Luận văn Nghiên cứu ảnh huởng của dao động bậc cao đến khả nang kháng chấn của kết cấu khung nhà cao tầng ở TP. Hồ Chí Minh (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu ảnh huởng của dao động bậc cao đến khả nang kháng chấn của kết cấu khung nhà cao tầng ở TP. Hồ Chí Minh (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ NGUYỄN VAN HIỆP NGHIÊN CỨU ẢNH HUỞNG CỦA DAO ÐỘNG BẬC CAO ÐẾN KHẢ NANG KHÁNG CHẤN CỦA KẾT CẤU KHUNG NHÀ CAO TẦNG Ở TP. HỒ CHÍ MINH NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP : 60.58.02.08 S K C0 0 5 0 7 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN HIỆP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG BẬC CAO ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA KẾT CẤU KHUNG NHÀ CAO TẦNG Ở TP. HỒ CHÍ MINH NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208 Tp. Hồ Chí Minh, tháng ./2016 (dòng 25) Tp. Hồ Chí Minh, tháng / (chữ thường, cỡ 13; ghi tháng năm bảo vệ)
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN HIỆP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG BẬC CAO ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA KẾT CẤU KHUNG NHÀ CAO TẦNG Ở TP. HỒ CHÍ MINH NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP – 60580208 Hướng dấn khoa học: TS. NGÔ VIỆT DŨNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng ./2016
4. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN HIỆP NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA DAO ĐỘNG BẬC CAO ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA KẾT CẤU KHUNG NHÀ CAO TẦNG Ở TP. HỒ CHÍ MINH NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208 Tp. Hồ Chí Minh, tháng ./2016 (dòng 25) Tp. Hồ Chí Minh, tháng / (chữ thƣờng, cỡ 13; ghi tháng năm bảo vệ) i
5. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN HIỆP NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA DAO ĐỘNG BẬC CAO ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA KẾT CẤU KHUNG NHÀ CAO TẦNG Ở TP. HỒ CHÍ MINH NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP – 60580208 Hƣớng dấn khoa học: TS. NGÔ VIỆT DŨNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng ./2016 ii
6. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN VĂN HIỆP Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 06/03/1989 Nơi sinh: Phú Yên Quê quán: Hòa Quang Nam, Phú Hòa, Phú yên Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số nhà 30A, đƣờng số 26, Linh Đông, Thủ Đức Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0988.557.080 Fax: E-mail: nguyenvanhiepxd08@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 10/2008 đến 05 /2013 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Mở Tp.HCM Ngành học: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Đại học Mở Tp.HCM Ngƣời hƣớng dẫn: TS.Hồ Hữu Chỉnh III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công Ty TNHH DV & XD PHÁT 2013-2015 Nhân viên kỹ thuật THUẬN iii
7. LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Văn Hiệp Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 03 năm 2016 Nguyễn Văn Hiệp iv
8. LỜI CÁM ƠN Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với TS. Ngô Việt Dũng đã tận tình hƣớng dẫn, cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị và thƣờng xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn của tác giả. Tác giả xin chân thành cám ơn các Thầy trong khoaTrƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật, đặc biệt TS. Châu Đình Thành, TS. Phan Đức Hùng, TS.Trần Văn Tiếng, đã tận tình giúp đỡ, chỉ dẫn và đóng góp ý kiến để luận văn đƣợc hoàn thiện. Tác giả xin trân trọng cám ơn các cán bộ, giảng viên Bộ môn Khoa Xây dựng, Khoa sau đại học Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM; các phòng, ban, khoa đã tạo điều kiện thuận lợi, động viên, giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Cuối cùng tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với ngƣời thân trong gia đình đã động viên khích lệ và chia sẻ những khó khăn với tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Tác giả Nguyễn Văn Hiệp v
9. MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CÁM ƠN v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮC ix DANH SÁCH CÁC HÌNH xi DANH SÁCH CÁC BẢNG xiv CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 15 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. 15 1.1.1 Giới thiệu. 15 1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu. 16 1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc. 16 1.1.4 Tình hình nghiên cứu nƣớc ngoài. 17 1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài. 17 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu. 17 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19 2.1 Tóm tắt 19 2.2 Phƣơng pháp phân tích Pushover 20 2.2.1 Phƣơng pháp phân tích lịch sử phản ứng 20 2.2.2. Phƣơng thức phân tích pushover 22 2.2.3. Phƣơng pháp phân tích đẩy dần với nhiều dạng dao động 23 2.3 Tính chất phi tuyến của các thành phần trong kết cấu 23 2.4. Phần mềm hỗ trợ 26 2.4.1. Etabs 2015 26 2.4.2. Bispec 2.20 26 2.5. Ảnh hƣởng các dạng dao động bậc cao 27 vi
10. 2.6 Các bƣớc thực hiện phân tích bằng phƣơng pháp Modal Pushover Analysis (MPA) 27 2.7 Các bƣớc thực hiện phân tích bằng phƣơng pháp Response History Analysis (RHA) 29 CHƢƠNG 3 PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA CÔNG TRÌNH Ở DẠNG DAO ĐỘNG BẬC CAO VỚI HAI PHƢƠNG PHÁP MPA & RHA 30 3.1. Phân tích công trình với ETABS 2015 30 3.1.1. Các bƣớc phân tích 30 3.1.2. Mô hình các công trình đƣợc phân tích 30 3.1.2.1 Công trình 5 tầng 30 3.1.2.2 Công trình 10 tầng 35 3.1.2.3 Công trình 15 tầng 38 3.1.3. Xây dựng đƣờng cong Pushover 42 3.1.4 Chuyển đổi đƣờng cong lý tƣởng pushover qua mối quan hệ lực - biến dạng 46 3.1.4.1. Công trình 5 tầng 47 3.1.4.2 Công trình 10 tầng 53 3.1.4.3 Công trình 15 tầng 57 3.2 Phân tích công trình với BISPEC 2.20 60 3.2.1. Công trình 5 tầng 62 3.2.2 Công trình 10 tầng 67 3.2.3 Công trình 15 tầng 73 3.3 Phƣơng pháp phân tích lịch sử thời gian( RHA) với Etabs 2015 79 3.4. Phƣơng pháp phân tích đẩy dần với nhiều dạng dao động 81 3.4.1. Kết quả tính toán từ phân tích pushower 82 3.4.2. Kết quả từ phƣơng pháp phân tích lịch sử thời gian (RHA) 83 vii
11. 3.4.3. So sánh kết quả 2 phƣơng pháp 83 CHƢƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 4.1. Kết quả nhận đƣợc 95 4.2 Kết luận 95 4.3 Kiến nghị 95 PHỤ LỤC A 98 viii
12. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮC m ma trận khối lƣợng c ma trận cản k độ cứng u chuyển vị xoay cực hạn y chuyển vị xoay ở trạng thái chảy n tần số dao động riêng n tỉ lệ giảm sóc Dn (t) lịch sử biến dạng An (t) lịch sử gia tốc rno chuyển vị đỉnh fy cƣờng độ chịu kéo cốt thép dọc fsu cƣờng độ chịu kéo cốt thép A’s diện tích tiết diện cốt thép chịu nén As diện tích tiết diện cốt thép chịu kéo ε độ dẻo biến dạng tổng chuyển vị L chiều dài tính toán h chiều cao mặt cắt ngang cấu kiện R tỷ lệ biến dạng bê tông cấu kiện Rm tỷ lệ giữa các thành phần moment uốn cấu kiện My moment uốn đàn hồi Mmax khả năng chịu uốn cấu kiện P lực dọc trục Pu cƣờng độ chịu nén đúng tâm cấu kiện Emax giá trị giới hạn cực đại địa chấn Ei cƣờng độ tác dụng của tải trọng địa chấn ix
13. mi khối lƣợng tập trung tại các nút m khối lƣợng công trình ở trên móng Vi chuyển vị tại nút có tác động Tc chu kỳ ứng với giới hạn trên trên của đoạn có gia tốc không đổi của phổ đàn hồi TB giới hạn dƣới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc TD giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng; Se(T) phổ phản ứng đàn hồi T chu kỳ dao động của hệ tuyến tính một bậc tự do ag gia tốc nền S hệ số nền Sa giá trị của phổ phản ứng gia tốc đàn hồi  hệ số điều chỉnh độ cản  hệ số điều chỉnh Fi lực cắt tác dụng tại tầng thứ i Fb lực cắt đáy Si chuyển vị của các khối lƣợng mi khối lƣợng của các tầng Zi độ cao khối lƣợng dr chuyển vị ngang tƣơng đối qc hệ số ứng xử chuyển vị Ptot tổng trọng lực của tầng H chiều cao tầng Te chu kỳ hữu hiệu t,2 chuyển vị mục tiêu. x
14. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2. 1 Biểu đồ quan hệ lực cắt đáy và chuyển vị đỉnh 19 Hình 2. 2 Phân tích tĩnh & Phân tích động của hệ 1 bậc tự do. 22 Hình 2. 3 Tính chất phi tuyến cấu kiện ảnh hƣởng lực dọc 24 Hình 2. 4 Tính chất phi tuyến cấu kiện ảnh hƣởng lực cắt 24 Hình 2. 5 Tính chất phi tuyến cấu kiện ảnh hƣởng lực dọc và moment 25 Hình 2. 6 Hệ SDF không đàn hồi từ đƣờng cong đẩy dần: (a) Lý tƣởng hóa đƣờng cong đẩy dần; (b) Quan hệ giữa lực-chuyển vị của hệ SDF 28 Hình 2. 7 Phân tích động của hệ một bậc tự do. 29 Hình 3. 1 Mặt bằng và mặt đứng mô hình công trình 5 tầng 31 Hình 3. 2 Mode làm việc theo hai phƣơng X;Y 33 Hình 3. 3 Mặt bằng và mặt đứng mô hình công trình 10 tầng. 36 Hình 3. 4 Mặt bằng và mặt đứng mô hình công trình 15 tầng. 39 Hình 3. 5 Khai báo tính chất phi tuyến của kết cấu chịu ảnh hƣởng của lực dọc 42 Hình 3. 6 Khai báo tính chất phi tuyến của kết cấu chịu ảnh hƣởng của lực cắt 43 Hình 3. 7 Khai báo tính chất phi tuyến của kết cấu chịu ảnh hƣởng của Moment. 43 Hình 3. 8 Gán các thuộc tính phi tuyến cho cấu kiên (dầm, cột, vách BTCT) 44 Hình 3. 9 Khai báo phân tích đẩy dần (Push 1) 45 Hình 3. 10 Khai báo phân tích đẩy dần (Push 2) 45 Hình 3. 11 Đƣờng cong Pushower 46 Hình 3. 12 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode1-khung 5 tầng 49 Hình 3. 13 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn 49 Hình 3. 14 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode2-khung 5 tầng 50 Hình 3. 15 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn 50 Hình 3. 16 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode4-khung 5 tầng 50 Hình 3. 17 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn 51 Hình 3. 18 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode5-khung 5 tầng 51 Hình 3. 19 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn 51 Hình 3. 20 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode7-khung 5 tầng 52 Hình 3. 21 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn 52 Hình 3. 22 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode8-khung 5 tầng 52 Hình 3. 23 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn 53 Hình 3. 24 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode1-khung 10 tầng 54 Hình 3. 25 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn 54 Hình 3. 26 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode4 -khung 10 tầng 55 Hình 3. 27 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn 55 Hình 3. 28 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode7 -khung 10 tầng 56 xi
15. Hình 3. 29 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn 56 Hình 3. 30 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode1 -khung 15 tầng 57 Hình 3. 31 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn 57 Hình 3. 32 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode4 -khung 15 tầng 58 Hình 3. 33 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn - Fsn/Ln-Dn 58 Hình 3. 34 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode7 -khung 15 tầng 59 Hình 3. 35 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn - Fsn/Ln-Dn 59 Hình 3. 36 Giao diện chính của Bispec 2.20 60 Hình 3. 37 Khai báo trận động đất mẫu el-centrol 61 Hình 3. 38 Lịch sử Gia tốc nền, vận tốc và chuyển vị của trận 61 Hình 3. 39 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 65 Hình 3. 40 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 65 Hình 3. 41 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 65 Hình 3. 42 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 66 Hình 3. 43 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 66 Hình 3. 44 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 66 Hình 3. 45 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 67 Hình 3. 46 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 68 Hình 3. 47 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 69 Hình 3. 48 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 70 Hình 3. 49 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 71 Hình 3. 50 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 72 Hình 3. 51 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 73 Hình 3. 52 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 74 Hình 3. 53 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 75 Hình 3. 54 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 76 Hình 3. 55 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 77 Hình 3. 56 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy 78 Hình 3. 57 Gia tốc trận động đất EL-CENTROL 79 Hình 3. 58 Phổ gia tốc nền– từ trận động đất mẫu el-centrol 79 Hình 3. 59 Load case data-HIST0.25 80 Hình 3. 60 Chuyển vị tầng -HIST0.25 80 Hình 3. 61 Độ lệch tầng - HIST0.25 81 Hình 3. 62 Khai báo kiểm soát chuyển vị khi đẩy dần 82 Hình 3. 63 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode) 0.25el-centrol 85 Hình 3. 64 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode) 0.5el-centrol (công trình 5 tầng) 98 xii
16. Hình 3. 65 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode) 0.75el-centrol (công trình 5 tầng) 99 Hình 3. 66 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode) 0.75el-centrol (công trình 5 tầng) 99 Hình 3. 67 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)100 Hình 3. 68 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)100 Hình 3. 69 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)101 Hình 3. 70 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)101 Hình 3. 71 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)102 Hình 3. 72 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)102 Hình 3. 73 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)103 Hình 3. 74 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)104 Hình 3. 75 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)104 Hình 3. 76 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)105 Hình 3. 77 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)105 Hình 3. 78 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)106 Hình 3. 79 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)106 Hình 3. 80 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)107 Hình 3. 81 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)107 Hình 3. 82 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)108 Hình 3. 83 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)109 Hình 3. 84 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)109 Hình 3. 85 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)110 Hình 3. 86 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)110 Hình 3. 87 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)111 Hình 3. 88 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)111 Hình 3. 89 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)112 Hình 3. 90 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)112 Hình 3. 91 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)113 Hình 3. 92 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)113 xiii
17. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 3. 1 Chu kỳ và tầng số của các dạng dao động 32 Bảng 3. 2 Khối lƣợng các tầng 32 Bảng 3. 3 Mode làm việc theo 2 phƣơng X;Y 33 Bảng 3. 4 Ma trận khối lƣợng của công trình 5 tầng 34 Bảng 3. 5 Ma trận dạng dao động của công trình 5 tầng 34 Bảng 3. 6 Ma trận dạng lực ngang phân phối lên các tầng với từng dạng dao động của công trình 5 tầng 34 Bảng 3. 7 Ma trận khối lƣợng của công trình 10 tầng 37 Bảng 3. 8 Ma trận dạng dao động của công trình 10 tầng 37 Bảng 3. 9 Ma trận dạng lực ngang phân phối lên các tầng với từng dạng dao động của công trình 10 tầng 38 Bảng 3. 10 Ma trận khối lƣợng của công trình 15 tầng 40 Bảng 3. 11 Ma trận dạng dao động của công trình 15 tầng 41 Bảng 3. 12 Mn;Ln;n;M* của công trình 5 tầng. 47 Bảng 3. 13 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode1) - khung 5 tầng 47 Bảng 3. 14 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode2)-khung 5 tầng 47 Bảng 3. 15 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode4)-khung 5 tầng 48 Bảng 3. 16 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode5)-khung 5 tầng 48 Bảng 3. 17 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode7)-khung 5 tầng 48 Bảng 3. 18 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode8)-khung 5 tầng 49 Bảng 3. 19 Mn;Ln;n;M* của công trình 10 tầng. 53 Bảng 3. 20 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode1)-khung 10 tầng 53 Bảng 3. 21 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode4)-khung 10 tầng 55 Bảng 3. 22 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn- Fsn/Ln/Dn (mode7)-khung 10 tầng . 56 Bảng 3. 23 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode 1) – khung 15 tầng 57 Bảng 3. 24 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode 4) – khung 15 tầng 58 Bảng 3. 25 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode 7) – khung 15 tầng 59 Bảng 3. 26 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode1) 62 Bảng 3. 27 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyểnsang mối quan hệ Vbn/Urn (mode2) 62 Bảng 3. 28 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyểnsang mối quan hệ Vbn/Urn (mode4) 63 xiv
18. Bảng 3. 29 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyểnsang mối quan hệ Vbn/Urn (mode5) 63 Bảng 3. 30 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode7) 64 Bảng 3. 31 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode8) 64 Bảng 3. 32 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode1)- khung 10 tầng 67 Bảng 3. 33 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode3)- khung 10 tầng 68 Bảng 3. 34 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode4) -khung 10 tầng 69 Bảng 3. 35 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode 6)- khung 10 tầng 70 Bảng 3. 36 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode7)- khung 10 tầng 71 Bảng 3. 37 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyểnsang mối quan hệ Vbn/Urn (mode9) - khung 10 tầng 72 Bảng 3. 38 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode1)- khung 15 tầng 73 Bảng 3. 39 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode 2)-khung 15 tầng 74 Bảng 3. 40 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode4) -khung 15 tầng 75 Bảng 3. 41 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode 5)- khung 15 tầng 76 Bảng 3. 42 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn 77 Bảng 3. 43 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyểnsang mối quan hệ Vbn/Urn 78 Bảng 3. 44 Bảng so sánh 2 phƣơng pháp MPA-RHA (5-story-building ) 85 Bảng 3. 45 Chuyển vị tầng công trình 5 tầng - (0.25el-centrol) 86 Bảng 3. 46 Độ lệch tầng công trình 5 tầng (0.25el-centrol) 87 Bảng 3. 47 Chuyển vị tầng công trình 10 tầng - (0.25el-centrol) 88 Bảng 3. 48 Độ lệch tầng công trình 10 tầng (0.25el-centrol) 89 Bảng 3. 49 Chuyển vị tầng - công trình 15 tầng - (0.25el-centrol) 90 Bảng 3. 50 Độ lệch tầng - công trình 15 tầng (0.25el-centrol) 92 Bảng 3. 51 Bảng so sánh MPA-RHA (5-story-building ) 98 Bảng 3. 52 Bảng so sánh 2 phƣơng pháp MPA-RHA (10-story-building ) 103 Bảng 3. 53 Bảng so sánh 2 phƣơng pháp MPA-RHA (15-story-building ) 108 xv
19. CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. 1.1.1 Giới thiệu. Phƣơng pháp phân tích đẩy dần là phƣơng pháp phân tích tĩnh phi tuyến đƣợc thực hiện dƣới điều kiện lực trọng trƣờng không thay đổi và tải trọng ngang tăng một cách đơn điệu. Hiện nay phƣơng pháp phân tích tĩnh phi tuyến ngày càng đƣợc sử dụng phổ biến và rộng rãi trên thế giới. Đặc điểm của phƣơng pháp phân tích này là quá trình biến dạng phi tuyến của kết cấu xảy ra dƣới tác động tải trọng ngang tăng đơn điệu. Quá trình tăng tải trọng ngang đƣợc thực hiện cho đến khi nút kiểm tra (thƣờng là cao trình đỉnh mái) có chuyển vị ngang bằng chuyển vị mục tiêu định trƣớc, hoặc cho tới khi lực cắt đáy đạt lực cắt mục tiêu. Chuyển vị mục tiêu là giá trị chuyển vị ngang cực đại của một nút đƣợc lựa chọn trên kết cấu khung (thông thƣờng chọn nút đỉnh kết cấu). Mối quan hệ biến dạng và nội lực của kết cấu đƣợc kiểm tra liên tục trong quá trình tải trọng ngang đƣợc gia tăng đơn điệu. Phƣơng pháp phân tích đẩy dần đƣợc xây dựng trên cơ sở phƣơng pháp phân tích tĩnh phi tuyến. Do đó, ứng xử kết cấu phân tích dựa trên các bậc dao động cơ bản của hệ kết cấu, bỏ qua sự ảnh hƣởng các dạng dao động bậc cao trong quá trình phân tích (hình dáng của các dạng dao động không thay đổi cả quá trình phân tích). Đối với công trình cao tầng, về lý thuyết, phƣơng pháp phân tích tĩnh phi tuyến nói chung và phƣơng pháp phân tích đẩy dần nói riêng không thực sự phù hợp khi bỏ qua sự ảnh hƣởng của các dạng dao động bậc cao khi tiến hành phân tích. Vì vậy cần phải xét đến ảnh hƣởng của các dạng dao động bậc cao đến khả năng kháng chấn của công trình nhà cao tầng. 15
20. 1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu. Với nhu cầu tính toán động đất cho những những công trình cao tầng, khi sự đóng góp của những dao động phức tạp là đáng kể thì phƣơng pháp CSM không còn chính xác. Để khắc phục hạn chế này, năm 2002 Chopra và Goel [7] đã đề xuất một phƣơng pháp cải tiến phƣơng pháp tĩnh phi tuyến, đƣợc gọi là phƣơng pháp phân tích tĩnh sử dụng lực ngang dựa trên dạng dao động có xét đến đóng góp của các dạng dao động cao MPA (phƣơng pháp phân tích đẩy dần theo dạng chính), Phƣơng pháp MPA đã đƣợc Chintanapakdee [11] chứng minh có độ chính xác cao hơn trong đánh giá địa chấn các công trình cao tầng hơn so với phƣơng pháp tĩnh phi tuyến thông thƣờng. Chopra và Goel đã phát triển một quy trình phân tích đẩy dần đƣợc gọi là phƣơng pháp phân tích đẩy dần MPA dựa trên thuyết động lực học công trình. Đây là phƣơng pháp đạt đƣợc những yêu cầu đƣa ra. Phƣơng pháp này đƣợc nghiên cứu, phát triển rộng rãi ở các nƣớc phát triển và đang đƣợc nghiên cứu, đƣa vào áp dụng ở Việt Nam. 1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc. Hiện nay, tại Việt Nam một số nghiên cứu đã đề cập đến phƣơng pháp phân tích tĩnh phi tuyến nhƣ: Các tác giả Đỗ Trọng Nghĩa; Nguyễn Hồng Ân và Nguyễn Khánh Hùng [3] đã nghiên cứu cải thiện cơ sở kiến thức về độ chính xác của các phƣơng pháp tĩnh trong việc dự đoán ứng xử động đất cho các kết cấu khung thép chịu moment (SMRF). Tác giả Trần Thanh Tuấn; Nguyễn Hồng Ân và Nguyễn Khánh Hùng [4,5] nghiên cứu mở rộng phƣơng pháp phân tích đẩy dần nhiều dạng dao động nhiều bậc tự do trong đánh giá động đất cho nhà cao tầng, trong đó chuyển vị mục tiêu đƣợc xác định bằng phƣơng pháp phổ khả năng (Capacity Spectrum Method) và đánh giá độ chính xác và sai lệch của chuyển vị mục tiêu đƣợc xác định bằng phƣơng pháp đẩy dần MPA (Modal Pushover Analysis) dựa trên phổ khả năng (Capacity Spectrum Method) cho khung thép phẳng. 16
21. Tác giả Đinh Văn Thuật [6] đã trình bày phƣơng pháp đánh giá chuyển vị ngang phi tuyến của kết cấu nhà cao tầng. Kết quả phân tích đánh giá đƣợc so sánh với phƣơng pháp phân tích phổ gia tốc đƣợc quy định trong TCXDVN 375:2006 [1] với các hệ kháng chấn khác nhau. 1.1.4 Tình hình nghiên cứu nƣớc ngoài. Một số nghiên cứu đã đƣợc nghiên cứu và phát triển ở nƣớc ngoài đề cập đến phƣơng pháp phân tích tĩnh phi tuyến nhƣ: Hai tác giả Chopra AK và Goel RK [7,8] đã nghiên cứu thêm về mục đích cải thiện và phát triển phƣơng pháp phân tích Pushover dựa trên lý thuyết của động lực học công trình để đánh giá khả năng kháng chấn công trình không đối xứng. Phƣơng pháp đánh giá đƣợc dựa trên mối quan hệ giữa lực cắt đáy và chuyển vị đỉnh. Sử dụng các thủ thuật không tuyến tính tĩnh (NSP) hoặc phân tích pushover trong FEMA-273[10]. “Nonlinear Static Analysis of Structures with Rocking Columns”. Mục tiêu nghiên cứu của tác giả nhắm phát triển mô hình phân tích đơn giản cho kết cấu cột bị mất ổn định khi chịu ảnh hƣởng các tải trọng theo phƣơng ngang. Từ đó, xây dựng các phƣơng pháp tính toán của toàn bộ cấu kiện cột trong hệ kết cấu chịu ảnh hƣởng của tải trọng theo phƣơng ngang. Đƣa ra các phƣơng pháp để kiểm tra các ứng xử của các cấu kiện trong hệ kết cấu bị mất ổn định. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài. Sử dụng phƣơng pháp đẩy dần với nhiều dạng dao động để đánh giá khả năng kháng chấn của công trình nhà cao tầng ở Thành Phố Hồ Chí Minh. Từ việc so sánh các biểu đồ chuyển vị đỉnh, chuyển vị tầng và độ lệch tầng đƣợc truy xuất từ kết quả phân tích với hai phƣơng pháp phân tích đẩy dần (MPA) và phƣơng pháp phân tích lịch sử thời gian (RHA) cho ra đánh giá kết quả đạt đƣợc. 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu. Dựa trên các cơ sở lý thuyết từ các nguồn tài liệu tham khảo ta xây dựng cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp đẩy dần và phƣơng pháp phân tích lịch sử thời gian. 17
22. S K L 0 0 2 1 5 4