Phân tích khung chịu động đất bằng phương pháp đẩy dần theo dạng chính (MPA) (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- NGUYỄN DOÃN NỘI PHÂN TÍCH KHUNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐẨY DẦN THEO DẠNG CHÍNH MPA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ T

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN DOÃN NỘI

PHÂN TÍCH KHUNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT BẰNG

PHƯƠNG PHÁP ĐẨY DẦN THEO DẠNG CHÍNH (MPA)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội – 2014

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

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

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo đã nhiệt tình giảng dạy

và cung cấp kiến thức, phương pháp nghiên cứu trong suốt quá trình đào tạo Thạc sĩ, để tác giả có thể áp dụng vào nghiên cứu và giải quyết vấn đề của luận văn

Đặc biệt, tác giả xin trân trọng cảm ơn TS.Phạm Phú Tình đã nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ khoa Đào tạo Sau Đại học, bộ môn Kết cấu bê tông cốt thép, Thư viện trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã góp ý và tạo mọi điều kiện trong quá trình học tập và nghiên cứu

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè và đồng nghiệp đã góp ý, giúp đỡ trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn

Tác giả trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Xây dựng, phòng Tổ chức – hành chính thuộc trường Đại học Xây dựng Miền Tây đã tạo điều kiện tốt để thực hiện luận văn

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và người thân đã hỗ trợ và tin tưởng tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Hà Nội, 08.2014

Nguyễn Doãn Nội

Trang 4

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

Nguyễn Doãn Nội

Trang 5

MỤC LỤC Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục bảng, biểu

Danh mục hình, sơ đồ, đồ thị

PHẦN MỞ ĐẦU 1

Lý do chọn đề tài 1

Cơ sở khoa học của đề tài 1

Mục đích nghiên cứu 1

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

Phương pháp nghiên cứu 2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

Cấu trúc luận văn 2

PHẦN NỘI DUNG 4

Chương 1 Tổng quan về các phương pháp phân tích động đất 4

1.1 Biểu diễn tác động động đất 4

1.1.1 Phổ phản ứng 4

1.1.2 Gia tốc đồ 7

1.2 Các phương pháp phân tích động đất 9

1.2.1 Các phương pháp phân tích đàn hồi (Force - based) 9

1.2.2 Các phương pháp phân tích phi đàn hồi (Performance - based) 11

1.3 Nhận xét 22

Chương 2 Phân tích tĩnh phi tuyến đẩy dần 24

2.1 Mô tả phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến đẩy dần 24

2.1.1 Mô tả phương pháp 24

2.1.2 Sử dụng kết quả của phương pháp đẩy dần 26

2.1.3 Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng của phương pháp đẩy dần 26

Trang 6

2.2 Chuyển vị mục tiêu (target displacement) 27

2.2.1 Theo TCVN 9386:2012 (hay EC8) 27

2.2.2 Theo FEMA-356 (phương pháp hệ số chuyển vị) 29

2.2.3 Điểm biểu diễn theo ATC-40 (phương pháp phổ khả năng) 30

2.2.4 Theo Chopra & Goel 31

2.3 Phân phối lực cắt đáy cho các tầng 32

2.3.1 Giới thiệu 32

2.3.2 Các cách phân phối 32

2.4 Đặc trưng khớp dẻo (hinge properties) 35

2.4.1 Đặc trưng khớp dẻo được mặc định theo FEMA-356 35

2.4.2 Đặc trưng khớp dẻo được tính toán bởi người sử dụng 36

2.5 Trình tự phân tích theo phương pháp đẩy dần theo dạng chính (MPA) 43

2.5.1 Qui trình phân tích động và phân tích đẩy dần cho công trình đàn hồi (dynamic and pushover analysis procedures: elastic buildings) 43

2.5.2 Qui trình phân tích động và phân tích đẩy dần cho công trình phi đàn hồi (dynamic and pushover analysis procedures: inelastic buildings) 47

Chương 3 Phân tích đẩy dần kết cấu khung bằng phần mềm SAP2000 57

3.1 Phần mền phân tích kết cấu SAP2000 57

3.2 Khung bê tông cốt thép 5 tầng - 2 nhịp 61

3.3 Khung bê tông cốt thép 8 tầng - 3 nhịp 72

3.3 Khung thép 4 tầng - 2 nhịp 81

3.4 Khung thép 12 tầng - 4 nhịp 88

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97

Kết luận 97

Kiến nghị 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Trang 7

DANH MỤC BẢNG, BIỂU

Số hiệu

bảng, biểu Tên bảng, biểu

Bảng 1.1 Giá trị của các tham số mô tả các phổ phản ứng đàn hồi

Bảng 3.1 Tiết diện và tải trọng khung bê tông cốt thép 5 tầng - 2 nhịp Bảng 3.2 Giá trị chuyển vị khung bê tông cốt thép 5 tầng - 2 nhịp

Bảng 3.3 Phân phối lực cho các dạng dao động

Bảng 3.4 Đặc trưng dao động của hệ một bậc tự do phi đàn hồi khung

Bảng 3.8 Giá trị chuyển vị mái khung bê tông cốt thép 8 tầng - 3 nhịp

Bảng 3.9 Hệ số tham gia và phân phối lực cho các dạng dao động Bảng 3.10 Đặc trưng dao động của hệ một bậc tự do phi đàn hồi

Bảng 3.11 Kết quả phân tích đẩy dần theo dạng chính với gia tốc nền

ElCentro  1.5

Bảng 3.12 Kết quả phân tích đẩy dần theo dạng chính với gia tốc nền

ElCentro  2

Bảng 3.13 Thông số tiết diện và tải trọng khung thép 4 tầng - 2 nhịp

Bảng 3.14 Giá trị chuyển vị mái khung thép 4 tầng - 2 nhịp

Bảng 3.16 Đặc trưng dao động của hệ một bậc tự do phi đàn hồi

Trang 8

Số hiệu

bảng, biểu Tên bảng, biểu

Bảng 3.17 Kết quả phân tích đẩy dần theo dạng chính với gia tốc nền El

Centro  1.5

Centro  2

Bảng 3.19 Thông số tiết diện và tải trọng khung thép 12 tầng - 4 nhịp

Bảng 3.20 Giá trị chuyển vị khung thép 12 tầng - 4 nhịp

Bảng 3.22 Đặc trưng dao động của hệ một bậc tự do phi đàn hồi Bảng 3.23 Kết quả phân tích đẩy dần theo dạng chính với gia tốc nền El

Centro  1.5

Centro  2

Trang 9

Hình 1.3 Phổ phản ứng gia tốc nhân tạo trận động đất El Centro (Mỹ)

Hình 1.4 Phương pháp gia tốc trung bình không đổi và gia tốc tuyến tính

Hình 1.5 Mô tả độ cứng cát uyến và độ cứng tiếp tuyến

Hình 1.6 Mô tả các sai số sử dụng bước thời gian không đổi

Hình 1.7 Mô tả của qui trình lặp

Hình 1.8 Đường cong khả năng

Hình 1.9 Đường cong khả năng với mô hình độ bền tổng thể bị giảm xuống

Hình 2.1 Đường cong đẩy dần tổng thể của kết cấu

Hình 2.2 Xác định quan hệ giữa lực - chuyển vị đàn dẻo lý tưởng Hình 2.3 Các cách phân bố lực cắt đáy lên các tầng

Hình 2.4 Độ cong đơn vị của dầm chịu uốn

Hình 2.5 Quan hệ mô men - độ cong trong giai đoạn đàn hồi

Hình 2.6 Tiết diện dầm đã nứt, ứng suất trong bê tông vùng nén vượt quá giới

hạn đàn hồi Hình 2.7 Quan hệ mô men - độ cong cho tiết diện đặt cốt đơn

Hình 2.8 Quan hệ mô men - độ cong được lí tưởng hoá bởi ba đoạn thẳng

Hình 2.9 Quan hệ mô men - độ cong được lí tưởng hoá bởi hai đoạn thẳng Hình 2.10 Quan hệ mô men - độ cong được lí tưởng hoá bởi 3 đoạn thẳng cho

tiết diện chữ nhật

Trang 10

Hình 2.13 Tính chất của dạng dao động thứ n hệ một bậc tự do phi đàn hồi

từ đường cong đẩy dần

Hình 3.1 Hộp thoại “Load Case Data - Nonlinear Static” và các tham số

(SAP2000) Hình 3.2 Hộp thoại “Nonlinear Parameters”

Hình 3.3 Tổng quát quan hệ lực – chuyển vị của phần tử trong SAP2000 Hình 3.4 Khung bê tông cốt thép 5 tầng - 2 nhịp

Hình 3.5 Ba dạng dao động đầu tiên được chuẩn hóa chuyển vị mái bằng 1

Hình 3.6 Khớp dẻo mặc định theo FEMA-356 cho dầm bê tông cốt thép Hình 3.7 Khớp dẻo mặc định theo FEMA-356 cho cột bê tông cốt thép

5050cm

Hình 3.8 Đường cong đẩy dần cho 3 dạng dao động đầu (mode 1, 2 và 3)

với lựa chọn “Unload Entire Structure”

với lựa chọn “Apply Local Redistribution”

với lựa chọn “Restart Using Secant Stiffness”

Hình 3.11 Lý tưởng hóa song tuyến tính cho 3 dạng dao động đầu

Hình 3.12 Phổ thiết kế từ TCVN9386-2012 với gia tốc nền 0.4782 g và 0.6376 g Hình 3.13 Chuyển vị sàn của khung bê tông cốt thép 5 tầng - 2 nhịp

Trang 11

Số hiệu

Hình 3.14 Độ trôi tầng (%) của khung bê tông cốt thép 5 tầng - 2 nhịp

Hình 3.15 Biến dạng ứng với gia tốc nền El Centro  1.5 cho dạng dao động

đầu (mode1), dạng dao động thứ 2 và 3 không tạo ra khớp dẻo

Hình 3.16 Biến dạng ứng với gia tốc nền El Centro  2 lần lượt cho 2 dạng dao

động đầu (mode1,mode2), dạng dao động 3 không tạo ra khớp dẻo

Hình 3.17 Khung bê tông cốt thép 8 tầng - 3 nhịp

Hình 3.18 Ba dạng dao động đầu tiên được chuẩn hóa chuyển vị mái bằng 1 Hình 3.19 Khớp dẻo mặc định theo FEMA-356 cho dầm bê tông cốt thép

Hình 3.20 Khớp dẻo mặc định theo FEMA-356 cho cột bê tông cốt thép

Hình 3.21 Đường cong đẩy dần cho 3 phân phối lực theo 3 dạng dao động đầu Hình 3.22 Lý tưởng hóa đường cong song tuyến tính cho 3 dạng dao động đầu

Hình 3.23 Chuyển vị sàn của khung bê tông cốt thép 8 tầng - 3 nhịp

Hình 3.24 Độ trôi tầng (%) của khung bê tông cốt thép 8 tầng - 3 nhịp

Hình 3.25 Khớp dẻo ứng với gia tốc nền El Centro  1.5 lần lượt cho 2 dạng

dao động đầu (mode1, mode2), mode3 không tạo ra khớp dẻo

Hình 3.26 Khớp dẻo ứng với gia tốc nền El Centro  2 lần lượt cho 2 dạng dao

động đầu (mode1, mode2), mode3 không tạo ra khớp dẻo

Hình 3.27 Khung thép 4 tầng - 2 nhịp

Hình 3.29 Đặc trưng khớp dẻo mặc định theo FEMA-356 cho dầm thép Hình 3.30 Đặc trưng khớp dẻo mặc định theo FEMA-356 cho cột thép

Hình 3.31 Đường cong đẩy dần cho 3 phân phối lực theo 3 dạng dao động đầu

Trang 12

Số hiệu

Hình 3.32 Lý tưởng hóa đường cong song tuyến tính cho 3 dạng dao động đầu

Hình 3.33 Chuyển vị sàn của khung thép 4 tầng - 2 nhịp

Hình 3.34 Độ trôi tầng (%) của khung thép 4 tầng - 2 nhịp

Hình 3.35 Khớp dẻo cho phân phối lực theo dạng dao động đầu (mode1) lần

lượt ứng với gia tốc nền El Centro  1.5 và El Centro  2 Hình 3.36 Khung thép 12 tầng - 4 nhịp

Hình 3.38 Đặc trưng khớp dẻo mặc định theo FEMA-356 cho dầm thép

Hình 3.39 Đặc trưng khớp dẻo mặc định theo FEMA-356 cho cột thép W14250

Hình 3.40 Đường cong đẩy dần cho 3 phân phối lực theo 3 dạng dao động đầu

Hình 3.41 Lý tưởng hóa đường cong song tuyến tính cho 3 dạng dao động đầu

Hình 3.42 Chuyển vị sàn của khung thép 12 tầng - 4 nhịp

Hình 3.43 Độ trôi tầng (%) của khung thép 12 tầng - 4 nhịp

Hình 3.44 Khớp dẻo ứng với gia tốc nền El Centro  2 cho mode1

Trang 13

Cơ sở khoa học của đề tài

Phương pháp đánh giá công trình chịu động đất bằng phân tích phi tuyến đã được nghiên cứu bởi Freeman S A [21], Fajfa P và Fichinger M [18], Eberhard

M O và Sozen M A [16] Kể từ đó, nhiều phương pháp phân tích đẩy dần được nghiên cứu và phát triển

Phương pháp phân tích đẩy dần đã được giới thiệu trong TCVN 9386 [4], Euro Code 8 [7], FEMA-356 [9] , ATC-40 [6], …

Phương pháp đẩy dần thích ứng (the Adaptive Pushover Method) được phát

triển bởi Gupta and Kunnath (2000) sử dụng dạng phân bố tải trọng ngang biến đổi

để kéo và đẩy kết cấu bằng cách tổ hợp các dạng dao động tại các trạng thái độ cứng khác nhau của kết cấu Gần đây hơn, Chopra and Goel (2002) đề xuất một kĩ

thuật đẩy dần theo dạng chính (MPA - Modal Pushover Analysis) [11], có xét đến

các dạng dao động cao hơn của công trình và cho kết quả tốt khi so sánh với kết quả của phương pháp phân tích theo miền thời gian

Luận văn này sử dụng phương pháp đẩy dần theo dạng chính (MPA) để đánh giá ứng xử của kết cấu khi có động đất

Mục đích nghiên cứu

Đánh giá ứng xử của khung chịu động đất bằng phương pháp phân tích đẩy dần theo dạng chính (MPA), dự báo cơ cấu phá hoại công trình

Trang 14

2

Đánh giá ảnh hưởng của cách phân phối tải trọng ngang, đặc trưng khớp dẻo đến kết quả phân tích đẩy dần

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Kết cấu khung phẳng thép và bê tông cốt thép nhiều tầng

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu bằng lý thuyết và sử dụng phần mềm SAP2000 - V14.2.2 để phân tích kết cấu

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Giới thiệu và làm sáng tỏ phương pháp phân tích đẩy dần theo dạng chính khi phân tích kết cấu khung chịu động đất

Cấu trúc luận văn

PHẦN MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Mục đích nghiên cứu

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Cấu trúc luận văn

Chương 2 Phân tích tĩnh phi tuyến đẩy dần

2.1 Mô tả phương pháp tĩnh phi tuyến đẩy dần

Trang 15

3

2.2 Chuyển vị mục tiêu (target displacement)

2.3 Phân phối lực cắt đáy cho các tầng

2.4 Đặc trưng khớp dẻo (hinge properties)

2.5 Trình tự phân tích theo phương pháp đẩy dần theo dạng chính Chương 3 Phân tích đẩy dần kết cấu khung bằng phần mềm SAP2000 3.1 Phần mền phân tích kết cấu SAP 2000

3.2 Khung bê tông cốt thép 5 tầng 2 nhịp

3.3 Khung bê tông cốt thép 8 tầng 3 nhịp

Trang 16

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

Email: digilib.hau@gmail.com

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

Trang 17

97

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

 Luận văn giới thiệu phương pháp đẩy dần theo dạng chính (MPA) và thực hiện

phương pháp này trên phần mềm phân tích kết cấu SAP2000 [22] để đánh giá khung phẳng bê tông cốt thép và khung phẳng thép đối xứng chịu động đất

 Phân tích đẩy dần theo dạng chính chưa thể cho kết quả trực tiếp bằng phần mềm SAP2000, việc phân tích này cần phải tách thành ba phân tích đẩy dần, kết quả thu được ba đường cong đẩy dần tương ứng Sau đó phải dùng các bảng tính để thực hiện các bước tiếp theo, tổ hợp lại để được kết quả theo phương

pháp đẩy dần theo dạng chính

 Đây là phương pháp hiệu quả để đánh giá công trình được xây dựng trong vùng

có động đất, nó ưu thế hơn phương pháp đẩy đẩy dần truyền thống vì có xét đến ảnh hưởng của dạng dao động bậc cao (ở đây xét đến dạng dao động thứ hai và thứ ba) vào ứng xử của công trình khi xảy ra động đất, phương pháp đẩy dần truyền thống chỉ xét dạng dao động cơ bản

 Kết quả thu được qua phân tích kết cấu khung bê tông cốt thép và khung thép ở chương ba gồm có: Đường cong đẩy dần đối với từng dạng dao động; chuyển vị lớn nhất, độ trôi tầng và sự phân bố độ trôi tầng của khung khi xảy ra động đất;

vị trí xuất hiện và tính chất của khớp dẻo

 Phương pháp đẩy dần theo dạng chính dự đoán được chuyển vị tại các tầng sàn

và vị trí xuất hiện khớp dẻo cũng như độ xoay khớp dẻo của công trình khi trải qua động đất

 Kết quả chương ba chỉ ra rằng trong phạm vi được xem xét, tỉ lệ chuyển vị mái lớn nhất bằng tỉ lệ gia tốc nền, khớp dẻo xuất hiện chủ yếu ở dạng dao động thứ nhất cho tất cả các khung; khớp dẻo với khung bốn tầng và năm tầng xuất hiện

cả ở dầm và cột, trong khi khung tám tầng và mười hai tầng chỉ xuất hiện chủ yếu trong dầm Độ cứng ngang đàn hồi lý tưởng hóa của công trình phụ thuộc vào cách phân phối theo các dạng dao động, đều tăng dần theo các dạng dao

Trang 18

98

động Độ trôi tầng trong khung bốn tầng và năm tầng có dạng giống nhau (gần bằng nhau ở tầng một và tầng hai, càng lên cao càng giảm), khung tám tầng và mười hai tầng cũa giống nhau (trung bình ở các tầng thấp, lớn nhất ở các tầng giữa, càng lên cao càng giảm nhỏ)

 Việc thực hiện phân tích đẩy dần mang lại kết luận rằng kết quả thu được có thể phụ thuộc vào phần mềm sử dụng do giới hạn của nó và thư viện kết cấu Kết quả còn phụ thuộc vào phân phối lực cắt đáy, tính chất khớp dẻo, chuyển vị mục tiêu

KIẾN NGHỊ

Do thời gian thực hiện luận văn tương đối ngắn nên chưa thể thực hiện một

số nghiên cứu Trong những nghiên cứu tiếp theo có thể thực hiện các công việc:

 Đánh giá độ chính xác so với kết quả “chính xác” từ phương pháp phân tích phi tuyến theo miền thời gian

 Sử dụng khớp dẻo được định nghĩa theo tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam thay cho khớp dẻo mặc định theo tiêu chuẩn FEMA-356 [9]

 Xem xét ảnh hưởng của việc lý tưởng hóa song tuyến tính đường cong đẩy

dần theo các phương pháp khác như 0.7V y và một số phương pháp khác

 Xác định chuyển vị mục tiêu theo một số phương pháp khác để so sánh độ sai

số của kết quả

 Thực hiện phân tích đẩy dần theo dạng chính với phổ phản ứng phi đàn hồi thay thế cho phổ thiết kế

 Sử dụng phân tích phi tuyến theo miền thời gian để tính toán giá trị biến dạng

đỉnh của dạng dao động thứ n hệ một bậc tự do phi đàn hồi

 Phân tích đẩy dần theo dạng chính cho khung không đối xứng

 Phân tích đẩy dần theo dạng chính cho khung bê tông cốt thép có tường chèn

 Phân tích cho nhiều khung cao tầng hơn để xác định khớp dẻo và độ trôi tầng

có thống nhất với các khung đã xét, độ nhạy cảm của đường cong đẩy dần với các cách phân phối lực cắt đáy

Định dạng
Số trang	23
Dung lượng	1,96 MB