phân tích ứng xử kết cấu cho trường hợp phá dỡ tòa nhà

Đối với vấn đề này, đề tài được thực hiện theo hướng phân tích lý thuyết với mục tiêu đánh giá độ ổn định của kết cấu bằng phương pháp tĩnh phi tuyến với sự hỗ trợ công cụ máy tính phần

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TP.Hồ Chí Minh 2019

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KẾT CẤU CHO TRƯỜNG

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH iv

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC CÔNG THỨC viii

LỜI CẢM ƠN ix

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN x

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ xi

CHƯƠNG 1 : MỞ ĐẦU 1

I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU : 1

II TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU : 5

III MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU : 22

1 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU : 22

2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU : 22

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23

I TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU : 23

II PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHO SỤP ĐỔ LŨY TIẾN : 29

CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH MÁY TÍNH VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN 38

I TIẾP CẬN PHÂN TÍCH : 38

II MÔ TẢ KIỂU ĐỐI TƯỢNG PHÂN TÍCH : 45

III PHƯƠNG PHÁP LUẬN : 48

Tài liệu tham khảo : 69

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 World Trade Center 2

Hình 2 Tòa nhà Ronan Point 2

Hình 3 Khách sạn tại Đài Loan bị nghiêng đổ sau trận động đất 3

Hình 4 Phá dỡ bằng mìn tại tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc 3

Hình 5 (a), (b), (c) : Phân Tích Phần Mềm LS-DYNA Theo SDOS Và Biểu Đồ P-I 6 Hình 6 : Phương Pháp Phần Tử Ứng Dụng - AEM 8

Hình 7 : Dạng Đứt Gãy Bên Trong Vị Trí Liên Kết 9

Hình 8 (a), (b) : (a) Sơ Đồ Kết Cấu Mô Hình Cột; (b) Khả Năng Kháng Lại Theo Ban Đầu 11

Hình 9 (a), (b) : (a) Mô Phỏng Mô Hình Bằng ETABs; (b) Đường Cong Biến Dạng Phương Pháp Đẩy Dẫn 12

Hình 10 : Mô Phỏng Mô Hình Bằng Phần Mềm ELS 13

Hình 11 : Mô Phỏng Mô Hình Bằng SAP2000 15

Hình 12 : Mô Hình Vết Nứt Đa Hướng 17

Hình 13 (a,b) : Mặt Bằng Vị Trí Loại Bỏ Cột Phía Trong Và Ngoài 27

Hình 14 (a,b) : Quy Mô Cho Phép Sụp Đổ Với Việc Loại Bỏ Cột Phía Ngoài Và Phía Trong 29

Hình 15 : Lực giằng trong khung kết cấu 31

Hình 16 : Tác động kiểm soát - lực, biến dạng 34

Hình 17 : Loại bỏ cột 38

Hình 21 : Khớp dẻo và xoay 44Hình 22 : Mặt Bằng Bố Trí Dầm, Sàn, Cột Điển Hình Các Tầng 47Hình 23 : Mặt Bằng Định Vị Cột Loại Bỏ Tại Tầng Trệt 48Hình 24 (a), (b) : (a) Lựa chọn kiểu mô hình, đơn vị; (b) Hiệu chỉnh lưới mô hình theo định dạng dữ liệu 49Hình 25 (a), (b) : (a) Gán đặc trưng chi tiết khung; (b) Dạng chi tiết 50Hình 26 (a), (b) : (a) Chi tiết khu vực; (b) Dữ liệu chi tiết sàn 50Hình 27 (a), (b), (c) : (a) Dữ liệu đặc tính vật liệu; (b) Tổ hợp tải; (c) Dữ liệu trường hợp tải 50Hình 28 (a), (b) : (a) Khung 3D loại bỏ cột trục 1/B tầng trệt; (b) Gán tiết diện phần

tử 51Hình 29 (a), (b) : (a) Khung 3D loại bỏ cột trục 3/C tầng trệt; (b) Gán tiết diện phần

tử 52Hình 30 (a), (b) : (a) Khung 3D loại bỏ cột trục 6/C tầng trệt; (b) Gán tiết diện phần

tử 52Hình 31 : Dữ liệu trường hợp tải - Tĩnh phi tuyến 53Hình 32 : Các bước thực hiện gán khớp phần tử dầm, cột tại vị trí liên kết 54

Hình 33 : Chi tiết khớp liên kết sau khi gán liên kết phần tử 54

Hình 34 : Dữ liệu trường hợp tải - Tĩnh phi tuyến cho trường hợp PUSH và các bước liên quan 55

Hình 35 : Bảng phân tích thông số kỹ thuật theo mô hình được thiết lập cho phân tích tĩnh phi tuyến 56

Hình 36 : Mô hình biến dạng; 57

Hình 37 : Biểu đồ đường cong đẩy dẫn (chuyển vị - lực) 58

Hình 38 : Biểu đồ đường cong đẩy dẫn (chuyển vị - lực) 59

Hình 39 : Biểu đồ đường cong đẩy dẫn (chuyển vị - lực) 59

Hình 40 : Kết quả khớp dẻo phần tử 44H1 61

Hình 41 : Kết quả khớp dẻo phần tử 222H1 61

Hình 42 : Kết quả khớp dẻo phần tử 52H2 62

Hình 43 : Giá Trị Ứng Suất Sàn Trực Tiếp Trên Đỉnh Cột Loại Bỏ 65

Table 4 : Hệ số chuyển đổi đặc tính vật liệu cận dưới đến độ bền kỳ vọng 37

Table 5 : Hệ số động gia tăng (DIF) cho Phân tích tĩnh phi tuyến 40

Table 6 : Xác định mô hình phi tuyến và tiêu chí chấp thuận cho hệ chịu lực bê tông cốt thép 42

Table 7 : Tính toán khả năng bộ phận cho phương pháp tĩnh phi tuyến và động phi tuyến 44

Table 8 : Thông số kỹ thuật tòa nhà và đặc tính vật liệu 45

Table 9 : Lựa chọn thông số tải trọng và hệ số sử dụng cho phân tích 46

Table 10 : Loại bỏ phần tử cột 47

Table 11 : Kết quả số chuyển vị - lực của ba (03) mô hình 60

Table 12 : Kết quả kiểm soát tác động - lực của ba (03) mô hình 60

Table 13 : Kết quả khớp dẻo phần tử dầm của ba (03) mô hình 62

DANH MỤC CÔNG THỨC

GN = ΩN[1,2D + (0,5L hoặc 0,2S)] (Equation 1) 40

G = 1,2D + (0,5L hoặc 0,2S) (Equation 2) 40

ΦQCL ≥ QUF (Equation 3) 45

GN = 2(1,2D + 0,5L) (Equation 4) 47

G = 1,2D + 0,5L (Equation 5) 47

của trường Đại học Mở Qua luận văn thạc sĩ, các thầy cô có thể đánh giá lại một cách tổng quát nhất về trình độ kỹ thuật chuyên môn của học viên, còn học viên cũng qua đó cũng nhìn lại về bản thân trong quá trình học tập nghiên cứu tại trường Đại học Mở

Luận văn Thạc sĩ hoàn thành đảm bảo nội dung và đúng thời hạn qui định là nhờ phần lớn sự giúp đỡ tận tình và tâm huyết của TS NGUYỄN HỒNG ÂN Xin được gửi lời tri ân chân thành nhất đến TS NGUYỄN HỒNG ÂN đã tận tình giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn này

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp Cao học Xây dựng khóa 2015 đã hỗ trợ mình rất nhiều trong quá trình học tập

Xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, ngày 19 tháng 09 năm 2019

HỌC VIÊN

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN Tôi xin cam đoan: Bản Luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức, số liệu

đo đạc thực tiễn và dưới sự hướng dẫn của: TS NGUYỄN HỒNG ÂN

Các số liệu, mô hình tính toán và những kết quả trong Luận văn là hoàn toàn trung thực Nội dung của bản Luận văn này hoàn toàn tuân theo nội dung của đề cương Luận văn đã được Hội đồng đánh giá đề cương Luận văn Cao học ngành Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp, Khoa Đào tạo Sau đại học – Trường Đại học

Mở thông qua

Một lần nữa, tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam đoan trên

một lực ngoại vi ngẫu nhiên tác động làm ảnh hưởng đến khả năng độ bền của kết cấu dẫn đến bị sụp đổ Trước khi xảy ra hiện tượng sụp đổ, hệ kết cấu xuất hiện một vài phản ứng kháng lại như chuyển vị do lực tác động làm cho hệ phần

tử khung biến dạng, lan truyền ứng suất dẫn đến phá vỡ cục bộ khu vực đến đứt gãy và tải trọng gia tăng do tính chồng chất thành phần đứt gãy hay sự va chạm giữa các phần tử là hệ lụy cho các phần tử chịu lực dọc bị uốn dọc và cuối cùng

là sụp đổ hoàn toàn xuống mặt đất Tất cả những sự kiện liên quan đến sự sụp đổ hoàn toàn của một hệ kết cấu đã được nhiều tác giả nghiên cứu với những phương pháp khác nhau cũng như sử dụng nhiều chương trình phần mềm chuyên dụng kết cấu hỗ trợ phân tích Đối với vấn đề này, đề tài được thực hiện theo hướng phân tích lý thuyết với mục tiêu đánh giá độ ổn định của kết cấu bằng phương pháp tĩnh phi tuyến với sự hỗ trợ công cụ máy tính phần mềm SAP2000 cho một tòa nhà kết cấu 3D khung bê tông cốt thép được giả định và thực hiện theo hướng dẫn [1] cùng với [2] Kết quả phân tích của đề tài có chiều hướng tương đối tương thích với một số nghiên cứu khác từ một số tác giả đã thực hiện Abstract :

Demolition of a building can be interpreted as a failure of a structure when a random peripheral force exerts an impact on the likelihood of its structural strength leading to collapse Before the collapse, the structure showed some resistance reactions such as displacement due to the force causing the frame element system to deform, spreading stress resulting in local break of the area to break fractures and increased loads due to the accumulation of fracture components or the collision between elements is the consequence for vertical bearing elements to be bent

vertically and finally collapse completely to the ground All events related to the complete collapse of a structure system have been studied by many authors with different methods as well as using many specialized structural software programs to support analysis For this issue, the thesis was conducted in the direction of theoretical analysis with the aim of evaluating the stability of the structure by nonlinear static method with the support of SAP2000 computer tool for a structural building reinforced concrete frames are assumed and follow the instructions ("GSA_Progressive_Collapse_Guidlines_Final.pdf," 2013) along with ("UFC 4-023-03 DESIGN OF BUILDINGS TO RESIST PROGRESSIVE COLLAPSE," 2016) The analysis results of the topic tend to be relatively compatible with some

chịu được toàn bộ lực gây ra bởi tác động ngang của một chiếc máy bay thương mại lớn Nhưng ngày 11/09/2001, khủng bố máy bay dân dụng va chạm trực tiếp vào góc tòa nhà dẫn đến sụp đổ hoàn toàn (Hình 1 World Trade Center;

https://vi.wikipedia.org/wiki/S%E1%BB%B1_ki%E1%BB%87n_11_th%C3%A1ng_9#/media/File:World_Trade_Center2.jpg) Từ vụ nổ, cháy nhiên liệu máy bay tràn vào kết cấu, sự gia nhiệt kéo dài, được tăng tốc do mất sự bảo vệ cách ly nhiệt tác động các cột thép tiếp xúc làm giảm ứng suất chảy và biến dạng nhớt dẻo đáng kể như là mất ổn định trượt dẫn đến mất khả năng chịu tải trong phạm

vi tòa nhà Một khi hơn phân nửa số cột mất khả năng chịu tãi, trọng lượng phần trên sẽ không còn được hỗ trợ chống đỡ, đồng thời sự mất liên kết các sàn trong khu vực cột mất khả năng chống đỡ bắt đầu rơi xuống Trọng lượng và tác động thẳng đứng của sàn trên xuống sàn dưới rất lớn gây ra thất bại một phân đoạn đa tầng cơ bản của tòa tháp Phần còn lại bên dưới tòa nhà sau đó bị ảnh hưởng tiếp tục bởi khối lượng cộng dồn tãi trọng với vận tốc rơi xuống lớn hơn, hàng loạt các tác động và sụp đổ sau đó theo phân tích của [3]

Thông tin phân tích [4], tòa nhà Ronan Point 22 tầng (Hình 2 Tòa nhà Ronan Point; https://www.theguardian.com/society/from-the-archive-blog/gallery/2018/may/16/ronan-point-tower-collapse-may-1968#img-1) được thiết kế bằng các tấm đúc sẵn lắp ghép cùng nhau mà không có hệ khung kết cấu, liên kết phần lớn dựa trên ma sát, thiếu đường truyền tải trọng luân chuyển để phân phối lại lực Khi vụ nổ khí gas trong nhà bếp tầng 18 phía đông khối tháp ngày 16/05/2018 tại Anh, các bức tường sụp đổ liên tục và đi xuống qua góc tòa nhà dẫn đến sụp đổ hoàn toàn

Hình 1 World Trade Center Hình 2 Tòa nhà Ronan Point

19 tòa nhà cao từ 7 – 12 tầng trên diện tích 15 hecta tiến hành phá dỡ đêm 21/01/2017 ở thành phố Hán Khẩu, tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc với hơn 5 tấn thuốc

nổ đặt tại 120.000 điểm theo hiệu ứng domino và lên thời gian vụ nổ đã sụp đổ hoàn toàn gọn gàng được kiểm soát nghiêm ngặt giảm thiểu ảnh hưởng xung quanh sau vụ nổ (Hình 4 Phá dỡ bằng mìn tại tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc;

giay-o-trung-quoc-3532267.html#ctr=related_news_click)

https://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/19-toa-nha-cao-tang-hoa-tro-bui-trong-10-Ngày 06/02/2017 một trận động đất với cường độ cấp 6 tại gần huyện Hoa Liên, Đài Loan, Trung Quốc đã làm cho khách sạn siêu vẹo, nghiêng đổ (Hình 3 Khách sạn tại Đài Loan bị nghiêng đổ sau trận động đất;

hu-hong-duong-sa-20180207003517132.chn)

Qua đó, việc tập trung phân tích, nghiên cứu sụp đổ là vấn đề quan tâm cần thiết để thiết kế an toàn và phòng ngừa trường hợp quá tãi, mất cấu kiện chống

đỡ Tuy nhiên, quy trình phá dỡ truyền thống chưa cung cấp đủ thông tin giúp cải thiện xử lý vấn đề sụp đổ liên tục, đồng thời kinh nghiệm phá dỡ các tòa nhà bê tông cốt thép đúc sẵn khá hạn chế, chủ yếu dựa vào phân tích cơ học, xác minh

mô hình vật lý đơn giản, công thức thực nghiệm và thực nghiệm toàn diện rất tốn kém mà yêu cầu phá dỡ phải đảm bảo an toàn cần thiết xác định kích thước, vị trí, thời gian, không gian cũng như chi phí Do đó, nhiều nhà nghiên cứu đã dành nhiều nỗ lực để phát triển các phương pháp phân tích sụp đổ liên tục đáng tin cậy, hiệu quả và đơn giản Rà soát từ [5], phân tích nghiên cứu sụp đổ rất nhiều dạng : nghiên cứu thực nghiệm, mô phỏng số, phương pháp đánh giá bền vững kết cấu, yêu cầu tính toán kháng lại sụp đổ liên tục, phương pháp lý thuyết, phân tích số.Xem xét điều kiện hư hại ban đầu khác không (0) và các phần tử hư hại

có trong kết cấu, phương pháp phần tử ứng dụng (AEM – Applied Element Method) được kết hợp bởi phương pháp phần tử hữu hạn (FEM – Finite Element Method) - phương pháp rời rạc phần tử (DEM – Discrete Element Method) phân tích chuyển vị lớn khi tãi trọng tỉnh đưa vào hay xác định hướng sụp đổ kết cấu lúc bắt đầu áp dụng tãi trọng hoặc phân tích hiện tượng sự truyền sóng xung kích – xuất hiện khớp dẻo – thất bại phần tử cứng đã chịu tãi – sự bắt đầu và lan truyền sẽ xảy ra của sụp đổ… đều thuộc trường hợp xem xét nghiên cứu và đa

số áp dụng kịch bản nổ tác động hệ kết cấu chống đỡ tòa nhà nhằm hướng đến sự cải tiến, điều chỉnh kết cấu phù hợp với khả năng kháng lại tác động ngẫu nhiên Ngoài ra, cùng kịch bản phá dỡ bằng nổ mìn khi tiến hành phá dỡ thực tế, không thể bỏ qua phân tích sụp đổ liên tục do nhiều rủi ro tiềm ẩn : sự phân tán những mảnh vụn khi nổ và sụp đổ, chấn động lan truyền khi thành phần bị phá dỡ sụp

đổ va chạm mặt đất, bụi, tiếng ồn, không phá hủy hoàn toàn gây ra hiện tượng nghiêng lật đổ ảnh hưởng tính an toàn xung quanh

Mặt dù vấn đề nghiên cứu phân tích sụp đổ lũy tiến tòa nhà quan tâm diện rộng về phương pháp cho những kịch bản nổ nói chung, tuy nhiên, phạm vi nghiên cứu vẫn còn khía cạnh có thể đưa ra xem xét, đặc biệt đối với những trường hợp không thể sử dụng phương pháp nổ loại bỏ kết cấu cũ nói riêng Với

[6] phát triển phương pháp mới để phân tích sụp đổ liên tục với việc xem xét điều kiện ban đầu khác không (0) và các phần tử hư hại hiện tại có trong kết cấu sau khi tải trọng nổ tác động Phần mềm LS - DYNA sử dụng để thực hiện tính toán số kết hợp phương pháp đường truyền tải trọng luân chuyển và phương pháp

mô phỏng trực tiếp được áp dụng phân tích sụp đổ liên tục khung bê tông cốt thép ba tầng hai nhịp để so sánh kết quả Dựa trên phương pháp đường truyền tải trọng luân chuyển trong hướng dẫn GSA (US General Service Administration) và DoD (US Department of Defence) nhưng có sự hiệu chỉnh bổ sung lực tính toán trong xác định vận tốc ban đầu khác không (0) từ phân tích bậc một tự do - SDOF (single degree of freedom) và hư hại ban đầu có thể xác định từ biểu đồ giá trị áp lực – xung lực (P – I : pressure – impulse) như (Hình 5 (a), (b), (c) : Phân Tích Phần Mềm LS-DYNA Theo SDOS Và Biểu Đồ P-I) với kết quả đáng tin cậy khi so sánh phân tích động tuyến tính theo hướng dẫn GSA Phương pháp mới chứng minh hiệu quả và độ tin cậy, đưa ra một dự đoán tương đương quá trình sụp đổ với mô phỏng trực tiếp vì không yêu cầu mô hình toàn diện của kết cấu, căn bản giảm thời gian tính toán và yêu cầu bộ nhớ máy tính

(a) (b) (c)

Hình 5 (a), (b), (c) : Phân Tích Phần Mềm LS-DYNA Theo SDOS Và Biểu

Đồ P-I Trong nhiều bài viết liên quan, phương pháp phần tử ứng dụng – AEM (Applied Element Method) thể hiện (Hình 6 : Phương Pháp Phần Tử Ứng Dụng - AEM) được các tác giả tiếp cận [7] đề xuất để mô phỏng ứng xử của kết cấu từ giai đoạn không tải áp dụng cho đến khi sụp đổ hoàn toàn, sau đó, những thay đổi cần thiết để phân tích ứng xử kết cấu khi tải tĩnh đưa vào xem xét trường hợp chuyển vị lớn Độ chính xác trong dãy chuyển vị lớn được xác minh bằng cách so sánh các kết quả số với lý thuyết cho các giai đoạn uốn dọc và tín hiệu uốn dọc Dựa theo sự mất ổn định tãi trọng, phương pháp và ứng suất bên trong được mô phỏng phù hợp với lý thuyết xây dựng, chính xác theo ứng xử kết cấu ngay cả trong phạm vi của chuyển vị lớn trong đó xuất hiện sự thay đổi lớn hình học Tuy nhiên phương pháp đề xuất hạn chế không thể theo dõi ứng xử đỉnh cột và trường hợp kiểm soát chuyển vị khi tiếp tuyến đường cong biến dạng tãi trọng có xu hướng thẳng đứng và không thể áp dụng kỹ thuật kiểm soát chuyển vị cho các trường hợp tãi trọng được áp dụng ở nhiều điểm Tính năng phần mềm tãi trọng cực trị của kết cấu – ELS (Extreme Loadings of Structures) sử dụng phương pháp phần tử ứng dụng – AEM, [8] mô phỏng sự sụp đổ liên tục kết cấu bằng mô hình hình học, kiểm tra ứng suất, cấp độ hư hại cuối cùng và quỹ đạo sụp đổ một tòa nhà bê tông cốt thép chịu tãi trọng nổ Ngoài ra, cách kết cấu phản ứng với việc loại bỏ cột và nghiên cứu sự lan truyền của biến dạng toàn bộ chiều cao kết cấu, thay đổi lực dọc trong cột bên trên cột đã di chuyển cũng được xem xét Sự mất cân bằng lực đột xuất tại khớp nối dẫn đến gia tốc trên đỉnh khớp nối, nó bắt đầu

di chuyển đi xuống, cột tầng bên trên bị kéo dài, từ đó chuyển hướng, giảm bớt lực nén dọc trục trong cột Những khớp nối bên trên một trong những cột bị loại

bỏ, ở hai sàn khác nhau, di chuyển gần như đồng nhất với sàn bên trên chuyển dịch nhỏ không đáng kể trong điều kiện quỹ đạo sụp đổ và cấp độ hư hại của kết cấu, sau khi nó chạm đất, kết quả của mô phỏng là có thể so sánh với kết quả thu được trong phá dỡ thực sự tương ứng nhau Cũng như [8], [9] tiến hành nghiên

đó rõ ràng dễ bị lung lay), hình dạng tòa nhà không phù hợp kiểu phá dỡ, sử dụng

hệ thống ngăn chặn khác nhau cho vật liệu và bụi tạo ra cho phép đến giảm thiểu rung động lan truyền đến kết cấu lân cận chẳng hạn như sự hấp thụ một phần lớn của sóng xung kích, giảm bớt vật liệu bắn ra và kiểm soát sự phân tán của bụi tạo

ra và nó có thể được sử dụng chất nổ phá dỡ mà không bất kỳ vấn đề hậu quả, không quấy rầy bệnh viện, vận hành hằng ngày [10] nghiên cứu ứng xử tòa nhà khung bê tông cốt thép theo hai tình huống thiết lập : phá dỡ đơn giản loại bỏ các cột và làm nổ phá hủy theo phương đứng Sử dụng tùy chọn loại bỏ cột, kết quả

sự dịch chuyển theo phương đứng của các nút ở trên cột thu được tương đương với nhiều tài liệu khác trong lĩnh vực Sự liên kết hình học của mô hình và vị trí cốt thép cho phép phân phối lại lực của các lực xuất hiện để tránh sự sụp đổ Trường hợp không thuận lợi nhất là việc loại bỏ cột góc, bởi vì ít đường dẫn thay thế để phân phối lại các lực, ngược lại với các trường hợp khác (loại bỏ các cột nằm ở giữa cạnh ngắn của tòa nhà hoặc của các cột nằm ở giữa cạnh dài của tòa nhà) Trường hợp phá hủy phương đứng bằng chất nổ gần với thực tế hơn, cũng thấy rằng, đối với khoảng cách nhịp nhỏ, mô hình sóng áp lực không đưa vào xem xét tác động của khí nổ, sự phản xạ cũng vậy và khúc xạ sóng áp lực tại bề mặt đất và các yếu tố xung quanh và tòa nhà Phân tích các chuyển vị theo phương đứng của các nút bên trên các cột đã loại bỏ hoặc nổ phá hủy cho thấy giá trị lớn nhất của sự dịch chuyển trong trường hợp nổ cột là lớn hơn 22 lần

[11] tối ưu hóa một kịch bản phá dỡ tại một tòa nhà công nghiệp dựa trên phương pháp nổ mìn được kiểm soát để chuyển sang việc phá hủy thực tế của tòa nhà được đề cập Tác giả mô tả ứng xử của kết cấu tại các tác động đặc biệt, từ việc

ứng dụng các lực, sự mở và lan truyền các vết nứt, tách rời các phần tử kết cấu lên đến sự sụp đổ hoàn toàn của tòa nhà Các phần tử kết cấu được xác định thứ

tự và thời gian mà chúng sẽ được gỡ bỏ Trong các điều khoản hướng sụp đổ và mức độ phá hủy của tòa nhà sau khi sự sụp đổ của kết cấu xảy ra như là kết quả của vụ nổ kiểm soát, mô phỏng của việc phá dỡ tòa nhà công nghiệp đáp ứng các yêu cầu được thực hiện trong thực tế Phân tích này cũng có thể tạo thành cơ sở đạt được hiệu quả của việc phá dỡ này, cho thấy kết cấu sụp đổ theo hướng mong muốn và sau khi va chạm với mặt đất đã bị vỡ mà không có kết quả của các dự phóng với tầm xa gây nguy hiểm cho các ngôi nhà lân cận

Hình 6 : Phương Pháp Phần Tử Ứng Dụng - AEM

Để kiểm tra và điều chỉnh thiết kế bài toán giải kết cấu, [12] tiếp cận phương pháp mô phỏng dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn – FEM (Finite Element Method) mô phỏng việc phá dỡ có kiểm soát sụp đổ theo chiều dọc với biện pháp

nổ mìn tòa nhà bỏ hoang 8 tầng 6 nhịp, hệ tấm bê tông cốt thép lắp ghép gối lên các bức tường chịu lực theo phương ngang bằng cách mô hình toàn bộ kết cấu như tập hợp của biến dạng các phần tử dầm nối kết như đứt gãy chỗ nối trong (Hình 7 : Dạng Đứt Gãy Bên Trong Vị Trí Liên Kết) Do sự không chắc chắn của

dữ liệu đầu vào (tính chất vật liệu, chất lượng thực tế của tay nghề, ) và sự phức tạp của vấn đề vật lý, nên các kết quả phân tích phải được diễn giải mang tính chất lượng hơn so với số lượng Tuy nhiên, cách tiếp cận được trình bày xuất hiện như là một cách hữu hiệu để xác minh xem cơ chế sụp đổ dự định có xảy ra hay không

Hình 7 : Dạng Đứt Gãy Bên Trong Vị Trí Liên Kết[13] tiếp cận ba trường hợp đề xuất chính : xác định phản ứng tĩnh phi tuyến, đánh giá động bằng cách sử dụng phương pháp bảo tồn năng lượng, đánh giá độ dẻo tại hình thể biến dạng động tối đa được ứng dụng minh họa trên một tòa nhà khung thép tổ hợp nhiều tầng xem xét định lượng độ bền kết cấu cho tình huống mất cột đột ngột ngoại vi cung cấp một khuôn khổ định lượng các vấn đề quan trọng như độ dẻo, siêu tĩnh, hấp thụ năng lượng để đánh giá sự sụp đổ lũy tiến Kết quả nghiên cứu chính cho thấy kết cấu đủ thiết thực với việc bổ sung sự tăng cứng trong các khu vực khớp nối hỗn hợp, với điều kiện loại bỏ được sự tác động lực nén cong tại đó hạn chế sự phát triển dọc trục bên dưới Điều quan trọng là sự cấp liệu dẻo xoay đề nghị bởi đặc trưng cốt thép và liên kết lắp ghép không thích hợp cho sự phát triển hoàn toàn sự tác động kéo tiếp nối nhau và do đó phụ thuộc chủ yếu trên sức bền uốn và lực nén uốn cho điều khoản của độ cứng bên dưới cột loại bỏ

[14] sử dụng phần mềm Matlab mô phỏng nổ mìn khác nhau tìm được sóng dao động cho kiểm tra phân tích phản ứng động của kết cấu khung bê tông trong một hoàn cảnh phá dỡ nổ mìn Chuyển vị kết cấu và phản ứng gia tốc của một kết cấu khung bê tông với năng lượng gây nỗ khác nhau và khoảng cách trung tâm

sự nổ được thảo luận sử dụng Sap2000 Kết quả thể hiện (1) phản ứng dao động trên đỉnh của kết cấu khung bê tông ảnh hưởng tối đa dưới sóng dao sự nổ ; (2) khoảng cách nổ càng lớn, phản ứng dao động sự nổ càng nhỏ ; (3) phản ứng dao động nổ gia tăng với sự gia tăng năng lượng nổ

Một cột thường chịu lực dọc trục và moment uốn thể hiện (Hình 8 (a), (b) : (a)

Sơ Đồ Kết Cấu Mô Hình Cột; (b) Khả Năng Kháng Lại Theo Ban Đầu) có thể gây được ra bởi sự liên tục với các dầm hoặc độ lệch tâm do sự liên kết không hoàn hảo giữa dầm và cột Sự sụp đổ của các cột bê tông cốt thép có tiết diện nhỏ không phụ thuộc hoàn toàn vào độ bền của bộ phận Để đánh giá sự kháng lại ở trạng thái giới hạn cuối cùng và cho phép tối ưu hóa hình học kết cấu với tỷ lệ cốt thép [15] trình bày một mô hình phân tích đơn giản cho các cột bê tông cốt thép được gia cố đối xứng hình chữ nhật bị cô lập tính đến các phi tuyến vật liệu

và hình học và một phương pháp đồ họa áp dụng để xác định miền tương tác, cung cấp một phân tích chi tiết về khả năng chịu tải bởi các cấp khác nhau của bê tông và thanh thép bê tông có tính đến các yếu tố không chắc chắn cả về hình học

và vị trí của tải trọng dọc trục Miền tương tác đáng tin cậy cho cột bê tông cốt thép được đặc trưng bởi tỷ lệ độ mảnh cao là cơ bản, nhưng đòi hỏi phân tích chặt chẽ (vì phi tuyến do nứt và hiệu ứng bậc 2) gây tốn thời gian và sử dụng trong thực hành thiết kế nhiều kinh nghiệm Để tạo điều kiện cho việc sử dụng thực tế, miền chung đã được xấp xỉ bằng một đường cong hai nhánh, parabol và elip Cái thứ nhất liên quan đến sự sụp đổ bị chi phối bởi tải trọng dọc trục và cái thứ hai là nguy cơ uốn Các miền này được xây dựng bằng các tham số không thứ nguyên xác định các phần khác nhau của miền Quy trình đề xuất được kiểm tra bằng cách so sánh với các kết quả được cung cấp bởi các nghiên cứu trước đây của các tác giả, dựa trên phương pháp số mô phỏng vật liệu và phi tuyến hình học thông qua phương pháp gọi là mô hình cột Cách tiếp cận này đặc biệt thú vị

vì nó khắc phục một số khó khăn liên quan đến việc sử dụng các phương pháp số được suy ra từ các phương pháp khác Ưu điểm chính của phương pháp được thể hiện bằng khả năng phân tích một cách rất đơn giản phản ứng của cột bê tông cốt thép độc lập (hình chữ nhật, tiết diện không đổi và cốt thép đối xứng), bởi tãi trọng lực dọc ổn định và đặc trưng bởi vật liệu của giá trị bất kỳ của độ bền, trong điều kiện duy nhất là các định luật cấu tạo đáp ứng các quy tắc được đề xuất bởi Eurocode 2

Hình 8 (a), (b) : (a) Sơ Đồ Kết Cấu Mô Hình Cột; (b) Khả Năng Kháng

Lại Theo Ban Đầu[16] tập trung vào phân tích sụp đổ lũy tiến của kết cấu tòa nhà gây ra bởi tải trọng bất thường, chẳng hạn như vụ nổ và tác động với phương pháp mới cho khung bê tông cốt thép để khắc phục giới hạn của phương pháp mô phỏng trực tiếp hiện tại và phương pháp đường tải thay thế bao gồm ba bước : (1) xác định các kịch bản vụ nổ quan trọng cho khung bê tông cốt thép để phân tích sụp đổ lũy tiến; (2) đạo hàm của các điều kiện ban đầu khác không và thiệt hại ban đầu của các thành viên kết cấu gây ra bởi tải trọng nổ; (3) phân tích số của sự sụp đổ lũy tiến kết cấu với các điều kiện ban đầu khác không và các thành viên cấu trúc bị

hư hỏng Phương pháp này có thể đưa ra dự đoán tương tự về sự sụp đổ khung cho phương pháp mô phỏng trực tiếp nhưng nó không yêu cầu mô hình hóa toàn diện về cấu trúc khi tải nổ và so với phương pháp đường dẫn tải thay thế, dự đoán đáng tin cậy hơn về sự sụp đổ lũy tiến cấu trúc bởi vì nó xem xét các điều kiện cấu trúc khác không và thiệt hại trong các thành viên kết cấu Phương pháp

đề xuất đưa ra giảm đáng kể thời gian tính toán và bộ nhớ máy tính, đáng tin cậy hơn về sự sụp đổ lũy tiến kết, mà bỏ qua các điều kiện kết cấu khác không và thiệt hại trong các thành viên kết cấu khi bắt đầu sụp đổ

[17] tường trình về việc đánh giá một tòa nhà khung sườn bê tông cốt thép với các tấm vách chèn gạch khối xây gần các bức tường bên ngoài và bên trong và phân tích tĩnh phi tuyến được thực hiện để đánh giá Các phân tích đã được thực hiện bằng cách sử dụng ETABS được tự động hóa quy trình phân tích đẩy dần,

đối với các mẫu tải đẩy dần, khởi động lại bằng cách sử dụng độ cứng cát tuyến theo phương pháp dỡ tải thành phần với hiệu ứng P-Delta cho phi tuyến hình học

đã được xem xét, giới hạn biểu hiệu an toàn thực tế đã được lựa chọn cho tòa nhà Một mô hình ba chiều của kết cấu tòa nhà được tạo ra và phương pháp phổ khả năng (CSM – Capacity spectrum method) được sử dụng thể hiện (Hình 9 (a), (b) : (a) Mô Phỏng Mô Hình Bằng ETABs; (b) Đường Cong Biến Dạng Phương Pháp Đẩy Dẫn).Trường hợp nghiên cứu này chứng minh sức mạnh của phân tích phi tuyến, bằng cách sử dụng phân tích tĩnh phi tuyến, người ta có thể dễ dàng tính toán sức chịu tải của kết cấu hiện hữu và kết cấu mới và kiểm tra nó theo yêu cầu

(a) (b)

Hình 9 (a), (b) : (a) Mô Phỏng Mô Hình Bằng ETABs; (b) Đường Cong

Biến Dạng Phương Pháp Đẩy Dẫn

Dựa trên chuyển vị, kết cấu được đẩy xuống vị trí dịch chuyển mục tiêu thay

vì lực mục tiêu (tương tự như trong phân tích địa chấn đẩy),[18] cố gắng trình bày một công thức để tính toán chuyển vị mục tiêu bằng cách sử dụng phân tích tĩnh tuyến tính để kiểm soát sự sụp đổ lũy tiến thay vì phân tích động phi tuyến được đề xuất cho phân tích tĩnh phi tuyến Để tính toán độ dịch chuyển mục tiêu, chỉ số mô men được tính toán của dầm bị ảnh hưởng được sử dụng cho thấy sự cần thiết của kết cấu, thay vì sử dụng các tham số như góc xoay dẻo chỉ cho biết khả năng kết cấu, đặc biệt là liên quan đến vị trí của cột bị loại bỏ theo kịch bản cũng như số lượng dầm trong các vùng bị ảnh hưởng ngay lập tức liền kề với cột

[19]chứng minh các khả năng của phần mềm Tải trọng cực của kết cấu ASI - ASI’s Extreme Loading for Structure (ELS) trong (Hình 10 : Mô Phỏng Mô Hình Bằng Phần Mềm ELS) nhằm nắm bắt một cách chính xác ứng xử phi tuyến của kết cấu bê tông cốt thép trong suốt quá trình phá hủy lũy tiến với nghiên cứu khả năng mô hình hóa một trong những thí nghiệm trên trong ELS Ngoài ra, nó cho thấy ELS nắm bắt ứng xử phi tuyến như thế nào của dầm bê tông cốt thép trong các trường hợp tải trọng Hơn nữa, nó cho thấy và so sánh các kết quả từ các phương pháp khác nhau của các thanh gia cố được mô hình hóa trong ELS Các kết quả của phân tích ELS bằng với kết quả phân tích biến dạng tải trọng được quan trắc trong thí nghiệm Cách thức phá hủy được quan trắc trong các kết quả phân tích tương đồng với cách thức phá hủy trong thí nghiệm Các kết quả trong phân tích ELS hiệu quả theo phương pháp số sử dụng lò xo để mô phỏng các thanh gia cường thì bằng đúng với kết quả sử dụng phân tích ELS thiết lập giả định thêm bằng việc dùng các phần tử ghép 3D

Hình 10 : Mô Phỏng Mô Hình Bằng Phần Mềm ELS [20]đề xuất một bộ khung giản đơn mới mẻ cho việc đánh giá sụp đổ lũy tiến của các tòa nhà cao tầng, xem cột trụ gẫy đổ đột ngột như là kịch bản thiết kế đi

kèm trình bày áp dụng tổ hợp khung thép thực tế trong các tòa nhà cao tầng và đặc biệt bàn luận về các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền bỏ qua phần lớn tính định lượng Ba bước chính yếu dùng trong bộ khung đánh giá được đề xuất, bao gồm việc xác định rõ ứng xử tĩnh phi tuyến, đánh giá động lực học sử dụng một phương pháp đơn giản mới mẻ, và đánh giá độ dẻo Lợi ích từ sự rõ ràng theo quan niệm của bộ khung mới, nó cho thấy rằng các chỉ số ủng hộ trước đó, bao gồm khả năng hấp thụ năng lượng, độ siêu tĩnh và độ dẻo dai, và đặc biệt không tiện dụng như lời giải về độ bền kết cấu Tuy nhiên cường độ dao động – tĩnh hệ thống, bao gồm ba chỉ số nói trên, được chứng nhận như là một lời giải mới và có

lý về độ bền tòa nhà theo kịch bản mất cột trụ đột ngột Bộ khung đề xuất mang đến một phương pháp có mức độ hệ thống hữu lý cho việc đánh giá khả năng của một kết cấu tòa nhà sẽ sụp đổ khi chịu sự mất cột trụ đột ngột, và có thể theo đúng cách thức thay đổi các quy định “Lực liên kết” và các quy định “Loại bỏ bộ phận sườn nhà theo lý thuyết” đang được sử dụng trong các tiêu chuẩn thiết kế hiện hữu

[21]dự đoán hiện tượng sụp đổ tiến bộ cho một tòa nhà bị lên án vì phá hủy,

sự sụp đổ lũy tiến của một kết cấu xảy ra khi một hoặc nhiều phần tử mang tải trọng kết cấu chính bị loại bỏ và các phần tử kết cấu chịu lực còn lại không thể

hỗ trợ phân phối lại trọng lượng và thất bại Trọng tâm là để đánh giá độ chắc chắn của một tòa nhà bị lên án vì phá hủy bằng cách sử dụng mô phỏng phần mềm được thực hiện bằng phần mềm SAP2000 thể hiện (Hình 11 : Mô Phỏng

Mô Hình Bằng SAP2000), một công cụ mạnh mẽ để dự đoán khớp, một phân tích đẩy đã được thực hiện bằng phần mềm FEM để xác định chính xác hướng rơi của tòa nhà Với dữ liệu thu thập được từ phân tích, một hình ảnh động được tạo ra và cung cấp cho đội phá hủy Việc phá hủy đã được thực hiện và một video được thực hiện để kiểm tra độ chính xác của hình ảnh động Một nhà nghiên cứu

đã thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và cuối cùng trên một tòa nhà trực tiếp có thể mô phỏng sụp đổ tiến bộ SAP2000 chính xác như thế nào, để thử và có được phản hồi chính xác hơn, phần mềm hoạt hình đã được sử dụng để tái tạo những gì

Hình 11 : Mô Phỏng Mô Hình Bằng SAP2000 [22] tổng quan ngắn gọn về các yêu cầu của quy định phá hủy lũy tiến UFC được cung cấp, cũng như tổng quan của phương pháp phần tử ứng dụng - Applied Element Method (AEM) Hai trường hợp nghiên cứu xem xét lại bằng cách sử dụng lời giải phương pháp phần tử hữu hạn đơn giản - Simplified Finite Element Method (SFEM) và phương pháp phần tử ứng dụng (AEM) Phần mềm SAP2000 được dùng trong lời giải SFEM đối với cả phân tích khung tuyến tính

và phi tuyến AEM chạy trong phần mềm thương mại Extreme Loading® for Structures (ELS) được dùng cho khung phi tuyến và khung bao gồm phân tích bản sàn vói các mô hình gồm liên kết ngàm toàn phần cũng như bán phần Minh họa trường hợp nghiên cứu sử dụng phân tích tĩnh tuyến tính và phân tích dao động phi tuyến của một tòa nhà bằng thép dựa trên tiêu chuẩn UFC Nghiên cứu

sử dụng phân tích phi tuyến và tuyến tính phần tử hữu hạn đơn giản đã đề nghị tăng đáng kể (tương ứng 34% đến 80%) trọng lượng khung thép cần thiết đảm bảo các quy định tiêu chuẩn phá hủy liên tục Sử dụng các phân tích tiên tiến

hơn, như phương pháp AEM cho thấy thiết kế ban đầu an toàn và không có sự gia tăng trọng lượng cần thiết nhằm đảm bảo các quy định của tiêu chuẩn

[23] hướng dẫn tính toán bê tông cốt thép các phần chịu nén lệch tâm trở nên rất đơn giản bằng cách sử dụng biểu đồ khả năng chịu lực MR-NR được tuyến tính hóa Giải pháp chính xác của các điều kiện cân bằng sẽ khá phức tạp, vì các thanh thép thường nằm trong phạm vi đàn hồi khi đứt gãy của sợi bê tông cực hạn ở trạng thái giới hạn cuối cùng Điều này sẽ ngụ ý giải pháp của các hệ phương trình bậc cao hơn, do đó việc xử lý vấn đề bằng tay khá phức tạp Kiểm tra và thiết kế của bê tông cốt thép các cột chịu nén lệch tâm chủ yếu là khó khăn thông qua sự cần thiết phải xem xét các hiệu ứng bậc hai, đó là nguy cơ mất ổn định do uốn Vấn đề liên quan gia tăng độ lệch tâm bậc hai sẽ được khắc phục bằng cách sử dụng các giá trị cụ thể được lập bảng của nó, được xác định bằng số cho các tỷ lệ độ mảnh khác nhau

[24] thiết lập mô hình của bê tông cốt thép theo xoay vòng hoặc phân tích tãi trọng động được phát triển dựa trên những kết quả thí nghiệm tức thời, mô hình

đề xuất được thể hiện thông qua các phân tích mô phỏng với nhiều loại mẫu bê tông cốt thép chịu tải trọng tuần hoàn hoặc kích thích địa chấn trên bàn rung Mô hình đề xuất có các đặc tính trễ (kích động) của bê tông trong ứng suất, nén, cắt dọc theo hướng nứt và liên kết giữa bê tông và các thanh cốt thép Một mô hình vết nứt đa hướng không trực giao cũng được phát triển cho cả hai trạng thái ứng suất hai trục và ba trục để thể hiện thực tế của vết nứt bê tông khi đảo ngược ứng suất như (Hình 12 : Mô Hình Vết Nứt Đa Hướng) Nghiên cứu này nhằm phát triển các mô hình cấu thành cho bê tông cốt thép và phương pháp phân tích phi tuyến áp dụng cho tải theo chu kỳ hoặc phân tích phản ứng động trong sử dụng thực tế và để chứng minh khả năng ứng dụng và độ chính xác của chúng thông qua các phân tích mô phỏng các thí nghiệm trong quá khứ Kết quả các phân tích tuần hoàn tĩnh tái tạo mối quan hệ tải trọng – chuyển vị và đặc tính phá hủy theo chu kỳ của mẫu thử với độ chính xác đủ Trong phân tích lịch sử thời gian, một phương pháp nhất quán, có thể mô phỏng đáp ứng thực tế không chỉ trong phạm

Hình 12 : Mô Hình Vết Nứt Đa Hướng [25] trình bày kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm được thực hiện bởi các tác giả liên quan đến sự sụp đổ tiến bộ của các cấu trúc bê tông cốt thép từ hai quan điểm sụp đổ lý tưởng của cấu trúc nhằm đạt được và tương ứng với việc phá hủy các tòa nhà được kiểm soát và cái khác xử lý giảm thiểu khả năng sụp đổ của các công trình Phần đầu tiên trình bày các khía cạnh quan sát được trong quá trình thiết kế và thi công các công trình phá hủy được kiểm soát bằng cách sử dụng chất nổ có thể ảnh hưởng đến khả năng sụp đổ lũy tiến của một cấu trúc Phần thứ hai liên quan đến phân tích động phi tuyến của cấu trúc khung bê tông cốt thép sử dụng hai kịch bản khởi đầu của sự sụp đổ lũy tiến : một theo khuyến nghị của General Services Administration (GSA, 2003) và Department of Defense (DOD) và khác bằng cách coi vụ nổ là nguyên nhân của sự thất bại Nghiên cứu thiết kế và thi công các công trình phá hủy được kiểm soát bằng chất

nổ về khả năng sụp đổ lũy tiến được nhấn mạnh lợi thế của kết cấu tường chịu lực so với kết cấu khung bê tông cốt thép, về mặt khởi tạo và lan truyền sụp đổ lũy tiến, khả năng chống sập lũy tiến lớn hơn so với cấu trúc khung bê tông cốt thép Quá trình loại bỏ tức thời các phần tử chịu tải theo khuyến nghị của GSA

và DOD, thay vì xem xét kịch bản thực tế (vụ nổ hoặc tác động) có thể dẫn đến các kết quả khác nhau do sự mở rộng của tải trọng nổ với số lượng lớn hơn các

phần tử lân cận Các thử nghiệm kiểm tra nhằm mục đích đo chuyển vị dọc của liên kết phía trên cột bị loại bỏ bởi vụ nổ, theo kịch bản GSA So sánh các chuyển vị dọc được ghi lại và các giá trị thu được từ mô phỏng số cho thấy có một thỏa thuận tốt giữa chúng, do đó xác nhận cả hai phương pháp và mô hình vật liệu được sử dụng để phân tích sập bê tông cốt thép

[26] đề xuất một phương pháp mới để nghiên cứu ảnh hưởng của độ không đảm bảo vật liệu của bê tông trong việc tính toán tải trọng uốn dọc của các thành viên cột bê tông cốt thép dựa trên các công trình nghiên cứu liên quan và thuật toán logic mờ được sử dụng để xác định tải trọng cho các cột bê tông cốt thép Phương pháp đề xuất được áp dụng cho cả nghiên cứu thử nghiệm và số trong tương lai, một khung mô hình không chắc chắn cho các tòa nhà bê tông cốt thép

đã được thiết lập, dự đoán giới hạn trên và dưới của mô đun đàn hồi, xem xét độ không đảm bảo của vật liệu để xác định tải trọng uốn, nghiên cứu này cung cấp phổ cho bộ phận cột bê tông cốt thép Độ không đảm bảo vật liệu được thể hiện bằng các thông số quan trọng chính của bê tông là cường độ bê tông và mô đun đàn hồi được coi là giới hạn dưới và trên xác định bởi các tiêu chuẩn thiết kế khác nhau Sự thích ứng của các tập hợp mờ và cơ sở quy tắc được đề xuất là đơn giản cho bất kỳ mô đun đàn hồi và cường độ nén, thuật toán logic mờ bao gồm các giá trị thiết kế khác nhau phát sinh từ sự khác biệt trong phương pháp Nghiên cứu này cũng đã nghiên cứu các tác động của dự đoán giới hạn của các tính chất vật liệu đối với tải trọng giới hạn uốn, các giá trị tải trọng uốn được tính toán theo các tiêu chuẩn thiết kế khác nhau, kết quả thử nghiệm và giá trị trên và dưới cho các tòa nhà 2D và 3D được so sánh Người ta thấy rằng các kết quả là nhất quán và tất cả các kết quả tiêu chuẩn nằm ở giữa giới hạn dưới và trên [27] dự đoán thất bại vật liệu có thể được thực hiện bằng cách sử dụng phân tích phần tử hữu hạn tuyến tính, nếu giải pháp phần tử hữu hạn chỉ ra các khu vực vượt quá các mức cho phép này, thì có thể giả định rằng đã xảy ra lỗi vật liệu Đối với các lỗi vật liệu, bạn cần xem xét ứng suất cho vật liệu dẻo và ứng suất cuối cùng đối với vật liệu giòn Có hai loại chính dẫn đến sự thất bại đột

xác định thêm các lớp không ổn định ngoài uốn dọc Euler Chúng bao gồm uốn dọc mặt bên, uốn xoắn và các dạng uốn khác Một nghiên cứu sự mất ổn định phần tử hữu hạn xác định những hệ số mất ổn định nhỏ nhất và các dạng dịch chuyển tương ứng của chúng Biên độ của một dịch chuyển dao động uốn là bất

kỳ và không hữu ích, nhưng dạng của dao động có thể gợi ý bất cứ chung quanh, xoắn hoặc ứng xử khác chi phối phản ứng sự mất ổn định của một dạng

[28] mô tả phân tích tĩnh tuyến tính của một tòa nhà nhiều tầng bằng cách sử dụng SAP 2000 bằng cách loại bỏ tĩnh một phần tử kết cấu chính và phân tích động phi tuyến bằng cách loại bỏ một cột được xem xét cho nghiên cứu tòa nhà

bê tông cốt thép đối xứng 12 tầng Việc kiểm tra các kết quả phân tích đàn hồi tuyến tính phải được thực hiện để xác định cường độ và phân phối nhu cầu tiềm năng trên cả phần tử kết cấu chính và phụ để định lượng các khu vực sụp đổ tiềm năng Độ lớn và phân phối của các nhu cầu này sẽ được biểu thị bằng Tỷ lệ năng lực nhu cầu (Demand–Capacity Ratios - DCR) Phân tích tĩnh phi tuyến cho thấy

sự hình thành bản lề bắt đầu từ vị trí có DCR tối đa Để tránh sự thất bại lũy tiến của dầm và cột, gây ra bởi sự thất bại của cột cụ thể, cần phải gia cố đầy đủ để hạn chế DCR trong các tiêu chí chấp nhận Để giảm thiểu sự sụp đổ lũy tiến, một đường dẫn tải thay thế phải được cung cấp Đường dẫn tải thay thế như, cung cấp giằng ở mức sàn và tăng kích thước cột ở mặt ngoài có thể được chấp nhận một cách thuận lợi

[29] phân tích “Ứng xử động lực học kết cấu bê tông cốt thép dưới tác dụng của tải trọng nổ”, một chương trình phân tích ứng xử động lực học khung bê tông cốt thép chịu tải trọng nổ có xét đến ảnh hưởng P-Δ có tên Blastanal được viết

dựa trên ngôn ngữ Matlab Khi vật liệu vẫn còn làm việc trong miền đàn hồi, chuyển vị ngang nút đỉnh khung đạt giá trị lớn nhất khi tác nhân gây nổ nằm ở giữa chiều cao công trình Khung chịu tải trọng nổ có xét đến phi tuyến hình học, ảnh hưởng của hiệu ứng nén uốn chỉ có ý nghĩa khi lực dọc đủ lớn Tỷ số cản, số tầng và các thông số của tải trọng nổ đều ảnh hưởng nhất định đến đáp ứng của kết cấu chịu tải trọng nổ Phương pháp thực nghiệm phân tích ứng xử động lực học kết cấu bê tông cốt thép chịu tải trọng nổ mô phỏng được đề xuất là phù hợp,

có tính tổng quát cao thông qua các kết quả phân tích

Trong thiết kế kháng chấn, vấn đề kiểm soát hư hại công trình kết cấu bê tông cốt thép do động đất là một cách tiếp cận Bằng phương pháp kiểm soát hư hại thông qua chỉ số hư hại có giá trị từ 0 (không hư) đến 1 (sập) được kiến nghị, tác giả [30] cho thấy tính ưu việt của phương pháp vì mức độ hư hại được kiểm soát bằng chính chỉ số hư hại và sự phân bố hư hại trong kết cấu Một quy trình thiết

kế theo phương pháp được đề xuất được phân tích phi tuyến theo thời gian và mô hình hư hại được áp dụng để tính toán mức độ hư hại của kết cấu và được so sánh với chỉ số cho phép Kết quả được nêu như trên và sự phân bố hư hại trong kết cấu được điều chỉnh lại

[31] nghiên cứu là cải thiện cơ sở kiến thức về độ chính xác của các phương pháp tĩnh trong việc dự đoán ứng xử động đất cho các kết cấu khung thép chịu moment, xem xét ở các khu vực địa chấn khác nhau và các bộ dao động nền có đặc tính về cường độ và tần số khác nhau, đánh giá phản ứng và định lượng nội lực, lực tổng thể và các yêu cầu về biến dạng ở cấp rủi ro khác nhau Kết quả chuyển vị, độ trôi tầng không đàn hồi được xác định bởi phương pháp phân tích

có xét đến đóng góp của các dạng dao động cao (MPA) được so sánh với phương pháp đẩy dần chuẩn (SPA) và phương pháp phân tích phi tuyến theo miền thời gian (NL-RHA) Trong việc dự đoán phản ứng địa chấn cho kết cấu khung SMRF chịu các dao động nền khác nhau ở ba địa điểm Los Angeles, Seattle và Boston thì phương pháp MPA cho kết quả tốt hơn phương pháp SPA và tiệm

động của 20 trận động đất được chia thành 2 bộ, mỗi bộ có 10 trận động đất có tần suất là 10% trong 50 năm (LA10 IN50) và 10 trận động đất có tần suất là 2% trong 50 năm (LA2IN50) Phương pháp MPA-CSM đề xuất đưa ra một quy trình tính toán đơn giản hơn so với MPA và phương pháp NL-RHA, do đó tiết kiệm được chi phí lập trình tính toán Chuyển vị mục tiêu của hệ khung ứng phụ thuộc vào cường độ các trận động đất, cường độ các trận động đất càng lớn thì sai số kết quả càng lớn, sự đóng góp các dạng dao động cao hơn là không cần thiết Độ lệch chuẩn của hệ khung ở các trận động đất LA2IN50 lớn hơn nhiều so với trận động đất LA10IN50

[33] đánh giá độ chính xác và sai lệch của chuyển vị mục tiêu được xác định bằng phương pháp đẩy dần MPA (Modal Pushover Analysis) dựa trên phổ khả năng (Capacity Spectrum Method) cho khung thép phẳng một nhịp 3, 6, 9, 12, 15

và 18 tầng chịu tác động của hai bộ động đất với tần suất xảy ra là 2% và 10% trong 50 năm Dựa trên kết quả phân tích của các hệ khung từ các phương pháp MPA-CSM, MPA-CSM (mode 1), SPA, MPA và NL-RHA cho 10 trận động, sai lệch chuyển vị mục tiêu được xác định từ các phương pháp có xu hướng tăng theo chiều cao tầng Sai số trong dự đoán chuyển vị mục tiêu có xu hướng tăng lên khi cường độ động đất tăng Phản ứng của hệ khung được xác định từ phương pháp SPA và MPA bám sát đường chuẩn, xác định từ phương pháp NL-RHA Phương pháp MPA-CSM có thể áp dụng trong thiết kế cho công trình chịu động đất do sự đơn giản của nó so với phương pháp MPA

III MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU :

1 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU :

Trong phân tích sụp đổ lũy tiến, qua các tài liệu tham khảo cho thấy phương pháp tiếp cận phân tích đa dạng, các điều kiện xem xét đánh giá sự ổn định từ những trường hợp tác động được áp dụng trên đối tượng vật liệu là bê tông và thép mô phỏng theo nhiều dạng kết cấu với sự hỗ trợ từ những phần mềm chuyên dụng phân tích kết cấu, ngôn ngữ lập trình Thông qua đó, vấn đề sự

ổn định của kết cấu rất cần thiết như khả năng kháng lại của các phần tử còn lại của khung kết cấu tòa nhà khi một vài phần tử chịu lực dọc bị hư hại hay loại bỏ do chưa đạt yêu cầu thiết kế trong thi công về cường độ chủng loại cũng Vì vậy, mục tiêu của đề tài “Phân tích ứng xử kết cấu cho trường hợp phá dỡ tòa nhà” nhằm đánh giá khả năng sụp đổ lũy tiến của tòa nhà bằng phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến được đề xuất

2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU :

SAP2000 sử dụng giao diện đồ họa, người dùng có thể vẽ ra hình học của một đối tượng sau đó gán các thuộc tính và tải trọng vào đối tượng để xác định hoàn toàn mô hình và phần tử vật lý Dựa trên công năng phần mềm SAP2000, một mô hình kết cấu khung 3D (không gian 3 chiều) được mô phỏng với đặc trưng vật liệu bê tông, mô hình mô phỏng sẽ được thiết lập cho mỗi trường hợp loại bỏ cột đột ngột riêng lẻ giả định tại những vị trí khác nhau (cột biên khu vực giữa hoặc gần giữa theo phương cạnh ngắn, cạnh dài và cột vị trí góc) tại tầng đầu tiên (từ tầng mặt đất đến tầng 1) được để xem xét chuyển vị của kết cấu để đánh giá độ dẻo có kể đến độ ổn định cục bộ cũng như ổn định phương dọc và phương ngang theo hướng dẫn bởi [1] nhưng cùng thông số dữ liệu đầu vào như tính chất vật liệu, tiết diện phần tử, số tầng, số nhịp, chiều cao tầng, khoản cách nhịp theo phương X, phương Y cùng với cấu hình máy tính CPU 1.8 GHz, Ram 6 GB, Ồ cứng 512 Gb + Ổ cứng rời 512 GB

toàn bộ cấu trúc hoặc một phần đáng kể của cấu trúc, nghĩa là mức độ thất bại cuối cùng không tỷ lệ với sự thất bại cục bộ ban đầu

Nhìn chung, các tòa nhà và cơ sở hạ tầng được thiết kế để chống lại các tải trọng thông thường như tải trọng bản thân, gió và chiếm chỗ Tuy nhiên, các cấu trúc này có thể phải chịu tải trọng bất ngờ bao gồm các nguy cơ tự nhiên như động đất, lũ lụt và bão hoặc mối nguy hiểm của con người như lỗi thiết kế hoặc xây dựng, nổ gas, va chạm xe, hỏa hoạn, va chạm máy bay, dễ uốn các phần tử chịu lực dọc và vụ nổ do các hành động dân sự hoặc hình sự

Khi các tòa nhà tiếp xúc với các tải trọng không lường trước này, một hoặc nhiều yếu tố tải trọng (tường chịu lực hoặc cột) bị mất công suất hoặc bị hỏng

Sự phá hủy này trong hệ thống hỗ trợ tải dẫn đến sự thất bại trong một phần nhỏ của cấu trúc (thiệt hại cục bộ) Sau sự sụp đổ một phần này, một đường dẫn tải thay thế bắt đầu truyền tải trọng lực và các tải trọng khác từ các phần tử thất bại đến các thành viên lân cận trong suốt dầm và tấm nếu một cấu trúc dẻo được thiết

kế và có hành động dây xích thích hợp trong dầm cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng và sự sụp đổ không xảy ra Nếu cấu trúc không được thiết kế để có hành động dây xích phù hợp bên cạnh các đường tải thay thế để phân phối lại tải trọng cho các thành viên bị hư hỏng, sự sụp đổ hoàn toàn đối với cấu trúc có thể xảy ra dẫn đến mối đe dọa nghiêm trọng đối với các tài sản và an toàn công cộng Cần phải nói rằng nguyên nhân gây ra thiệt hại khởi đầu cho các phần tử chịu tải chính là không quan trọng, kết quả thay đổi đột ngột đối với hình học và đường dẫn tải của tòa nhà là điều quan trọng

Theo [2] mức độ sụp đổ lũy tiến tòa tùy thuộc vào nguy cơ rủi ro để phát triển khả năng kháng lại sụp đổ ở mức độ cao theo (Table 1 : Loại Rủi Ro) và tòa nhà

từ ba tầng trở lên có nguy cơ rủi ro cao hơn đối với các tòa nhà hiện có cũng như tùy thuộc vào kết cấu, loại kết cấu, vị trí và công năng đặc trưng của tòa nhà

Table 1 : Loại Rủi Ro

[2]

Nature of Categories \3\ Risk Category /3/C

- Buildings in Risk Catogery I in \1\ Table 2-2 of UFC

- Inhabited buildings with less than 50 personnel,

primary gathering buildings, billeting, and high

occupancy family housingA,B

[2]

\3\ Risk Category /3/C Design Requirement

I No specific requirements

II Option 1 : Tie Forces (TF) for the entire structure and

Enhanced Local Resistance (ELR) for the corner and penultimate columns or wall at the first story

Or Option 2 : Alternate Path (AP) for specified column and wall removal locations

III Alternate Path for specified column and wall removal

locations and Enhanced Local Resistance (ELR) for all permeter first story columns or walls

IV Tie Forces and Alternate Path for specified column and

wall removal locations and Enhanced Local Resistance (ELR) for all permeter first story columns or walls

[2] cung cấp các yêu cầu thiết kế cần thiết để giảm nguy cơ sụp đổ lũy tiến cho các tòa nhà xây mới và hiện hữu khi gặp phải thất bại, hư hại kết cấu cục bộ bởi những sự kiện bất thường không lường trước Vì sự kiện ban đầu không xác định

nên không nhằm hạn chế trực tiếp hoặc loại bỏ thiệt hại ban đầu Đối với các trường hợp đã xác định các mối đe dọa cụ thể đối với tòa nhà, cơ quan thiết kế sẽ

sử dụng phương pháp thiết kế phù hợp để làm cứng tòa nhà Tuy nhiên, mặt dù kết cấu được thiết kế chống lại mối nguy cơ đe dọa sụp đổ đã được xác định, các yêu cầu thiết kế sụp đổ lũy tiến vẫn sẽ áp dụng

Hướng dẫn [1] cung cấp quy trình từng bước rõ ràng để hỗ trợ kỹ thuật kết cấu đánh giá khả năng sụp đổ lũy tiến Hướng dẫn có thể được áp dụng cho phần lớn các kết cấu thép và bê tông cốt thép từ thấp đến trung bình trừ khi các cấu trúc này được miễn các xem xét sụp đổ lũy tiến Tài liệu này chia các tòa nhà thành hai nhóm theo kết cấu điển hình hoặc kết cấu không điển hình của chúng Tất cả các tòa nhà là điển hình trừ khi chúng có một hoặc nhiều cấu hình sau :

- Mặt bằng không đồng đều;

- Thay đổi kích thước nhịp/ kích thước nhịp biên;

- Thay đổi bước nhảy/ dầm chuyển;

- Các cột đặt sát nhau;

- Hệ kết cấu tổ hợp

Việc phân tích các cơ sở điển hình với bố cục đơn giản được thực hiện theo kịch bản sau :

- Loại bỏ cột phía ngoài :

 Loại bỏ các cột bên ngoài ở gần giữa của cạnh ngắn, gần giữa của cạnh dài, ở góc của tòa nhà và liền kề với góc của tòa nhà (tức là áp chót) như trong (Hình 13 (a,b) : Mặt Bằng Vị Trí Loại Bỏ Cột Phía Trong Và Ngoài)

 Cũng loại bỏ các cột tại các vị trí cột quan trọng, như được xác định bằng đánh giá kỹ thuật theo tiêu chuẩn thực hành Tối thiểu, các vị trí quan trọng sẽ bao gồm nhưng không giới hạn trong các điều kiện sau, trong đó:

 Sơ đồ hình học của cấu trúc thay đổi đáng kể, chẳng hạn như giảm đột ngột kích thước nhịp hoặc nhập góc nhập;

 Gián đoạn tải trọng dọc cấu trúc có bất kỳ (nghĩa là điều kiện chuyển);

(a) (b) Hình 13 (a,b) : Mặt Bằng Vị Trí Loại Bỏ Cột Phía Trong Và Ngoài

[1]

- Loại bỏ cột phía trong :

 Đối với các cấu trúc có bãi đậu xe ngầm hoặc các khu vực tiếp cận công cộng không được kiểm soát, hãy loại bỏ các cột bên trong gần giữa cạnh ngắn, gần giữa cạnh dài và ở góc của không gian không được kiểm soát, như trong (Hình 13 (a,b) : Mặt Bằng Vị Trí Loại Bỏ Cột Phía Trong Và Ngoài) Đối với mỗi sơ đồ vị trí, phân tích đường tải thay thế chỉ được thực hiện cho tầng bãi đậu xe hoặc khu vực công cộng không được kiểm soát

 Cột bị xóa kéo dài từ tầng của khu vực đỗ xe ngầm hoặc khu vực sàn công cộng không được kiểm soát sang tầng tiếp theo (nghĩa là, phải loại bỏ chiều cao một tầng) Các cột nội bộ cũng phải được gỡ bỏ tại tất cả các vị trí quan trọng khác, như được xác định bằng đánh giá kỹ thuật theo tiêu