Mô hình các lò xo cho khung bê tông cốt thép có tường chèn (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI PHƯƠNG HỮU THƠ MÔ HÌNH CÁC LÒ XO CHO KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ TƯỜNG CHÈN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG T

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

PHƯƠNG HỮU THƠ

MÔ HÌNH CÁC LÒ XO CHO KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

CÓ TƯỜNG CHÈN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

PHƯƠNG HỮU THƠ KHÓA: 2013-2015

MÔ HÌNH CÁC LÒ XO CHO KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ

TƯỜNG CHÈN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình DD&CN

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS VƯƠNG NGỌC LƯU

Hà Nội - 2015

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự nỗ lực của bản thân tác giả còn có sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp

Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Vương Ngọc Lưu và

TS Phạm Phú Tình đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ đào tạo Khoa Sau đại học thuộc trường Đại Học Kiến trúc Hà Nội, bộ môn Kết cấu bê tông cốt thép, các bạn bè và đồng nghiệp đã góp ý và tạo điều kiện cho tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu

Mặc dù đã có nhiều cố gắng song những thiếu sót trong luận văn là điều khó tránh khỏi Tác giả rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô, bạn bè

và đồng nghiệp Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, 2015

Phương Hữu Thơ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phương Hữu Thơ

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Danh mục các bảng, biểu

Danh mục các hình

PHẦN 1: MỞ ĐẦU .……… 1

PHẦN 2: NỘI DUNG .……….…… 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ TƯỜNG CHÈN …… ………… 3

1.1 Giới thiệu về khung bê tông cốt thép có tường chèn ……… 3

1.1.1 Vật liệu xây chèn trong khung bê tông cốt thép ……… 3

1.1.2 Các kiểu chèn trong khung bê tông cốt thép ……… 5

1.2 Các kiểu phá hoại của khung có tường chèn ……… ……….7

1.2.1 Phá hoại cắt trượt của tường ….…… ……….7

1.2.2 Phá hoại nén vỡ dải chéo trong tường chèn ….… ……… 8

1.2.3 Phá hoại khung bê tông cốt thép .… ……….8

1.2.4 Phá hoại bong tách giữa khung bê tông cốt thép và tường chèn .9

1.2.5 Phá hoại nứt chéo tường do ứng suất kéo làm tách vữa và gạch 9

1.3 Một số mô hình phân tích .……… ………10

1.3.1 Mô hình liên tục … ……….……… 10

1.3.2 Một số mô hình đơn giản hóa .……… 11

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH CÁC LÒ XO CHO KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ TƯỜNG CHÈN …… ……… 22

2.1 Đặc trưng cơ học của vật liệu chèn và của khối xây ……… 22

2.1.1 Đặc trưng cơ học của vật liệu chèn .……… 22

2.1.2 Đặc trưng cơ học của khối xây ……….…… 24

2.2 Phần tử thanh chống chỉ chịu kéo, không chịu kéo trong SAP2000 .26

2.3 Phần tử liên kết trong SAP2000 (Link element) .……… 27

2.4 Thiết lập mô hình các lò xo cho khung bê tông cốt thép có tường chèn 2.4.1 Cơ sở khoa học xây dựng mô hình ……… … 29

2.4.2 Thẩm định mô hình bằng phương pháp tĩnh phi tuyến đẩy dần (Pushover analysis) ……… ……… 37

2.5 Mô hình các lò xo cho các kiểu khối xây ……….… 49

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ TƯỜNG CHÈN THEO MÔ HÌNH CÁC LÒ XO … …… …….… 51

3.1 Ví dụ 1 .………… ……… 51

3.2 Ví dụ 2 .………… ……… 59

3.3 Ví dụ 3 .……… ……… 74

3.4 Ví dụ 4 .……… ……… 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……… ……… 90

DANH MỤC BẢNG, BIỂU

Số hiệu

Bảng 3.1 Giá trị áp lực gió lên khung theo chiều cao

Bảng 3.2

So sánh chuyển vị ngang tại các tầng giữa các mô hình (MH1), (MH2) và (MH3), Tỉ lệ sai số được quy chiếu đến

mô hình (MH1) Bảng 3.3 Giá trị áp lực gió lên khung theo chiều cao

Bảng 3.4 Chu kỳ (s) theo các phương pháp

Bảng 3.5

So sánh chuyển vị ngang tại các tầng giữa các mô hình (MH1) và (MH2), Tỉ lệ sai số được quy chiếu đến mô hình

(MH1) Bảng 3.6 Chuyển vị ngang tại các tầng của mô hình các lò xo

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Hình ảnh gạch đặc và gạch Tuynel 4 lỗ

Hình 1.2 Hình ảnh các kiểu chèn cục bộ trong một panel

Hình 1.3 Hình ảnh các kiểu chèn xét tổng thể cả khung

Hình 1.4 Trạng thái phá hoại do cắt trượt của tường chèn Hình 1.5 Trạng thái phá hoại nén vỡ dải chéo của tường chèn Hình 1.6 Trạng thái phá hoại do bong tách giữa khung và tường chèn Hình 1.7 Phá hoại khung và nứt chéo tường

Hình 1.8 Mô hình liên tục (micro model)

Hình 1.9 Mô hình tường xây chèn làm việc tương đương thanh chống

chịu nén Hình 1.10 Các tham số hình học cơ bản

Hình 1.11 Sự phát triển các kiểu mô hình thanh chống tương đương Hình 1.12 Sự phát triển các kiểu mô hình lò xo

Hình 2.1 Tùy chọn Tension limit (nguồn SAP2000)

Hình 2.2 Xây dựng phần tử lò xo (nguồn SAP2000)

Hình 2.3 Khai báo chuyển vị của lò xo theo các phương (nguồn

SAP2000) Hình 2.4 Tường chèn và thanh chống chịu nén tương đương Hình 2.5 Quan hệ lực cắt-chuyển vị và mô hình phân tích của tường

chèn Hình 2.6 Các tham số hình học của khung một tầng một nhịp có

tường chèn

Số hiệu hình Tên hình

Hình 2.7 Mô hình hóa tường chèn bằng thanh chống chéo (Diagonal

Model) và lò xo (Horizontal-Spring Model)

Hình 2.8 Khai báo tiết diện thanh chống trong SAP2000

Hình 2.9 Mô hình thanh chống trong SAP2000

Hình 2.10 Xác định đặc trưng khớp dẻo của dầm và cột (Hinge

Properties) Hình 2.11 Xác lập PUSH case trong SAP2000

Hình 2.12 Quan hệ lực - biến dạng của tường chèn trong khung khi

mô hình hóa tường chèn bằng mô hình thanh chống chéo (nguồn SAP2000)

Hình 2.13 Khai báo phần tử lò xo trong SAP2000

Hình 2.14 Mô hình các lò xo trong SAP2000

Hình 2.15 Xác định đặc trưng khớp dẻo của dầm và cột (Hinge

Properties) Hình 2.16 Xác lập PUSH case trong SAP2000

Hình 2.17 Quan hệ lực - biến dạng của tường chèn trong khung khi mô

hình hóa tường chèn bằng mô hình lò xo (nguồn SAP2000) Hình 2.18 Quan hệ lực - biến dạng của tường chèn trong khung khi mô

hình hóa tường chèn bằng mô hình thanh chống chéo và mô

hình lò xo Hình 2.19 Mô hình các lò xo cho các kiểu khối xây trong panel Hình 3.1 Các tham số hình học

Số hiệu hình Tên hình

Hình 3.2 Tải trọng gió tác dụng lên khung (kN/m)

Hình 3.3 Ba mô hình dùng để đánh giá mô hình các lò xo Hình 3.4 So sánh giữa ba mô hình xét về mặt chuyển vị

Hình 3.5 Các than số hình học của khung 5 tầng 2 nhịp

Hình 3.6 Tải trọng đứng tác dụng lên công trình

Hình 3.7 Tải trọng gió tác dụng lên khung (kN/m)

Hình 3.8 So sánh chu kỳ dao động của các phương pháp theo ví dụ 2 Hình 3.9 Các tham số hình học

Hình 3.10 Thay thế tường chèn bằng mô hình các lò xo

Hình 3.11 Hai mô hình dùng để đánh giá mô hình các lò xo Hình 3.12 So sánh giữa hai mô hình xét về mặt chuyển vị

Hình 3.13 Các tham số hình học

Hình 3.14 Thay thế tường chèn bằng mô hình các lò xo

Hình 3.15 Mô hình và kết quả về chuyển vị của mô hình các lò xo

1

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong số rất nhiều loại vật liệu đáp ứng nhu cầu phân chia không gian và bao che cho công trình thì tường xây vẫn đóng góp một tỷ trọng rất lớn

Ở Việt Nam việc xây dựng nhà cao tầng có sử dụng phương án kết cấu khung bê tông cốt thép có tường xây chèn rất phổ biến

Hiện nay việc tính toán khung bê tông cốt thép có tường xây chèn còn nhiều hạn chế, lãng phí khi mới chỉ coi tường xây là tải trọng tĩnh quy về tải phân bố đều đặt lên các dầm khung mà chưa kể tới khả năng chịu tải của tường xây cũng như ảnh hưởng tổng thể của nó trong khung bê tông cốt thép

Từ thực trạng đó, việc nghiên cứu tìm ra ảnh hưởng cũng như thiết lập các

mô hình tính toán cho khung bê tông cốt thép có tường xây chèn được rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm

Song việc tìm ra mô hình tính toán đánh giá đúng được tác động của tường xây chèn trong khung bê tông cốt thép đồng thời đơn giản hóa trong tính toán cũng như việc lập mô hình tính toán trong các phần mềm tính toán kết cấu vẫn rất cần thiết

2 Mục đích nghiên cứu

- Xây dựng mô hình các lò xo cho khung bê tông cốt thép có tường xây chèn

- Nghiên cứu ảnh hưởng của tường chèn trong khung bê tông cốt thép bằng việc sử dụng mô hình các lò xo

2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Khung bê tông cốt thép một tầng một nhịp và khung ba tầng một nhịp Tường xây chèn không có cốt thép, không gia cố, xét tường không có lỗ cửa và tường có lỗ cửa

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu bằng lý thuyết và sử dụng phần mềm tính toán kết cấu (SAP2000) để phân tích

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Giới thiệu và làm sáng tỏ mô hình thay thế tường xây chèn bằng các lò xo

để phân tích khung bê tông cốt thép có tường xây chèn chịu tải trọng đứng và ngang

- Mô hình này cho kết quả phân tích chuyển vị và kết quả phân tích tổng thể phù hợp với ứng xử thực của công trình, đồng thời việc tính toán cũng như khi đưa mô hình vào các phần mềm tính toán kết cấu đơn giản phù hợp với yêu cầu thực tiễn

- Ngoài ra ưu điểm lớn nhất của mô hình các lò xo so với các mô hình đơn giản hóa trước đó (mô hình thanh chống) là mô hình các lò xo có thể giải quyết được bài toán khung có tường chèn có nhiều lỗ mở khác nhau cả về kích thước lẫn vị trí của lỗ mở trên khung

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

 Luận văn giới thiệu và làm sáng tỏ mô hình các lò xo cho khung bê tông

cốt thép có tường chèn, đây là một mô hình có quy trình tính toán đơn

giản, thuận tiện trong việc xây dựng mô hình tính toán trong các phần mềm kết cấu như SAP2000, ETAPS,

 Bằng việc sử dụng phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến đẩy dần (Pushover analysis) tác giả thiết lập đường quan hệ lực - biến dạng của tường chèn trong khung bê tông cốt thép khi thay thế tường chèn bằng

mô hình thanh chống chéo và mô hình lò xo, qua đó luận văn xây dựng tính đúng đắn cũng như cơ sở khoa học của mô hình các lò xo cho khung

bê tông cốt thép

 Qua các ví dụ tính toán và so sánh kết quả tính toán của mô hình các lò

xo với mô hình liên tục và các mô hình đơn giản hóa cho thấy mô hình các lò xo là mô hình cho kết quả tổng thể gần sát với các mô hình đơn giản hóa trước đó (mô hình thanh chống)

 Mô hình các lò xo có thể giải quyết bài toán khung có tường chèn có nhiều lỗ mở khác nhau cả về kích thước lẫn vị trí của lỗ mở trên khung Đây cũng là ưu điểm lớn nhất của mô hình các lò xo so với các mô hình trước đó

Kiến nghị

Ở những nghiên cứu tiếp theo, có thể phát triển các công việc:

 Tiến hành các thí nghiệm cho khung có tường chèn không lỗ mở, phát triển công thức tính độ cứng k của lò xo trong mô hình các lò xo cho khung bê tông cốt thép có tường chèn

91

 Nghiên cứu xác định độ cứng lò xo đơn và độ cứng lò xo tương đương theo mô hình các lò xo cho khung bê tông cốt thép có tường chèn có lỗ

mở

 Nghiên cứu ảnh hưởng cục bộ của khung bê tông cốt thép có tường chèn

là độ trôi tầng

 Đánh giá ứng xử của khung có tường chèn chịu động đất bằng phương pháp tĩnh phi tuyến đẩy dần

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1 Bùi Ngọc Dũng (2014), Mô hình hai thanh chống không song song cho

khung bê tông cốt thép có tường chèn, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Đại học

Kiến trúc Hà Nội

2 Lý Trần Cường , Đinh Chính Đạo (2008), Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt

thép, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội

3 Lý Trần Cường (1991), Sự làm việc đồng thời của khung bê tông cốt thép

với khối xây chèn dưới tác dụng của tải trọng ngang, Luận án tiến sĩ kỹ

thuật, Đại học Xây dựng Hà Nội

4 Nguyễn Lê Ninh (2008), Động đất và thiết kế công trình chịu động đất,

NXB Xây dựng, Hà Nội

5 Tăng Bá Bay (2010), Nghiên cứu ảnh hưởng của khối xây chèn có lỗ cửa

đến sự làm việc của khung bê tông cốt thép nhà cao tầng, Luận văn thạc

sỹ kỹ thuật, Đại học Kiến trúc Hà Nội

6 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5573 (1991), Kết cấu gạch đá và gạch đá

cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội

7 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 (2011), Kết cấu bê tông và bê tông cốt

thép - Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội

8 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737 (1995), Tải trọng và tác động – Tiêu

chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội

Tiếng Anh

9 Asteris P.G, Kakaletsis D.J, Chrysostomou C.Z, Smyrou E.E (2011),

"Failure Modes of In-filled Frames", Electronic Journal of Structural

Engineering (11)

10 Amato G, Fossetti M, Cavaleri L, Papia M (2009), "An updated model of

equivalent diagonal strut for infill panels", Eurocode 8 perspectives from

Italian standpoint workshop ( 2009), 119-128

11 Canadian Standards Association CSA S304.1-04 (2004), Design of

Masonry Structure

12 Chen, Yi-Hsin (2003), Seismic Evaluation of RC Buildings Infilled with

Brick Walls, PhD thesis, National ChengKung University

13 Chrysostomou CZ (1991), Effects of degrading infill walls on the

nonlinear seismic response of two-dimensional steel frames, Master

thesis, Cornell University

14 Computer and Structures, SAP2000 Version 14.2.2, Linear and Nonlinear

Static and Dynamic Analysis and Design of Three Dimensional Structures

15 Crisafulli F.J (1997), Seismic behaviour of reinforced concrete structures

with masonry infills, Master thesis, University of Canterbury

16 Dorji Jigme (2009), Seismic performance of brick infilled RC fame

structures in low an medium rise buildings in Bhutan, Master thesis,

Queensland University of Technology

17 FEMA356 (2000), Prestandard an commentary for the seismic

rehabilitation of buildings, United States of America

18 Fiore A, Netti A, Monaco P (2012), "The influence of masonry infill on

the seismic behaviour of RC frame buildings", Engineering Structures

(44), 133-145

19 Holmes M (1961), "Steel frame with brick work and Concrete infilling",

Proceedings of the institution of civil engineers, Vol.-19, pp.473-478

20 Hossein Mostafaei, Toshimi Kabeyasawa (2004), "Effect of infill masonry walls on the seismic response of reinforced concrete buildings

subjected to the 2003 Bam Earthquake strong motion: A case study of

Bam Telephone Center", Earthquake Research Institute, The University

of Tokyo

21 Mainstone (1971), "On the stiffness and strength of infilled frames",

Proceedings of the institution of civil engineers, London, UK, supplement

IV, paper 7360S; 1971 p 57-90

22 Madan A, Reinhorn A.M, Fellow, Mander J.B (1997), "Modeling of

masonry infill panels for structural analysis", Journal of structural

engineering 1997

23 Smith (1967), "Methods for predicting the lateral stiffness and strength of

multistorey infilled frames", Building Science, Vol.2, pp.247-257,1967

24 Paulay T, Priestley M.J.N (1992), Seismic design of reinforced concrete

and masonry buildings

25 Polyakov S.V (1960), "On the interaction between masonry filler walls

and enclosing frame when loaded in the plane of the wall", Translations

in Earthquake Engineering Research Institute, San Francisco, 36-42