Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng đánh giá ảnh hưởng của độ cứng đất nền đối với công trình nhà cao tầng dưới tác dụng của động vật

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kỹ thuật xây dựng đánh giá ảnh hưởng của độ cứng đất nền đối với công trình nhà cao tầng dưới tác, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Trần Đăng Khải
• Người hướng dẫn: PGS. Chu Quốc Thắng
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
• Đề tài: Đánh giá ảnh hưởng độ cứng đất nền đến công trình nhà cao tầng dưới tác động động đất
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU
• 1.1. Động đất và ảnh hưởng đến công trình nhà cao tầng
• 1.2. Vai trò của tương tác đất nền - kết cấu (SSI)
• 1.3. Tải trọng động đất theo phương đứng và phương ngang
• 1.4. Ý nghĩa độ cứng đất nền trong mô hình SSI
• 2. CHƯƠNG II: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 2.3. Nhận xét chung
• 3. CHƯƠNG III: MỤC TIÊU, Ý NGHĨA VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 3.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 3.2. Ý nghĩa khoa học
• 3.3. Ý nghĩa thực tiễn
• 3.4. Nội dung nghiên cứu
• 4. CHƯƠNG IV: MÔ HÌNH DẦM TRÊN NỀN PHI TUYẾN WINKLER
• 4.1. Mô tả mô hình BNWE
• 4.2. Đặc tính của mô hình BNWE
• 4.2.1. Các mô hình vật liệu
• 4.2.2. Các thông số của mô hình BNWE
• 4.3. Khả năng chịu lực cực hạn của lò xo
• 4.4. Độ cứng của móng theo phương ngang và phương đứng
• 5. CHƯƠNG V: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
• 5.1. Phương pháp phân tích tựa tĩnh (quasi-static method)
• 5.2. Phương pháp phân tích theo phổ phản ứng (response spectrum analysis)
• 5.3. Phương pháp phân tích dần dần (push over analysis)
• 5.4. Phương pháp phân tích dạng chính (modal analysis)
• 5.5. Phương pháp phân tích theo lược sử thời gian (time history analysis)
• 5.6. Phân loại các phương pháp tính toán
• 6. CHƯƠNG VI: PHƯƠNG PHÁP TÍCH PHÂN TRỰC TIẾP PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
• 6.1. Phương trình sai phân chuyển động
• 6.2. Thuật toán Newmark - Beta
• 6.3. Giải phương trình sai phân chuyển động
• 6.4. Phương pháp lặp Newton - Raphson hiệu chỉnh
• 6.5. Phương pháp lặp Newton - Raphson
• 6.6. Giới thiệu về phần mềm mã nguồn mở OPENSEES
• 7. CHƯƠNG VII: MÔ HÌNH BÀI TOÁN TƯƠNG TÁC GIỮA ĐẤT NỀN VÀ KẾT CẤU
• 7.1. Mô tả mô hình
• 7.2. Mô hình tương tác giữa đất nền và kết cấu
• 7.3. Kết quả đạt được khi các mô hình chỉ chịu thành phần theo phương ngang của tải trọng động đất
• 7.3.1. Chu kỳ dao động của mô hình
• 7.3.2. Chuyển vị đỉnh của mô hình theo phương ngang
• 7.3.3. Nội lực lớn nhất của cột
• 7.4. Kết quả đạt được khi các mô hình chịu cả thành phần theo phương ngang và thành phần theo phương đứng của tải trọng động đất
• 7.4.1. Chuyển vị đỉnh của mô hình
• 7.4.2. Nội lực lớn nhất của cột
• 8. CHƯƠNG VIII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 8.1. Mô hình tính toán có xét đến ảnh hưởng do tương tác giữa đất nền và kết cấu với những điểm mạnh
• 8.2. Kết quả khi xét đến quá trình tương tác giữa đất nền và kết cấu chỉ chịu tải trọng động đất theo phương ngang
• 8.3. Kết quả khi xét đến thành phần theo phương đứng của tải trọng động đất vào các mô hình tính toán
• 8.4. Kết quả khi xét đến quá trình tương tác giữa đất nền và kết cấu vào mô hình tính toán chịu tải trọng động đất theo cả phương ngang và phương đứng
• 8.5. Kiến nghị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• Phụ lục 1. CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH MÔ HÌNH KHI CHƯA CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
• Phụ lục 2. CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH MÔ HÌNH KHI CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
• Phụ lục 3. CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH MÔ HÌNH CÓ XÉT ẢNH HƯỞNG DO TƯƠNG TÁC GIỮA ĐẤT NỀN VÀ KẾT CẤU KHI CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
• Phụ lục 4. CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH MÔ HÌNH CÓ XÉT ĐẾN THÀNH PHẦN THEO PHƯƠNG ĐỨNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Động đất là một hiện tượng tự nhiên gây ra sự rung chuyển của mặt đất, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình xây dựng, đặc biệt là công trình nhà cao tầng. Khi công trình chịu tải trọng động đất, độ cứng đất nền đóng vai trò quan trọng trong việc xác định phản ứng của kết cấu. Tương tác giữa đất nền và kết cấu (SSI - soil-structure interaction) có thể làm thay đổi đáng kể các đặc tính dao động và phản ứng động của hệ kết cấu. Việc tính toán công trình thường bỏ qua ảnh hưởng của SSI, dẫn đến những sai lệch trong dự đoán ứng xử của công trình dưới tác động của động đất. Do đó, việc nghiên cứu và đánh giá ảnh hưởng của độ cứng đất nền là cần thiết để cải thiện độ chính xác trong thiết kế và phân tích công trình.

II. Tình hình nghiên cứu

Nghiên cứu về ảnh hưởng của độ cứng đất nền đến công trình nhà cao tầng đã được nhiều tác giả quan tâm. Ohbta [1] đã chỉ ra rằng chu kỳ dao động tự nhiên của kết cấu phụ thuộc vào độ cứng của đất nền. Kết quả cho thấy khi chiều cao công trình tăng hoặc độ cứng của đất nền giảm, chu kỳ dao động tự nhiên sẽ tăng lên. Vardanega [2] cũng đã phân tích phản ứng của hệ kết cấu khi xét đến tương tác giữa đất nền và kết cấu, cho thấy rằng tương tác này làm gia tăng chu kỳ dao động tự nhiên và tăng sức cản hiệu quả do sự hao hụt năng lượng. Những nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc xem xét độ cứng đất nền trong mô hình tính toán để có được kết quả chính xác hơn.

III. Phương pháp nghiên cứu

Để đánh giá ảnh hưởng của độ cứng đất nền đến công trình nhà cao tầng dưới tác động của động đất, nghiên cứu sử dụng mô hình dầm trên nền phi tuyến Winkler (BNWF). Mô hình này cho phép phân tích ứng xử của kết cấu khi chịu tải trọng động đất theo cả phương ngang và phương đứng. Phương pháp phân tích lược sử thời gian được áp dụng để mô phỏng các phản ứng của kết cấu. Các mô hình sẽ được khảo sát khi chỉ chịu tải trọng động đất theo phương ngang và khi chịu cả tải trọng theo phương đứng. Việc phân tích này giúp xác định rõ ràng hơn về ảnh hưởng của độ cứng đất nền đến phản ứng của hệ kết cấu.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng độ cứng đất nền có ảnh hưởng đáng kể đến chu kỳ dao động và phản ứng của công trình nhà cao tầng. Khi độ cứng đất nền giảm, chu kỳ dao động tự nhiên của kết cấu tăng lên, dẫn đến sự gia tăng chuyển vị và nội lực trong các cột. Điều này cho thấy rằng việc thiết kế công trình cần phải xem xét kỹ lưỡng đến độ cứng đất nền để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc chịu tải trọng động đất. Các biện pháp chống động đất cũng cần được điều chỉnh dựa trên các kết quả phân tích này để nâng cao khả năng chịu lực của công trình.

V. Kết luận

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ cứng đất nền có ảnh hưởng lớn đến ứng xử của công trình nhà cao tầng dưới tác động của động đất. Việc xem xét tương tác giữa đất nền và kết cấu là cần thiết để có được các mô hình tính toán chính xác hơn. Các kết quả từ nghiên cứu này có thể được áp dụng trong thực tiễn để cải thiện thiết kế và xây dựng các công trình an toàn hơn trước các tác động của động đất. Do đó, việc nghiên cứu sâu hơn về độ cứng đất nền và các yếu tố liên quan là rất quan trọng trong lĩnh vực xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Động đất là một trong những thiên tai nguy hiểm, gây rung chuyển mạnh mẽ mặt đất và ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình xây dựng, đặc biệt là nhà cao tầng. Theo ước tính, các công trình nhà cao tầng phản ứng rất nhạy với sự rung chuyển của đất nền, do đó việc đánh giá ảnh hưởng của độ cứng đất nền đối với ứng xử của công trình dưới tác động của động đất là rất cần thiết. Nghiên cứu tập trung vào phân tích tương tác giữa đất nền và kết cấu (SSI - soil-structure interaction) trong mô hình tính toán công trình nhà cao tầng chịu tải trọng động đất theo cả phương ngang và phương đứng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các mô hình công trình 4, 8 và 12 tầng đặt trên ba loại đất nền có độ cứng tăng dần, được khảo sát trong không gian 2D với mô hình dầm trên nền phi tuyến Winkler (BNWF). Thời gian nghiên cứu từ tháng 01 đến tháng 06 năm 2014 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.

Mục tiêu chính của luận văn là đánh giá ảnh hưởng của độ cứng đất nền đến chu kỳ dao động, chuyển vị đỉnh và nội lực trong kết cấu, đồng thời phân tích vai trò của thành phần tải trọng động đất theo phương đứng, vốn thường bị bỏ qua trong các thiết kế truyền thống. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác của mô hình tính toán, góp phần cải thiện an toàn và hiệu quả thiết kế công trình nhà cao tầng chịu động đất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết tương tác đất - kết cấu (SSI) và mô hình dầm trên nền phi tuyến Winkler (BNWF). SSI mô tả sự ảnh hưởng qua lại giữa chuyển vị và ứng suất của đất nền với phản ứng của kết cấu móng, giúp mô phỏng chính xác hơn đặc tính dao động và phản ứng động của công trình dưới tải trọng động đất. Mô hình BNWF sử dụng các lò xo phi tuyến không đàn hồi để mô phỏng sức kháng của đất nền theo cả phương ngang và phương đứng, phản ánh tính phi tuyến và không đàn hồi của đất nền.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Chu kỳ dao động cơ bản của công trình: Thời gian để công trình hoàn thành một chu kỳ dao động tự nhiên.
• Chuyển vị đỉnh: Biến dạng lớn nhất tại đỉnh công trình dưới tác động động đất.
• Nội lực trong cột: Lực uốn, lực cắt và lực dọc phát sinh trong các cấu kiện chịu lực.
• Tải trọng động đất theo phương đứng và phương ngang: Thành phần lực tác động lên công trình trong các hướng khác nhau.
• Độ cứng đất nền: Thông số đặc trưng cho khả năng chống lại biến dạng của đất nền.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các mô hình tính toán số sử dụng phần mềm mã nguồn mở OPENSEES, cho phép mô phỏng đa dạng loại vật liệu và phần tử, phù hợp với bài toán SSI. Cỡ mẫu gồm các mô hình công trình bê tông cốt thép 4, 8 và 12 tầng, đặt trên ba loại đất nền với độ cứng tăng dần, được phân tích dưới tải trọng động đất theo phương ngang và kết hợp phương ngang - phương đứng.

Phương pháp phân tích chính là phân tích lược sử thời gian (time history analysis), cho phép mô phỏng phản ứng động của công trình theo thời gian thực tế của trận động đất. Mô hình BNWF được áp dụng để mô phỏng móng đơn trong không gian 2D, sử dụng các lò xo phi tuyến QzSimplel, PySimplel và TzSimplel để mô phỏng phản ứng đất nền theo các phương khác nhau.

Timeline nghiên cứu kéo dài 6 tháng, từ tháng 01 đến tháng 06 năm 2014, bao gồm xây dựng mô hình, chạy mô phỏng, thu thập và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của SSI đến chu kỳ dao động cơ bản: Chu kỳ dao động của công trình tăng đáng kể khi xét đến tương tác đất - kết cấu, đặc biệt với công trình thấp và đất nền yếu. Ví dụ, chu kỳ dao động của tòa nhà 5 tầng trên đất loại 1 tăng gấp khoảng 3 lần so với mô hình không xét SSI. Đối với tòa nhà 15 tầng trên đất loại 3, chu kỳ dao động cũng tăng nhưng mức độ giảm dần khi chiều cao công trình tăng lên.

2. Chuyển vị đỉnh tăng khi xét SSI: Chuyển vị đỉnh theo phương ngang của công trình có xu hướng tăng khi mô hình tính toán có xét đến SSI, với mức tăng phụ thuộc vào chiều cao công trình và độ cứng đất nền. Công trình thấp có tỷ lệ chênh lệch chuyển vị đỉnh lớn nhất, trong khi công trình cao hơn có sự khác biệt nhỏ hơn.

3. Ảnh hưởng của thành phần tải trọng động đất theo phương đứng: Khi xét thêm thành phần tải trọng động đất theo phương đứng, lực dọc trong cột tăng lên đáng kể, đặc biệt ở các tầng trên cao. Ví dụ, lực dọc tại tầng 8 có thể tăng đến 64% so với chỉ xét tải trọng ngang. Điều này làm tăng khả năng chịu lực cắt của cột, tuy nhiên cũng có thể gây ra lực kéo tạm thời làm giảm sức chịu cắt trong một khoảng thời gian ngắn.

4. Nội lực trong cột giảm khi xét SSI: So với mô hình chân ngàm cố định, mô hình có xét SSI cho thấy lực cắt chân cột giảm từ 30% đến 70%, tùy thuộc vào chiều cao công trình. Lực dọc trong cột cũng giảm khoảng 20% đối với công trình cao tầng khi chịu tải trọng động đất lớn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự thay đổi chu kỳ dao động và chuyển vị đỉnh là do đất nền yếu làm giảm độ cứng tổng thể của hệ kết cấu, khiến công trình dao động với tần số thấp hơn và biến dạng lớn hơn. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế, trong đó chu kỳ dao động tăng khi độ cứng đất nền giảm và chiều cao công trình giảm.

Việc xét thành phần tải trọng động đất theo phương đứng làm rõ tầm quan trọng của lực dọc trong cột, vốn thường bị bỏ qua trong thiết kế truyền thống. Điều này nhấn mạnh sự cần thiết phải đưa thành phần này vào mô hình tính toán để đảm bảo an toàn kết cấu.

Sự giảm nội lực trong cột khi xét SSI cho thấy mô hình chân ngàm cố định có thể đánh giá quá cao ứng suất trong kết cấu, dẫn đến thiết kế không tối ưu và tốn kém. Việc mô phỏng SSI giúp phản ánh chính xác hơn bản chất làm việc của hệ kết cấu móng - đất nền, từ đó cải thiện hiệu quả thiết kế.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh chu kỳ dao động, chuyển vị đỉnh và nội lực cột giữa các mô hình có và không có SSI, cũng như khi xét tải trọng động đất theo phương đứng và chỉ phương ngang, giúp minh họa rõ ràng sự khác biệt và ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng mô hình tính toán có xét đến SSI trong thiết kế công trình nhà cao tầng: Động từ hành động "áp dụng" nhằm nâng cao độ chính xác của mô hình tính toán, giảm thiểu sai số trong dự báo ứng xử kết cấu. Thời gian thực hiện: ngay trong các dự án thiết kế mới. Chủ thể thực hiện: các kỹ sư thiết kế và cơ quan quản lý xây dựng.

2. Xem xét thành phần tải trọng động đất theo phương đứng trong phân tích kết cấu: Khuyến nghị "bổ sung" thành phần này để đảm bảo an toàn kết cấu, đặc biệt với các công trình cao tầng. Thời gian thực hiện: áp dụng trong các tiêu chuẩn thiết kế động đất cập nhật. Chủ thể thực hiện: các tổ chức xây dựng tiêu chuẩn và kỹ sư thiết kế.

3. Đánh giá và xác định chính xác độ cứng đất nền tại hiện trường: Động từ "đánh giá" nhằm cung cấp dữ liệu đầu vào chính xác cho mô hình SSI, giúp cải thiện kết quả phân tích. Thời gian thực hiện: trong giai đoạn khảo sát địa chất trước xây dựng. Chủ thể thực hiện: các đơn vị khảo sát địa chất và tư vấn thiết kế.

4. Phát triển và sử dụng phần mềm mô phỏng đa vật liệu và phần tử phi tuyến: Khuyến nghị "phát triển" và "sử dụng" các công cụ tính toán hiện đại như OPENSEES để giải quyết bài toán SSI hiệu quả. Thời gian thực hiện: liên tục cập nhật và đào tạo kỹ thuật viên. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp tư vấn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp tính toán chính xác hơn cho việc thiết kế công trình chịu động đất, giúp tối ưu hóa kết cấu và đảm bảo an toàn.

2. Chuyên gia khảo sát địa chất công trình: Nghiên cứu nhấn mạnh vai trò của độ cứng đất nền, hỗ trợ chuyên gia trong việc đánh giá và cung cấp dữ liệu đầu vào chính xác cho mô hình tính toán.

3. Nhà quản lý và cơ quan xây dựng: Cung cấp thông tin để cập nhật tiêu chuẩn thiết kế, đặc biệt về việc xét đến tương tác đất - kết cấu và tải trọng động đất theo phương đứng, nâng cao chất lượng công trình.

4. Giảng viên và sinh viên ngành xây dựng: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về mô hình SSI, phương pháp phân tích lược sử thời gian và ứng dụng phần mềm OPENSEES trong nghiên cứu kết cấu chịu động đất.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải xét đến tương tác giữa đất nền và kết cấu (SSI) trong phân tích động đất?
   SSI ảnh hưởng đáng kể đến chu kỳ dao động và phản ứng động của công trình. Bỏ qua SSI có thể dẫn đến đánh giá sai lệch về chuyển vị và nội lực, gây thiết kế không an toàn hoặc không tối ưu.

2. Mô hình dầm trên nền phi tuyến Winkler (BNWF) có ưu điểm gì?
   BNWF mô phỏng được tính phi tuyến và không đàn hồi của đất nền, phản ánh chính xác sức kháng của đất theo cả phương ngang và phương đứng, giúp mô hình tính toán sát thực tế hơn.

3. Tại sao thành phần tải trọng động đất theo phương đứng lại quan trọng?
   Thành phần này làm tăng lực dọc trong cột, ảnh hưởng đến khả năng chịu lực cắt và có thể gây ra lực kéo tạm thời, ảnh hưởng đến an toàn kết cấu nếu không được xem xét.

4. Phần mềm OPENSEES có vai trò gì trong nghiên cứu này?
   OPENSEES cung cấp đa dạng loại vật liệu và phần tử phi tuyến, hỗ trợ mô phỏng chính xác bài toán SSI và phân tích lược sử thời gian, giúp nghiên cứu đạt hiệu quả cao.

5. Độ cứng đất nền ảnh hưởng thế nào đến kết quả phân tích?
   Độ cứng đất nền quyết định mức độ tương tác với kết cấu, ảnh hưởng đến chu kỳ dao động, chuyển vị và nội lực. Đất nền yếu làm tăng chu kỳ dao động và chuyển vị, giảm nội lực trong cột.

Kết luận

• Tương tác giữa đất nền và kết cấu (SSI) làm tăng chu kỳ dao động cơ bản và chuyển vị đỉnh của công trình nhà cao tầng, đặc biệt trên đất nền yếu.
• Thành phần tải trọng động đất theo phương đứng có ảnh hưởng đáng kể đến lực dọc và lực cắt trong cột, cần được xem xét trong thiết kế.
• Mô hình BNWF kết hợp với phần mềm OPENSEES là công cụ hiệu quả để mô phỏng ứng xử phi tuyến và không đàn hồi của đất nền trong bài toán SSI.
• Việc áp dụng mô hình tính toán có xét SSI và tải trọng động đất theo phương đứng giúp nâng cao độ chính xác và an toàn cho công trình.
• Các bước tiếp theo bao gồm cập nhật tiêu chuẩn thiết kế, đào tạo kỹ sư và phát triển phần mềm hỗ trợ tính toán chuyên sâu hơn.

Hành động ngay: Các kỹ sư và nhà quản lý xây dựng nên áp dụng kết quả nghiên cứu này để cải tiến phương pháp thiết kế, đảm bảo công trình nhà cao tầng an toàn và hiệu quả hơn dưới tác động của động đất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRAN ĐĂNG KHÁI ĐÁNH GIÁ ANH HUONG CUA ĐỘ CỨNG DAT NEN DOI VOI CONG TRINH NHÀ CAO TANG DƯỚI TAC DUNG CUA DONG DAT Chuyên ngành : Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60-58-20 TP. HO CHI MINH, tháng 06 năm 2014 i CONG TRINH DUOC HOAN THANH TAI TRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA — DHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa hoc 1 : PGS. CHU QUOC THANG Cán bộ hướng dẫn khoa học 2 : TS.

TRAN CAO THANH NGOC Cán bộ chấm nhận Xét Ï :. (G2 + E2 EE9E SE EeESEEESESEEEsererees Cán bộ chấm nhận Xét 2 : .---G + 2 E2 E9E 939128 E111 3E Eckei Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Truong Dai học Bách Khoa, DHQG Tp. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học ham, học vi của Hội đông cham bảo vệ luận van thạc sĩ) Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HOI DONG TRƯỞNG KHOA KT XÂY DỰNG ii ĐẠI HOC QUOC GIA TP.HCM CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM TRUONG DAI HOC BACH KHOA Độc lập - Tự do - Hanh phúc NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRAN ĐĂNG KHÁI MSHV: 12214059 Ngày, tháng, năm sinh: 12/09/1989 Nơi sinh: TPHCM Chuyên ngành: Xây dựng công trình DD&CN Mã số : 60-58-20 I.

TÊN DE TÀI: ĐÁNH GIÁ ANH HUONG CUA ĐỘ CỨNG DAT NEN DOI VỚI CONG TRINH NHÀ CAO TANG DƯỚI TAC DUNG CUA DONG DAT Il. NHIEM VU VÀ NOI DUNG: e Xây dựng các mô hình tính toán có xét đến ảnh hưởng do tương tac giữa đất nền và kết cau. e Các mô hình sẽ được khảo sát khi chỉ chịu tải trọng động đất theo phương ngang. e Các mô hình sẽ được khảo sát khi chịu tải trọng động đất theo phương ngang và phương đứng.

e Phân tích ứng xử của kết cấu trong mô hình tính toán có xét đến anh hưởng do tương tác giữa đất nền và kết cấu. NGÀY GIAO NHIEM VU: 20/01/2014 IV. NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 20/06/2014 V. CAN BO HƯỚNG DAN 1: PGS.

CHU QUOC THANG CÁN BO HUONG DAN 2: TS. TRAN CAO THANH NGOC Tp. năm 2014 CB HUONG DAN 1 CB HƯỚNG DÂN 2 CN HỘI DONG NGANH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) PGS. CHU QUOC THÁNG TS.

TRAN CAO THANH NGỌC TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên và chữ ký) iii LOI CAM ON Tôi xin dành lời nói dau tiên dé gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thay: Thay CHU QUOC THANG Thay TRAN CAO THANH NGOC Thay VU XUAN BACH Tôi có thé hoàn thành được luận văn này là nhờ những sự chỉ dẫn tận tình, nhiệt huyết của các thay. Các thay luôn khuyên bảo cho tôi những điều đúng dan nhất trong các van đề liên quan đến đề tài. Các thầy luôn động viên, giúp đỡ cho tôi rất nhiều mỗi khi tôi gặp khó khăn trong quá trình thực hiện luận văn. Nhờ những sự giảng dạy kĩ càng của các thầy, tôi cảm thấy mình đã mở rộng nhận thức và tâm hiệu biệt nhiêu hon.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu Truong Dai học Bách Khoa — ĐHQG TPHCM, các thây cô đã trực tiếp tham gia giảng dạy cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đền sự giúp đỡ của các bạn bè, anh chị học viên cao học khóa 2012. Sau cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đên bà nội, bô mẹ, em gái đã luôn bên cạnh động viên tính thân, tạo mọi điêu kiện tôt nhât cho tôi trong suôt quá trình thực hiện luận văn này. TPHCM, tháng 06 năm 2014 Trần Đăng Khải IV TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Tóm tắt: Công trình nhà cao tầng phản ứng rất nhạy với sự rung chuyển của đất nên.

Khi công trình chịu tải trọng động đất, tương tác giữa đất nền và kết câu (SSI - soil-structure interaction) có ảnh hưởng đáng kế đến đặc tính dao động và phản ứng động của hệ kết câu. Mục đích chính của đề tài là phân tích ứng xử của kết cau trong mô hình tính toán có xét đến SSI. Tải trọng động dat theo phương ngang và phương đứng được xét đến theo phương pháp phân tích lược sử thời gian. Việc mô phỏng móng đơn trong không gian 2D sử dụng mô hình dầm trên nên phi tuyến Winkler (BNWF — Beam-on-Nonlinear-Winkler- Foundation).

So với các phần mềm thông thường khác, phan mềm mã nguồn mở OPENSEES (Open System For Earthquake Engineering Simulation) đa dạng hơn về loại vật liệu va loại phan tử nên nó có thé giải quyết được bài toán SSI một cách hiệu quả. Chu kì dao động cơ bản, chuyên vị đỉnh của công trình và nội lực của cột là những yếu tố thay đôi đáng kể và cần được xem xét cụ thé trong quá trình phân tích. Abstract: Buildings are vulnerable to shaking of soil. During seismic excitation, soil-structure interaction (SSI) effects a considerable change of vibration characteristics and dynamic responses of structure system.

This paper’s goal is to analyse the behaviors of structure in SSI model. Lateral and vertical seismic load is applied to model in time history analysis. The 2- dimensional conception of shallow foundation is based on Beam-on-Nonlinear- Winkler-Foundation (BNWF) model. Compared with other programs, OPENSEES (Open System For Earthquake Engineering Simulation) is more diverse in material and element types; therefore, it can solve the SSI problem effectively.

Vibration period, top displacement and force of column are significantly changeable, all of which need inspecting in process of studying. Vv LOI CAM DOAN Tôi tên là Trần Dang Khải, học viên cao hoc chuyên ngành Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp, khóa 2012 Trường Đại học Bách Khoa — ĐHQG TPHCM. Tôi xin cam đoan răng đây là luận văn do chính tôi tự thực hiện. Các số liệu trong luận văn này hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố, sử dụng để bảo vệ một học vị nào.

Các thông tin, tài liệu trích dẫn có trong luận văn này đã được ghi rõ nguồn gốc. Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn vê kêt quả nghiên cứu trong luận văn của mình. Học viên TRAN ĐĂNG KHAI VỊ MỤC LỤC LOI CẢM ON. iii TOM TAT LUẬN VAN THAC SĨ.-- 6666 EEeEeEeEeEsereserered iv LOI CAM ĐOAN.11111111 Hy V DANH MỤC BANG BIÊU.

G- + E12 E12 EEsESEeEekEeEsesvseree xi DANH MỤC HINH V.- tt S 11112111 E111 511 1111 ererrei xiii DANH MỤC KI HIEU oie ccccceccccesecscecescssecscscecessevecscecsssevevaceceeeesevavees XV ©:i9)9 171. | 69)00 202 | CHƯNG TI. 3 TONG QUAN NGHIÊN CỨPU. Tinh hình nghiên cứu ngoài nước.

Tinh hình nghiên cứu trong nƯỚC. Nhận X6t cc ccescscscsscsessscsssscsessscsescsessssssssssestssseseseeteess 14 CHƯNG lÍ. 5-52 S626 SE2EE SE E9EEEE E3 1211515 2111111 11111131111 xe. l6 MỤC TIỂU, Y NGHĨA VA NỘI DUNG NGHIÊN CUU.

Mục tiêu nghiÊn CỨU. Ý nghĩa khoa hoc. Ý nghĩa thực tiễn. Nội dung nghiên CỨU.-GĂ Ăn ng 18 CHUONG IV oieccccccccccscscscscscssescscscscsssscscsssssssscscscsssscsescssssessscssssseseseess 19 MO HINH DAM TREN NEN PHI TUYẾN WINKLER.

Mô tả mô hình BNWE. ee eeeeeeeeeceessssceeeceeessseeeeeeeeseees 19 Vil 4. Dac tính cua mô hình BNWE. Các mô hình vật lIỆU.

Mô hình vật liệu QzSimple]. Mo hình vật liệu PySimplel. Mô hình vật liệu TzSŠimpleÏ. _ Các thông số của mô hình BNWE.

Khả năng chịu lực cực hạn của lò xo theo phương đứng và phương nØanØ. Do cứng cua móng theo phương ngang và phương đứng (K, và Ky) 32 4. Khả năng chịu kéo (TP — tension capacity). Tỷ số chiều dài R,.---- 5-52 SE Sex E2 2E 2E Erkrkrree 33 4.

Tỷ số cường độ cứng Reece 34 4. Khoảng cách giữa các 10 XO. ch 11T 11g TH ng, 36 05/1019) 6011 5 .- 37 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHAN TÍCH CÔNG TRINH CHIU ĐỘNG ĐẤT 5. Phuong pháp phân tích tựa tinh (quasi-static method}).

Phuong pháp phân tích theo phố phản ứng (response spectrum analysis) 38 5. Phương pháp phân tích day dan (push over analysis). Phương pháp phân tích dạng chính (modal analysis). Phương pháp phân tích theo lược sử thời gian (time history analysis) 40 Vill 5.

Phan loại các phương pháp tính toán. Phân loại theo tính chất của tải trọng động đất. Phân loại theo đặc tính làm việc của hệ kết cấu .cccnCS1 HT H11 TT ng ng rkg 42 CHƯNG VI .-- - S252 E9 SE SE 15151511 11111151111 111515 111111111111 cxe. 43 PHƯƠNG PHÁP TICH PHAN TRUC TIẾP PHƯƠNG TRINH CHUYỂN ĐỘNG.

Phuong trình sai phân chuyển động. Thuật toán Newmark — BPeta. _ Giải phương trình sai phân chuyển động. Phuong pháp lặp NEWTON — RAPHSON hiệu chỉnh.

Phương pháp lặp NEWTON — RAPHSON. _ Giới thiệu về phan mềm mã nguồn mở OPENSEES. 51 MO HINH BAI TOAN TUONG TAC GIUA DAT NEN VA KET CAU ¬. M6 tả mô hình.

Mô hình tương tác giữa dat nền và kết cấu. Kết qua đạt được khi các mô hình chỉ chịu thành phan theo phương ngang của tải trọng động đất. Chu kì dao động của mô hình. Chuyến vị đỉnh của mô hình theo phương ngang.

Nội lực lớn nhất của COt sc cccccccsessscscecesesecsscscecessecesessceseees 64 IX 74. Kết qua đạt được khi các mô hình chịu cả thành phan theo phương ngang và thành phan theo phương đứng của tải trọng động đất. Chuyến vị đỉnh của mô hình .- 2-2 5- 2c scs+szs+2 71 TA2. Nội lực lớn nhất của COt sce cccccccccsssccecessssesscsccessecesecsceceees 73 CHƯNG VIT.-- ¿2E SE SESE£E£EEEEEEEEEEEEEEEEEE1115115 1111115511 xeE 82 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ,.

SE SE EeEsEsEeEekrereesees 82 8. CS HT H112 TT ng ng 82 8. Mô hình tính toán có xét đến ảnh hưởng do tương tác giữa đất nền và kết cau với những điểm mạnh. Khi xét đến quá trình tương tác giữa đất nên và kết cầu vào mô hình tính toán chỉ chịu tải trọng động đất theo phương ngang.

Khi xét đến thành phan theo phương đứng của tải trọng động đất vào các mô hình tính toán. Khi xét đến quá trình tương tác giữa đất nền và kết cầu vào mô hình tính toán chịu tải trọng động đất theo cả phương ngang và phương đứng. Kiến nghivcccccccccccecscscscsesssssssscsescsssssscsessssssssesesssesseseseeeees 84 TAI LIEU THAM KHẢO.- s6 s33 EEsESEEEeEEkEeEseeerereesed 85 PHU LLỤCC. CHƯƠNG TRÌNH PHAN TICH MÔ HÌNH KHI CHUA CHIU TAI TRỌNG DONG DAT.

CHƯƠNG TRINH PHAN TÍCH MÔ HÌNH KHI CHIU TAI TRONG ĐỘNG DAT. CHƯƠNG TRINH PHAN TÍCH MO HINH CÓ XÉT ANH HUGNG DO TƯƠNG TAC GIỮA DAT NEN VA KET CÂU KHI CHIU TAI TRONG DONG DAT. CHƯƠNG TRINH PHAN TÍCH MÔ HINH CÓ XÉT DEN THÀNH PHAN THEO PHƯƠNG ĐỨNG CUA TAI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT XI DANH MỤC BANG BIEU Bảng 2. Kết quả của mô hình 5 tầng theo Vardanega [2].

Kết quả của mô hình 10 tang theo Vardanega [2]. Kết quả của mô hình 15 tầng theo Vardanega [2]. Bảng xác định giá trị độ cứng và hệ số cản [6]. Bảng kết quả chu kì dao động theo phương đứng ứng với sự thay đối biên độ gia tốc nền theo phương đứng [ Ï Ï].