Luận Văn Thạc Sĩ: Phân Tích Ảnh Hưởng Mô Hình Phi Tuyến Vật Liệu Khung Bê Tông Cốt Thép Chịu Động Đất

• Tác giả: Dương Minh Tuấn
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hồng An
• Trường học: Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
• Đề tài: Phân Tích Ảnh Hưởng Mô Hình Phi Tuyến Vật Liệu Khung Bê Tông Cốt Thép Chịu Động Đất
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tổng quan
• 1.2. Giới thiệu chung
• 1.3. Những nghiên cứu về phân tích phi tuyến
• 2. MÔ HÌNH VÀ DỮ LIỆU TÍNH TOÁN
• 2.1. Khái quát mô hình phi tuyến của thép
• 2.1.1. Mô hình trễ đàn dẻo lý tưởng
• 2.1.2. Mô hình trễ hai đoạn thang tăng cứng (mô hình song tuyến tính)
• 2.1.3. Mô hình trễ Clough và Jonson
• 2.1.4. Mô hình trễ tam tuyến tính - Mô hình Takeda
• 2.2. Mô hình phi tuyến bê tông
• 2.2.1. Cường độ chịu nén của bê tông
• 2.2.2. Cường độ chịu kéo của bê tông
• 2.2.3. Mô hình Mander về quan hệ ứng suất - biến dạng bê tông bị ép
• 2.2.4. Cường độ bê tông bị ép ngang
• 2.2.5. Độ dẻo bê tông
• 2.3. Giới thiệu mô hình khung bê tông cốt thép
• 2.4. Chu kỳ dao động của khung
• 2.5. Số dạng tham gia dao động được xét trong tính toán
• 2.6. Gia tốc động đất trong phân tích
• 3. PHƯƠNG PHÁP MPA, NL-RHA VÀ MÔ HÌNH PHI TUYẾN VẬT LIỆU TRONG TÍNH TOÁN
• 3.1. Phương pháp MPA
• 3.2. Phương pháp NL-RHA
• 3.3. Phương pháp IDA (Increment Dynamic Analysis)
• 3.4. Độ phân tán của IDA và đường cong đẩy dần (Pushover)
• 3.5. Mô hình phi tuyến vật liệu
• 3.5.1. Mô hình song tuyến tính của thép (bilinear steel model)
• 3.5.2. Mô hình phi tuyến vật liệu tam tuyến tính của bê tông
• 3.5.3. Mô hình phi tuyến vật liệu bê tông của Mander
• 3.5.4. Kiểm chứng kết quả của phương pháp NL-RHA
• 4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
• 4.1. Đánh giá kết quả giữa phương pháp tĩnh SPA và IDA
• 4.2. Đánh giá kết quả của phương pháp tĩnh SPA, MPA và NL-RHA
• 4.2.1. Chuyển vị đỉnh mái
• 5. KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG

I. Mô hình phi tuyến và ứng dụng trong kết cấu bê tông cốt thép

Mô hình phi tuyến đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích và thiết kế kết cấu bê tông cốt thép chịu tải trọng động đất. Các mô hình này mô tả hành vi phi tuyến của vật liệu dưới tác động của lực, bao gồm cả giai đoạn đàn hồi và không đàn hồi. Vật liệu khung bê tông cốt thép được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo khả năng chịu lực và độ bền khi chịu tải trọng động đất. Các mô hình như mô hình trễ đàn dẻo lý tưởng, mô hình song tuyến tính, và mô hình Takeda được sử dụng để mô phỏng hành vi của thép và bê tông. Những mô hình này giúp dự đoán chính xác hơn phản ứng của kết cấu trong điều kiện thực tế.

1.1. Mô hình phi tuyến của thép

Mô hình phi tuyến của thép bao gồm các mô hình trễ như mô hình song tuyến tính và mô hình Clough-Johnson. Các mô hình này mô tả mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của thép dưới tác động của tải trọng lặp. Mô hình song tuyến tính đơn giản hóa hành vi của thép bằng cách chia thành hai giai đoạn: đàn hồi và dẻo. Mô hình Clough-Johnson phức tạp hơn, mô tả sự tăng cứng của thép sau khi chảy dẻo. Những mô hình này giúp dự đoán chính xác hơn phản ứng của kết cấu thép trong điều kiện động đất.

1.2. Mô hình phi tuyến của bê tông

Mô hình phi tuyến của bê tông được nghiên cứu để mô tả hành vi của bê tông dưới tác động của tải trọng động đất. Mô hình Mander là một trong những mô hình phổ biến, mô tả mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của bê tông bị ép ngang. Mô hình này xem xét ảnh hưởng của lõi bê tông và cốt thép đối với cường độ chịu nén của bê tông. Mô hình tam tuyến tính cũng được sử dụng để mô tả hành vi của bê tông trong các giai đoạn khác nhau, từ đàn hồi đến phá hủy.

II. Phân tích ảnh hưởng của động đất lên kết cấu bê tông cốt thép

Phân tích ảnh hưởng của động đất lên kết cấu bê tông cốt thép là một phần quan trọng trong thiết kế công trình. Các phương pháp như phân tích tĩnh phi tuyến (SPA) và phân tích động lực học phi tuyến (NL-RHA) được sử dụng để đánh giá phản ứng của kết cấu dưới tác động của tải trọng động đất. Phương pháp SPA đơn giản hóa quá trình tính toán bằng cách sử dụng tải trọng tĩnh phân bố theo chiều cao công trình. Phương pháp NL-RHA chính xác hơn, mô phỏng phản ứng của kết cấu theo thời gian dưới tác động của gia tốc động đất.

2.1. Phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến SPA

Phương pháp SPA được sử dụng để đánh giá phản ứng của kết cấu dưới tác động của tải trọng động đất. Phương pháp này giả định rằng phản ứng của kết cấu được kiểm soát bởi một dạng dao động duy nhất. Tải trọng tĩnh được phân bố theo chiều cao công trình và tăng dần cho đến khi đạt được chuyển vị mục tiêu. Phương pháp SPA đơn giản và dễ áp dụng, nhưng có thể không chính xác đối với các công trình cao tầng, nơi các dạng dao động cao hơn có ảnh hưởng đáng kể.

2.2. Phương pháp phân tích động lực học phi tuyến NL RHA

Phương pháp NL-RHA là phương pháp chính xác nhất để đánh giá phản ứng của kết cấu dưới tác động của động đất. Phương pháp này mô phỏng phản ứng của kết cấu theo thời gian dưới tác động của gia tốc động đất. NL-RHA xem xét cả hành vi phi tuyến của vật liệu và sự thay đổi của dạng dao động trong quá trình động đất. Mặc dù chính xác, phương pháp này đòi hỏi nhiều tài nguyên tính toán và thời gian thực hiện.

III. Ứng dụng và giá trị thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu về phân tích ảnh hưởng mô hình phi tuyến vật liệu khung bê tông cốt thép chịu động đất có giá trị thực tiễn cao trong lĩnh vực xây dựng. Các kết quả nghiên cứu giúp cải thiện độ chính xác của các phương pháp phân tích kết cấu, từ đó nâng cao khả năng chịu lực và độ bền của công trình dưới tác động của động đất. Phương pháp SPA và MPA được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế công trình cao tầng, giúp đơn giản hóa quá trình tính toán mà vẫn đảm bảo độ chính xác. Phương pháp NL-RHA được sử dụng trong các công trình đặc biệt quan trọng, nơi yêu cầu độ chính xác cao.

3.1. Ứng dụng trong thiết kế công trình cao tầng

Các phương pháp phân tích như SPA và MPA được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế công trình cao tầng. Những phương pháp này giúp đơn giản hóa quá trình tính toán mà vẫn đảm bảo độ chính xác trong việc đánh giá phản ứng của kết cấu dưới tác động của động đất. Phương pháp MPA đặc biệt hiệu quả trong việc xem xét ảnh hưởng của các dạng dao động cao hơn, giúp cải thiện độ chính xác của kết quả phân tích.

3.2. Giá trị thực tiễn trong đánh giá an toàn công trình

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong việc đánh giá an toàn của các công trình dưới tác động của động đất. Các kết quả nghiên cứu giúp dự đoán chính xác hơn khả năng chịu lực và độ bền của kết cấu, từ đó giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản khi động đất xảy ra. Phương pháp NL-RHA được sử dụng trong các công trình đặc biệt quan trọng, nơi yêu cầu độ chính xác cao trong việc đánh giá phản ứng của kết cấu.