Trong các phần trước của chương, chúng ta đã xác định được lực cắt day hay lực ngang đàn hồi V,, = f,, = (A / g)w đại diện cho tác
động của dao động nên u, () lên hệ đàn hồi. Hiện nay, đa số các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn cho phép thiết kế công trình có khả năng chịu lực nhỏ hơn Ƒj„ vừa nêu nhiều lần dựa trên khả năng làm việc sau đàn hồi của kết cấu (khá năng đéo — đuctility). Các tiêu chuẩn Việt Nam, Hoa Kỳ, châu Âu, Úc đều cho phép điều này.
Hình 4.16 thể hiện phố phân ứng đàn hồi %(7) và phố phản
ứng thiết kế §,(7) theo TCXDVN 9386 : 2012. §,(7) thể hiện
lực ngang tương đương đại diện cho tác động của động đất thiết kế lên hệ đàn hồi. Nói cách khác, nếu công trình có cường độ đáp ứng được lực ngang tính tử %(7) thì công trình sẽ còn làm việc trong giới hạn đàn hôồi tuyến tính khi trận động đất dự kiến xảy ra. S, ứ ) là yêu cầu về cường độ theo tiêu chuẩn, được xây đựng bằng cách
“chiết giảm” ®$ (7). Nói cách khác, nếu được thiết kế để chịu
S„<Š thì công trình sẽ làm việc quá trạng thái dàn hồi khi chịu
động đất thiết kế.
- Doan (2), tir Tp dén Tc: S,(T)= , = (4.25)
- Đoạn (3),từ TcđếnTp: S(T) = 5, = > Simin = BA, - Doan (4), T >To: Si(T)= ễ, — >S ymin = Bay
- Diém T=0s: S,(T)= )
172
- Doan (1), T <Ts: nối điểm T=0s và điểm T=Ta cúa
đoạn (2)
ễ=5%<>?=l được st dung cho S, (2) trong các biểu thức
trên. Việc kế đến các độ cản khác nhau được đưa vào hệ số q.
Chú ý: Đây là một cách diễn đạt khác của phổ S,,thuan lợi hơn so
với cách diễn đạt trong tiêu chuẩn TCXDVN 9386 - 2012 về mặt
giải thích cơ sở xây dựng phổ.
3 +4
s Phé dan héi Se
224 s
“Sb §
a Phé thiét kế Sa
“2 1 4
=
‘2 jal
0 1 2 3 4
Chu ki, T (gidy)
Hình 4.16. Phố phản ứng đàn hồi và phố phản ứng thiết kế theo TCXDVN 9386 — 2012
trong do,
q là hệ số ứng xử (behaviour factor), q > Q
© là hệ số vượt cường độ (oversirength ƒactor),
là hệ số giới hạn tối thiểu của S,, 8 =0,2
173
Cường độ
v8 _=-... đàn hồi + 1a of A
q=V./Va FH ]
=R..O cot
1 |
R,=V../V, CT
Cường độ eee E
% thycté " O=V,/Va Ft ts
Cường độ i
AA ong do
Va i [7S i phi ed i ]
| | ii 7
1 ! is
Ay Âm Chuyển vị đỉnh V
HEAz„z„/A
Hình 4.17. Quan hệ giữa hệ số ứng xử, q, hệ số vượt cường độ,
@, và độ đóo, Rụ
Mức độ chiết giảm cho phép, g, bao gồm hai thành phần — hệ số vượt cường độ O và độ hệ số đéo (ductility factor), R,,.
g=QR, (4.26)
Hệ số vượt cường độ
Khi tính toán khả năng chịu lực của kết cấu chịu các tải trọng thông thường như gió hay tải trọng sử dụng, người ta dùng hệ số độ tin cậy để giảm cường độ tính toán của kết cấu. Việc làm này nhằm đề phòng các rủi ro trong xây đựng và cũng để đâm bảo một khoảng an toàn trong thiết kế. Trong #finJằ 4.77, Va đại điện cho khả năng chịu lực tính toán có áp dụng các hệ số độ tin cậy. Cường
độ thực tế của kết cấu là 1, >„. Hệ số vượt cường độ @= ƒ„ /,
kế đến sự chênh lệch giữa cường độ tính toán và cường độ thực tế.
Vì động đất là tải trọng đặc biệt, có xác suất Xây ra rất thấp nên khi tính toán cường độ kết cầu trong thiết kế chịu động đất, người
174
ta sẽ bỏ qua các hệ số độ tin cậy và xem kết cấu có cường độ lý tưởng là Vy. Đây là lý do người ta cho phép giảm yêu cầu cường độ V,, boi hé số Q, bao ham trong g. Viée xae dinh Q cần dựa trên tiêu chuẩn thiết kế kết cấu (bê tông, thép, gỗ, gạch đá).
Hệ số độ dẻo
Kết cấu trên #ừnh 4.17 được đây dần bởi lực ngang có tổng lực
cắt đáy J”. Sau khi đạt đến giới hạn vẻ cường độ (điểm (A,.!”,)),
mặc dù kết cầu không nhận thêm lực nhưng vẫn giữ được khả năng chịu lực ban đầu và tiếp tục biến dạng. Khung biến dang cho dén
khi đạt giới hạn vé bién dang A,,,, thi moi bat dau mat cwong dd.
Kha nang duy tri khả năng chịu lực và tiếp tục biến dang sau khi đã đạt giới hạn về cường độ như vừa mô tả được gọi là khả năng
deo. Ty sé wad co. y so Ho so = A max được dùng để định lượng mức độ dẻo của
x
khung.
Đặt hệ tuyến tính tương đương là hệ kết cấu có cùng độ cứng ban đầu với kết cấu đang xét nhưng ứng xử đàn hồi tuyến tính với mọi mức tải trọng. ƒ„ là lực cắt đáy trong hệ đàn hồi tương đương khi chịu cùng mức tác động với kết cấu đang xét. Tý số cường độ giữa hai hệ tuyến tính tương đương và hệ thực được gọi là hệ số độ déo (ductility factor) R,, = ie R, =H nếu giả thiết chuyên vị bằng nhau được sử dụng.
Khả năng chịu động đất của công trình được quyết định đồng thời bởi cường độ và độ đẻo. Đây là điểm khác biệt quan trọng khi tính toán kết cấu chịu động đất so với các bài toán chịu lực khác (gió, hoạt tải, tĩnh tải). Nếu kết cấu có độ dẻo càng lớn thì cường độ yêu cầu càng bé và ngược lại. Việc cân bằng giữa độ dẻo và cường
độ do người thiết kế quyết định. Cá ba hé trén Hinh 4.18 đều đáp
ứng yêu cầu chịu động đất mặc dù khả năng chịu lực của hệ B và C
chỉ bằng 1/2, 1/3 cường độ hệ A.
Ve [Ƒ——————— (A) H=1
Yêu cầu về cường độ đối
=2 với hệ đàn hồi tuyến tính:
S.(w/ 8)
@” s
V, /2 V./3
Hình 4.18. Twong quan giita dé déo va cường độ
Trong thiết kế thực hành, người ta xác định cường độ yêu cầu đối với kết cấu bằng cách sử dụng phô phán ứng thiết kế, tức phổ phản ứng đàn hồi đã được chiết giảm bởi g =@.R,. Yêu cầu về
cường độ được báo đảm bằng các bài toán thiết kế cấu kiện như khi
kết cấu chịu các tải trọng thong thường. Yêu cầu về độ dẻo được đám bảo thông qua việc đáp ứng các yêu cầu cấu tạo cấu kiện và bế tri téng thé kết cấu.
176
4.3.1 Phân tích phản ứng không đàn hồi của hệ nhiều bậc tự
do chịu dao động nên
Phương pháp chồng chất dạng dao động trình bày ở 4.2.4 dựa trên cơ sở cộng tác dụng. Khi kết cấu làm việc ngoài miền đàn hỏi tuyến tính, việc cộng tác dụng không còn đúng nữa. Tuy nhiên, hầu hết các tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất hiện nay cho phép sứ đụng phương pháp chồng chất dạng đao động cùng với phố
phản ứng thiết kế (đã chiết giảm kế đến độ đẻo) để xác định cường
độ yêu cầu cho kết cầu.