Đánh Giá An Toàn Sụp Đổ Động Đất Cho Công Trình Bê Tông Cốt Thép Hiện Đại

• Tác giả: Gregory G. Deierlein
• Người hướng dẫn: Professor Gregory Deierlein
• Trường học: Stanford University
• Chuyên ngành: Civil and Environmental Engineering
• Đề tài: Assessing Seismic Collapse Safety of Modern Reinforced Concrete Moment Frame Buildings
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Stanford

• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION
• 1.1. Motivation and Background
• 1.2. Organization and Outline
• 2. CHƯƠNG 2: AN ASSESSMENT TO BENCHMARK THE SEISMIC PERFORMANCE OF A SINGLE CODE CONFORMING REINFORCED-CONCRETE MOMENT-FRAME BUILDING
• 2.1. Authorship of Chapter
• 2.2. PEER Performance-Based Earthquake Engineering Methodology Overview
• 2.3. Ground Motion Hazard Characterization and Building Site
• 2.3.1. Site Hazard Characterization
• 2.3.2. Strong-motion Record Selection Methodology
• 2.4. Benchmark Building Design
• 2.4.1. Structural Design
• 2.4.2. Non-Structural Design: Building Components Considered in Loss Estimates
• 2.5. Structural Modeling and Simulation
• 2.5.1. Overview of Modeling
• 2.5.2. Plastic Hinge Model for Collapse Simulation
• 2.5.3. Static Pushover Analysis
• 2.5.4. Nonlinear Dynamic Analysis — Pre-Collapse Response
• 2.5.5. Nonlinear Dynamic Analysis — Collapse Simulation
• 2.6. Probabilistic Economic Loss Analysis — Direct Monetary Loss
• 2.7. Summary and Conclusions
• 3. CHƯƠNG 3: ACCOUNTING FOR EXPECTED SPECTRAL SHAPE (EPSILON) IN COLLAPSE PERFORMANCE ASSESSMENT
• 3.1. Authorship of Chapter
• 3.2. Introduction and Goals of Study
• 3.3. Previous Research on Spectral Shape (Epsilon) and Impacts on Collapse Assessment
• 3.3.1. How Spectral Shape Relates to the Epsilon Values of Ground Motions
• 3.3.2. How Spectral Shape (Epsilon) Affects Collapse Capacity
• 3.4. What Epsilon Values to Expect for a Specific Site and Hazard Level
• 3.4.1. Illustration of Concept using a Characteristic Event
• 3.4.2. Expected Epsilon Values from the United States Geological Survey
• 3.4.3. Appropriate Target Epsilon Values
• 3.5. Approaches to Account for Spectral Shape (Epsilon) in Collapse Assessment
• 3.5.1. Site and Building used for Illustration
• 3.5.2. Method One: Selecting a Ground Motion Set Accounting for Epsilon, Specific to a Site and Hazard Level
• 3.6. Method Two: Using a General Ground Motion Set, with Adjustments for Epsilon
• 3.6.1. Motivation and Overview Of Method
• 3.6.2. General Far-Field Ground Motion Set (Set One) and Comparison to Positive Epsilon Set (Set Two)
• 3.7. Application of Method Two to Assess Collapse of Eight-Story RC SMF Buildings
• 3.8. Comparison of the Two Methods
• 3.9. Simplified Method to Account for Effects of Spectral Shape (Epsilon)
• 3.9.1. Motivation and Overview
• 3.9.2. Regression for Each Building
• 3.10. Summary and Conclusions
• 3.11. Limitations and Future Work
• 3.appendix 3A. Design of Eight-Story Special Moment Frame
• 3.appendix 3B. Ground Motion Sets
• 3.appendix 3B.1. Set One: Basic Far-Field Ground Motion Set Selected without Considering Epsilon
• 3.appendix 3B.2. Set Two: Far-Field Ground Motion Set Selected to Have Positive Epsilon
• 4. CHƯƠNG 4: BEAM-COLUMN ELEMENT MODEL CALIBRATED FOR PREDICTING FLEXURAL RESPONSE LEADING TO GLOBAL COLLAPSE OF RC FRAME BUILDINGS
• 4.1. Authorship of Chapter
• 4.2. Introduction and Methodology
• 4.2.1. Purpose and Scope
• 4.2.2. Calibration Procedure and Results
• 4.2.2.1. Calibration Overview
• 4.2.2.2. Idealization of Columns
• 4.2.2.3. Calibration Procedure
• 4.2.2.4. Treatment of Pinching
• 4.2.2.5. Common Calibration Pitfalls: Incorrect Calibration of Strength Definition
• 4.3. Interpretation of Calibration Results and Creation of Empirical Equations
• 4.3.1. Regression Analysis Approach
• 4.3.2. Functional Form and Transformation of Data
• 4.3.3. Treatment of Data without an Observed Capping Point
• 4.3.4. Criteria for Removal of Data and Outliers
• 4.3.5. Equations for Effective Stiffness
• 4.3.6. Equations for Secant Stiffness to Yielding
• 4.3.7. Equations for Initial Stiffness
• 4.3.8. Comparison of Proposed Equations with Previous Research
• 4.3.9. Fiber Element Modeling: Accounting for Shear and Bond-slip Deformations
• 4.3.10. Chord Rotation at Yield
• 4.4. Plastic Rotation Capacity
• 4.4.1. Proposed Equations
• 4.4.2. Comparisons to Predictions by Fardis et al.
• 4.4.3. Accounting for the Effects of Unbalanced Reinforcement
• 4.4.4. Total Rotation Capacity
• 4.4.5. Post-capping Rotation Capacity
• 4.4.6. Post-Yield Hardening

I. An toàn sụp đổ và động đất

An toàn sụp đổ là yếu tố quan trọng trong thiết kế công trình, đặc biệt trong bối cảnh động đất. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá khả năng chịu lực của công trình bê tông cốt thép hiện đại dưới tác động của động đất. Các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành thường mang tính thực nghiệm, dẫn đến việc hiểu biết về an toàn sụp đổ còn hạn chế. Nghiên cứu phát triển các công cụ và phương pháp để định lượng rủi ro sụp đổ của các công trình này.

1.1. Phân tích động đất

Phân tích động đất đòi hỏi xem xét kỹ lưỡng từ chuyển động đất đến mô hình hóa kết cấu. Nghiên cứu sử dụng dữ liệu hiệu chỉnh từ 255 cột bê tông để phát triển mô hình phần tử, giúp dự đoán các thông số như khả năng xoay dẻo và năng lượng tiêu tán. Kết quả cho thấy khả năng xoay dẻo của các phần tử bê tông hiện đại cao hơn so với các tài liệu hiện có.

1.2. Đánh giá rủi ro

Việc đánh giá rủi ro sụp đổ đòi hỏi xem xét các yếu tố như hình dạng phổ của chuyển động đất và phương pháp lựa chọn chuyển động đất phù hợp. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc bỏ qua yếu tố epsilon trong lựa chọn chuyển động đất có thể dẫn đến đánh giá thấp khả năng sụp đổ. Phương pháp đơn giản hóa được đề xuất để dễ dàng tính toán các yếu tố này.

II. Kỹ thuật xây dựng và thiết kế công trình

Kỹ thuật xây dựng và thiết kế công trình đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn sụp đổ. Nghiên cứu tập trung vào các công trình khung bê tông cốt thép đặc biệt (RC SMF) được thiết kế theo tiêu chuẩn ASCE7-02. Các công cụ và phương pháp được phát triển có thể áp dụng cho nhiều loại hệ thống kết cấu khác nhau.

2.1. Tính toán kết cấu

Tính toán kết cấu đòi hỏi mô hình hóa chính xác các phần tử bê tông. Nghiên cứu phát triển các phương trình thực nghiệm để dự đoán các thông số như khả năng xoay dẻo và năng lượng tiêu tán. Các phương trình này áp dụng cho các phần tử bê tông chịu uốn hoặc uốn-cắt.

2.2. Thiết kế công trình

Thiết kế công trình hiện đại cần xem xét các yếu tố như độ cao, bố trí khung và khả năng chịu lực. Nghiên cứu chỉ ra rằng các yếu tố này có ảnh hưởng lớn đến dự đoán hiệu suất sụp đổ hơn so với các yếu tố phương pháp đánh giá. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc phát triển phương pháp đánh giá hệ thống kết cấu một cách hệ thống.

III. Biện pháp phòng ngừa và ứng dụng thực tế

Biện pháp phòng ngừa và ứng dụng thực tế của nghiên cứu này mang lại giá trị lớn trong việc cải thiện an toàn sụp đổ của các công trình bê tông cốt thép hiện đại. Nghiên cứu cung cấp các công cụ và phương pháp để dự đoán hiệu suất sụp đổ và đánh giá tác động của các thay đổi thiết kế.

3.1. Phòng ngừa sụp đổ

Các biện pháp phòng ngừa bao gồm việc tăng cường độ chịu lực cơ sở và áp dụng nguyên tắc cột mạnh-dầm yếu (SCWB). Nghiên cứu chỉ ra rằng việc tăng cường độ chịu lực cơ sở lên 2 lần làm tăng khả năng chịu lực trung bình lên 1.5 lần và giảm tần suất sụp đổ hàng năm lên đến 3 lần.

3.2. Ứng dụng thực tế

Nghiên cứu này có ứng dụng thực tế trong việc cải thiện các tiêu chuẩn xây dựng và thiết kế công trình. Các công cụ và phương pháp được phát triển giúp dự đoán hiệu suất sụp đổ và đánh giá tác động của các thay đổi thiết kế, từ đó đảm bảo an toàn sụp đổ cho các công trình hiện đại.