Đánh giá phương pháp phổ phản ứng trong tính toán tải trọng động đất lên nhà nhiều tầng có kết cấu không đều đặn và dễ xoắn (tt)

 Với thành phần nằm ngang của tác động động đất Với các thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ phản ứng đàn hồi SeT được xác định bằng các công thức sau: Phương pháp phân tíc

KẾT CẤU KHÔNG ĐỀU ĐẶN VÀ DỄ XOẮN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng

Mã số : 8.58.02.01

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS TRẦN QUANG HƯNG

Phản biện 1: TS TRẦN ANH THIỆN

Phản biện 2: PGS TS PHẠM THANH TÙNG

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 24 tháng 01 năm 2021

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu và Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

 Thư viện Khoa Xây dựng công trình dân dụng và công

nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Do đó việc tiến hành nghiên cứu đề tài “Đánh giá phương pháp phổ phản ứng trong tính toán tải trọng động đất lên nhà nhiều tầng có kết cấu không đều đặn và dễ xoắn” là cần thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

- Tính toán tải động đất theo phương pháp phổ phản ứng quy định trong tiêu chuẩn, nhưng phân tích dao động riêng của nhà với mô hình không gian và có kể đến dao động xoắn

- Kiểm tra lại tính chính xác của phương pháp trên dựa vào việc

so sánh với mô hình phân tích trực tiếp phản ứng nhà dưới tác động của gia tốc nền thay đổi theo thời gian (Time history analysis)

- Đề xuất phương pháp tính toán hợp lý cho nhà có mặt bằng không đều đặn, xoắn nhiều và nguy hiểm

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, phân tích, tính toán ứng

xử của kết cấu dưới tác động của tại động đất theo phương pháp phổ phản ứng, đề xuất phương án hợp lý

- Phạm vi nghiên cứu: Ứng xử của kết cấu nhà cao tầng không đối xứng dưới tác động của tải động đất

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Kết quả nghiên cứu luận văn có thể sử dụng: Tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành xây dựng tại các trường Đại học và Cao đẳngTài liệu tham khảo cho các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật xây dựng

5 Bố cục đề tài

6 Tổng quan tài liệu nghiên cứu:

Tại Việt Nam, nghiên cứu động đất được Viện Vật lý địa cầu thuộc Trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia tiến hành

Hệ thống các thông số cơ bản của động đất, mục lục động đất ở Việt Nam, quy luật cơ bản vẻ tính động đất đã được nghiên cứu và khái quát

trong các công trình: “Nghiên cứu dự báo động đất và dao động nền ở

Việt Nam”; “Động đất trên lãnh thô Liệt Nam — Nguyễn Đình Xuyên năm 1985’’ Năm 2006, Bộ Xây dựng ban hành Tiêu chuẩn thiết kế

động đất TCXDVN 375:2006 trên cơ sở chấp nhận Eurocode 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI

TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG ĐẤT

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KÉT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẠI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NHÀ CAO TẦNG CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 2.1 GIẢ THUYẾT TÍNH TOÁN

 Giả thiết ngôi nhà làm việc như một thanh công xon có độ cứng uốn tương đương độ cứng của các hệ kết cấu hợp thành

 Giả thiết mỗi hệ kết cấu chỉ có thể tiếp thu một phần tải trọng ngang tỷ lệ với độ cứng uốn (xoắn) của chúng, nhưng được liên kết chặt chẽ với các hệ khác qua các thanh giằng liên kết khớp hai đầu

 Giả thiết về các hệ chịu lực cùng có một dạng đường cong uốn

2.2 Phương pháp tính toán

Phương pháp phân tích chính là phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (PPPTHH) là một phương pháp đặc biệt có hiệu quả để tìm dạng gần đúng của một hàm chưa biết trong miền xác định của nó

2.3 Sơ đồ tính toán

Căn cứ vào các giả thiết tính toán có thể phân chia thành các

sơ đồ tính theo nhiều cách khác nhau

2.3.1 Sơ đồ phẳng tính toán theo hai chiều

2.3.2 Sơ đồ tính toán không gian

2.4 Các bước tính toán

 Chọn sơ đồ tính toán

 Xác định các loại tải trọng

 Xác định các đặc trưng hình học và độ cứng của kết cấu

 Phân phối tải trọng ngang vào các hệ chịu lực

 Xác định nội lực, chuyển vị trong từng hệ, từng cấu kiện

 Kiểm tra các điều kiện bền, chuyển vị và các đặc trưng động

 Kiểm tra ổn định cục bộ và ổn định tổng thể công trình

Phương pháp này được áp dụng cho có thể áp dụng với hầu hết các loại nhà cao tầng Phải xét tới phản ứng của tất cả các dạng dao động góp phần đáng kể vào phản ứng tổng thể của nhà.Các yêu cầu này có thể thỏa mãn nếu đạt được một trong 2 điều kiện sau:

- Tổng các khối lượng hữu hiệu của các dạng dao động được xét chiếm ít nhất 90% tổng khối lượng của kết cấu;

- Tất cả các dạng dao động có khối lượng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng khối lượng đều được xét đến

 Với thành phần nằm ngang của tác động động đất

Với các thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ phản ứng

đàn hồi Se(T) được xác định bằng các công thức sau:

Phương pháp phân tích động đất theo lịch sử thời gian

Có thể lý tưởng hóa công trình N tầng thành hệ có khối lượng tập trung đặt tại mỗi tầng Phương trình chuyển động chủ đạo của hệ

CHÚ THÍCH: Nói chung qd lớn hơn q nếu chu kỳ cơ bản của kết cấu nhỏ hơn Tc

r

thước lớn nhất và bé nhất của mặt bằng nhà theo hai phương vuông góc

2.8.2 Mặt bằng dễ xoắn:

(6) Tại mỗi tầng và đối với mỗi hướng tính toán x và y, độ

lệch tâm kết cấu e0 và bán kính xoắn r phải thỏa mãn 2 điều kiện

dưới đây, các điều kiện này viết cho phương y:

2.8.3 Tâm sàn tuyệt đối cứng:

So sánh 2 trường hợp sàn tuyệt đối cứng và sàn không tuyệt đối cứng:

Và

trong đó:

k là số dạng dao động được xét tới trong tính toán;

n là số tầng ở trên móng hoặc đỉnh của phần cứng phía dưới;

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Công trình bằng kết cấu BTCT cao tầng không đối xứng L

Bảng 3.1 Mặt bằng công trình không đối xứng

Hình 3.1 Mô hình 3D tổng thể công trình

3.4.1.1 Mô hình công trình bằng phần mềm etabs

Hình 3.2 Mô hình công trình trong phần mềm Etabs

3.4.1.2 Khai báo tải trọng động đất

Khai báo tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng TCVN 9386:2012 tại quận Hải Châu – Tp Đà Nẵng (Function Definition)

Sau khi khai báo phổ phản ứng, thực hiện các bước khai báo tải trọng động đất dựa trên phổ đã khai báo

Khai báo tải trọng động đất theo phương pháp lịch sử thời gian (Time history function definition)

Khai báo phổ ngang tại quận Hải Châu – TP Đà Nẵng

Sử dựng 3 phổ nhân tạo trong etabs, kết quả được lấy trung bình

3.4.1.3 Phân tích mô hình

Khai báo tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng

Hình 3.3 Giá trị phổ phản ứng tại Hải Châu – TP Đà Nẵng

Khai báo tải trọng động đất theo phương pháp lịch sử thời gian

Khai báo theo thứ tự 3 phổ nhân tạo trong etabs bằng cách

 Function1: Chọn matched to response spectrum

 Function2: Chọn matched to response spectrum

 Function2: Chọn matched to response spectrum

Hình 3.4 Tạo phổ nhân tạo 1 trong time history

Hình 3.5 Tạo phổ nhân tạo 2 trong time history

Hình 3.6 Tạo phổ nhân tạo 3 trong time history

Hình 3.7 Kết hợp giữa phổ mục tiêu và lịch sử thời gian theo

phương X

Hình 3.8 Kết hợp giữa phổ mục tiêu và lịch sử thời gian theo

phương Y Chuyển vị đỉnh

Kiểm tra chuyển vị đỉnh do động đất – Phổ phản ứng :

𝑓𝑢= 𝐻

500=

53100

500 = 106.2 𝑚𝑚 Max(𝑈𝑥) = 10.471 <𝑓𝑢, Max(𝑈𝑦) = 15.06<𝑓𝑢

Min(𝑈𝑥) = −8.922 <𝑓𝑢, Min(𝑈𝑦) = −14.534 <𝑓𝑢

Thõa mãn điều kiện về mặt chuyển vị đỉnh

Kiểm tra chuyển vị đỉnh do động đất – Lịch sử thời gian:

𝑓𝑢= 𝐻

500=

53100

500 = 106.2 𝑚𝑚 Max(𝑈𝑥) = 10.953 <𝑓𝑢, Max(𝑈𝑦) = 12.59 < 𝑓𝑢

Min(𝑈𝑥) = −6.975 <𝑓𝑢, Min(𝑈𝑦) = −11.821<𝑓𝑢

Thõa mãn điều kiện về mặt chuyển vị đỉnh

Hình 3.9 Biểu đồ tương quan của giá trị chuyển vị (MaxUx)

Thông qua kết quả só sánh trên biểu đồ thì chuyển vị đỉnh của 2 phương pháp đều chênh lệch quá lớn cụ thể:

Chuyển vị theo phương Ux cao nhất được tính theo phương pháp phổ

phản ứng với trị số 10.471mm và thấp nhất được tính theo phương pháp lịch sử thời gian với trị số 10.953 mm

Hình 3.10 Biểu đồ tương quan của giá trị chuyển vị (MaxUy)

Thông qua kết quả só sánh trên biểu đồ thì chuyển vị đỉnh của 2 phương pháp đều chênh lệch quá lớn cụ thể:

Chuyển vị theo phương Uy cao nhất được tính theo phương pháp phổ

phản ứng với trị số 15.06mm và thấp nhất được tính theo phương pháp lịch sử thời gian với trị số 12.59 mm

Hình 3.11 Biểu đồ tương quan của giá trị chuyển vị (MinUx)

Thông qua kết quả só sánh trên biểu đồ thì chuyển vị đỉnh của 2 phương pháp đều chênh lệch quá lớn cụ thể:

Chuyển vị theo phương Ux thấp nhất được tính theo phương pháp

phổ phản ứng với trị số - 8.922mm và thấp nhất được tính theo phương pháp lịch sử thời gian với trị số -6.975 mm

0 10 20 30 40 50 60

phổ phản ứng X Lịch sử thời gian X

Hình 3.12 Biểu đồ tương quan của giá trị chuyển vị (MinUx)

Thông qua kết quả só sánh trên biểu đồ thì chuyển vị đỉnh của 2 phương pháp đều

chênh lệch nhau lớn nhiều cụ thể:

Chuyển vị theo phương Uy thấp nhất được tính theo phương pháp

phổ phản ứng với trị số - 14.534mm và thấp nhất được tính theo

phương pháp lịch sử thời gian với trị số

-11.821mm

Chuyển vị lệch tầng

Kiểm tra chuyển vị lệch tầng do động đất – phổ phản ứng

Hạn chế chuyển vị ngang giữa các tầng với trị số:

r

d   0.0075h  0.0075.3600  27

0 10 20 30 40 50 60

Giá trị chuyển vị lệch tầng đều thỏa mãn điều kiện

Kiểm tra chuyển vị lệch tầng do động đất – lịch sử thời gian

Hạn chế chuyển vị ngang giữa các tầng với trị số:

r

d   0.0075h  0.0075.3600  27

Giá trị chuyển vị lệch tầng đều thỏa mãn điều kiện

Hình 3.13 Giá trị Drift do tải động đất (max) tại phương Ux

Phổ phản ứng X Lịch sử thời gian X

Hình 3.14 Giá trị Drift do tải động đất (max) tại phương Uy

Với 2 biểu đồ so sánh giá trị chuyển vị lệch tầng cao nhất theo 2 phương Ux, Uy nhìn tổng quan thì giá trị chuyển vị lệch khác biệt Theo phương Ux, Uy: giá trị chuyển vị lệch tầng cao nhất là tính theo phương pháp lịch sử thời gian và thấp nhất là phương pháp phổ phản ứng

Phổ phản ứng Y Lịch sử thời gian Y

Hình 3.15 Giá trị Drift do tải động đất (min) tại phương UX

Hình 3.16 Giá trị Drift do tải động đất (min) tại phương UY

Qua các biểu đồ so sánh giá trị chuyển vị lệch tầng ta nhận thấy là các biểu đồ có hình dáng giống nhau, giá trị xét về chênh lệch giá trị thì con số này lớn trong tính toán và thiết kế

So sánh phổ phản ứng và lịch sử thời gian

Dựa vào kết quả và các biểu đồ so sánh với công trình cao tầng, công trình có hình dạng không cân đối, tức là có sự biến đổi lớn về tâm khối lượng, tâm cứng

Chuyển vị đỉnh thì phương pháp lịch sử thời gian có giá trị cao nhất đạt 10.953 mm cao hơn so với phương pháp phổ chỉ đạt 10.471

mm

Chuyển vị lệch tầng thì phương pháp phương pháp lịch sử thời gian có giá trị cao nhất đạt 0.000303 cao hơn so với phương pháp phổ chỉ đạt 0.000286 mm

Kết quả thu được thì phương pháp lịch sử thời gian cho các giá trị chuyển vị cao hơn toàn diện so với phương pháp phổ

Như vậy đối với công trình có kết cấu phức tạp, không đồng đều

dễ xoắn, có thay đổi tâm khối lượng, tâm cứng thì ứng dụng phương pháp lịch sử thời gian cho số liệu chính xác và không áp dụng được phương pháp phổ phản ứng trong trường hợp này

KẾT LUẬN

Các mục trên đã trình bày ví dụ tính toán động đất đối với nhà cao tầng:

Công trình nghiên cứu là nhà không có kết cấu không đều đặn

và dễ xoắn, kết cấu phức tạp, công trình có hình dạng không cân đối, tức là có sự biến đổi lớn về tâm khối lượng thì kết quả thu được như sau:

Thực hiện theo 2 phương pháp tính tải động đất lên nhà cao tầng: phương pháp phổ phản ứng và phương pháp lịch sử thời gian cho kết quả khác nhau chênh lệch về giá trị lớn

Như vậy đối với trường hợp tính toán công trình trên thì chỉ dùng được phương pháp lịch sử thời gian và không dùng được phương pháp phổ phản ứng

Nhận xét chung về 2 phương pháp:

Thông qua 2 phương pháp tính công trình chịu động đất, có thể rút ra một số nhận xét sau Sự chính xác của 2 phương pháp phổ phản ứng, lịch sử – thời gian Kết quả tính toán trên một số mô hình theo phương pháp phổ phản ứng, cho thấy rằng các ưu nhược điểm của từng phương pháp cụ thể:

Phương pháp phổ phản ứng là một phương pháp có thể áp dụng cho tất cả các loại công trình có kết cấu đơn giản đến phức tạp Phương pháp lịch sử thời gian là một phương pháp tính toán phức tạp nhưng là một phương pháp thực tiễn dựa vào các khi chép địa chấn diễn ra trong quá khứ của các vùng Chỉ áp dụng chính xác cho các vùng, các địa điểm đã từng diễn ra động đất trong quá khứ Còn

cả nước và đề tài đã xây dựng đường phổ phản ứng của 5 loại đất nền

Có thể thấy rằng phương pháp phổ phản ứng kết hợp phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương là những phương pháp đáng tin cậy và phù hợp với điều kiện của nước ta hiện nay Tuy nhiên, trong tương lai, khi các chúng ta đã có được đầy đủ các băng gia tốc của các trận động đất đã xảy ra trong lịch sử thì phương pháp phân tích theo

lịch sử thời gian lại rất hữu hiệu cho việc tính toán