm Step 7: - Khớp dẻo giai đoạn C xuát cột tầng 1, chưa vị trí khớp dẻo dầm xuất khớp dẻo giai đoạn - Vậy thiết kế không hợp lý, khơng thỏa mãn tiêu chí cột cứng - dầm yếu NHÓM Trang 16 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH Tiết diện cột 350x350: - Ta khảo sát step để đưa kết luận Step 5: - Độ cứng cột tăng dẫn đến step bắt đàu xuất khớp dẻo giai đoạn B cột tầng NHÓM Trang 17 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH Step 7: - Khớp dẻo xuất hợp lý so với tiến diện cột 250x250, nhiên dầm tầng khớp dẻo giai đoạn IO cột xuất khớp dẻo giai đoạn LS cột Step 12: - Khớp dẻo cột tầng đến giai đoạn C tất khớp dẻo dầm giai đoạn LS NHÓM Trang 18 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH - Vậy tiết diện 350x350 điều chỉnh hình thành khớp dẻo hợp lý tiết diện 250x250 chưa thỏa mãn tiêu chí cột cứng - dầm yếu - Kết biểu đồ quan hệ chuyển vị lực cắt đáy Tiết diện cột 500x500: - Ta khảo sát step để đưa kết luận Step 5: - Độ cứng cột tiếp tục tăng nên có khớp dẻo giai đoạn B hình thành cột tầng NHÓM Trang 19 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH Step 9: - Khớp dẻo xuất hợp lý so với trường hợp tiết diện trước, tất khớp dẻo dầm giai đoạn LS khớp dẻo cột giai đoạn IO Step 10: - Tất khớp dẻo cột phát triển sang giai đoạn LS NHÓM Trang 20 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH Step 14: - Hai khớp dẻo dầm tầng phát triển sang giai đoạn LS, khớp dẻo cột giai đoạn LS - Vậy tiết diện 500x500 điều chỉnh xuất khớp dẻo hợp lý, thỏa mãn tiêu chí cột cứng - dầm yếu - Kết biểu đồ quan hệ chuyển vị lực cắt đáy NHÓM Trang 21 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH Nhận xét: - Khi ta tăng tiết diện cột từ 25x25 lên 35x35 chạy toán thiết kế hình thành khớp dẻo hợp lý nhiên cột bị hư hỏng sụp đổ trước dầm, chứng tỏ độ cứng cột chưa đảm bảo - Tiếp tục tăng tiết diện cột từ 35x35 lên 50x50 xuất cột đảm bảo tiêu chí cột cứng-dầm yếu,vdầm bị phá hoại hư hỏng trước cột Khảo sát ảnh hưởng cốt thép đến trình hình thành khớp dẻo - Tiến hành khảo sát cột 500x500 với lượng thép 12#6 tăng lên 12#9 để xem xét hình thành khớp dẻo cơng trình Tiết diện 500x500 với lượng thép 12#6 - Từ step đến step 25 kết cấu hình thành khớp dẻo hợp lý,nhưng từ step 26 khớp dẻo xuất không hợp lý, cột tầng xuất khớp dẻo giai đoạn C khớp dẻo dầm tầng giai đoạn LS - Hình ảnh mơ hình Step 26 NHÓM Trang 22 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH Tiết diện 500x500 với lượng thép 12#9 - Ta khảo sát step cuối cùng, ứng với chuyển vị max đỉnh cơng trình lúc khớp dẻo đầu dầm tầng giai đoạn IO, LS C, khớp dẻo cột LS, khớp dẻo dầm ta khơng xét, chịu lực động đất dồn nội lực đầu dầm NHÓM Trang 23 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH Nhận xét: - Khi ta chạy tốn thiết kế với tiết diện 50x50,12 #6 đảm bảo khả chịu tải cơng trình kiểm tra lại pushover phân bố khớp dẻo không hợp lý, tăng tiết diện thép từ #6 đến #9 tiêu chí cột cứng - dầm yếu thỏa mãn - Bài tốn Push-over cho ta cách nhìn trực quan hơn, hàm lượng thép thức tế cần thiết cho kết cấu cần lớn hàm lượng thép thiết kế tương đối nhiều Khảo sát ảnh hưởng sàn đến trình hình thành khớp dẻo - Ta tiến hành khảo sát độ cứng khung ảnh hưởng đến xuất khớp dẻo thông qua việc mô hình có sàn khơng sàn Hệ khung khơng sàn - Khớp dẻo hình thành hợp lý,các khớp dẻo dầm tầng giai đoạn LS C khớp dẻo cột giai đoạn IO Hệ có sàn dày 100 mm - Xuất khớp dẻo cột tầng giai đoạn C khớp dẻo tầng giai đoạn B, IO LS NHÓM Trang 24 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH Nhận xét: - Độ cứng khung thay đổi dẫn đến thay đổi hình khớp dẻo - Trường hợp khơng có sàn khớp dẻo phân bố hợp lý,các dầm tầng bị sụp đổ trước - Trường hợp có sàn làm tăng độ cứng hệ dầm,khớp dẻo sụp đổ xuất cột trước,khơng đảm bảo tiêu chí cột cứng-dầm yếu,hệ dầm tầng bị hư hỏng sụp đổ trước IV KẾT LUẬN - Phương pháp Push-over Analysis xét chất phương pháp gần đúng, thay phân tích động kết cấu phân tích tĩnh - Phương pháp Push-over phù hợp với tiêu chuẩn kháng chấn đại đảm bảo khả chịu lực lớn kết cấu miền đàn hồi đảm bảo kết cấu có khả tiêu tán lượng động đất xảy thơng qua hình thành khớp dẻo - Phân tích Push-over phương pháp kiểm tra,giúp nhìn nhận trực quan hình thành khớp dẻo cơng trình cơng trình bị hư hỏng sụp đổ, từ điều chỉnh thơng số thiết kế tiết diện hàm lượng thép để cơng trình vừa đảm bảo khả chịu lực vừa đảm bảo thỏa mãn tiêu chí cột cứngdầm yếu, điều chỉnh khớp dẻo vị trí người thiết kế mong muốn - Xác định mối liên hệ chuyển vị đỉnh lực cắt đáy thông qua đường cong khả năng, từ xác định chuyển vị cực đại đỉnh cơng trình trước kết cấu sụp đổ NHÓM Trang 25 GVHD:TS HỒ HỮU CHỈNH V KIẾN NGHỊ - Cần mơ hình cơng trình cách đầy đủ xác so với thiết kế ban đầu xuất khớp dẻo thay đổi tương đối khó kiểm sốt - Tiết diện hàm lượng thép tăng lên tương đối lớn so với thiết kế miền đàn hồi - Cần sử dụng nhiều vách thay cho cột độ cứng vách lớn cột, dễ điều chỉnh khớp dẻo hình thành phát triển dầm trước cột NHÓM Trang 26 ... pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương, phương pháp phân tích phổ phản ứng, phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian phương pháp phân tích tĩnh đẩy cưởng (push over) phương pháp phân tích. .. phân tích Push- over để thực đề tài Nội dung phương pháp phân tích phi tuyến tĩnh Đặc điểm phương pháp tính tốn trình biến dạng phi tuyến kết cấu xảy tác động gia tăng đặn tải trọng ngang tải trọng. .. cấu chịu tải trọng ngang đánh giá hợp lý thiết kế II TỔNG QUAN: Hiện viêc tính tốn cơng trình chịu tải trọng động đất có phương pháp phương pháp tĩnh lực ngang tương đương, phương pháp phân tích