Khảo sát xác suất phá hoại khung thép phẳng sử dụng giằng chống mất ổn định

Tài liệu nghiên cứu Khảo sát xác suất phá hoại khung thép phẳng sử dụng giằng chống mất ổn định, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Hồ Quí Tri Thức
• Người hướng dẫn: Thầy TS. Lê Trung Kiên
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Xác Suất Phá Hoại Khung Thép Phẳng Sử Dụng Giằng Chống Mất Ổn Định
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Xác Suất Phá Hoại Khung Thép Phẳng

Trong bối cảnh thiết kế kết cấu chịu động đất ngày càng khắt khe, việc nghiên cứu xác suất phá hoại khung thép trở nên cấp thiết. Các quốc gia đã có những cải tiến đáng kể trong thiết kế nhà cao tầng chịu tải trọng động đất. Tuy nhiên, việc thay thế toàn bộ công trình cũ là bất khả thi về kinh tế. Do đó, việc trang bị thêm các hệ thống hạn chế địa chấn là giải pháp tối ưu. Các kỹ thuật này giúp giảm tác động của địa chấn và nâng cao khả năng kháng tải bên, bao gồm giằng ngang, tường chịu cắt, giằng thép hoặc thiết bị giảm xóc. Hầu hết các phương pháp này điều chỉnh tính chất kết cấu ban đầu để cải thiện khả năng chịu địa chấn. Luận văn này tập trung vào hệ khung thép sử dụng giằng chống mất ổn định (BRBFs), một hệ thống phổ biến ở khu vực động đất cao, có phản ứng đối xứng ổn định và dễ mô hình hóa. Giản độ trôi tầng trong hệ thống BRBFs là nguyên nhân tiềm ẩn gây phá hoại công trình.

1.1. Lý Do Nghiên Cứu Xác Suất Phá Hoại Khung Thép

Việc nghiên cứu xác suất phá hoại khung thép giúp đánh giá chính xác hơn mức độ an toàn của công trình hiện hữu và công trình mới xây. Điều này đặc biệt quan trọng khi các tiêu chuẩn thiết kế địa chấn liên tục được cập nhật và nâng cao. Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy kết cấu giúp đưa ra các giải pháp gia cường hoặc thiết kế tối ưu hơn, đảm bảo an toàn cho người sử dụng và giảm thiểu thiệt hại kinh tế.

1.2. Tình Hình Nghiên Cứu Về Khung Thép Giằng Chống Mất Ổn Định

Nghiên cứu của Watanabe và cộng sự (1988) đã thí nghiệm trên 5 mẫu BRB để kiểm tra độ cứng và khả năng chống oằn, kết luận rằng ống thép phải có giới hạn đàn hồi lớn hơn lõi thép (Py > Pe) và tỉ lệ Py/Pe phải lớn hơn 1.5 để ngăn chặn mất ổn định. Clark và cộng sự (2000) thực hiện phân tích phi tuyến khung sử dụng giằng BRBs, cho thấy hệ thống BRBF có giới hạn đàn hồi thấp nhưng độ cứng cao hơn SMRF, và trọng lượng thép sử dụng chỉ bằng 0.51 lần so với SMRM. Sabelli và cộng sự (2003) nghiên cứu các tòa nhà 3 nhịp và 6 tầng, sử dụng phân tích động phi tuyến để định lượng tác động của địa chấn, cho thấy độ trôi tầng lớn nhất không tăng khi hệ số R tăng từ R=6 lên R=8.

II. Thách Thức Phân Tích Độ Tin Cậy Khung Thép Chịu Động Đất

Việc phân tích độ tin cậy khung thép chịu động đất là một bài toán phức tạp do sự không chắc chắn trong tải trọng động đất, đặc tính vật liệu và mô hình hóa kết cấu. Các phương pháp truyền thống thường dựa trên các hệ số an toàn, nhưng không thể định lượng chính xác xác suất phá hoại. Do đó, cần có các phương pháp phân tích xác suất để đánh giá rủi ro một cách toàn diện. Một trong những thách thức lớn là mô hình hóa chính xác hành vi phi tuyến của vật liệu thép và các liên kết, đặc biệt là khi có hiện tượng mất ổn định cục bộ hoặc tổng thể. Ngoài ra, việc lựa chọn các tham số ngẫu nhiên phù hợp và xây dựng mô hình hóa độ không chắc chắn cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến kết quả phân tích.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Xác Suất Phá Hoại Khung Thép

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến xác suất phá hoại khung thép, bao gồm cường độ và đặc tính của động đất, tải trọng tác dụng lên khung thép, đặc tính cơ học của vật liệu thép, thiết kế khung thép, và chất lượng thi công. Sự tương tác giữa các yếu tố này tạo ra một bài toán phức tạp, đòi hỏi các phương pháp phân tích tiên tiến để đánh giá chính xác độ tin cậy kết cấu.

2.2. Hạn Chế Của Phương Pháp Phân Tích Truyền Thống

Các phương pháp phân tích truyền thống thường dựa trên các hệ số an toàn, nhưng không thể định lượng chính xác xác suất phá hoại. Chúng thường bỏ qua độ không chắc chắn trong tải trọng và vật liệu, dẫn đến kết quả bảo thủ hoặc không chính xác. Do đó, cần có các phương pháp phân tích xác suất để đánh giá rủi ro một cách toàn diện và đưa ra các quyết định thiết kế hợp lý.

2.3. Vấn Đề Mô Hình Hóa Phi Tuyến Trong Phân Tích Khung Thép

Mô hình hóa chính xác hành vi phi tuyến của vật liệu thép và các liên kết là một thách thức lớn trong phân tích khung thép. Các hiện tượng như chảy dẻo, mất ổn định cục bộ và tổng thể, và sự suy giảm độ cứng do chu kỳ tải lặp đi lặp lại cần được mô hình hóa một cách chính xác để đảm bảo độ tin cậy của kết quả phân tích. Các phần mềm mô phỏng khung thép như OpenSees, ANSYS, SAP2000 cung cấp các công cụ mạnh mẽ để mô hình hóa phi tuyến, nhưng đòi hỏi người dùng có kiến thức chuyên sâu và kinh nghiệm để sử dụng hiệu quả.

III. Phương Pháp Monte Carlo Đánh Giá Xác Suất Phá Hoại Khung Thép

Phương pháp Monte Carlo là một công cụ mạnh mẽ để đánh giá xác suất phá hoại khung thép khi có nhiều yếu tố không chắc chắn. Phương pháp này dựa trên việc mô phỏng ngẫu nhiên các giá trị của các biến ngẫu nhiên (ví dụ: cường độ vật liệu, tải trọng động đất) và thực hiện phân tích kết cấu cho mỗi bộ giá trị. Sau một số lượng lớn các mô phỏng, xác suất phá hoại được ước tính bằng tỷ lệ số lượng các mô phỏng dẫn đến phá hoại so với tổng số mô phỏng. Phương pháp Monte Carlo cho phép đánh giá độ tin cậy kết cấu một cách toàn diện, nhưng đòi hỏi chi phí tính toán lớn, đặc biệt là đối với các bài toán phức tạp.

3.1. Ưu Điểm Của Phương Pháp Monte Carlo Trong Phân Tích

Phương pháp Monte Carlo có nhiều ưu điểm trong phân tích độ tin cậy kết cấu. Nó có thể xử lý các bài toán phức tạp với nhiều biến ngẫu nhiên và các hàm trạng thái giới hạn phi tuyến. Nó cũng cho phép đánh giá ảnh hưởng của từng biến ngẫu nhiên đến xác suất phá hoại thông qua phân tích độ nhạy. Ngoài ra, phương pháp Monte Carlo dễ dàng được song song hóa, giúp giảm thời gian tính toán.

3.2. Các Bước Thực Hiện Phân Tích Monte Carlo Cho Khung Thép

Các bước thực hiện phân tích Monte Carlo cho khung thép bao gồm: (1) Xác định các biến ngẫu nhiên và hàm phân phối xác suất của chúng. (2) Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn của khung thép. (3) Định nghĩa hàm trạng thái giới hạn (ví dụ: chuyển vị vượt quá giới hạn cho phép, ứng suất vượt quá cường độ vật liệu). (4) Tạo ngẫu nhiên các giá trị của các biến ngẫu nhiên theo hàm phân phối xác suất của chúng. (5) Thực hiện phân tích kết cấu cho mỗi bộ giá trị ngẫu nhiên. (6) Đánh giá hàm trạng thái giới hạn. (7) Ước tính xác suất phá hoại dựa trên kết quả của các mô phỏng.

3.3. Ứng Dụng Phần Mềm OpenSees Trong Phân Tích Monte Carlo

OpenSees là một phần mềm mô phỏng khung thép mã nguồn mở mạnh mẽ, có khả năng thực hiện phân tích phi tuyến và phân tích xác suất. OpenSees cung cấp các công cụ để mô hình hóa vật liệu thép, các liên kết và các loại tải trọng khác nhau. Nó cũng hỗ trợ phương pháp Monte Carlo thông qua các script Tcl. Việc sử dụng OpenSees giúp giảm chi phí và tăng tính linh hoạt trong phân tích độ tin cậy kết cấu.

IV. Mô Hình Hóa Khung Thép Phẳng Sử Dụng Giằng Chống Mất Ổn Định

Việc mô hình hóa khung thép phẳng sử dụng giằng chống mất ổn định (BRB) đòi hỏi sự chú ý đặc biệt đến các đặc tính của BRB và sự tương tác giữa BRB và khung. BRB cần được mô hình hóa để thể hiện chính xác khả năng chịu kéo và nén như nhau, cũng như khả năng tiêu tán năng lượng. Các liên kết giữa BRB và khung cũng cần được mô hình hóa để đảm bảo truyền lực chính xác. Phần mềm mô phỏng khung thép như OpenSees cung cấp các phần tử đặc biệt để mô hình hóa BRB và các liên kết.

4.1. Các Loại Phần Tử Mô Hình Hóa Giằng Chống Mất Ổn Định Trong OpenSees

OpenSees cung cấp nhiều loại phần tử để mô hình hóa giằng chống mất ổn định (BRB), bao gồm phần tử sợi (fiber element), phần tử vật liệu (material element) và phần tử phần tử hỗn hợp (mixed element). Phần tử sợi cho phép mô hình hóa chi tiết tiết diện của BRB, trong khi phần tử vật liệu đơn giản hơn và phù hợp cho các phân tích tổng thể. Phần tử hỗn hợp kết hợp ưu điểm của cả hai loại phần tử.

4.2. Thiết Lập Thông Số Vật Liệu Cho Khung Thép Và Giằng BRB

Việc thiết lập thông số vật liệu cho khung thép và giằng BRB là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của kết quả phân tích. Các thông số cần thiết bao gồm mô đun đàn hồi, cường độ chảy, cường độ kéo, và đường cong ứng suất-biến dạng. Các thông số này có thể được lấy từ các thí nghiệm vật liệu hoặc từ các tiêu chuẩn thiết kế.

4.3. Mô Hình Hóa Liên Kết Giữa Giằng BRB Và Khung Thép

Liên kết giữa giằng BRB và khung thép cần được mô hình hóa để đảm bảo truyền lực chính xác. Các loại liên kết phổ biến bao gồm liên kết hàn, liên kết bu lông và liên kết chốt. Mỗi loại liên kết có các đặc tính khác nhau và cần được mô hình hóa phù hợp. OpenSees cung cấp các phần tử liên kết (joint element) để mô hình hóa các loại liên kết khác nhau.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Xác Suất Phá Hoại Khung Thép Sử Dụng BRB

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng giằng chống mất ổn định (BRB) giúp giảm đáng kể xác suất phá hoại khung thép chịu tải trọng động đất. BRB giúp tăng độ cứng và khả năng tiêu tán năng lượng của khung, giảm chuyển vị và ứng suất trong các cấu kiện. Tuy nhiên, hiệu quả của BRB phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm vị trí và số lượng BRB, đặc tính của BRB và đặc tính của động đất. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa việc sử dụng BRB trong thiết kế khung thép.

5.1. So Sánh Xác Suất Phá Hoại Giữa Khung Thép Có Và Không Có BRB

So sánh xác suất phá hoại giữa khung thép có và không có BRB cho thấy BRB giúp giảm đáng kể xác suất phá hoại. Mức giảm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng thường đạt từ 50% đến 90%. Điều này chứng tỏ hiệu quả của BRB trong việc tăng độ tin cậy kết cấu.

5.2. Ảnh Hưởng Của Vị Trí Và Số Lượng Giằng BRB Đến Độ Tin Cậy

Vị trí và số lượng giằng BRB ảnh hưởng đáng kể đến độ tin cậy kết cấu. Việc bố trí BRB ở các vị trí quan trọng, như các tầng dưới cùng hoặc các nhịp biên, thường mang lại hiệu quả cao hơn. Tăng số lượng BRB cũng giúp tăng độ tin cậy, nhưng cần cân nhắc đến chi phí và tính thẩm mỹ.

5.3. Phân Tích Độ Nhạy Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Xác Suất Phá Hoại

Phân tích độ nhạy giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến xác suất phá hoại. Các yếu tố quan trọng thường bao gồm cường độ động đất, cường độ vật liệu thép, và đặc tính của BRB. Kết quả phân tích độ nhạy giúp tập trung nguồn lực vào việc kiểm soát các yếu tố quan trọng nhất, từ đó giảm xác suất phá hoại một cách hiệu quả.

VI. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Về Khung Thép BRB

Nghiên cứu này đã trình bày một phương pháp đánh giá xác suất phá hoại khung thép sử dụng giằng chống mất ổn định (BRB) bằng phương pháp Monte Carlo và phần mềm OpenSees. Kết quả cho thấy BRB là một giải pháp hiệu quả để tăng độ tin cậy kết cấu chịu tải trọng động đất. Tuy nhiên, cần có các nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa việc sử dụng BRB và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố khác, như tải trọng gió, tải trọng thường xuyên và tổ hợp tải trọng. Hướng phát triển nghiên cứu bao gồm việc sử dụng các phương pháp tối ưu hóa thiết kế khung thép và giằng BRB để đạt được độ tin cậy mong muốn với chi phí thấp nhất.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Về Xác Suất Phá Hoại Khung Thép

Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc sử dụng giằng chống mất ổn định (BRB) giúp giảm đáng kể xác suất phá hoại khung thép chịu tải trọng động đất. Phương pháp Monte Carlo và phần mềm OpenSees là các công cụ hiệu quả để đánh giá độ tin cậy kết cấu.

6.2. Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Khung Thép Giằng BRB

Các hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc tối ưu hóa vị trí và số lượng giằng BRB, đánh giá ảnh hưởng của các loại tải trọng khác, và phát triển các phương pháp thiết kế dựa trên độ tin cậy. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng kết quả phân tích và đánh giá hiệu quả của BRB trong thực tế.

6.3. Ứng Dụng Thực Tế Của Nghiên Cứu Trong Thiết Kế Kết Cấu

Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để thiết kế các công trình có độ tin cậy cao hơn, đặc biệt là ở các khu vực có nguy cơ động đất cao. Phương pháp đánh giá xác suất phá hoại có thể được tích hợp vào quy trình thiết kế để đảm bảo an toàn cho người sử dụng và giảm thiểu thiệt hại kinh tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Mô hình công trình. Chương 4: Kết quả nghiên cứu.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị. 7 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lịch sử phát triển BRB. Khái niệm giằng chống oằn (BRBs) lần đầu tiên được phát triển ở Nhật Bản vào những năm 1980. Sau khi trận động đất Nothridge 1993 xảy ra, các hệ thống BRBF đã được sử dụng với tần số ngày càng nhiều và được chấp nhận trong tiêu chuẩn chống động đất cho nhà thép (ANSI/AISC 341-10)[5].

Một trong những dự án xây dựng mới đầu tiên ở Hoa Kỳ sử dụng hệ thống giằng chống oằn là Tòa nhà Khoa học Môi trường trong khuôn viên của Đại học California [2]. Kể từ đó, BRBs đã được sử dụng trong nhiều tòa nhà tại Hoa Kỳ ngoài ra nó còn được ứng dụng xây dựng cầu và các công trình khác. Mặc dù BRBs đã được sử dụng từ sớm những năm 1999, nhưng vào những năm 2005 các qui định về thiết kế hệ thống BRBFs mới được đưa vào tiêu chuẩn ASCE 7- 05 (ASCE 2005) và AISC 341-05 (AISC 2005). Hiện nay BRBs là sản phẩm độc quyền tại Hoa Kỳ và chế tạo chủ yếu bởi 3 nhà sản xuất chính là: CoreBrace (www.com), Nippon Steel (www.com) và Starseismic (www.1 Các loại giằng BRBs chủ yếu hiện nay (NIST No.2 Cấu tạo thanh giằng chống oằn (BRB).

Khung có hệ thống giằng chống oằn là một trọng các loại mới của hệ thống chống động đất được sử dụng trong thiết kế xây dựng hiện đại. Hệ thống chống oằn được đặc trưng bởi việc sử dụng lõi thép có khả năng biến dạng dẻo tái bền ở cả khi chịu nén và kéo. Mặc dù là một hệ thống tương đối mới, BRBFs đã được nhiều nghiên cứu phân tích và thực nhiệm chứng minh khả năng chống động đất mạnh mẽ ([2], [3], [6],[8]). Lõi của thanh giằng chống oằn có khả năng biến dạng dẻo tái bền với đường cong trễ cân bằng (Hình 2.2) bởi Michel Bruneau.

Lực kéo – nén được chống lại bằng một lõi thép hình. Hệ thống kháng oằn được tạo ra bởi lớp vỏ bọc bên ngoài, có thể là thép, bê tông, hoặc composite.2 Biểu đồ quan hệ đường cong trễ căn bằng của BRB Một số khái niệm BRB đã được phát triển bởi các nhà nghiên cứu và các nhà sản xuất. Khái niệm khác nhau về BRB về việc sử dụng đơn hay đa lõi, hay việc sử dụng các vỏ bọc với các vật khác nhau, các biện pháp để ngăn cản ứng suất trong vỏ đã được nghiên cứu một cách toàn diện bởi C.Nakachima [6] cho ta một cái nhìn tổng quan về các khái niệm của các loại giằng BRB trên toàn thế giới. Tại Hoa Kỳ, các giằng BRB được thương mại hóa từ những năm đầu của thập kỷ XX.3 Cấu tạo thanh giằng chống oằn (BRB) bởi David J.Miller Cấu tạo cơ bản của một BRB điển hình gồm 5 thành phần sau (Hình 2.

Vùng cho phép biến dạng dẻo: Vùng này hay còn được gọi là lõi thép, thường được làm bằng thép nhẹ như thép A36 và có một mặt cắt ngang hình chữ nhập hoặc chữ thập. Nó được thiết kế để có thể biến dạng dẻo khi chịu một lực dọc lớn. Đoạn chuyển: Đoạn này là một phần kéo dài của lõi thép. Các mặt cắt ngang của đoạn này được mở rộng để đảm bảo rằng nó luôn nằm trong vùng giới hạn đàn hồi.

Vùng liên kết: Vùng này nằm ở 2 đầu thanh giằng BRB nhằm để liên kết thanh giằng với dầm cột trong khung. Lớp phủ bê tông: bộ phận này thường được làm bằng bê tông hoặc vữa nhằm ngăn sự biến dạng oằn quá mức của lõi thép. Lớp vỏ thép bên ngoài: bộ phận này là lớp bao ngoài cùng của thanh giằng nhằm bao bọc và bảo vệ thanh giằng.4 Các thành phần cơ bản của thanh giằng chống oằn (BRB) bởi Watanabe và cộng sự [1] Ngoài ra một bộ phận quan trọng trong kết cấu chống oằn là bộ phận để liên kết BRB vào hệ thống khung nhà. Hiện nay, liên kết ở đầu BRB thường được sử dụng với 2 loại (Hình 2.7) là liên kết bulong hoặc liên kết chốt.5 Liên kết giằng BRB với hệ thống dầm, cột trong khung bởi Sabelli và cộng sự [3] 2.1 Cơ chế hoạt động.

Hệ thống giằng BRBs được xem là một tập hợp con của hệ thống giằng đồng tâm thông thường (CBFs). BRB được phát triển trên nền tảng CBFs để cải thiện 11 một số tính năng của hệ thống CBF nhằm đáp ứng khả năng năng chịu tải trọng ngang tuần hoàn lớn. Vì thế trước tiên để xem xét ứng xử và khả năng làm việc của BRB ta đi tìm hiểu sơ bộ về phản ứng của CBF khi chịu tải trọng ngang để có một cái nhìn tổng thể và khách quan hơn về khả năng làm việc cũng như hiệu quả của BRBF mang lại.1 Giằng chéo đồng tâm thông thƣờng (CBF) a. Tổng quan về hệ giằng chéo đồng tâm (CBF): Khung có hệ giằng chéo đồng tâm (CBFs) là một lớp của các cấu trúc chống tải ngang qua một giàn đồng tâm thẳng đứng hệ thống, nó được chia làm nhiều các loại giằng khác nhau như (OCBF) hệ thống giằng chéo thông thường và (SCBF) hệ thống giằng chéo đặc biệt.

Nhưng trong nội dung hạn chế của luận văn này bài viết chỉ khái quát chung về hệ thống giằng chéo đồng tâm thông thường chịu tải trọng động đất nhằm có một cái nhìn khách quan hơn về mục đích cũng như kết quả của luận văn. Tương tự như các thanh giằng ngang chịu cắt, các tòa nhà có thể trang bị thêm bằng giằng chéo đồng tâm (Hình 2. Thông thường giằng thép chéo được đưa vào các nhịp của khung nhà để cung cấp thêm khả năng chịu lực cũng như giảm trôi tầng.6 Gia cố hệ giằng chéo trong kết cấu nhà cao tầng Các lực tác động được gây ra bởi tải trong gió hay động đất, được chuyển qua các cột, dầm đến hệ khung giằng, và sau đó truyền cho các giằng chéo, các giằng 12 chéo sẽ biến thành các phần tử chịu kéo – nén giúp chống lại các tác động lực xô ngang. Tuy nhiên các giằng chéo nhanh chóng bị giảm về độ cứng và có thể mất đi khả năng chịu lực khi chịu tải trọng tuần hoàn lớn.

Điều này được thể hiện rõ trong biểu đồ biến dạng khi giằng chịu tải trọng theo chu kỳ (Hình 2.7 Sự mất ổn định trong hệ thống CBF CBFs là hệ thống kết cấu trong mà lực chủ yếu chống lại bởi các biến dạng dọc trục phụ thuộc vào độ cứng của các thanh giằng chéo. Các đường tâm của thanh giằng giao nhau chính giữa dầm và cột tại mỗi kết nối. CBF được thiết kế để biến dạng không đàn hồi và phần còn lại của kết cấu (dầm, cột) về cơ bản vẫn đàn hồi. Hệ giằng CBFs bình thường có biểu đồ trễ bất đối xứng, thanh giằng chéo được thiết kế theo hướng bền kéo và oằn theo hướng nén.

Tuy nhiên CBF bình thường có một độ dẻo hạn chế, ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu các địa chấn lớn. Biểu đồ trễ của CBF được thể hiện ở Hình 2.8 được đưa ra bởi Justin Binder [7].8 Biểu đồ quan hệ lực – chuyển vị của hệ thống giằng chống oằn [7] 13 b. Ứng xử của CBF dƣới tác động của tải dọc trục Các ứng xử của giằng thép thường được biểu diễn theo một tải trọng dọc trục P và một chuyển vị ngang tại đỉnh của giằng và biến dạng tại chính giữa thanh giằng (Hình 2.9) được đưa ra bởi Murat Dicleli và Ertugul Emre Calik [8].9 Phản ứng của CBF khi chịu tải dọc trục [8] Một vòng lặp trễ điển hình của giằng thép được thể hiện ở Hình 2.10 được đưa ra bởi Murat Dicleli và Ertugul Emre Calik [8]. Để nghiên cứu ứng xử tuần hoàn không đàn hồi của giằng thép biểu đồ quan hệ lực – chuyển vị có thể được chia làm 6 khu vực như thể hiện trong Hình 2.

Định nghĩa các khu vực có liên quan chặt chẽ đến việc giải thích các hành vi vật lý của thanh giằng.10 Biểu đồ phân vùng quan hệ lực – chuyển vị [8] Vùng 1, giằng thép chịu tải trọng nén dọc trục trong khoảng tuyến tính đàn hồi. Do sự không hoàn hảo ban đầu trong giằng, momen tạo ra trong giằng dưới áp lực của tải dọc trục thanh giằng bị biến dạng như Hình 2. Tại thời điểm khi momen bằng momen đàn hồi tới hạn của thanh giằng bị mất ổn định (điểm A). Vùng 2, vùng này bị chi phối bởi sự uốn không đàn hồi của thanh giằng chịu momen do tải P gây ra thêm trong giằng, kết quả làm thanh giằng biến dạng lớn hơn.

Điều này dẫn đến sự sụt giảm khả năng chịu tải trọng dọc trục của thanh 14 giằng trong đoạn A-B. Vùng này được đặc trưng bởi chuyển vị ngang và độ võng tại giữa thanh rất lớn. Vùng 3, tương ứng với giai đoạn dỡ tải độ dốc của đoạn này nhỏ hơn nhiều so với độc dốc đoạn 1 do biến dạng võng tồn tại ở giữa thanh giằng. Vùng 4, là giai đoạn các thanh giằng chuyển sang trạng thái chịu kéo và ứng suất trong thanh giằng tăng lên một lần nữa cho đến khi bằng momen đàn hồi tới hạn của thanh giằng (tại điểm E).

Nếu lực kéo được gỡ bỏ tại thời điểm này, ta sẽ nhận thấy thanh giằng sẽ dài hơn chiều dài ban đầu. Lúc này, về cơ bản momen uốn trong thanh giằng là bằng 0. Đoạn 5a, là giai đoạn tiếp tục gia tải kéo cho thanh giằng. Lúc này thanh giằng chuyển sang giai đoạn biến dạng không đàn hồi.

Đoạn 5, là giai đoạn dỡ tải đàn hồi F-G. Lực kéo trong thanh giằng được giảm dần về 0 và kết khúc chu kỳ đầu tiên. Đoạn 6, là đoạn bắt đầu chu kỳ thứ 2, thanh giằng bị gia tải nén dọc trục và oằn tại điểm H. Tuy nhiên tải oằn này nhỏ hơn nhiều so với tải oằn tại điểm A do hiệu ứng Bauschinge.

Điều này làm giảm đáng kể khả năng chịu lực của thanh giằng và có thể dẫn đến phá hoại khi chịu một tải trọng tuần hoàn lớn. Đây cũng là nhược điểm lớn nhất của hệ giằng thép thông thường khi chịu tải trọng địa chấn.2 Giằng chống oằn (BRB) Để cải thiện độ dẻo và khả năng chịu tải trọng tuần hoàn của khung có giằng chéo đồng tâm (CBF), một hệ thống chống oằn được phát triển. Thông thường thanh giằng được tạo thành từ một lõi thép được kiềm chế chống lại oằn bởi một vật liệu bao phủ bên ngoài lõi thép, do đó khả năng chịu lực của lõi thép trong cả hai trường hợp nén và kéo đều được điều chỉnh bởi kích thước mặt cắt ngang lõi thép.