Nghiên cứu sự làm việc của nhà cao tầng bê tông cốt thép chịu tác động động đất ở Việt Nam

• Tác giả: Nguyễn Hồng Hải
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Xuân Chính
• Trường học: Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu tác động động đất lên nhà cao tầng bê tông cốt thép tại Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận án tiến sỹ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 1.3. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
• 1.3.1. Phương pháp thiết kế theo các tiêu chuẩn hiện hành
• 1.3.2. Phương pháp thiết kế dựa theo tính năng
• 1.4. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CÓ TẦNG CỨNG
• 1.4.1. Nghiên cứu lý thuyết
• 1.4.2. Nghiên cứu thông qua thí nghiệm
• 1.4.3. Nghiên cứu trong nước
• 1.5. GIỚI THIỆU VỀ LUẬN ÁN
• 1.5.1. Nhiệm vụ đặt ra đối với luận án
• 1.5.2. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
• 1.5.3. Nội dung nghiên cứu của luận án
• 1.5.4. Cấu trúc của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN DỰA THEO TÍNH NĂNG CHO NHÀ CAO TẦNG
• 2.1. XÁC ĐỊNH MỤC TIÊU TÍNH NĂNG CỦA CÔNG TRÌNH
• 2.1.1. Mức nguy cơ động đất
• 2.1.2. Mức tính năng công trình
• 2.1.3. Mục tiêu tính năng
• 2.2. PHÂN TÍCH KẾT CẤU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHI TUYẾN
• 2.2.1. Phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến
• 2.2.2. Phương pháp phân tích động phi tuyến
• 2.3. MÔ HÌNH HÓA KẾT CẤU TRONG PHÂN TÍCH PHI TUYẾN
• 2.3.1. Giới thiệu phần mềm Ruaumoko
• 2.3.2. Quan hệ lực – biến dạng khi chịu tải trọng động đất
• 2.3.3. Mô hình hóa phần tử thanh trong phân tích phi tuyến
• 2.4. ĐẦU VAO CỦA ĐỘNG ĐẤT TRONG PHÂN TÍCH PHI TUYẾN
• 2.5. QUY TRÌNH THIẾT KẾ THEO PBSD
• 2.5.1. Các bước chính trong quy trình thiết kế
• 2.5.2. Đánh giá mục tiêu tính năng ở mức sử dụng
• 2.5.3. Đánh giá mục tiêu tính năng ở mức ngăn ngừa sụp đổ
• 2.5.4. Tiêu chí chấp thuận đối với cấu kiện bê tông cốt thép
• 2.6. TÓM TẮT CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: SỰ LÀM VIỆC CỦA NHÀ CAO TẦNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ TẦNG CỨNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT Ở VIỆT NAM
• 3.1. MÔ HÌNH KẾT CẤU KHẢO SÁT
• 3.2. LỰA CHỌN SÓNG ĐỘNG ĐẤT PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM TRONG PHÂN TÍCH PHI TUYẾN
• 3.2.1. So sánh phổ phản ứng giữa TCVN 9386, ASCE 7 và GB 50011
• 3.2.2. Các nghiên cứu liên quan khác
• 3.2.3. Ảnh hưởng của việc lựa chọn phổ chuyển vị trong phân tích tĩnh phi tuyến
• 3.2.4. Ảnh hưởng của việc lựa chọn phổ gia tốc trong phân tích động phi tuyến
• 3.2.5. Tình hình động đất và đất nền của Việt Nam
• 3.3. ẢNH HƯỞNG CỦA TẦNG CỨNG ĐẾN ỨNG XỬ CỦA CÔNG TRÌNH
• 3.3.1. Xây dựng chương trình tính toán chuyển vị mục tiêu và hệ số ứng xử từ kết quả phân tích tĩnh phi tuyến
• 3.3.2. Ảnh hưởng của vị trí tầng cứng
• 3.3.3. Ảnh hưởng của độ cứng tầng cứng
• 3.3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép
• 3.3.5. Hệ số ứng xử của công trình
• 3.4. ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG KHÁNG CHẤN THEO PBSD
• 3.4.1. Lựa chọn sóng động đất đầu vào
• 3.4.2. Đánh giá kết quả phân tích
• 3.5. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA CHƯƠNG 3
• 4. CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH NÚT CỘT – DẦM CỨNG
• 4.1. NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH VÀ ĐỐI TƯỢNG KHẢO SÁT THÍ NGHIỆM
• 4.1.1. Nhiệm vụ của thí nghiệm trong luận án
• 4.1.2. Mục đích của thí nghiệm
• 4.1.3. Đối tượng và phương pháp thí nghiệm
• 4.2. PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM
• 4.2.1. Kết cấu thực (nguyên mẫu)
• 4.2.2. Trạng thái làm việc của liên kết cột-dầm cứng và tỉ lệ mô hình
• 4.2.3. Mô hình khảo sát thực nghiệm
• 4.2.4. Xây dựng mẫu thí nghiệm
• 4.2.5. Tải trọng đối với mẫu thí nghiệm
• 4.2.6. Hệ thống gia tải
• 4.2.7. Thiết bị đo lường và hệ thống thu nhận số liệu
• 4.2.8. Quy trình gia tải
• 4.3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
• 4.3.1. Sự phát triển của vết nứt
• 4.3.2. Ứng xử của liên kết cột-dầm cứng
• 4.3.3. Ứng xử trễ, sự suy giảm cường độ và độ cứng
• 4.3.4. Đánh giá kết cấu dựa trên tính năng
• 4.3.5. Đánh giá mục tiêu tính năng dựa vào kết quả thí nghiệm
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về tác động động đất lên nhà cao tầng bê tông cốt thép

Nghiên cứu về tác động của động đất lên nhà cao tầng bê tông cốt thép tại Việt Nam là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng. Đặc biệt, việc thiết kế kết cấu chịu tải trọng động đất cần phải tuân thủ các tiêu chuẩn hiện hành và áp dụng các phương pháp phân tích chính xác. Các công trình cao tầng thường phải đối mặt với các lực tác động lớn từ động đất, do đó, việc đánh giá ứng xử của chúng dưới tác động này là rất cần thiết. Theo các tiêu chuẩn thiết kế, việc phân tích ứng xử của kết cấu phải được thực hiện dựa trên các phương pháp như phân tích tĩnh phi tuyến và động phi tuyến. Điều này giúp đảm bảo rằng các công trình có thể chịu được các tác động từ động đất mà không gây ra thiệt hại nghiêm trọng. Việc áp dụng các phương pháp này không chỉ giúp tăng cường an toàn công trình mà còn giảm thiểu rủi ro cho người sử dụng.

1.1. Tình hình động đất tại Việt Nam

Việt Nam nằm trong khu vực có nguy cơ động đất cao, đặc biệt là ở các tỉnh miền Bắc và miền Trung. Các nghiên cứu cho thấy rằng, trong những năm qua, nhiều trận động đất đã xảy ra, gây ra thiệt hại lớn cho các công trình xây dựng. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các phương pháp thiết kế kháng chấn là rất cần thiết. Các tiêu chuẩn hiện hành như TCVN 9386 đã được ban hành nhằm hướng dẫn thiết kế các công trình chịu tải trọng động đất. Tuy nhiên, việc áp dụng các tiêu chuẩn này vẫn còn nhiều thách thức, đặc biệt là đối với các công trình có kết cấu phức tạp như nhà cao tầng. Việc lựa chọn sóng động đất đầu vào và xác định các thông số thiết kế phù hợp với điều kiện địa chất tại từng khu vực là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác trong phân tích và thiết kế.

1.2. Phương pháp thiết kế kháng chấn

Phương pháp thiết kế kháng chấn dựa theo tính năng (PBSD) đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là ở Mỹ. Phương pháp này cho phép các kỹ sư thiết kế các công trình có khả năng chịu đựng tốt hơn trước các tác động của động đất. Việc áp dụng phương pháp này giúp xác định các mục tiêu tính năng cho từng công trình, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế phù hợp. Các nghiên cứu cho thấy rằng, việc sử dụng phương pháp PBSD không chỉ giúp tăng cường an toàn công trình mà còn tiết kiệm chi phí xây dựng. Tuy nhiên, việc thực hiện phân tích động phi tuyến và lựa chọn sóng động đất đầu vào vẫn là những thách thức lớn đối với các kỹ sư tại Việt Nam. Do đó, cần có sự đầu tư vào công nghệ và đào tạo nhân lực để nâng cao khả năng áp dụng các phương pháp này trong thực tiễn.

II. Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm kết cấu nhà cao tầng

Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về kết cấu nhà cao tầng có tầng cứng là một phần quan trọng trong việc đánh giá ứng xử của công trình dưới tác động của động đất. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, việc áp dụng các phương pháp phân tích phi tuyến giúp đánh giá chính xác hơn về khả năng chịu lực của kết cấu. Đặc biệt, việc mô hình hóa các yếu tố như độ cứng và vị trí của tầng cứng trong kết cấu có ảnh hưởng lớn đến ứng xử của công trình. Các thí nghiệm mô hình cũng đã được thực hiện để kiểm chứng các lý thuyết và phương pháp thiết kế. Kết quả từ các thí nghiệm này không chỉ cung cấp thông tin quý giá cho việc thiết kế mà còn giúp cải thiện các tiêu chuẩn hiện hành. Việc kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm sẽ tạo ra một nền tảng vững chắc cho việc phát triển các giải pháp thiết kế hiệu quả hơn trong tương lai.

2.1. Nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu lý thuyết về tác động của động đất lên nhà cao tầng thường tập trung vào việc phân tích ứng xử của kết cấu dưới các tải trọng động đất khác nhau. Các mô hình lý thuyết được phát triển nhằm mô phỏng các hiện tượng vật lý xảy ra trong kết cấu khi chịu tác động của động đất. Việc áp dụng các phương pháp phân tích phi tuyến giúp đánh giá chính xác hơn về khả năng chịu lực của kết cấu, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế phù hợp. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc xác định các thông số thiết kế như hệ số ứng xử và độ cứng của kết cấu là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác trong phân tích. Những nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn tại Việt Nam.

2.2. Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm về kết cấu nhà cao tầng có tầng cứng thường được thực hiện thông qua các thí nghiệm mô hình. Các thí nghiệm này giúp kiểm chứng các lý thuyết và phương pháp thiết kế đã được phát triển. Kết quả từ các thí nghiệm không chỉ cung cấp thông tin quý giá cho việc thiết kế mà còn giúp cải thiện các tiêu chuẩn hiện hành. Việc thực hiện các thí nghiệm mô hình cũng giúp các kỹ sư hiểu rõ hơn về ứng xử của kết cấu dưới tác động của động đất. Các thí nghiệm này thường được thực hiện trong các phòng thí nghiệm chuyên dụng với các thiết bị hiện đại, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Kết quả từ các thí nghiệm này sẽ là cơ sở để phát triển các giải pháp thiết kế hiệu quả hơn trong tương lai.