(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu thực nghiệm cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép khi mất cột biên

Các nghiên cứu hiện trường đã chỉ ra rằng các vụ sụp đổcông trình có đặc điểm chung là được bắt đầu bởi sự phá hoại của một vài cấukiện chịu lực mang tính cục bộ do áp lực của vụ nổ bom

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành Luận án, Nghiên cứu sinh đã nhận được

sự định hướng, giúp đỡ, các ý kiến đóng góp quý báu và những lời động viên của cácnhà khoa học, các thầy cô giáo, đồng nghiệp và gia đình

Trước hết, Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lời cảm ơn tới các thày PGS.TS Phạm XuânĐạt, PGS.TS Nguyễn Trung Hiếu đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ trong quá trìnhnghiên cứu

Nghiên cứu sinh cũng bày tỏ lòng cảm ơn tới các giảng viên, cán bộ kỹ thuật Phòngthí nghiệm và kiểm định công trình LAS-XD125, đã có nhiều nhận xét cùng sáng kiếncần thiết cho nghiên cứu thực nghiệm

Cho phép Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn các thày cô giáo, các nhà khoa họccủa Đại học Xây dựng đã có các góp ý quý báu cho Nghiên cứu sinh trong quá trìnhthực hiện Luận án này

Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn Học viện Cán bộ quản lý xây dựng và đô thị

đã tạo điều kiện thuận lợi để Nghiên cứu sinh hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu.Cuối cùng Nghiên cứu sinh cũng bày tỏ lời cảm ơn tới các đồng nghiệp, gia đình,bạn bè đã luôn động viên, chia sẻ, ủng hộ và giúp đỡ Nghiên cứu sinh vượt qua khókhăn để đạt được những kết quả nghiên cứu trong Luận án này

NCS Trần Quốc Cường

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong khoảng hơn ba thập kỷ gần đây, thế giới đã chứng kiến nhiều vụ sụp đổcông trình có qui mô thiệt hại lớn về người và của Có thể kể đến vụ sụp đổ tòanhà Murrah Building (Thành phố Oklahoma, Mỹ, năm 1995) do bom xe làm chết

168 người, sụp đổ tòa nhà Sampoong Department Store (Thành phố Seoul, HànQuốc) làm chết và bị thương gần 500 người, hay vụ tấn công khủng bố Tháp đôitrung tâm thương mại thế giới WTC (Thành phố New York, Mỹ, năm 2001) làmchết gần 3000 người Các nghiên cứu hiện trường đã chỉ ra rằng các vụ sụp đổcông trình có đặc điểm chung là được bắt đầu bởi sự phá hoại của một vài cấukiện chịu lực mang tính cục bộ do áp lực của vụ nổ bom hay khí ga, sau đó lantruyền từ cấu kiện này sang cấu kiện khác, cuối cùng dẫn đến sụp đổ phần lớnhoặc toàn bộ kết cấu công trình Đây được định nghĩa là sụp đổ lũy tiến (SĐLT)công trình Do hậu quả nghiêm trọng mà nó gây ra, việc phòng chống SĐLT đã

và đang thu hút được nhiều sự quan tâm của cộng đồng nghiên cứu quốc tế cũngnhư các nhà lập pháp ở nhiều quốc gia Trong hơn ba thập kỷ vừa qua, nhiềunghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết mô phỏng số đã được thực hiện nhằm hiểu

rõ cơ chế SĐLT của công trình nhà dân dụng, đặc biệt là kết cấu bê tông cốt thép(BTCT) Mặc dù còn nhiều điểm chưa thống nhất, đa số các nghiên cứu đều chỉ

ra rằng, ứng xử cận sụp đổ và sụp đổ của công trình BTCT là rất phức tạp bởi

sự có mặt của các yếu tố sau: (i) Tính phi tuyến của vật liệu bê tông bao gồm sựphát triển vết nứt và nén vỡ, (ii) Tính phi tuyến hình học ở trạng thái biến dạnglớn, và (iii) Hiệu ứng động khi cấu kiện chịu lực như cột BTCT bị đánh sập độtngột Song song với các nỗ lực nghiên cứu của cộng đồng quốc tế, các yêu cầunhằm hạn chế thiệt hại do SĐLT gây ra cũng đã được các nhà lập pháp đưa vàotrong các tiêu chuẩn thiết kế và thi công hiện hành tại nhiều nước trên thế giớinhư Mỹ, Châu Âu, Singapore Nhiều tài liệu hướng dẫn thiết kế phòng chốngSĐLT cũng đã được ban hành như hướng dẫn thiết kế cải tạo các công trình của

chính phủ Mỹ (GSA - Progressive collapse Analysis and Design Guidelines forNew Federal Office Buildings and Major Modernization Projects-2003) [23] vàUFC 4-023-03 (Design of Buildings to Resist Progressive Collapse-2016) [16].Nhìn chung, sức kháng sụp đổ của công trình thường được đánh giá thông quatình huống giả định là một cột chịu lực bị mất đột ngột dưới tác động của bom,khí ga, đâm xe hay sụt lún nền và móng Mặc dù còn nhiều điểm hạn chế trong

cả các qui trình tính toán thiết kế cũng như cấu tạo BTCT, việc ban hành các tàiliệu hướng dẫn này đã được giới chuyên môn ủng hộ và cũng đã thể hiện vai tròquan trọng của công tác phòng chống SĐLT công trình ở các nước tiên tiến trênthế giới Đáng chú ý là nội dung các tài liệu này được cập nhật liên tục hàng nămdựa trên các kết quả nghiên cứu quan trọng của cộng đồng khoa học quốc tế.Kết cấu sàn phẳng được sử dụng nhiều cho các mục đích dân dụng và côngnghiệp, đặc biệt là siêu thị và các khu vui chơi giải trí So với kết cấu dầm sàntruyền thống, ưu điểm của kết cấu sàn phẳng là thời gian thi công nhanh chóng,chiều cao tầng lưu không lớn Tuy nhiên, nhược điểm chính là trọng lượng bảnthân rất lớn trong khi khu vực sàn đầu cột dễ bị phá hoại cục bộ do chọc thủng.Khi phá hoại này xảy ra tại một vị trí cục bộ nào đó thì việc ngăn chặn sự lantruyền phá hoại này là điều rất cần thiết để tránh SĐLT có thể xảy ra Cần nhấnmạnh là tình huống giả định mất cột đột ngột hoàn toàn tương thích và phản ánh

được sự phá hoại chọc thủng tại đầu cột này Đề tài: “Nghiên cứu thực nghiệm

cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép khi mất cột biên”đượclựa chọn nhằm làm rõ ứng xử của bản sàn khi mất cột, qua đó ngăn chặn hoặchạn chế thiệt hại của sụp đổ dây chuyền

2 Mục tiêu nghiên cứu

• Xây dựng một mô hình thực nghiệm phù hợp đủ để có thể mô tả ứng xử sụp

đổ của kết cấu sàn phẳng BTCT trong điều kiện mất cột biên.

Mô hình thực nghiệm cần phải được thiết kế đảm bảo các vấn đề sau Thứnhất, hệ gia tải trọng cần phải đảm bảo được sự phân bố đều trên mặt mẫuthí nghiệm trong suốt quá trình thí nghiệm, đặc biệt là khi biến dạng rất lớn

Thứ hai, cơ cấu mất cột đột ngột cần phải đủ nhanh để có thể mô phỏngchính xác ứng xử trong thực tế xảy ra Thứ ba, sự phân bố nội lực, dạng pháhoại trong quá trình sụp đổ cần phải được đo đạc và ghi lại Thứ tư, mô hìnhthực nghiệm được chế tạo tuân theo chỉ dẫn của lý thuyết tương tự.

• Nghiên cứu sự làm việc của kết cấu sàn phẳng BTCT không mũ bị mất cột dưới tác dụng của tải trọng đến khi xảy ra sụp đổ hoàn toàn.

Quá trình này có bao gồm sự phát triển vết nứt, sự phân bố tải trọng về cáccột xung quanh cột bị mất, sức kháng tải trọng của kết cấu sau khi bị mất cột

và dạng sụp đổ hoàn toàn Quan sát thực nghiệm sự hình thành và phát triểncủa hiệu ứng màng, vốn là cơ chế chịu lực thứ cấp của sàn phẳng khi chịutrạng thái biến dạng lớn

• Đánh giá hiệu ứng động đến ứng xử của kết cấu sàn phẳng BTCT không mũ cột trong tình huống cột chịu lực bị phá hoại đột ngột.

Khi cột chịu lực bị đánh sập đột ngột bởi bom nổ hay nổ khí ga, sự phá hoạichỉ diễn ra trong vài phần nghìn giây [16] Trong trường hợp này, ứng xử củacông trình là động nên dẫn đến tải trọng tác dụng, chuyển vị và nội lực củakết cấu bị khuếch đại bởi một hệ số động nhất định Do đó, việc đánh giáhiệu ứng động thông qua chương trình thực nghiệm là hết sức cần thiết đểhiểu rõ hơn cơ chế sụp đổ của kết cấu công trình

• Xây dựng công thức bán thực nghiệm nhằm tính toán sức kháng sụp đổ của kết cấu sàn BTCT không mũ cột.

Dựa trên kết quả thực nghiệm thu được kết hợp với các kết quả lý thuyết đãđược công bố trước đây, nghiên cứu sẽ xây dựng một công thức bán thựcnghiệm có thể giúp cho kỹ sư thiết kế tính toán nhanh sức kháng sụp đổ củakết cấu sàn phẳng BTCT

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Theo sự phát triển của nhu cầu sử dụng và công năng của công trình dân dụng

và công nghiệp, hệ kết cấu sàn phẳng BTCT là tương đối đa dạng, có thể đượcphân thành ba loại chính, bao gồm:

• Sàn phẳng thông thường có chiều dày sàn không thay đổi theo cả hai phươngngang;

• Sàn phẳng được tăng cứng tại khu vực xung quanh đầu cột chịu lực, còn gọi

là sàn phẳng có mũ cột;

• Sàn phẳng được gia cường bằng hệ cáp dự ứng lực

Trong luận án này, đối tượng nghiên cứu được lựa chọn là sàn phẳng thông

thường vì các nghiên cứu trong lĩnh vực biến dạng lớn của dạng kết cấu này còn

nhiều vấn đề chưa sáng tỏ Ứng xử sụp đổ của sàn phẳng được nghiên cứu vớihai tình huống phá hoại cục bộ, đó là khi cột biên giữa hoặc cột biên cận góc bịphá hoại do các tác động bất thường

4 Cơ sở khoa học của đề tài

• Các kết quả nghiên cứu về kết cấu bản sàn BTCT trong 3 thập kỷ qua, đặcbiệt trong lĩnh vực nghiên cứu phòng chống SĐLT Nghiên cứu sự làm việccủa bản sàn BTCT dưới tác dụng của tải trọng tác dụng thẳng đứng với dạngphá hoại đặc trưng là chọc thủng tại đầu cột

• Các nghiên cứu sự làm việc của kết cấu bản sàn BTCT ở trạng thái biến dạnglớn Trong giai đoạn này ứng xử của kết cấu còn phụ thuộc vào các hiệu ứngchịu lực thứ cấp như: Hiệu ứng màng, hiệu ứng dây căng và hiệu ứng động.Các hiệu ứng này đã được các nghiên cứu chứng tỏ có vai trò nhất định trongviệc tham gia vào khả năng chịu tải của bản sàn

• Căn cứ theo kích thước và tỉ lệ của đối tượng nghiên cứu, phương pháp thựcnghiệm có thể được thực hiện trên kết cấu công trình thực với tỉ lệ 1:1, hoặctrên kết cấu mô hình với một tỉ lệ thu nhỏ nhất định Nghiên cứu trên côngtrình thực tất nhiên sẽ phản ánh được đầy đủ ứng xử kết cấu, nhưng thườngkhông được lựa chọn do chi phí rất lớn và chỉ có thể thực hiện với các biến

số nhất định Trong khi đó, nghiên cứu trên kết cấu mô hình thu nhỏ chophép thực hiện trên dải biến số rộng hơn với mức chi phí phù hợp và có thểđược thực hiện trong phòng thí nghiệm Tuy nhiên, để kết cấu mô hình có thể

phản ảnh chính xác được ứng xử sụp đổ thực tế diễn ra thì chương trình thínghiệm bao gồm mô hình thí nghiệm, phương pháp tạo tải trọng thí nghiệm,quy trình thí nghiệm và điều kiện biên của mẫu thí nghiệm cần phải đượcthiết kế một cách chi tiết, đầy đủ và phù hợp.

5 Phương pháp nghiên cứu

Luận án lựa chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên ba kết cấu thínghiệm với kích thước hình học được thu nhỏ (tỉ lệ 1:3) so với đối tượng kếtcấu thực Hai trong số ba mẫu thí nghiệm này được tiến hành theo phương thứcgia tải tĩnh Mẫu thí nghiệm còn lại được sử dụng để quan sát ứng xử động củakết cấu khi cột bị phá hoại đột ngột

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Mất một cột đỡ là trường hợp mà sàn phẳng BTCT chịu một tác động vốn chưađược kể đến trong tính toán thiết kế ban đầu Dưới tác động này, kết hợp với tảitrọng sử dụng tác động lên bản sàn, sẽ dẫn đến sự làm việc của bản sàn nằmngoài những trạng thái giới hạn (TTGH) về chịu lực, về biến dạng (TTGH 1 vàTTGH 2) được sử dụng làm cơ sở trong giai đoạn thiết kế Ứng xử của sàn phẳngBTCT sau khi mất cột sẽ gắn liến với trạng thái biến dạng lớn với các hiệu ứngchịu lực thứ cấp như hiệu ứng màng căng, hiệu ứng vòm cũng như sức khángsụp đổ của bản sàn Việc nghiên cứu sự làm việc của sàn phẳng BTCT, cũng nhưđóng góp của các hiệu ứng chịu lực thứ cấp đến sức kháng sụp đổ sẽ làm sáng tỏứng xử của bản sàn BTCT trường hợp mất một cột chịu lực

Phương pháp đơn giản nhằm đánh giá sức kháng SĐLT hệ kết cấu BTCT đã đượccông bố trên thế giới cho thấy đây là phương pháp hiệu quả có thể áp dụng vớimọi công trình với chi phí thấp, nhưng hiện nay phương pháp này chủ yếu cho

hệ dầm sàn Phát triển phương pháp đơn giản để có thể áp dụng được cho hệ sànphẳng BTCT là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn

7 Những đóng góp mới của luận án

• Xây dựng được mô hình thí nghiệm động và tĩnh phù hợp có thể áp dụng vớinhiều nghiên cứu khác một cách hiệu quả;

• Nghiên cứu đã làm rõ và định lượng hiệu ứng màng trong sức kháng tải củasàn phẳng Hiệu quả của hiệu ứng màng căng làm tăng 1,14 và 1,34 lần tảitrọng giới hạn tính theo phương pháp đường dẻo;

• Xác định bằng thực nghiệm các hệ số động đặc trưng cho sự làm việc độngcủa sàn phẳng BTCT khi mất 01 cột đỡ đột ngột, trong đó hệ số động củabiến dạng của cốt thép bằng 1,12, của chuyển vị đứng bằng 1,09 và của lựcdọc đỡ cột bằng 1,28;

• Thiết lập được công thức đơn giản nhằm dự báo sức kháng SĐLT của sànphẳng dựa trên cơ sở đường chảy dẻo;

• Cung cấp 1 bộ số liệu thí nghiệm vê sự làm việc của sàn phẳng BTCT ở haitrạng thái chịu tác dụng của tải trọng phân bố tĩnh và chịu tải trọng động domất cột đột ngột Các số liệu thí nghiệm này có thể được sử dụng làm dữ liệutham khảo cho các nghiên cứu trong cùng lĩnh vực

8 Cấu trúc của luận án

Phần Mở đầu : Chương này sẽ làm rõ sự cần thiết của nghiên cứu, giới hạn phạm

vi, đối tượng, phương pháp nghiên cứu và các mục tiêu của Luận án

Chương 1 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU, phần này trình bày lịch sử nghiên cứu

về kết cấu BTCT khi mất cột chịu lực đặc biệt là các nghiên cứu liên quan đếnkết cấu sàn phẳng BTCT không mũ cột

Chương 2 : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH SÀN PHẲNG BTCT KHI MẤT CỘT BIÊN, chương này giới thiệu các bước, cơ sở khoa học để xây dựng môhình thí nghiệm, các quy trình thí nghiệm cũng như các giả thiết ban đầu để thựchiện chương trình thực nghiệm

Chương 3 : PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM, phần này trìnhbày các kết quả thu được từ thực nghiệm như dạng phá hoại, quan hệ tải trọngchuyển vị, biến dạng cốt thép, cơ chế chịu lực màng và các ứng xử động

Chương 4 : PHƯƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG SĐLTCỦA SÀN

PHẲNG BTCT, giới thiệu phương pháp đơn giản đánh giá sức kháng SĐLT của

hệ kết cấu sàn phẳng BTCT không mũ cột

Kết luận : Bao gồm các kết luận và nhận xét chính rút ra từ nghiên cứu, các

khuyến nghị cũng được đề xuất

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN PHẲNG BTCT KHI BỊ MẤT CỘT ĐỠ

Kết cấu sàn phẳng BTCT không mũ cột khi một cột bị phá hủy do khủng bố, đâm

xe, sụt lún nền móng, phá dỡ hay lỗi thiết kế, thi công là một bài toán thực tế đặt rahiện nay Khi đó kết cấu tại vị trí mất cột (dầm, sàn) sẽ biến dạng lớn hoặc sụp đổ vàdẫn đến kích hoạt sự phá hủy dây chuyền của công trình Sự sụp đổ này còn được gọi

là sụp đổ lũy tiến (SĐLT) Làm rõ ứng xử cận sụp đổ của kết cấu khi mất cột là mụctiêu của cộng đồng nghiên cứu bởi nó sẽ hạn chế được thiệt hại do SĐLT gây ra Trongchương này sẽ trình bày những nội dung về SĐLT công trình do kết cấu mất một cộtchịu lực, các cơ chế làm việc của kết cấu khi ở miền biến dạng lớn và các nghiên cứuliên quan được cập nhật trên thế giới cũng như ở Việt Nam Các kết quả nghiên cứu

đã đạt được cũng như những tồn tại sẽ được đánh giá, qua đó làm rõ hướng phát triểncủa Luận án

1.1 Sụp đổ lũy tiến (SĐLT) hệ kết cấu công trình BTCT

1.1.1 Khái niệm sụp đổ lũy tiến (SĐLT)

Sụp Đổ Lũy Tiến (SĐLT)thường được bắt đầu bởi sự phá hoại cục bộ của một cấukiện chịu lực, lan truyền từ cấu kiện này sang cấu kiện khác, cuối cùng dẫn đến sụp

đổ phần lớn hoặc toàn bộ kết cấu công trình Thiệt hại về người và của do SĐLT gây

ra thường lớn hơn rất nhiều so với nguyên nhân ban đầu gây ra nó Lịch sử sụp đổ cáccông trình dân dụng đã cho thấy, nguyên nhân phá hoại cục bộ ban đầu thường là mộtcột chịu lực bị gãy do tác động của tải trọng bất thường (ví dụ: Sụp đổ tòa nhà MurrahBuilding, Mỹ, năm 1995) hoặc do phá hoại chọc thủng tại một đầu cột (ví dụ: Sụp đổtòa nhà Sampoong Store Department, Hàn Quốc, năm 1995)

1.1.2 Một số vụ sụp đổ điển hình

Sụp đổ của tòa nhà Murrah Building (1995) Vụ sụp đổ này gây chấn động thế

giới và nó thúc đẩy mạnh mẽ nhu cầu nghiên cứu về SĐLT Murrah Building là mộttòa nhà 9 tầng có kết cấu bê tông cốt thép được xây dựng từ những năm 1970 [21](Hình 1.1) Mặt bằng của tòa nhà có chiều dài khoảng 61 (m) và có chiều rộng là 21.4(m) Kết cấu của tòa nhà bao gồm lưới cột 6, 1(m) × 10, 7(m) đỡ hệ thống dầm sànmột phương như được thể hiện trong Hình 1.1(a) Chiều dày của bản sàn là 152 (mm)được đỡ bởi hệ thống dầm bẹt có kích thướcb × h=508(mm) × 1220(mm) Một trongcác cấu kiện chịu lực chính của kết cấu là hệ thống dầm chuyển ở tầng 3 dọc theo trục

G với chiều dài nhịp (từ cột đến cột) là 12,2 (m) Hình 1.1(b) Dầm chuyển này đỡ hệthống cột biên từ tầng 3 lên đến mái

(a) Mặt bằng kết cấu (b) Hệ cột và dầm chuyển trục G

(c) Vị trí nổ bom gần cột G20 (d) Tòa nhà sau vụ nổ (photo Reuters)

Hình 1.1: Tòa nhà Murrah building trước và sau khi bị SĐLT [21]

Ngày 19 tháng 4 năm 1995, một xe bom với lượng thuốc nổ tương đương với khoảng

1800 (kg) TNT đã được kích hoạt trước sảnh của tòa nhà, cách cột G20 khoảng 4 (m).

Vụ nổ đã làm sụp đổ 1/2 tòa nhà và cướp đi sinh mạng của 168 người trong đó có 19trẻ em Hình 1.1(c) minh họa vị trí của vụ nổ và Hình 1.1(d) thể hiện phần còn lại củatòa nhà sau khi vụ nổ xảy ra Cộng đồng kỹ sư kết cấu và các nhà chuyên môn đềuthừa nhận rằng:

• Áp lực trực tiếp của bom xe chỉ có thể phá hoại được cột G20 và một phần nhỏdiện tích sàn, trong khi hai cột lân cận G24 và G16 gần như nguyên vẹn;

• Một phần sàn tầng 3 có thể bị vồng lên dưới áp lực nổ;

• Sự mất khả năng chịu lực của dầm chuyển ở tầng ba do cột G20 bị phá hoại lànguyên nhân chính gây ra sự sụp đổ của 1/2 tòa nhà Các nghiên cứu hiện trườngcũng chỉ ra sức phá hủy của vụ nổ chỉ làm hỏng cột G20, nhưng khi mất cộtđường truyền tải trọng thay thế không đáp ứng được nên dẫn đến SĐLT

W.Gene Corley [15] cho rằng nếu cột G20 không bị phá hoại do áp lực nổ thì thiệt hại

có thể giảm xuống chỉ ở mức 15% Trong khi nếu cột G20 bị phá hoại nhưng cơ cấukhớp dẻo có thể được hình thành trong dầm chuyển có chiều dài nhịp tính toán từ cộtG16 đến cột G24 thì phạm vi thiệt hại có thể giảm được tối đa là 50% Sự hình thànhkhớp dẻo sẽ tạo một đường truyền tải trọng mới khi mất cột và có thể sẽ giảm thiệthại của sụp đổ công trình

Siêu thị Sampoong Store (Hàn Quốc)[53]

Siêu thị Sampoong Store là tòa nhà 5 tầng nổi và 2 tầng hầm sử dụng kết cấu sànphẳng bê tông cốt thép được xây dựng từ năm 1989 tại Seoul, Hàn Quốc Mặt bằngkết cấu được thể hiện ở Hình 1.2(a) với lưới cột có bước cột 9 (m) theo trục Y và 10.8(m) theo trục X Bản sàn bê tông cốt thép dày 300 (mm) kết hợp với mũ cột dày 450(mm) Theo thiết kế ban đầu, cột chịu lực điển hình có đường kính 800 (mm) Tuynhiên trong quá trình thi công, đường kính cột bị giảm xuống còn 600 (mm) do tiêuchuẩn về sức kháng SĐLT chưa được tính ở thời điểm đó Sự việc dẫn đến sàn tầng 5

bị phá hoại chọc thủng (cắt) tại đầu cột sau này Ngày 29/6/1995, tòa nhà đang trongthời gian vận hành đã bất ngờ sụp đổ, phá hủy hoàn toàn 5 tầng nổi làm chết 502

(a) Thay đổi kích thước cột trong khi xây dựng (b) Hình ảnh trước và sau SĐLT

Hình 1.2: Tòa nhà Sampoong Store có kết cấu sàn phẳng BTCT bị SĐLT [53]

người và làm bị thương 937 người Thiệt hại về kinh tế lên tới hơn 100 tỉ won Hình1.2(b) là hình ảnh tòa nhà trước và sau sụp đổ

Trung tâm thương mại WTC [47]

Trong các sự kiện sụp đổ công trình nhà cao tầng, không thể không nhắc đến sự sụp

đổ tòa tháp đôi Trung tâm thương mại thế giới WTC (Hình 1.3(a)) vào ngày 11 tháng

9 năm 2001 tại NewYork-Mỹ Các điều tra hiện trường có chung nhận định rằng, vụđâm và nổ máy bay vào các tầng phía trên của tòa nhà chỉ gây mất khả năng chịu lựccủa một số cột thép ở một phía của tòa nhà ở tại các tầng cao, và nguyên nhân gây rasụp đổ hoàn toàn tòa tháp đôi này vẫn là SĐLT

(a) Tòa tháp đôi WTC bị tấn công năm 2001 [47] (b) Sập nhà trẻ Vườn Xanh, Hà Nội (2017)

Hình 1.3: SĐLT của các công trình trên thế giới và ở Việt Nam

Ở Việt nam cũng đã xảy ra một số sự kiện sụp đổ kết cấu xây dựng gây thiệt hại lớn

về người và của như sụp đổ cầu dẫn cầu Cần Thơ (2007) hay gần đây nhất là vụ sập

công trình nhà trẻ Vườn Xanh tại Nam Từ Liêm, Hà Nội, khi đang trong quá trình thicông xem Hình 1.3(b) Các vụ sụp đổ này có điểm chung là bắt nguồn từ những pháhoại nhỏ, mang tính cục bộ, lan truyền tới những cấu kiện xung quanh và hậu quảcuối cùng thường có qui mô vượt xa so với những phá hoại cục bộ ban đầu.

1.1.3 Cơ chế SĐLT của kết cấu BTCT khi mất cột chịu lực

Mất một cột chịu lực là kịch bản phổ biến nhất khi thiết kế công trình cũng như khinghiên cứu trong lĩnh vực phòng chống SĐLT Bởi trường hợp này dễ có nguy cơ xảy

ra trong thực tế như khủng bố, sụt lún nền móng Khi đó công trình sẽ ở trạng tháibiến dạng lớn và có nguy cơ SĐLT bởi các hiệu ứng như sau

1.1.3.1 Hiệu ứng gấp đôi nhịp

Sự gia tăng nội lực trong kết cấu dầm sàn dẫn đến lan truyền sụp đổ do nhómnguyên nhân này có thể được hình dung bằng sự mất gối tựa của một hệ dầm phẳnghai nhịp với chiều dài mỗi nhịp là L và được thiết kế để chịu tải trọng phân bố đều qcho trong Hình 1.4 dưới đây

Hình 1.4: Sự gia tăng nội lực trong dầm phẳng hai nhịp bị mất gối tựa giữa [45]

Sau khi mất gối tựa B, mô men uốn trong dầm có độ gia tăng rất lớn so với giá trị thiết

kế ban đầu trước khi mất gối tựa Tại gối tựa bên trái và bên phải, mô men âm tănglên bốn lần trong khi tại gối tựa B, dấu của mô men bị đảo chiều từ âm sang dươngvới giá trị tuyệt đối tăng gấp hai lần

1.1.3.2 Hiệu ứng động

Khi cấu kiện cột chịu lực bị phá hoại đột ngột do áp lực nổ bom, khí ga hay vachạm xe cộ, nội lực trong kết cấu dầm sàn còn bị khuếch đại thêm do ứng xử độngcủa hệ dầm sàn và có thể được minh họa bằng dao động của con lắc lò xo có độ cứng

R và có khối lượng vật nặng M sau khi được thả tự do tại vị trí biến dạng (Hình 1.5)

Hình 1.5: Mô hình hóa ứng xử động của hệ kết cấu khi bị mất cột đột ngột [44]

Hệ số động Ωkể đến sự khuếch đại tải trọng (trọng lực Mg) do tình huống mất cột

Fd là tải trọng động tương ứng tác dụng lên hệ và gây ra chuyển vị∆ m Ở trạng tháicân bằng, hệ số động được biễu diễn bởi phương trình (1.1)

Ω = Fd

Có thể thấy rằng khi ứng xử của con lắc trong giai đoạn đàn hồi tuyến tính với∆ < ∆y,thì hệ số độngΩ đạt tới 2.0 [20] Với giá trị này thì tĩnh tải q bị khuyếch đại lên 2.0lần và mô men uốn trong kết cấu dầm-sàn (Hình 1.4), phía trên cột bị mất khả năngchịu tải, có thể tăng lên đến 8 lần Tuy nhiên, nếu kết cấu dầm sàn có khả năng biếndạng lớn vào miền phi tuyến (∆y < ∆ < ∆ m) thì hệ số động giảm đi đáng kể Lúcnày, độ lớn của hệ số động tỉ lệ nghịch với độ “dẻo” (structural ductility), là đặc trưngcho khả năng biến dạng của hệ dầm sàn BTCT Kết cấu được coi là phá hoại khi biếndạng vượt quá giá trị cực hạn∆m (xem Hình 1.5)

1.2 Ứng xử của kết cấu BTCT chịu uốn ở trạng thái biến dạng lớn

và các cơ chế chịu lực thứ cấp

1.2.1 Ứng xử của kết cấu BTCT chịu uốn ở trạng thái biến dạng lớn

Khi xảy ra sự phá hủy cục bộ như phá hoại cột hay chọc thủng đầu cột, cơ cấu uốntrong dầm và sàn sẽ bị phá hoại do sự tăng đột biến về nội lực mô men uốn trongkết cấu công trình (như đã trình bày trong Hình 1.4) vượt quá độ bền thiết kế của cấukiện Khi đó cấu kiện sẽ chuyển sang trạng thái làm việc mới - trạng thái biến dạnglớn Sự phá hoại của cơ cấu uốn bắt đầu với biểu hiện đặc trưng là sự phá hoại nén vỡcủa bê tông vùng thớ nén và vết nứt tại vùng kéo của cấu kiện SĐLT sẽ không xảy

ra ngay lập tức nếu cơ cấu chịu lực thứ cấp xuất hiện thay thế cơ cấu uốn ở trạng tháibiến dạng lớn, bao gồm cơ cấu vòm nén (compressive arch action) và cơ cấu dây căng(tensile catenary action) Do sự có mặt tiếp ngay sau sự phá hoại của cơ cấu uốn trongcấu kiện dầm sàn, cơ cấu chịu lực thứ cấp còn được gọi là đường truyền tải trọng thaythế Khi đó, quan hệ tải trọng-biến dạng của cấu kiện dầm sàn (với điều kiện biên hạnchế chuyển vị ngang) bao gồm ba giai đoạn chịu lực: cơ cấu uốn (CCU) trong miềnbiến dạng nhỏ, cơ cấu vòm nén (CCVN) tương ứng miền biến dạng tương đối lớn và

cơ cấu dây căng (CCDC) trong miền biến dạng rất lớn Các cơ chế chịu lực thứ cấpđược minh họa trong Hình 1.6

Hình 1.6: Cơ cấu uốn (CCU), vòm nén (CCVN) và cơ cấu dây căng (CCDC) [37]

Trong điều kiện lý tưởng về tỉ lệ chiều cao dầm trên chiều dài nhịp và độ cứng củaliên kết chống chuyển vị ngang tại gối tựa, cơ cấu vòm nén có sức kháng tải trọng caohơn từ 2-3 lần [37] so với cơ cấu uốn thuần túy Sau CCVN là trạng thái mất ổn định(snap-through), sức kháng tải trọng giảm xuống bằng CCU Nếu điều kiện về sự liêntục của cốt thép dọc và độ cứng của liên kết chống chuyển vị ngang vẫn được đáp ứng,CCDC sẽ là trạng thái chịu lực cuối cùng cho đến khi công trình sụp đổ hoàn toàn.

Sư hình thành và phát triển của CCVN và CCDC ở trạng thái biến dạng lớn là chủ đềchính trong các nghiên cứu thuộc lĩnh vực phòng chống SĐLT và sẽ được trình bày

cụ thể trong mục 1.5 ở chương này Phần tiếp theo trình bày chi tiết CCVN và CCDC

1.2.2 Các cơ chế chịu lực thứ cấp của kết cấu BTCT ở trạng thái biến dạng lớn

Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra các cơ chế chịu lực thứ cấp khi kết cấu biến dạnglớn, chúng được kỳ vọng là đường truyền tải trọng thay thế tăng sức kháng SĐLT Cácnghiên cứu đã được thực hiện chủ yếu với hệ kết cấu dầm sàn BTCT

1.2.2.1 Cơ chế chịu lực vòm nén (CCVN)

Xem xét một dầm BTCT được ngàm ở hai đầu và chịu tải trọng phân bố đều q nhưtrong Hình 1.7(a)

Hình 1.7: Cơ cấu chịu lực vòm nén (CCVN) [43]

Khi biến dạng là nhỏ, dầm được thiết kế chịu tải trọng bằng cơ cấu uốn thông thườngvới một thớ chịu kéo và một thớ chịu nén ở phía đối diện tại một tiết diện dầm bất kỳ

Do sức kháng kéo của vật liệu bê tông chỉ bằng 1/10 sức kháng nén, biến dạng kéocủa dầm thường lớn hơn nhiều so với biến dạng nén, dẫn đến dầm có xu hướng dãn ratrong quá trình chịu lực Vì điều kiện biên là ngàm ở hai đầu dầm, chuyển vị dãn dàinày bị khống chế, dẫn đến sự xuất hiện lực nén dọc theo trục dầm Lực nén này sẽ làmgia tăng độ bền uốn của dầm như được minh họa trong Hình 1.7(b) Các nghiên cứutrước đây đã chỉ ra rằng, cơ cấu vòm nén này chỉ có thể phát huy đối với cấu kiện dầm

có chiều cao tiết diện không nhỏ hơn 1/20 chiều dài nhịp, cùng điều kiện chuyển vịngang phải được khống chế hoàn toàn Trong trường hợp điều kiện biên tại đầu dầmkhông đủ cứng, sức kháng tải trọng của cấu kiện không được cải thiện đáng kể

1.2.2.2 Cơ chế chịu lực dây căng (CCDC)

Xem xét dầm/bản BTCT chịu tải trọng phân bố đều W với điều kiện biên ngăn cảnchuyển vị ngang tại tiết diện hai đầu như trong Hình 1.8

Hình 1.8: So sánh khả năng chịu lực của cơ chế dây căng và cơ chế uốn [43]

Ở trạng thái biến dạng nhỏ, Hình 1.8(a), dầm chịu tải trọng bằng cơ cấu uốn với lựckéo trong cốt thép T ở thớ kéo cân bằng với lực nén C ở thớ nén tại tiết diện giữa dầm.Khi biến dạng nén của bê tông tăng lên đến giá trị giới hạn, lực nén C giảm dần về 0

do sự nén vỡ của bê tông vùng nén và sự dãn dài quá mức của cốt thép vùng kéo Hình1.8(b) Ở trạng thái này, dầm chịu tải trọng theo cơ cấu dây căng với sức chịu tải tỉ lệthuận với hàm lượng cốt thép chịu kéo và độ võng của dầm Hiệu quả của cơ cấu dâycăng được minh họa bằng công thức trong Hình 1.8(b)

1.2.2.3 Cơ chế màng (CCM) trong cấu kiện dầm sàn BTCT

Các nghiên cứu trước đây của Pham X.D và Tan K.H (2010), [42] đã chỉ ra rằngđường truyền tải trọng thay thế CCVN và CCDC đòi hỏi cao đối với độ cứng và độbền liên kết chống chuyển vị ngang tại hai đầu của cấu kiện dầm/sàn Đòi hỏi này chỉ

có thể đáp ứng khi cột bị phá hoại ở vị trí biên giữa của mặt bằng kết cấu công trình,như được trình bày trong Hình 1.9

Hình 1.9: Đường truyền tải trọng thay thế khi cột biên giữa (CBG) bị phá hoại [42]

Khi cấu kiện sàn phía trên cột bị phá hoại biến dạng lớn, các ô sàn ở các nhịp lân cậnhình thành một tấm cứng (diaphragm) giữ ổn định cho các cột xung quanh cột bị pháhoại Tuy nhiên, khi Cột Biên Cận Góc (CBCG) bị phá hoại, miếng cứng không đượchình thành theo cách đối xứng trong các ô sàn lân cận, lực kéo ngang từ CCDC ở sàncác tầng có thể làm mất ổn định cột góc tại tầng 1 và làm thúc đẩy nhanh quá trìnhSĐLT Sụp đổ công trình tiếp theo có thể được minh họa như trong Hình 1.10 Hình1.11(a) minh họa sự hình thành cơ cấu màng (CCM) trong các ô sàn BTCT được đỡbởi cột biên cận góc Sự hình thành vành cứng được giải thích như sau, tại trạng tháicực hạn của cơ cấu uốn, ô sàn này sẽ hình thành ba tấm cứng riêng biệt, liên kết nhauthông qua hai đường dẻo mô men dương chéo xiên từ góc sàn Ở trạng thái biến dạnglớn, CCM sẽ hình thành ở vùng trung tâm Lực kéo CCM sẽ làm cho các tấm cứngdịch lại gần nhau, tạo thành một nửa vành cứng phía ngoài vùng chịu kéo trung tâm[44] Trong những điều kiện nhất định, nửa vành cứng này sẽ góp phần giữ ổn địnhcho cột góc, nhằm hạn chế sự gãy đổ của cột góc như đã trình bày trong Hình 1.10

Hình 1.10: Sụp đổ công trình do lực kéo CCDC [40]

Hình 1.11: Sự hình thành cơ cấu màng (CCM) trong cấu kiện sàn BTCT [41]

1.3 Sự làm việc và dạng phá hoại của kết cấu sàn phẳng BTCT

1.3.1 Sự làm việc của kết cấu sàn phẳng

Sàn phẳng là dạng kết cấu mà tải trọng tác dụng được truyền trực tiếp từ sàn lênđầu cột và không thông qua cấu kiện dầm Nhờ vậy, chiều cao tầng của kết cấu sànphằng được giảm đáng kể so với chiều cao tầng của kết cấu sàn dầm truyền thống(Hình 1.12a), nhờ đó giảm được chi phí nguyên vật liệu trong quá trình xây dựngcũng như chi phí điều hòa thông gió trong quá trình sử dụng Một ưu điểm khác củasàn phẳng là thời gian thi công ngắn hơn đáng kể so với kết cấu sàn dầm truyền thống.Trong tính toán thiết kế, sàn phẳng thường được chia thành các dải sàn đầu cột đượctính toán tương đương với kết cấu khung dầm và dải sàn giữa nhịp được tính toán như

(a) Chiều cao hiệu quả của hệ sàn phẳng

Dải nhịp

(b) Dải cột và dải nhịp kết cấu sàn phẳng

Hình 1.12: Kết cấu sàn phẳng

cấu kiện sàn thông thường (Hình 1.12b)

Nhược điểm của sàn phẳng là khu vực sàn đầu cột có nguy cơ chọc thủng cao do ứngsuất tập trung và trọng lượng bản thân kết cấu lớn Khi xảy ra chọc thủng tại một đầucột, sự lan truyền phá hoại diễn ra nhanh hơn và có thể gây ra SĐLT

1.3.2 Các cơ chế phá hoại của sàn phẳng

Bản sàn BTCT thường được thiết kế theo phá hoại dẻo, biểu hiện bằng sự xuấthiện các vết nứt và sự vỡ bê tông Tuy nhiên, dạng phá hoại khác của bản sàn BTCT

là dạng phá hoại cắt do chọc thủng tại nút cột sàn phẳng Đặc điểm của dạng phá hoạicắt (chọc thủng) là sự sụp đổ đột ngột khi các dấu hiệu biến dạng và chuyển vị nhỏ,khó quan sát

1.3.3 Ứng xử của sàn phẳng BTCT ở trạng thái biến dạng lớn và các cơ chế chịu lực thứ cấp

1.3.3.1 Ứng xử của sàn phẳng ở trạng thái biến dạng lớn

Thông thường việc thiết kế bản sàn bê tông cốt thép thường dựa trên lý thuyết biếndạng nhỏ Khi có sự cố mất một cột chịu lực sẽ dẫn đến hiệu ứng gấp đôi nhịp cùngvới hiệu ứng động Trong trường hợp này, sự tương tác giữa các thành phần kết cấukhác nhau trở nên quan trọng để cung cấp các đường tải trọng thay thế Cơ chế làmviệc của bản sàn khi biến dạng lớn - hiệu ứng màng được kỳ vọng hạn chế sự phá

hoại gây SĐLT của hệ kết cấu Tùy thuộc vào các điều kiện biên, sự phát triển của lựcmàng trong mặt phẳng của bản sàn, có thể nâng cao đáng kể khả năng chịu tải, tạo

ra tải trọng giới hạn vượt quá khả năng chịu tải dựa trên ứng xử uốn [13] Hiệu ứngmàng có thể được phân loại thành ba dạng khác nhau:

• Hiệu ứng màng nén;

• Hiệu ứng màng kéo;

• Hiệu ứng màng kéo cùng với sự phát triển của vành nén (vành cứng)

Các điều kiện xuất hiện hiệu ứng màng bao gồm màng kéo ở trung tâm, màng nén ởcác cạnh của bản sàn khi có chuyển vị lớn được tóm tắt như Hình 1.13 Phần tiếp theotrình bày nguyên lý phát triển của các hiệu ứng màng trong bản sàn BTCT

Hình 1.13: Các loại hiệu ứng màng của kết cấu sàn phẳng [25]

1.3.3.2 Hiệu ứng màng nén trong bản sàn BTCT bị hạn chế chuyển vị ngang

Xét ứng xử kết cấu của bản sàn BTCT chịu tải trọng như trong Hình 1.14 Khi bảnsàn biến dạng do tải trọng tác dụng, các vết nứt được hình thành ở phía bê tông chịukéo (căng), dẫn đến tăng biến dạng kéo của cốt thép Biến dạng này tạo ra sự kéo dàicủa tấm, dẫn đến chuyển vị ngang ra phía ngoài trong trường hợp tấm tự do Trên thực

Hình 1.14: Hệ kết cấu khung sàn phẳng chịu lực[25]

tế, sự chuyển dịch ngang này được ngăn chặn bởi liên kết của các phần tử kết cấu khácdẫn đến hạn chế chuyển vị ngang và lực nén màng được tạo ra, chúng làm tăng thêmkhả năng uốn của bản sàn Cơ chế phát triển của màng nén được biểu diễn bằng sơ đồtrong Hình 1.15

Hình 1.15: Nguyên lý phát triển hiệu ứng màng nén trong bản sàn BTCT [25]

1.3.3.3 Hiệu ứng màng căng trong bản sàn BTCT bị hạn chế chuyển vị ngang

Sự xuất hiện của hiệu ứng màng căng khi chuyển vị lớn còn gọi là màng kéo.Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm làm rõ hiệu ứng này Neil(1979) [31],Russel (2015) [46] Chúng xảy ra ở giai đoạn biến dạng lớn của cấu kiện đồng thờivới biểu hiện xảy ra tình trạng nứt và hư hỏng bê tông tăng cao và cuối cùng chỉ cònlại cốt thép làm việc như một lưới chịu kéo Điều này cũng phù hợp với nghiên cứucủa Gouverneur (2014) [25], nghiên cứu đã chỉ ra rằng sau khi cấu trúc bản sàn bị hưhỏng ban đầu và có chuyển vị lớn thì hiệu ứng màng kéo bắt đầu phát triển Trong

trường hợp cốt thép dọc được neo đủ, cốt thép có thể hoạt động như một lưới chịu kéohay lưới căng và sự sụp đổ biểu hiện bởi sự đứt của cốt thép (Hình 1.16).

Hình 1.16: Nguyên lý phát triển hiệu ứng màng căng trong bản sàn BTCT[25]

Park and Gamble (2000) [34] cũng đã đề cập đến hiệu ứng màng căng trong nhiềunghiên cứu Nghiên cứu của Park cho rằng, khi cấu kiện biến dạng lớn, tải trọng tácdụng khi kết cấu xuất hiện hiệu ứng màng kéo có thể vượt quá tải trọng thiết kế thôngthường Khía cạnh này đã tạo ra cơ chế chịu lực thứ cấp hữu ích trong việc ngăn ngừaSĐLT, khi có tải trọng bất thường gây mất một cột chịu lực dẫn đến cấu kiện tại vịtrí đó biến dạng lớn Hiệu ứng màng kéo cũng vẫn còn chưa được kể đến trong thiết

kế kết cấu thông thường, ở đó chủ yếu liên quan đến việc đáp ứng tiêu chuẩn về trạngthái làm việc cục bộ (giới hạn ứng suất, giới hạn biến dạng) do các tải trọng tác dụng

cụ thể Tuy nhiên, hiệu ứng màng kéo có thể là mối quan tâm lớn khi xác định ứng xửtổng thể của hệ kết cấu sau một sự cố mất cột cục bộ Hiệu ứng này cần được kể đếntrong các thiết kế thông thường Việc mất cột chịu lực thường dẫn đến biến dạng lớn

và đây là tình huống thường được dùng để đánh giá sức kháng tải của kết cấu BTCTvới tác động của cơ chế màng căng (Đường truyền tải trọng thay thế)

1.3.3.4 Hiệu ứng màng với bản sàn BTCT không hạn chế chuyển vị ngang

Trong trường hợp này, bản sàn BTCT chịu tải bằng cơ chế màng kéo phát triển ởtâm và cơ chế màng nén được thiết lập như một "vòng" xung quanh chu vi của bảnsàn (Bailey 2004) [13] Sơ đồ biểu diễn hiệu ứng tác động của màng chịu kéo kết hợp

với một ’vòng’ nén phát triển trong các bản sàn BTCT hai chiều dọc và ngang nhưHình 1.17.

Hình 1.17: Nguyên lý phát triển hiệu ứng màng căng kết hợp vành nén[13]

1.4 Một số phương pháp thiết kế phòng chống SĐLT trên thế giới

Phòng chống SĐLT đối với các công trình nhà cao tầng là yêu cầu bắt buộc trongcác tiêu chuẩn thiết kế và thi công công hiện hành trên thế giới (ASCE, Eurocodes,GSA, DOD, ACI) Phòng chống SĐLT được định nghĩa là trong các điều kiện tảitrọng đặc biệt (nổ khí gas, nổ bom, sụt lún nền móng), cho phép xảy ra một số pháhoại cục bộ đối với một hay vài cấu kiện chịu lực (dầm, cột) nhưng không được kéotheo sự sụp đổ vượt giới hạn cho phép hay toàn bộ công trình Trong các hướng dẫnthiết kế công trình chịu tải trọng đặc biệt đã được ban hành trong những năm gần đây(GSA, DOD [23], [16]), có ba phương pháp phòng chống SĐLT được đưa ra bao gồm:

• Phương pháp lực giằng (Ties method)

• Phương pháp gia cường cục bộ (Specific local resistance method)

• Phương pháp đường truyền tải trọng thay thế (Alternative load path method)

kiện lân cận phải có đủ độ bền chịu kéo để phân phối lại tải trọng cho hệ kết cấu cònlại để đảm bảo sự sụp đổ không xảy ra Để đạt được mục tiêu này, phương pháp lựcgiằng yêu cầu tất cả các phần tử kết cấu trong từng tầng như dầm và sàn (theo phươngngang) và dọc theo khung kết cấu như cột vách (theo phương trục đứng) được liên kếtvới nhau bằng một lượng cốt thép liên tục như được thể hiện trong Hình 1.18.

Hình 1.18: Mô hình lực giằng cho hệ kết cấu khung (DOD 2005) [16]

Theo phương pháp lực giằng, đối với nhà thấp tầng không lớn hơn 4 tầng thì chỉ cầnđảm bảo kết cấu công trình được giằng theo phương ngang, nhưng khi nhà cao hơnbốn tầng thì để hệ giằng ngang đạt hiệu quả cần phải có cả giằng đứng, bao gồm toàn

bộ cột và tường chịu lực Ngoài ra cần bổ sung hệ giằng xung quanh chu vi mỗi tầng,giằng theo hai phương vuông góc Trong công trình BTCT, công trình thép có cột vàtường chịu lực chính thì phải giằng liên tục từ móng lên đến mái Dễ nhận thấy phươngpháp lực giằng ưu tiên đảm bảo tính toàn vẹn cho kết cấu Ưu điểm của phương phápnày là dễ thực hành vì không phải tính toán phân tích kết cấu nhưng hạn chế là thiên

về định tính chủ quan và áp đặt Bên cạnh đó, phương pháp này sẽ khó áp dụng nếucông trình không có tính cân xứng Các nhà chuyên môn [15] cho rằng, nếu áp dụngphương pháp lực giằng với tòa nhà Murrah Building, vẫn xảy ra sụp đổ lũy tiến Hơnnữa, các thành phần trong kết cấu có phân phối lại tải trọng sau khi công trình bị hưhại cục bộ không, vẫn chưa có câu trả lời chính xác

1.4.2 Phương pháp kháng cục bộ đặc biệt

Là phương pháp thiết kế trực tiếp với mục tiêu là các cấu kiện chịu lực trọng yếu(key or protected element) phải có đủ sức kháng cắt và kháng uốn chống lại các tácđộng trực tiếp từ áp lực nổ hay va chạm ô tô đâm vào Những phần tử trọng yếu thường

là các cột biên, tường chịu lực ở tầng một Như vậy, nếu các phần tử kết cấu này không

bị gãy đổ bởi các nguyên nhân tác động này thì nguy cơ sụp đổ của công trình đươngnhiên sẽ không xảy ra Cải thiện khả năng kháng cục bộ đặc biệt cho các cấu kiện chịulực được sử dụng chủ yếu cho các công trình có tầm quan trọng cao như đại sứ quánhay các trung tâm thương mại lớn Tuy nhiên, việc áp dụng rộng rãi phương pháp nàycho các công trình dân dụng phổ thông là không khả thi do chi phí cao Ví dụ, tòa nhàMurrah building, các cột ở trục G được xem là các phần tử trọng yếu, nếu chúng đượcthiết kế chịu được tác động trực tiếp của 1800kg thuốc nổ TNT ở khoảng cách 4m thì

sẽ là bài toán không kinh tế Mặt khác, tính thẩm mỹ ngoại thất của các công trìnhnày cũng bị ảnh hưởng do kích thước tiết diện cấu kiện cột thường đòi hỏi rất lớn

1.4.3 Phương pháp Đường tải trọng thay thế

Là phương pháp phòng chống SĐLT được thừa nhận rộng rãi nhất trên thế giớihiện nay Nội dung phương pháp này có giả thiết, khi công trình chịu các tác động đặcbiệt nổ bom hay va chạm cho phép một hoặc vài cấu kiện chính (thường là cột, vách)

bị phá hủy hoàn toàn và mất khả năng chịu lực Tuy nhiên, phần kết cấu còn lại (dầm,sàn) ở vị trí này phải có khả năng phân phối lại tải trọng sao cho sụp đổ lũy tiến không

xảy ra Cơ chế phân phối tải trọng này có thể được định nghĩa là «đường truyền tải trọng thay thế» Đối với kết cấu công trình dân dụng, sức kháng SĐLT được đánh giá

thông qua giả thiết mất cột như minh họa trong Hình 1.19 (DOD 2005 [16])

Tại mỗi thời điểm, một cột sẽ được rút ra khỏi sơ đồ kết cấu và khả năng SĐLT sẽđược đánh giá bằng cách so sánh sức kháng của kết cấu còn lại với giá trị tổ hợp tảitrọng sử dụng của công trình Mặc dù tình huống thiết kế cơ bản (mất cột) là giốngnhau nhưng quy trình phân tích và giá trị tải trọng thiết kế có sự khác nhau trong một

số tiêu chuẩn thiết kế gần đây ASCE 7 và BS-8110 chỉ phân tích tĩnh vì cho rằng phản

Hình 1.19: Mô hình loại bỏ cột theo phương pháp đường truyền tải trọng thay thế

ứng của kết cấu sau mất cột là tĩnh Tuy nhiên, GSA (2003) and DOD UFC 4-023-03(2005) cho rằng, trong lúc nổ cột bị rời đi rất nhanh trong khoảng vài phần nghìn củagiây [16], nhưng hiệu ứng dao động tự do sau đó cần phải xem xét được đặc trưngbằng hệ số động, tối đa bằng 2 Chỉ có một phần nhỏ tải trọng động được tính vào tảitrọng đứng thiết kế, nhưng Colin Gurley [24] lại cho rằng cần phải tính tất cả tải trọngđộng vào Tải trọng ngang được tính bằng 0.2Wn để kiểm tra sự ổn định của kết cấu.Bảng 1.1 thể hiện tổ hợp tải trọng thiết kế SĐLT trong một số tiêu chuẩn trên thế giới

Bảng 1.1: Tổ hợp tải trọng thiết kế SĐLT

Tiêu chuẩn thiết kế Tổ hợp tải trọng

ASCE 7-98, 02, 05 (0.9 or 1.2) D + (0.5 L or 0.2 S) + 0.2 Wn(phân tích tĩnh)

BS 8110-1:1997 1.0D + L/3 + W o /3 (phân tích tĩnh)

DOD UFC 4-023-03 Ω[(0.9 or 1.2) D + (0.5 L or 0.2 S) + LLAT]

(phân tích tĩnh tuyến tính/phi tuyến) [(0.9 or 1.2) D + (0.5 L or 0.2 S) + L LAT ] (phân tích động phi tuyến) GSA 2003 2 (D + 0.25 L) (phân tích tĩnh)

D + 0.25 L (phân tích động)

Trong đó: D, L, S,Wn, LLAT = tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng tuyết, tải trọng gió vàΩlà

hệ số khuếch đại do hiệu ứng động

Các yêu cầu trong chỉ dẫn kỹ thuật thiết kế phòng chống SĐLT của GSA.

GSA (cơ quan dịch vụ công của chính phủ Mỹ) phân tích công trình bằng phươngpháp PTHH (mô phỏng số) Từ giả thiết mất cột, ứng xử tiếp theo của kết cấu cầnđược làm rõ, sức kháng kỳ vọng được định lượng Tải trọng giới hạn gây sụp đổ mẫu(ở trạng thái biến dạng lớn) là cơ sơ đánh giá nguy cơ SĐLT công trình Các kỹ sưphải kiểm tra thiết kế thông thường khi mất cột có đảm bảo sức kháng tải với đườngtruyền tải trọng mới Sức kháng dư tại nút nhằm tạo ra đường truyền tải trọng thay thếkhi mất cột phải được đánh giá bằng mô phỏng PTHH và cần kiểm chứng qua thựcnghiệm Như vậy cần có thêm những nghiên cứu thực nghiệm GSA cũng quy địnhgiới hạn sụp đổ khi công trình mất một cột với từng trường hợp thiết kế thông thường.Kịch bản mất cột biên và gia tải tĩnh đến sụp đổ hoàn toàn (vượt giới hạn trong 2 trạngthái thiết kế thông thường) cũng được chấp nhận rộng rãi trong các nghiên cứu trênthế giới khi đánh giá nguy cơ SĐLT của công trình.

1.5 Nghiên cứu kết cấu BTCT khi mất cột chịu lực trên thế giới và trong nước hiện nay

1.5.1 Nghiên cứu thực nghiệm

Các nghiên cứu thực nghiệm phòng chống SĐLT công trình BTCT được thực hiệntrong thời gian gần đây chủ yếu dựa trên tình huống hệ kết cấu mất cột chịu lực Bađối tượng nghiên cứu chính, đó là khung phẳng BTCT, kết cấu sàn-dầm BTCT vàkết cấu sàn phẳng BTCT Mục tiêu nghiên cứu là sự hình thành và phát triển đườngtruyền tải trọng thay thế, CCVN và CCDC trong các đối tượng trên Một số nghiêncứu tiêu biểu được trình bày tổng hợp dưới đây

1.5.1.1 Sự phát triển CCDC và CCVN trong khung phẳng dầm-cột BTCT

Thực nghiệm trên khung dầm BTCT chiếm đại đa số các nghiên cứu trong lĩnh vựcSĐLT Kết cấu thí nghiệm thường dựa trên kết cấu dầm gấp đôi nhịp ngay phía trêncột bị phá hoại và được thu nhỏ theo một tỉ lệ nhất định

Sasani và các cộng sự (2007) [48] nghiên cứu ứng xử biến dạng lớn trên mô hình

dầm hai nhịp có tỉ lệ 3/8 với điều kiện biên là ngàm cứng tại hai đầu của dầm Môhình thí nghiệm và sơ đồ tải trọng được trình bày trong Hình 1.20(a).

Hình 1.20: Đường truyền tải trọng thay thế trong dầm BTCT [48]

Chiều dài mỗi nhịp dầm thí nghiệm là 6,75 feet (2,05 m) Tác động do phá hoại cộtchịu lực được mô phỏng bằng tải trọng tập trung Hình 1.20(b) trình bày quan hệ tảitrọng – chuyển vị của mẫu thí nghiệm Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả của cơchế chịu lực thứ cấp Đường truyền tải trọng thay thế CCVN đạt sức kháng cực đại là

13 kips (58kN) khi chuyển vị tại điểm đặt lực (vị trí cột bị phá hoại) là 2.0 in (5 cm).Khi chuyển vị tại điểm đặt lực đạt tới 7,5 in (19,05 cm), tương ứng với độ dốc 14%,cốt thép dọc phía dưới (cốt thép mô men dương) bị đứt hoàn toàn Ngay sau đó, đườngtruyền tải trọng thay thế CCDC phát triển bằng thanh cốt thép dọc lớp trên (cốt thép

mô men âm) cho đến khi độ dốc đạt 20% Tác giả kết luận rằng, nếu cấu kiện dầmthỏa mãn các điều kiện cấu tạo theo tiêu chuẩn thiết kế bê tông của Mỹ ACI 318 [8]thì đường truyền tải trọng thay thế hoàn toàn có thể hình thành và phát triển ở trongdầm

Đại học Northeastern University (Mỹ) trình bày một thí nghiệm mô hình tỉ lệ 1:8

đối với khung phẳng 2-D có 4 nhịp chịu mất cột đột ngột (Hình 1.21) Mẫu thí nghiệmđược thiết kế theo tiêu chuẩn ACI 318 Tải trọng phân bố trên dầm tại thời điểm cộtgiả định bị phá hoại được lấy theo tiêu chuẩn (1.0 Tĩnh tải + 0.25 hoạt tải) tác dụnglên khung được phân bố đều dọc theo dầm và được mô phỏng bằng các vật nặng nhưđược minh họa trong Hình 1.21 Thí nghiệm được chia làm hai giai đoạn Giai đoạnđầu tiên là cột thủy tinh được đập vỡ bằng búa để mô phỏng tình huống phá hoại đột

(a) Mô hình thí nghiệm kết cấu khung phẳng (b) Dạng phá hoại khi sụp đổ

Hình 1.21: Đường truyền tải trọng thay thế CCDC khi cột bị phá hủy đột ngột [27]

ngột Giai đoạn thứ hai là khung tiếp tục được gia tải tập trung tại vị trí mất cột chođến khi phá hoại hoàn toàn Thí nghiệm này đã chứng minh được sự hình thành vàphát triển của đường truyền tải trọng thay thế CCDC trong điều kiện cột chịu lực bịphá hoại đột ngột Thêm vào đó, ở trạng thái sụp đổ cuối cùng của khung phẳng, cáccột xung quanh đều bị xô nghiêng dịch chuyển vào phía cột bị phá hoại dưới tác dụngcủa lực kéo CCDC (Hình 1.21b) Điều này chứng tỏ CCDC là một đường truyền tảitrọng thay thế khi và chỉ khi liên kết chống chuyển vị ngang thỏa mãn điều kiện bềncần thiết Trong trường hợp không đủ đáp ứng, CCDC lại là tác nhân thúc đẩy quátrình SĐLT diễn ra nhanh hơn

Tuan Pham (2017) [54] Nghiên cứu đã thực hiện một loạt các thí nghiệm nhằm

nghiên cứu sự hình thành, phát triển và sức kháng tải trọng của đường truyền tải trọngthay thế CCDC trong dầm phẳng BTCT với nhiều thông số nghiên cứu như điều kiệnbiên của mẫu thí nghiệm, cấu tạo cốt thép và khoảng thời gian diễn ra phá hoại cộtchịu lực, mô hình thí nghiệm như Hình 1.22 Đối với thông số khoảng thời gian diễn

ra sự phá hoại cột chịu lực, tác giả đã thí nghiệm đối với ba tình huống giả định, đó làthí nghiệm tĩnh, thí nghiệm rơi tự do (free-fall) và thí nghiệm phá hủy cột do nổ Hình1.22 trình bày trạng thái phá hoại của CCDC của khung phẳng trong điều kiện thờigian phá hủy cột diễn ra khoảng 100 mili-giây Từ các kết quả nghiên cứu này, một

mô hình bán thực nghiệm nhằm tính toán sức kháng sụp đổ của CCDC được thiết lập

Hình 1.22: Sự hình thành và phát triển CCDC khi cột bị phá hủy đột ngột [54]

1.5.1.2 Sự hình thành và phát triển CCM trong kết cấu sàn BTCT

Điểm yếu cố hữu của CCVN và CCDC là phụ thuộc hoàn toàn vào độ cứng và độbền liên kết chuyển vị ngang, như đã thảo luận trên đây Vì lý do đấy, đường truyềntải trọng thay thế cho trường hợp phá hoại cục bộ cột cận góc (CCG) và cột biên cậngóc (CBCG) sẽ phải là cơ cấu màng (CCM) cùng vành cứng

Dat Pham (2015) [45] thí nghiệm 12 mẫu trên hệ kết cấu sàn dầm BTCT nhằm

nghiên cứu sự hình thành và phát triển của CCM trong hai trường hợp phá hoại cục

bộ ở biên và ở phía trong minh họa như Hình 1.23

Hình 1.23: Sự hình thành và phát triển CCM khi cột cận góc bị phá hủy [45]

Kích thước hình học của mẫu thí nghiệm được thu nhỏ theo tỉ lệ 1:3 so với kết cấuthực Các mẫu thí nghiệm được gia tải tĩnh đến phá hoại thông qua một hệ 12 điểm tảinhằm mô phỏng tải trọng phân bố đều như trình bày trong Hình 1.24 Mẫu thí nghiệm

Hình 1.24: Sơ đồ thí nghiệm kết cấu dầm sàn BTCT mất cột biên [44]

được đặt lên 05 cột thép rỗng, mỗi cột được dán 04 phiến điện trở để đo biến dạng cộttrong quá trình gia tải Căn cứ vào giá trị biến dạng của cột thép này, lực dọc và mômen thu về mỗi chân cột sẽ được tính toán để kiểm chứng sự phân phối lại nội lực vàtải trọng của mẫu thí nghiệm ở trạng thái biến dạng lớn Ngoài ra, các đầu đo chuyển

vị tại 2 cột biên cũng cho phép xác định thời điểm nửa vành cứng bị phá hoại dưới tácdụng của lực màng kéo trong sàn ở khu vực lân cận cột bị phá hoại

Hình 1.25: Dạng phá hoại của mẫu thí nghiệm [44]

Hình 1.25 trình bày dạng phá hoại cuối cùng của ba mẫu thí nghiệm CCM được hìnhthành tiếp theo sau trạng thái đường dẻo của sàn với ba tấm cứng độc lập Ở trạng tháibiến dạng lớn, sự phát triển của CCM luôn kèm theo sự phá hoại của cơ cấu uốn màđiển hình là các phá hoại nén vỡ đáy tiết diện dầm sát cột biên, hoặc phá hoại xoắncủa dầm biên, như trình bày trong Hình 1.25 Chương trình thực nghiệm này cũng

đã xác nhận sự hình thành CCM đồng thời với CCDC trong dầm biên trên cột bị pháhoại Vai trò của nửa vành cứng trong CCM là rất quan trọng, đảm bảo cho kết cấudầm-sàn không bị phá hoại cho đến khi chuyển vị thẳng đứng tại vị trí mất cột đạtkhoảng 10% chiều dài nhịp [44]

Gouverneur (2014) [25], nghiên cứu thực nghiệm trên ba mẫu sàn phẳng BTCT

rộng 1,8m, nhịp 4m Mẫu thí nghiệm và sơ đồ gia tải được minh họa như Hình 1.26(b),1.26(a) Mẫu sàn phẳng BTCT làm việc một phương, bị hạn chế chuyển vị ngang.Được gia tải theo ba giai đoạn, ở giai đoạn một tải trọng tác dụng tăng dần đến cấptải dự báo gây chảy cốt thép, mẫu vẫn có đủ gối đỡ ở giữa nhịp Giai đoạn 2, dỡ tải vềkhông đồng thời tháo gối đỡ giữa nhịp (nhịp kết cấu tăng từ 4m lên 8m) Giai đoạn

3, bản sàn gấp đôi nhịp được gia tải đến sụp đổ hoàn toàn, biểu hiện bởi cốt thép bịđứt Kết quả nghiên cứu chỉ rõ sự đóng góp của hiệu ứng màng căng làm sức khángtải sụp đổ so với tải trọng chảy dẻo tăng 3 đến 5 lần

Russell Justin (2015) [46], Đại học Nottingham, Anh Nghiên cứu thực nghiệm

kết cấu sàn phẳng nhằm làm rõ sự phát triển đường truyền tải trọng thay thế khi hệkết cấu mất một cột đỡ Hình 1.27 là sơ đồ mô hình thí nghiệm điển hình

Russell đã tiến hành thí nghiệm tĩnh và động trên mẫu thí nghiệm có tỷ lệ thu nhỏ1/3 so với kích thước công trình thật Các thông số nghiên cứu là vị trí mất cột (góchoặc biên), cấp tải động (khi mất cột đột ngột), số nhịp kết cấu (hai hoặc bốn) vàhàm lượng cốt thép Đối với thí nghiệm tĩnh, bản sàn được chất tải bằng bao cát xếptrên mặt sàn với số lượng tăng dần cho đến khi mẫu phá hoại hoàn toàn Đối với thínghiệm động, tình huống cột bị mất đột ngột được mô phỏng bằng một cơ cấu dịchchuyển nhanh cho một cột chống tạm (quick release for a temporary column) Diễnbiến thí nghiệm động được ghi lại bằng một camera tốc độ cao Điểm đáng lưu ý làkết cấu thí nghiệm được đặt trực tiếp lên gối đỡ mà không có liên kết cột-sàn để đơn

(a) Sơ đồ gia tải trước và sau mất cột

(b) Dạng sụp đổ của bản sàn BTCT làm việc một phương

Hình 1.26: Mô hình thực nghiệm đánh giá cơ chế màng của sàn phẳng BTCT [25]

giản hóa mô hình mô phỏng số Căn cứ trên kết quả thí nghiệm thu được, Russell đãđưa ra một số nhận xét về dạng phá hoại của kết cấu sàn phẳng cũng như hệ số độngkhi bản sàn bị mất cột đột ngột Các sàn chủ yếu bị phá hoại cắt do chọc thủng tại đầucột Trong thí nghiệm động, 3 cấp tải khác nhau được thực hiện trên cùng một mẫutrong tình huống mát cột đột ngột Nghiên cứu chưa đưa ra được sức kháng SĐLT (tảitrọng lớn nhất khi mất cột đột ngột)

QianKai và Li Binh (2016) [30] đã tiến hành thí nghiệm kết cấu sàn phẳng chịu

mất cột giữa Kết cấu sàn thí nghiệm được gia tải cho đến khi sụp đổ hoàn toàn để xácđịnh đường tải trọng thay thế, xem Hình 1.28 Thí nghiệm tĩnh với sàn phẳng có mũ

Hình 1.27: Sơ đồ chất tải trong thí nghiệm của Russel [46]

Hình 1.28: Nghiên cứu sức kháng tải của sàn phẳng khi mất cột [30]

cột (5 mẫu) và 1 mẫu sàn phẳng Phương pháp gia tải sử dụng tải trọng tập trung (4mẫu) và tải phân bố đều qua 12 điểm tải (2 mẫu) 6 mẫu sàn kích thước1500×2100mm

và1500 × 1500mm (tỷ lệ kích thước hình học 1,4 và 1), có 9 đầu cột đặt trên 8 gối đỡ,mẫu mất cột ở giữa bản sàn Một số kết quả nghiên cứu như các sàn dày hơn có cơ chếphá hoại cuối là dạng cắt Những sàn mỏng cho thấy tỷ lệ gia tăng sức kháng tải của

cơ chế màng nén và màng kéo (CA, TMA) rõ hơn Trường hợp tải tập trung tại vị trímất cột, phá hoại cắt xảy ra tại điểm gia tải Trường hợp tải phân bố đều, mẫu bị pháhoại cắt ở cột biên Phạm vi của nghiên cứu đó là: mô hình bản sàn kê tự do trên gối

đỡ, vị trí mất cột giữa, sàn phẳng BTCT có mũ cột và thí nghiệm tĩnh Nghiên cứu

nhằm làm rõ cơ chế chịu lực màng căng khi nhịp kết cấu tăng gấp 2 lần Tuy nhiên,nghiên cứu chưa kể đến ảnh hưởng của các cấu kiện lân cận đến bản sàn ở vị trí mấtcột (điều kiện biên của kết cấu trên công trình thực).

1.5.2 Các phương pháp bán thực nghiệm tính toán sức kháng sụp đổ công trình

Izzudin và các cộng sự đề xuất mô hình đơn giản bao gồm 3 bước [20]:

1 Xác định ứng xử tĩnh phi tuyến của kết cấu do tác động của tải trọng bao gồm cảtrọng lượng bản thân;

2 Phân tích động đơn giản để xác định ứng xử lớn nhất khi cột bị phá hủy đột ngột;

3 Đánh giá mức độ dẻo tại các nút nguy hiểm trong vùng bị ảnh hưởng

Bước 1, phân tích ứng xử tĩnh phi tuyến của phần kết cấu công trình khi mất cột,

đánh giá theo bốn cấp độ mô phỏng được lý tưởng hóa như Hình 1.29

Hình 1.29: Mô hình tính theo bốn mức độ khác nhau [20]

Bao gồm: (a) mô phỏng toàn bộ vùng ảnh hưởng quanh vị trí mất cột, (b) mô phỏng

toàn bộ các sàn phía trên cột bị mất, (c) Phân tích một sàn điển hình và (d) mô phỏngtối giản thành kết cấu dạng thanh tại vị trí cột bị mất Với mô phỏng tối giản kết cấudạng thanh (mức độ d), các dầm được mô hình để kể đến tính phi tuyến của dạng hìnhhọc, kể đến hiệu ứng vòm nén và hiệu ứng dây căng Ứng xử tĩnh phi tuyến của hệ kếtcấu được xây dựng trên cơ sở kể đến cơ chế chịu lực thứ cấp và điều kiện biên đượcthể hiện như Hình 1.30.

Hình 1.30: Sơ đồ hiệu ứng dây xích và hiệu ứng vòm nén[20]

Với từng chuyển vị, sự phân bổ tải trọng trên dầm được tính theo sự cân bằng côngcủa ngoại lực với năng lượng được hấp thụ của nội lực

Bước 2, hiệu ứng động do mất cột đột ngột, sẽ được đánh giá theo cách tiếp cận

đơn giản thể hiện như Hình 1.31

Hình 1.31: Mô hình gia tải tĩnh có hệ số động khi mất cột đột ngột [20]

Sự mất cột đột ngột được coi tương tự như tác động của tải trọng động (P0) như Hình1.31 và hiệu ứng động được thể hiện bằng hệ số động (λ) Như vậy tải trọng tĩnh (P0)

được nhân với hệ số động sẽ gây ra ứng xử động tương ứng Ở bước tính này, chuyển

vị do P0 động sẽ bằng với chuyển vị do tải trọng tĩnh λP 0 Từ tải trọng tĩnh có giátrị (λP0) sẽ tính được chuyển vị tương ứng (Ud) theo ứng xử tĩnh phi tuyến như Hình1.32

Hình 1.32: Phương pháp đánh giá động đơn giản [20]

Khi có chuyển vị động lớn nhấtU d, tải trọng tác động cho phép (P0) có thể tính đượcqua cân bằng diện tích hai hình được tô trên Hình 1.32b, các diện tích này biểu diễncông của ngoại lực tác dụng tĩnh hoặc động

Bước 3, chuyển vị động lớn nhất (max) (U d) do tải trọng (P = P0) sẽ được so vớigiới hạn chuyển vị dẻo (Uf) để thiết lập trạng thái tới hạn chuyển vị dẻo tới hạn đượcxác định theo góc xoay dẻo nhỏ nhất của các nút lân cận cột bị mất trong vùng ảnhhưởng Như vậy phương pháp tính đơn giản của Izzudin là khả thi, tuy nhiên việc giảibài toán tìmP0 động còn rất phức tạp như cần làm rõ ứng xử tĩnh phi tuyến của dầmsàn khi biến dạng lớn thông qua thực nghiệm Cần có thêm các dữ liệu thực nghiệm

để xác định độ dẻo các nút khi chịu ảnh hưởng của hiệu ứng do sự ngăn cản xoay vàkhi có sự tham gia của lực dọc Trường hợp nghiên cứu công trình mất một cột, việcxác định ứng xử tĩnh phi tuyến rất khó Trong phân tích động đơn giản, hệ số độngkhó xác định bằng cách cân bằng công của ngoại lực, chưa có chỉ dẫn cách tính cụthể Các dữ liệu nghiên cứu về dộ dẻo kết cấu BTCT và các nghiên cứu thực nghiệmvới các mô hình nghiên cứu phù hợp là cần thiết

Department of Defense – DOD là tài liệu hướng dẫn tính toán thiết kế chống

SĐLT được công bố gần đây nhất là UFC 4-023-03 [16] do Cục phòng vệ Mỹ

(De-partment of Defense – DOD) ban hành năm 2005 Tài liệu được sử dụng khá phổ biến,với phương pháp đường truyền tải trọng thay thế (ALP) Phương pháp này thường đượcdùng khi một cấu kiện đứng mất khả năng chịu lực Các kịch bản dẫn đến (ALP) mới

là mất cột biên, cột giữa hoặc cột góc Các cấu kiện dầm, sàn trong vùng bị ảnh hưởng

do mất cột được thiết kế với cường độ lớn hơn hoặc bằng cường độ yêu cầu Trong tàiliệu này, ba tiến trình phân tích được giới thiệu, bao gồm: phân tích tuyến tính tĩnh,phân tích phi tuyến tĩnh và phân tích phi tuyến động Để đánh giá nguy cơ SĐLT củamột tòa nhà, tài liệu này yêu cầu sử dụng mô hình phần tử hữu hạn 3D, trong khi môhình 2D không được sử dụng Nhằm thiết lập các tiêu chí thiết kế, tất cả phần tử kếtcấu (dầm, sàn) được phân loại chính hoặc phụ, đồng thời nội lực (mô men, lực cắt, lựcdọc) được phân loại theo một trong 2 dạng: kiểm soát-biến dạng hoặc kiểm soát-lực.Trong tiến trình phân tích tĩnh, hiệu ứng động tại khu vực sàn ngay trên cột bị mấtđược xác định bởi hệ số động (Dynamic Increase Factor) Hệ số này được đánh giádựa trên tỷ số góc xoay dẻoΘpra/Θy của các phần tử kết cấu liên kết với khu vực sàn

bị ảnh hưởng Với Θpra là góc xoay dẻo lớn nhất của khớp dẻo trong vùng bản sàn

bị ảnh hưởng,Θy là góc xoay dẻo Giá trị nhỏ nhất của tỷ sốΘpra/Θy được lựa chọncho các cấu kiện chính để đạt được hệ số động lớn nhất trong phân tích tĩnh tổng thể.Mặc dù UFC 4-023-03 [16] được biên tập một cách chi tiết và có hệ thống, tài liệunày dường như chỉ thích hợp cho công tác thiết kế các công trình có tầm quan trọngđặc biệt như đại sứ quán và các công trình quân sự, khi mà việc hạn chế SĐLT là ưutiên hàng đầu Đối với công trình xây dựng khác, SĐLT không thường xuyên xảy ra,việc ứng dụng của tài liệu hướng dẫn này không thực sự thích hợp Trước hết, để phântích và đánh giá công trình với tiến trình tĩnh hoặc động, các nhà thiết kế phải có khảnăng nắm bắt các quy trình gồm nhiều bước tương đối phức tạp, trong khi mỗi bướclại phải được thực hiện với một phần mềm phần tử hữu hạn tiên tiến Thứ hai, để tạo

ra mô hình kết cấu công trình tổng thể, ứng xử tải trọng-biến dạng của tất cả phần tửnhư dầm, sàn và các liên kết dầm-cột, được mô hình một cách rõ ràng bằng cách kếthợp sự suy giảm cường độ và cường độ dư Điều này làm cho quá trình phân tích kếtcấu mất nhiều thời gian và kém hiệu quả cho các kỹ sư Bên cạnh đó, tài liệu này chưađưa ra được các ví dụ áp dụng đối với 3 tiến trình phân tích cho kết cấu BTCT Các