Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
PHÂN TÍCH TĨNH PHI TUYẾN KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ CHUYỂN VỊ
Nguyễn Vĩnh Sáng
Phân hiệu Trường Đại học Thủy lợi, email: sangnv@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG [2] được sử dụng và là một phương pháp xấp
xỉ dựa trên hệ số hiệu chỉnh chuyển vị.
Thiết kế kết cấu kháng chấn dựa theo
Chuyển vị lớn nhất của hệ nhiều bậc tự do
tính năng (PBSD) là phương pháp hiện đại
được hiệu chỉnh thành chuyển vị của hệ một
xét sự làm việc ngoài miền đàn hồi khi chịu
bậc tự do tương đương bằng một số các hệ số.
tác động của động đất đang được phát triển
và ứng dụng ở các nước phát triển trên thế 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
giới đứng đầu là Mỹ, Trung Quốc, Nhật
Bản và Châu Âu. Mục đích của phương 2.1. Phương pháp hệ số chuyển vị theo
pháp này là thiết kế kết cấu đáp ứng trước FEMA 356 [2]
một mục tiêu định trước hay còn gọi là mục Phương pháp hệ số chuyển vị đưa ra quy
tiêu tính năng. Có nhiều phương pháp để trình tính toán trực tiếp để xác định yêu cầu
phân tích phi tuyến tính nhằm tìm được mục chuyển vị (displacement demand), hay còn gọi
tiêu tính năng này như: Phương pháp N2 được là chuyển vị mục tiêu (target displacement).
trình bày trong TCVN 9386 : 2012 [1] và EC8, Phương pháp này không yêu cầu phải chuyển
phương pháp phổ khả năng - CSM (Capacity đổi đường cong khả năng về định dạng
Spectrum Method) được trình bày trong AT C- ADRS (Acceleration Displacement Response
40 (Applied Technology Council, 1996), Spectrum) như phương pháp CSM. Quy trình
phương pháp hệ số chuyển vị - DCM
tính toán theo phương pháp này bao gồm các
(Displacement Coefficient Method) được trình
bước sau:
bày trong FEMA-356 [2], và phương pháp
phân tích đẩy dần MPA (Modal Pushover
Analysis) do Chopra và Goel đề xuất.
Phân tích tĩnh phi tuyến (puhsover analysis)
được phát triển trong nhiều năm qua và đã trở
thành một phương pháp được sử dụng phổ
biến trong thiết kế nhằm xác định đường cong
khả năng để đánh giá động đất cho công trình.
Phương pháp này được xây dựng trên giả thiết
ứng xử của công trình có thể được xem xét
thông qua ứng xử của hệ một bậc tự do tương Hình 1. Sơ đồ tuyến tính hóa
đương (equivalent SDOF system) thay thế. theo phương pháp hệ số chuyển vị
Điều này có nghĩa, ứng xử của công trình sẽ
do một dạng dao động khống chế và hình dáng - Bước 1: Giả thiết chuyển vị mục tiêu δt;
của dạng dao động này giữ nguyên trong cả - Bước 2: Thiết lập quan hệ tuyến tính hóa
quá trình phân tích. như Hình 1;
Trong nghiên cứu này, phương pháp hệ số - Bước 3: Xác định chu kỳ hữu hiệu Te theo
chuyển vị DCM trình bày trong FEMA - 356 công thức sau:
142
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
Ki và (2) giới hạn kết cấu cho các cấu kiện được
Te Ti (1.1) thể hiện ở Bảng 1 và Bảng 2 tương ứng.
Ke
Trong đó: Ti là chu kỳ cơ bản làm việc đàn Bảng 1. Tiêu chí chấp nhận tổng thể
hồi (s) theo phương đang xét trong phân tích
động lực học tuyến tính; Ki, Ke tương ứng là
độ cứng đàn hồi và độ cứng ngang ảnh hưởng
của công trình theo phương đang xét.
Bước 4: Tính toán chuyển vị mục tiêu theo Bảng 2. Tham số mô hình hóa và tiêu chí
công thức dưới đây: chấp thuận áp dụng cho phương pháp phi
Te2 tuyến cho dầm bê tông cốt thép
t C0C1C2C3 Sa
4 2 (1.2)
Trong đó: C0, C2 tương ứng là hệ số điều
chỉnh xét đến việc chuyển đổi từ hệ nhiều bậc
tự do (MDOF) sang hệ một bậc tự do (SDOF)
tương đương và hệ số xét đến sự giảm độ cứng
và suy thoái cường độ; C1 là hệ số xét đến
chuyển vị phi tuyến tính; Sa là giá trị của phổ
phản ứng gia tốc đàn hồi ứng với chu kỳ Te ; C3
là hệ số xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng P-Δ.
- Bước 5: So sánh chuyển vị mục tiêu tính
được trong Bước 4 với chuyển vị giả thiết
trong Bước 1, nếu hai giá trị sai lệch không 3. MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ
nhiều thì đây chính là giá trị cần tìm, còn 3.1. Mô hình
không tiếp tục quay lại Bước 1. Xét một kết cấu khung có 4 tầng có nhịp
2.2. Quan hệ lực - chuyển vị và tiêu chí đều 6m, chiều cao mỗi tầng là 3.6m. Tải
chấp nhận trọng tác dụng lên khung có tĩnh tải (cấu tạo
FEMA 356 [2] kiến nghị sử dụng quan hệ kiến trúc, tường xây và trọng lượng bản thân
lực - biến dạng của cấu kiện bê tông cốt thép kết cấu) và hoạt tải sử dụng với các giá trị
và tiêu chí tiếp tục sử dụng (IO), an toàn tính như sau: Tĩnh tải cấu tạo kiến trúc 30 kN/m,
mạng (LS) và ngăn ngừa sụp đổ (CP) thể hiện tĩnh tải tường xây trên tất cả các dầm là
trong Hình 2. Các hệ số a, b, c được quy định 15 kN/m, trọng lượng bản thân kết cấu mô
trong FEMA 356 [2] theo các cấu kiện kết cấu. hình SAP2000 tự động tính toán và hoạt tải sử
dụng 15 kN/m. Vật liệu bê tông sử dụng cho
kết cấu có cấp bền B22.5 (M300), cốt thép sử
dụng loại AIII theo TCVN 5574 - 2018. Địa
điểm xây dựng công trình tại Thị xã Sơn La
có gia tốc đỉnh nền lớn trên lãnh thổ Việt
Nam với, đất nền xem xét là loại D có phổ
phản ứng đàn hồi theo TCVN 9386:2012 [1],
hệ số cản nhớt kết cấu là 0.05. Kích thước kết
cấu các cấu kiện dầm 3065cm có thép lớp
Hình 2. Quan hệ lực - biến dạng đối với trên 4 25 , lớp dưới 3 25 và thép đai 8a100 ,
các cấu kiện bê tông cốt thép
cột biên 5050cm có thép dọc 12 20 và đai
Tính năng giới hạn chấp nhận được đánh giá cột 8a150 .
qua hai tiêu chí: (1) giới hạn kết cấu tổng thể
143
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
Phân tích tĩnh lực ngang tương đương theo
TCVN 9386:2012 [1] để phân phối tải ngang
lên các tầng. Thực hiện đẩy dần (pushover)
tìm đường cong khả năng.
Tổng lực cắt đáy:
V Sa (T )W (1.3)
wx hx
Fx V n
(1.4)
wh
i 1
i i
3.2. Mô hình và kết quả Hình 4. Dạng chuyển vị khi chịu tải ngang
Thực hiện đẩy dần tĩnh phi tuyến với toàn và của bước đẩy dần phi tuyến (Bước 24)
bộ tải trọng tĩnh tải và hoạt tải xét đến hệ số 3.3. Đánh giá
chiết giảm là 0.24 theo TCVN 9386-2012 [1] Điểm tính năng theo phương pháp hệ số
và tải trọng ngang theo phân tích tĩnh lực chuyển vị của FEMA 356 xác định được:
ngang tương đương. Mô hình khớp dẻo mặc V = 583.403kN và roof 0.144m . Dựa vào
định trong SAP2000 theo FEMA 356 [2] cho
phần tử dầm (M3) và cột (PMM) đã được Bảng 1 ta đánh giá tổng thể kết cấu:
trình bày ở Mục 2.2. Mô hình xét đến ảnh roof 0.144 Kiểm soát
hưởng hiệu ứng P-Δ. 0.01
H 14.4 hư hại DC
Đường cong khả năng của phương pháp đẩy
dần và điểm tính năng theo phương pháp DCM Trong đó: H = 14.4m là chiều cao đỉnh
được tính toán trực tiếp từ SAP2000 thể hiện ở khung tính từ điểm đặt tác động của lực động
Hình 3. Điểm tính năng tương ứng với bước 24 đất gây ra.
của đẩy dần phi tuyến. Kết quả dạng chuyển vị
4. KẾT LUẬN
và đánh giá các khớp xoay dẻo trong phần tử
dầm - cột được thể hiện ở Hình 4. Phương pháp thiết kế kháng chấn dựa theo
tính năng là phương pháp mới, thực tế các
nghiên cứu ở Việt Nam còn rất hạn chế. Trong
tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 [1] chưa đề cập
cụ thể, rõ ràng. Phương pháp PBSD phân tích
kết cấu làm việc ngoài miền đàn hồi, từ đó
đánh giá trạng thái kết cấu. Do đó, kỹ thuật
phân tích nói chung phức tạp, khó khăn đối
với kỹ sư thiết kế.
Nghiên cứu này, đã trình bày một kỹ thuật
phân tích phi tuyến bằng phương pháp hệ số
Hình 3. Đường cong khả năng từ đẩy dần chuyển vị theo FEMA 356 [2]. Mô hình số
tĩnh phi tuyến và điểm tính năng theo phương được thực hiện để đánh giá kết cấu theo tiêu
pháp DCM được tính từ SAP2000 chí tổng thể kết cấu và chi tiết các tiết diện
nguy hiểm của cấu kiện kết cấu.
Có nhiều kỹ thuật để phân tích, đánh giá
kết cấu ứng xử phi tuyến khi chịu tác động
của động đất, từ đó so sánh kết quả của các
kỹ thuật này nhằm đưa ra đánh giá an toàn
hơn cho kết cấu. Ngoài ra, phương pháp
PBSD là phương pháp mới, hiện đại cần có
144
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
nhiều nghiên cứu ứng dựng tại Việt Nam
theo FEMA 356 [2] hoặc EC 8 - Phần 3.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TCVN 9386:2012, "Thiết kế công trình chịu
động đất," Viện Khoa học Công nghệ Xây
dựng - Bộ Xây dựng, 2012.
[2] FEMA-356, "Pre-standard and commentary
for seismic rehabilitation of buildings," in
Federal Emergency Management Agency,
Washington (DC), 2000.
145
nguon tai.lieu . vn