Tính toán khung phẳng bê tông cốt thép có kể đến phi tuyến hình học và vật liệu bằng phần mềm lira sapr 2013 (tt)

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ: “Tính toán khung phẳng bê tông cốt thép có kể đến phi tuyến hình học và vật liệu bằng phần mềm Lira-sapr 2013” này là công trình nghiên

Trang 1

LÊ HỒNG QUÂN

TÍNH TOÁN KHUNG PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ

KỂ ĐẾN PHI TUYẾN HÌNH HỌC VÀ VẬT LIỆU BẰNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

Trang 2

LÊ HỒNG QUÂN

kho¸: 2016-2018

TÍNH TOÁN KHUNG PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ

KỂ ĐẾN PHI TUYẾN HÌNH HỌC VÀ VẬT LIỆU BẰNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Để thực hiện được luận văn này, tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo, các bán bộ trong Khoa Sau Đại Học, Khoa Xây Dựng – Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn

Đặc biệt, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS Nguyễn Hiệp

Đồng - người thầy đã tận tâm hướng dẫn, chỉ bảo và truyền đạt những kiến thức,

kinh nghiệm quý giá cho tác giả trong quá trình làm luận văn

Tác giả cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn đến thầy ThS Trịnh Tiến Khương

- Giảng viên Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép và gạch đá, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã đọc và cho những ý kiến quý báu

Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót Rất mong nhận được những nhận xét và ý kiến đóng góp của quý thầy cô và bạn bè để luận văn được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 13 tháng 04 năm 2018

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Lê Hồng Quân

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ: “Tính toán khung phẳng bê tông cốt thép

có kể đến phi tuyến hình học và vật liệu bằng phần mềm Lira-sapr 2013” này là

công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng được công bố trong bất

cứ công trình nghiên cứu nào khác từ trước tới nay

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Lê Hồng Quân

Trang 5

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh sách các chữ cái viết tắt

Danh sách các hình vẽ và đồ thị

Danh sách các bảng biểu

Trang MỞ ĐẦU 1

* Lý do chọn đề tài 1

* Mục đích nghiên cứu 2

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

* Phương pháp nghiên cứu 2

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

* Cấu trúc luận văn 3

NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN KHUNG PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 5

1.1 Khái niệm khung bê tông cốt thép 5

1.1.1 Khái niệm chung 5

1.1.2 Khung không gian 6

1.1.3 Khung phẳng 7

1.1.4 Sơ đồ tính toán khung phẳng 8

1.1.5 Các bước tính toán khung phẳng 9

1.2 Tổng quan các đề tài đã nghiên cứu về tính toán phi tuyến trong nước và trên thế giới 10

1.2.1 Trên thế giới 10

Trang 6

1.2.2 Tại Việt Nam 10

1.3 Các phương pháp tính toán khung phẳng bê tông cốt thép 11

1.3.1 Phương pháp lực 11

1.3.2 Phương pháp chuyển vị 13

1.3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 15

1.4 Các phần mềm tính toán kết cấu khung bê tông cốt thép thông dụng 17

1.4.1 Phần mềm phân tích kết cấu Sap 2000 17

1.4.2 Phần mềm phân tích kết cấu Etabs 17

1.4.3 Phần mềm phân tích kết cấu Lira-Sapr 2013 18

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KHUNG PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ KỂ ĐẾN PHI TUYẾN HÌNH HỌC VÀ PHI TUYẾN VẬT LIỆU BẰNG PHẦN MỀM LIRA – SAPR 2013 20

2.1 Lý thuyết tính toán khung bê tông cốt thép có kể đến phi tuyến hình học và vật liệu 20

2.1.1 Tổng quát 20

2.1.2 Lý thuyết tính toán khung bê tông cốt thép có kể đến phi tuyến hình học 22

2.1.3 Lý thuyết tính toán khung bê tông cốt thép có kể đến phi tuyến vật liệu 30

2.2 Tính toán khung phẳng bê tông cốt thép có kể đến phi tuyến hình học và vật liệu bằng phần mềm Lira – Sapr 2013 42

2.2.1 Phương pháp giải bài toán phi tuyến trong phần mềm Lira - Sapr 2013 42

2.2.2 Quy trình tính toán khung phẳng bê tông cốt thép có kể đến phi tuyến hình học và vật liệu trong phần mềm Lira – Sapr 2013 45

2.2.3 Các mô hình vật liệu trong phần mềm Lira – Sapr 2013 55

2.3 Cơ sở tính toán của phần mềm Lira – Sapr 2013 57

Trang 7

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT VÍ DỤ TÍNH TOÁN KHUNG PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ KỂ ĐẾN PHI TUYẾN HÌNH HỌC VÀ VẬT LIỆU BẰNG PHẦN MỀM LIRA – SAPR 2013 60 3.1 Tính toán và so sánh nội lực, chuyển vị của khung phẳng theo các mô hình khác nhau 60

3.1.1 Sơ đồ khung phẳng 60 3.1.2 So sánh kết quả giữa phần mềm Lira-Sapr 2013 với Sap 2000 64

3.1.3 So sánh kết quả phân tích khung phẳng theo mô hình tuyến tính với mô hình phi tuyến 69 3.1.4 Biểu đồ ứng suất biến dạng 76

3.2 Khảo sát mối quan hệ giữa lực ngang đến chuyển vị của khung phẳng theo các mô hình tính toán khác nhau 79 3.3 Khảo sát chuyển vị của khung theo mô hình phi tuyến và mô hình tuyến tính có kể đến hệ số giảm mô đun đàn hồi 81

3.3.1 Chuyển vị của khung giữa mô hình phi tuyến và mô hình tuyến tính

có kể đến hệ số giảm mô đun đàn hồi theo tiêu chuẩn ACI - 318 81 3.3.2 Chuyển vị của khung giữa mô hình phi tuyến và mô hình tuyến tính

có kể đến hệ số giảm mô đun đàn hồi theo tiêu chuẩn TCVN 9386-2012 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 8

DANH SÁCH CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Tên đầy đủ

Trang 9

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Ví dụ khung không gian 6

Hình 1.2 Ví dụ khung phẳng 7

Hình 1.3 Sơ đồ hình học và sơ đồ kết cấu khung 8

Hình 2.1 Hiệu ứng P- Delta 21

Hình 2.2 Phân tích khung tuyến tính và phi tuyến hình học 22

Hình 2.3 Biến dạng của khung dưới tác dụng của tải trọng 23

Hình 2.4 Phương pháp Newton-Raphson 28

Hình 2.5 Phương pháp tải trọng liên tiếp 29

Hình 2.6 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông 31

Hình 2.7 Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén 31

Hình 2.8 Mẫu thí nghiệm cường độ chịu kéo 32

Hình 2.9 Biểu đồ ứng suất – biến dạng của bê tông 32

Hình 2.10 Biểu đồ biến dạng đàn hồi – dẻo của bê tông 33

Hình 2.11 Một số loại cốt thép 38

Hình 2.12 Biểu đồ ứng suất - biến dạng của cốt thép 39

Hình 2.13 Biểu đồ biến dạng đàn hồi – dẻo của cốt thép 40

Hình 2.14 Phương pháp bước 43

Hình 2.15 Phương pháp cát tuyến 43

Hình 2.16 Phương pháp lặp 44

Trang 10

Hình 2.17 Lựa chọn mô hình khung phẳng 45

Hình 2.18 Xây dựng hệ lưới tọa độ 46

Hình 2.19 Gán liên kết chân cột 47

Hình 2.20 Chia nhỏ cấu kiện 47

Hình 2.21 Khai báo tiết diện cột, dầm 48

Hình 2.22 Khai báo tải trọng 48

Hình 2.23 Gán tải trọng vào mô hình 49

Hình 2.24 Tổ hợp tải trọng tính toán 49

Hình 2.25 Khai báo các thông số phi tuyến vật liệu 50

Hình 2.26 Khai báo thông số đầu vào của bê tông 50

Hình 2.27 Khai báo thông số đầu vào của cốt thép 51

Hình 2.28 Khai báo diện tích cốt thép 51

Hình 2.29 Khai báo cách thức tính toán phi tuyến 52

Hình 2.30 Lựa chọn kiểu phân tích phi tuyến 53

Hình 2.31 Biểu đồ nội lực 53

Hình 2.32 Biểu đồ ứng suất biến dạng của dầm 54

Hình 2.33 Biểu đồ ứng suất biến dạng của cột 54

Hình 2.34 Biểu đồ ứng suất biến dạng loại 1 55

Hình 3.1 Sơ đồ khung phẳng trong Lira - Sapr 2013 60

Trang 11

Hình 3.2 Tên các phần tử thanh và phần tử nút 61

Hình 3.3 Nội lực và chuyển vị của khung phẳng 61

Hình 3.4 Biểu đồ ứng suất biến dạng tại gối trái 76

Hình 3.5 Biểu đồ ứng suất biến dạng tại giữa nhịp 76

Hình 3.6 Biểu đồ ứng suất biến dạng tại gối phải 77

Hình 3.7 Biểu đồ ứng suất biến dạng tại gối trái 77

Hình 3.8 Biểu đồ ứng suất biến dạng tại giữa nhịp 78

Hình 3.9 Biểu đồ ứng suất biến dạng tại gối phải 78

Hình 3.10 Quan hệ lực ngang – chuyển vị khi tải trọng nhỏ 79

Hình 3.11 Quan hệ lực ngang – chuyển vị khi tải trọng trung bình 80

Hình 3.12 Quan hệ lực ngang – chuyển vị khi tải trọng lớn 80

Trang 12

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Bảng so sánh nội lực mô hình tuyến tính giữa phần mềm

Lira – Sapr 2013 và Sap 2000

64

Bảng 3.2 Bảng so sánh chuyển vị mô hình tuyến tính giữa phần mềm

Lira – Sapr 2013 và Sap 2000

65

Bảng 3.3 Bảng so sánh nội lực mô hình phi tuyến hình học giữa phần

mềm Lira – Sapr 2013 và Sap 2000

66

Bảng 3.4 Bảng so sánh chuyển vị mô hình phi tuyến hình học giữa

phần mềm Lira – Sapr 2013 và Sap 2000

Trang 13

Bảng 3.17 Bảng so sánh chuyển vị cột mô hình tuyến tính theo tiêu

chuẩn ACI 318 – phi tuyến vật liệu

81

Bảng 3.18 Bảng so sánh chuyển vị dầm mô hình tuyến tính theo tiêu

chuẩn ACI 318 – phi tuyến vật liệu

82

ACI 318 – phi tuyến hình học và vật liệu

82

ACI 318 – phi tuyến hình học và vật liệu

82

chuẩn TCVN 9386 :2012 – phi tuyến vật liệu

83

chuẩn TCVN 9386 :2012 – phi tuyến vật liệu

83

Trang 14

chuẩn TCVN 9386 :2012 – phi tuyến hình học và vật liệu

84

chuẩn TCVN 9386 :2012 – phi tuyến hình học và vật liệu

84

Trang 15

Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng và công nghiệp, kết cấu khung bê tông cốt thép là loại kết cấu được sử dụng khá phổ biến như nhà dân dụng, nhà công nghiệp và các công trình khác Việc tính toán kết cấu khung bê tông cốt thép hiện nay đều giả thiết vật liệu làm việc đàn hồi tuyến tính, tuân theo định luật Húc nhằm đơn giản trong tính toán

Tuy nhiên trong thực tế kết cấu khung bê tông cốt thép làm việc rất phức tạp, vật liệu bê tông cốt thép là vật liệu hỗn hợp gồm có bê tông và cốt thép, mỗi loại vật liệu đều có tính chất làm việc khác nhau Bê tông là vật liệu đàn hồi – dẻo, ngoài biến dạng đàn hồi, cả bê tông và cốt thép còn có biến dạng dẻo, do đó khi tính toán kết cấu khung phải kể đến sự làm việc phi tuyến của vật liệu thì mới đúng với bản chất làm việc của nó

Mặt khác, chúng ta cũng thường tính toán khung theo sơ đồ không biến dạng, áp dụng giả thiết coi chuyển vị là bé nên bỏ qua hiệu ứng bậc hai (hiệu ứng P-Delta) Song đối với khung chịu tải trọng lớn, đặc biệt là với nhà cao tầng, chuyển vị và biến dạng theo phương ngang là đáng kể thì ảnh hưởng của P-Delta là rất lớn Tiêu chuẩn thiết kế của các nước như tiêu chuẩn Việt Nam

Trang 16

2

TCVN 9386-2012 hay tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7 – 05 đều quy định trường hợp bắt buộc phải kể đến hiệu ứng P-Dleta thông qua hệ số độ nhạy  Do vậy cần thiết phải kể đến phi tuyến hình học trong quá trình tính toán khung bê tông cốt thép

Để phản ánh đúng sự làm việc thực tế của kết cấu khung bê tông cốt thép, góp phần tính toán an toàn và tiết kiệm cho công trình, tác giả lựa chọn

đề tài luận văn tốt nghiệp là “Tính toán khung phẳng bê tông cốt thép có kể

đến phi tuyến hình học và vật liệu bằng phần mềm Lira – Sapr 2013 ” là có

tính cấp thiết và thực tiễn cao

2013 có thể áp dụng dễ dàng, linh hoạt trong thực tế

- So sánh kết quả giữa tính toán khung bê tông làm việc phi tuyến hình học, phi tuyến vật liệu với khung bê tông làm việc tuyến tính

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Lý thuyết phi tuyến hình học và phi tuyến vật liệu trong tính toán khung phẳng bê tông cốt thép Ứng dụng phần mềm Lira-Sapr 2013 đến phân tích kết cấu khung bê tông cốt thép

- Phạm vi nghiên cứu: Khung phẳng bê tông cốt thép toàn khối chịu tải trọng tĩnh, không kể đến các tải trọng động

* Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết phi tuyến kết hợp tính toán bằng số, phân tích

Trang 17

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Làm sáng tỏ lý thuyết phi tuyến hình học và phi tuyến vật liệu trong tính toán khung phẳng bê tông cốt thép, giúp người kỹ sư

có cái nhìn tổng quát, thực tế hơn về hệ kết cấu khung khi chịu lực

- Ý nghĩa thực tiễn: Chúng ta có thể tính toán khung bê tông cốt thép gần đúng hơn với sự làm việc thực tế của nó, đồng thời xây dựng được một quy trình tính toán khung phẳng bê tông cốt thép kể đến sự làm việc phi tuyến hình học cũng như phi tuyến vật liệu bằng phần mềm Lira – sapr 2013 có thể

áp dụng một cách đơn giản, hiệu quả

* Cấu trúc luận văn

Ngoài các phần Mở đầu, Kết luận và kiến nghị, Tài liệu tham khảo, nội

dung chính của Luận văn “Tính toán khung phẳng bê tông cốt thép có kể đến

phi tuyến hình học và vật liệu bằng phần mềm Lira – Sapr 2013” gồm có ba

chương:

- Chương 1: Tổng quan về tính toán khung phẳng bê tông cốt thép

Trình bày các khái niệm về khung phẳng, phương pháp tính toán cũng như các phần mềm phổ biến hiện nay thường dùng trong việc tính toán khung phẳng Giới thiệu các vấn đề liên quan đến phi tuyến đã được nghiên cứu

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán khung phẳng bê tông cốt thép có

kể đến phi tuyến hình học và phi tuyến vật liệu bằng phần mềm Lira – Sapr

2013 Trình bày lý thuyết tính toán phi tuyến hình học, phi tuyến vật liệu Xây

Trang 18

4

dựng được quy trình tính toán khung phẳng có kể đến phi tuyến hình học và phi tuyến vật liệu bằng phần mềm Lira – Sapr 2013

- Chương 3: Khảo sát ví dụ tính toán khung phẳng bê tông cốt thép có

kể đến phi tuyến hình học và vật liệu bằng phần mềm Lira-Sapr 2013 Khảo sát các mô hình tính toán, so sánh giữa việc tính toán có kể đến và không kể đến phi tuyến hình học, phi tuyến vật liệu Phân tích và đánh giá kết quả của bài toán

Trang 19

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 20

ta thu được các kết luận sau :

- Khung phẳng chỉ kể đến phi tuyến hình học : đối với cột thì lực dọc gần như không thay đổi, momen và lực cắt thay đổi phần lớn dưới 5%, có một vài vị trí đạt đến 10% còn chuyển vị thì tăng lên dưới 10% Đối với dầm thì nội lực gần như không có sự thay đổi, chuyển vị tăng lên dưới 10%

- Khung phẳng chỉ kể đến phi tuyến vật liệu : Lực dọc gần như không thay đổi, momen và lực cắt thay đổi dưới 10%, có một vài vị trí đạt đến 14% nhưng chuyển vị thì tăng lên rất nhanh, lên tới 200% Đồng thời nội lực trong dầm có sự sắp xếp phân phối lại

- Khung phẳng kể đến cả phi tuyến hình học và phi tuyến vật liệu: Lực dọc gần như không thay đổi, momen và lực cắt thay đổi phần lớn dưới 15%, có một vài

vị trí đạt đến 20-30% nhưng chuyển vị ngang tăng lên rất nhiều, đến 200-350% Đồng thời khi đó trong dầm có sự phân phối lại nội lực

- Khi tải trọng nhỏ, khung tính theo mô hình tuyến tính, khung có kể đến phi tuyến hình học, phi tuyến vật liệu, phi tuyến hình học và vật liệu thì chuyển vị ngang của khung chênh lệch không đáng kể Tuy nhiên khi tải trọng tăng lên thì độ chênh lệch này cũng tăng lên Đặc biệt là khung tính theo mô hình có kể đến phi tuyến vật liệu hay phi tuyến hình học và vật liệu có chuyển vị ngang rất lớn

- Khung phẳng tính theo mô hình tuyến tính có điều chỉnh lại hệ số môđun đàn hồi của bê tông theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318 cũng như tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9386-2012 thì chuyển vị của khung này vẫn chênh lệch nhiều so với khung phẳng có kể đến cả phi tuyến hình học và vật liệu tính theo phần mềm Lira-sapr

2013

Định dạng
Số trang	23
Dung lượng	3,12 MB