Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng phân tích ảnh hưởng mô hình phi tuyến vật liệu của khung bê tông cốt thép chịu động đất

Luận văn thạc sĩ phân tích mô hình phi tuyến vật liệu khung bê tông cốt thép chịu động đất, cung cấp giải pháp tối ưu cho thiết kế công trình.

• 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

Mục lục chi tiết

• 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

Tóm tắt

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.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Bê tông cốt thép là vật liệu chủ đạo trong xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp, đặc biệt trong các công trình cao tầng như văn phòng, chung cư và khách sạn. Tại Việt Nam, các trận động đất như Lai Châu năm 1983 (M=6,7), Điện Biên Phủ năm 2001 (M=5,3) đã gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản, với hàng nghìn ngôi nhà bị hư hại hoặc phải xây dựng lại. Trên thế giới, các trận động đất như Northridge (Mỹ, 1994), Kobe (Nhật Bản, 1995), Sichuan (Trung Quốc, 2008) và Haiti (2010) cũng đã gây thiệt hại lớn về người và kinh tế, minh chứng cho tầm quan trọng của việc đánh giá khả năng chịu lực và kháng chấn của công trình.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích và đánh giá ảnh hưởng của các mô hình phi tuyến vật liệu trong phân tích tĩnh phi tuyến (SPA) và phương pháp phân tích modal pushover (MPA) đối với khung bê tông cốt thép chịu động đất. Nghiên cứu tập trung vào việc so sánh độ chính xác của các phương pháp này với phương pháp phân tích phản ứng phi tuyến theo miền thời gian (NL-RHA) – phương pháp chính xác nhất hiện nay. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các khung bê tông cốt thép 6, 12 và 20 tầng, được thiết kế theo tiêu chuẩn UBC-97 và ACI 318-95, đặt tại khu vực Los Angeles, California, chịu tác động của 10 trận động đất với xác suất 10% trong 50 năm.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy của các phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến, giúp thiết kế công trình chịu động đất hiệu quả hơn, giảm thiểu thiệt hại và tăng cường an toàn cho các công trình cao tầng trong điều kiện thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Phân tích phi tuyến theo miền thời gian (NL-RHA): Đây là phương pháp phân tích chính xác nhất, mô phỏng phản ứng không đàn hồi của kết cấu dưới tác động động đất, sử dụng các thuật toán số như phương pháp Newmark và Newton-Raphson để giải phương trình chuyển động phi tuyến.

• Phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến (SPA) và Modal Pushover Analysis (MPA): SPA chỉ xét dạng dao động cơ bản, trong khi MPA mở rộng bằng cách xét đến sự đóng góp của các dạng dao động bậc cao, giúp cải thiện độ chính xác trong dự đoán phản ứng kết cấu.

• Mô hình phi tuyến vật liệu: Bao gồm mô hình trễ đàn dẻo lý tưởng, mô hình trễ hai đoạn thang tăng cứng (song tuyến tính), mô hình trễ Clough và Johnson, mô hình trễ tam tuyến tính Takeda cho thép và bê tông. Mô hình Mander được sử dụng để mô phỏng quan hệ ứng suất-biến dạng bê tông bị ép ngang, phản ánh chính xác độ dẻo và khả năng chịu lực của bê tông cốt thép.

Các khái niệm chính bao gồm: chu kỳ dao động, hệ số cản Rayleigh, độ dẻo vật liệu, chuyển vị mái, độ trôi tầng, và các dạng dao động tự nhiên của hệ kết cấu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu sử dụng là các mô hình khung bê tông cốt thép thực tế gồm 6, 12 và 20 tầng, thiết kế theo tiêu chuẩn UBC-97 và ACI 318-95, đặt tại Los Angeles, California. Các khung được mô phỏng với kích thước mặt bằng 21m x 10m, chiều cao tầng 4m, tải trọng tiêu chuẩn và hoạt tải được xác định chi tiết.

Phân tích sử dụng 10 trận động đất với xác suất 10% trong 50 năm (LA10/50), lấy từ bộ dao động động đất ghi nhận thực tế tại khu vực nghiên cứu. Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích phản ứng phi tuyến theo miền thời gian (NL-RHA) làm chuẩn so sánh.
• Phân tích tĩnh phi tuyến SPA và MPA để đánh giá độ chính xác và ảnh hưởng của mô hình phi tuyến vật liệu.
• Giải bài toán riêng để xác định chu kỳ dao động và khối lượng hiệu dụng tham gia dao động.
• Sử dụng phần mềm Zues NL V1.9 để mô phỏng và tính toán.

Cỡ mẫu gồm ba hệ khung với số tầng khác nhau, mỗi hệ chịu tác động của 10 trận động đất, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả. Phân tích tập trung vào các chỉ số chuyển vị mái, độ trôi tầng trung bình và lớn nhất, so sánh giữa các phương pháp và mô hình vật liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ chính xác của phương pháp SPA so với IDA: Kết quả cho thấy phương pháp SPA có sai số trong khoảng 5-24% so với phương pháp chính xác IDA, với sai số nhỏ hơn 5% ở các khung thấp tầng (3-6 tầng) và tăng lên đến 24% ở các khung cao tầng (9-18 tầng). Điều này cho thấy SPA phù hợp với công trình thấp tầng nhưng hạn chế khi áp dụng cho công trình cao tầng.

2. So sánh SPA, MPA và NL-RHA: Phương pháp MPA cho kết quả gần với NL-RHA hơn SPA, đặc biệt ở các khung cao tầng. Ví dụ, tỷ số chuyển vị tầng trung bình so với NL-RHA của MPA thấp hơn SPA khoảng 10-15% ở khung 12 và 20 tầng. Độ trôi tầng trung bình và lớn nhất cũng được MPA dự đoán chính xác hơn, với sai số dưới 10% so với NL-RHA.

3. Ảnh hưởng của mô hình phi tuyến vật liệu: Mô hình phi tuyến tam tuyến tính và mô hình Mander cho kết quả khác biệt rõ rệt. Mô hình Mander phản ánh tốt hơn độ dẻo và khả năng chịu lực của bê tông cốt thép, giúp dự đoán chuyển vị và độ trôi tầng chính xác hơn. Ví dụ, chuyển vị mái trung bình của khung 20 tầng với mô hình Mander thấp hơn khoảng 8% so với mô hình tam tuyến tính.

4. Ảnh hưởng của số dạng dao động: Ba dạng dao động đầu tiên chiếm hơn 90% tổng khối lượng hiệu dụng tham gia dao động, do đó xét đến ba dạng dao động này là đủ để mô phỏng phản ứng động đất với độ chính xác cao. Việc bỏ qua các dạng dao động bậc cao làm giảm độ chính xác, đặc biệt với khung cao tầng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự khác biệt giữa các phương pháp là do SPA chỉ xét dạng dao động cơ bản, không tính đến ảnh hưởng của các dạng dao động bậc cao, trong khi MPA có thể kết hợp các dạng dao động này, giúp mô phỏng phản ứng thực tế của kết cấu tốt hơn. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế và trong nước, cho thấy phương pháp MPA là lựa chọn tối ưu cho phân tích kháng chấn công trình cao tầng.

Mô hình phi tuyến vật liệu Mander được đánh giá cao nhờ khả năng mô phỏng chính xác quan hệ ứng suất-biến dạng của bê tông bị ép ngang, tăng độ dẻo và khả năng chịu lực của kết cấu. Việc lựa chọn mô hình vật liệu phù hợp là yếu tố then chốt để nâng cao độ chính xác của phân tích phi tuyến.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh chuyển vị mái, độ trôi tầng giữa các phương pháp và mô hình vật liệu, cũng như bảng số liệu sai số tương đối, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả và hạn chế của từng phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp MPA trong thiết kế công trình cao tầng: Để nâng cao độ chính xác trong dự đoán phản ứng động đất, các kỹ sư nên ưu tiên sử dụng phương pháp MPA thay vì SPA, đặc biệt với công trình từ 9 tầng trở lên. Thời gian áp dụng: ngay trong các dự án thiết kế hiện tại và tương lai.

2. Sử dụng mô hình phi tuyến vật liệu Mander: Mô hình này nên được tích hợp trong phần mềm phân tích kết cấu để mô phỏng chính xác hơn phản ứng của bê tông cốt thép dưới tải trọng động đất. Chủ thể thực hiện: các nhà nghiên cứu và phần mềm kỹ thuật xây dựng.

3. Xét đến ít nhất ba dạng dao động tự nhiên trong phân tích: Việc này giúp đảm bảo độ chính xác của kết quả mà không làm tăng quá nhiều khối lượng tính toán. Thời gian thực hiện: áp dụng trong quy trình phân tích động đất hiện hành.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho kỹ sư thiết kế: Tổ chức các khóa đào tạo về phân tích phi tuyến và mô hình vật liệu để kỹ sư nắm vững kiến thức, áp dụng đúng phương pháp trong thực tế. Chủ thể thực hiện: các trường đại học, viện nghiên cứu và các tổ chức đào tạo chuyên ngành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp phân tích chính xác để thiết kế công trình chịu động đất, giúp nâng cao an toàn và hiệu quả kinh tế.

2. Nhà nghiên cứu và giảng viên chuyên ngành xây dựng: Tài liệu chi tiết về mô hình phi tuyến vật liệu và phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến, phục vụ cho nghiên cứu và giảng dạy nâng cao.

3. Cơ quan quản lý xây dựng và quy hoạch: Tham khảo để xây dựng tiêu chuẩn, quy định thiết kế công trình chịu động đất phù hợp với điều kiện thực tế và tiến bộ khoa học kỹ thuật.

4. Nhà phát triển phần mềm kỹ thuật xây dựng: Cung cấp dữ liệu và mô hình để tích hợp vào phần mềm phân tích kết cấu, nâng cao tính ứng dụng và độ chính xác của công cụ tính toán.

Câu hỏi thường gặp

1. Phân tích tĩnh phi tuyến SPA và MPA khác nhau như thế nào?
   SPA chỉ xét dạng dao động cơ bản, trong khi MPA xét thêm các dạng dao động bậc cao, giúp dự đoán phản ứng kết cấu chính xác hơn, đặc biệt với công trình cao tầng.

2. Tại sao cần sử dụng mô hình phi tuyến vật liệu trong phân tích kết cấu?
   Mô hình phi tuyến phản ánh chính xác quan hệ ứng suất-biến dạng thực tế của vật liệu, giúp dự đoán khả năng chịu lực và độ dẻo của kết cấu dưới tải trọng động đất.

3. Phương pháp NL-RHA có ưu điểm gì so với SPA và MPA?
   NL-RHA là phương pháp chính xác nhất, mô phỏng phản ứng phi tuyến theo thời gian thực, nhưng tốn nhiều tài nguyên tính toán và phức tạp, khó áp dụng trong thiết kế hàng ngày.

4. Số dạng dao động nào cần xét trong phân tích động đất?
   Ba dạng dao động đầu tiên chiếm hơn 90% khối lượng hiệu dụng, đủ để mô phỏng phản ứng động đất với độ chính xác cao, giảm thiểu khối lượng tính toán.

5. Mô hình Mander có điểm mạnh gì?
   Mô hình Mander mô phỏng chính xác quan hệ ứng suất-biến dạng bê tông bị ép ngang, tăng độ dẻo và khả năng chịu lực, phù hợp cho phân tích phi tuyến kết cấu bê tông cốt thép.

Kết luận

• Phương pháp MPA cho kết quả dự đoán phản ứng động đất chính xác hơn SPA, đặc biệt với công trình cao tầng.
• Mô hình phi tuyến vật liệu Mander phản ánh tốt hơn đặc tính vật liệu bê tông cốt thép, nâng cao độ tin cậy của phân tích.
• Ba dạng dao động đầu tiên chiếm phần lớn khối lượng hiệu dụng, đủ để mô phỏng phản ứng động đất với độ chính xác chấp nhận được.
• Kết quả nghiên cứu hỗ trợ thiết kế công trình chịu động đất an toàn, hiệu quả và phù hợp với thực tế.
• Đề xuất áp dụng MPA và mô hình Mander trong thiết kế, đồng thời nâng cao đào tạo kỹ sư và phát triển phần mềm hỗ trợ.

Next steps: Triển khai áp dụng phương pháp MPA và mô hình Mander trong các dự án thiết kế thực tế, đồng thời mở rộng nghiên cứu với các loại kết cấu và điều kiện địa chấn khác.

Các kỹ sư và nhà nghiên cứu nên cập nhật kiến thức và công nghệ phân tích phi tuyến để nâng cao chất lượng thiết kế và đảm bảo an toàn công trình trong điều kiện động đất ngày càng phức tạp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHÔ HỎ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA DUONG MINH TUẦN Chuyén nganh : XAY DUNG CONG TRINH DAN DUNG VA CONG NGHIEP Mã số ngành : 60 58 20 LUẬN VAN THẠC SĨ TP. HO CHI MINH, tháng 01 năm 2013 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA —DHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa hoc:TS. Nguyễn Hong An Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Ngô Hữu Cường Cán bộ cham nhận xét 2: Lê Văn Phước Nhân Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tai Trường Dai hoc Bách Khoa, DHQG Tp.

HCM ngày 28 tháng 01 năm 2013. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học ham, học vi của Hội đồng cham bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1.TS Nguyễn Văn Yên 2.Nguyễn Hồng Ấn 3.Ngô Hữu Cường 4. Lê Văn Phước Nhân 5. Hồ Hữu Chỉnh Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA KY THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HOA XÃ HOI CHỦ NGHIA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Tnnnnnnnnnnnng -—-0Oo--- NHIEM VỤ LUẬN VAN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Dương Minh Tuấn MSHV: 10210265 Ngày, thang, năm sinh: 29/08/1986 Noi sinh: Hau Giang Chuyên ngành: Xây dựng công trình Dân Dung và Công Nghiệp MS:605820 LTEN DE TÀI: PHAN TÍCH ANH HUONG MÔ HÌNH PHI TUYẾN VAT LIEU CUA KHUNG BE TONG COT THÉP CHIU ĐỘNG DAT. NHIEM VU VA NOI DUNG: - - Đánh giá tinh chính xác cua phương pháp phân tích tinh SPA va phương pháp chính xác IDA. - Banh giá độ chính xác của các phương pháp phân tích tinh phi tuyến SPA và MPA dựa trên kết quả chính xác từ phân tích NL-RHA. - _ Đánh giá ảnh hưởng của từng mô hình phi tuyến vật liệu đối với phương pháp SPA và MPA dựa trên kết quả từ phân tích NL-RHA.

NGÀY GIAO NHIEM VU: 06/02/2012 II.NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VU: 30/11/2012 IV. HO VÀ TÊN CAN BỘ HƯỚNG DAN: TS. Nguyễn HongAn Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. năm 2013 CÁN BỘ HƯỚNG DAN BAN QUAN LÝ CHUYEN NGÀNH TS.

NGUYEN HONG AN TRUONG KHOA KY THUAT XAY DUNG LOI CAM ON Học viên chan thành gửi lời cảm ơn đến TS. Nguyễn Hồng An, người Thay đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt nhiều kiến thức quý báo về chuyên môn và thực tế trong quá trình học viên thực hiện luận văn tốt nghiệp. Học viên xin chân thành cảm ơn các Thay, Cô đã giảng day lớp Cao học Xây dựng dân dụng và công nghiệp khóa học 2010-2012. Các thầy và Cô đã truyền đạt những kiến thức hết sức quý giá, là nền tang vững chắc dé học viên có thé hoàn thành luận văn này.

Tiếp theo, học viên gửi lời cảm ơn đến các tác giả đã nghiên cứu, công bố và cung cấp các tài liệu có liên quan đến đẻ tài luận văn để học viên tham khảo trong quá trình thực hiện đề tải. Cuối cùng xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến cha, mẹ và anh chị đã luôn quan tâm chăm sóc và động viên học viên. Chân thành cảm ơn các bạn học viên Cao học Xây Dựng đã khích lệ tinh than dé học viên theo đuôi và hoàn thành tốt khóa học. Xin chân thành cám ơn! Thành pho Hồ Chi Minh, tháng 01 năm 2013 Học viên DƯƠNG MINH TUẦN MỤC LỤC 05/09) .2 Gidi thiGu CHUNG.3 Những nghiên cứu về phân tích phi tuy6n.

wc cece cseseeeeetseeeeeeeeeee 3 1.4 Tình hình nghiên cứu ngoài nue .5 Tình hình nghiên cứu trong ƯỚC.6 Mục tiêu luận văn.2 Phân tích tĩnh phi tuyến cho hệ không dan hồi .3 Phương pháp MPA (Modal Pushover AnaÌySIS).4 Phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến SPA.5 Các mô hình trễ trong phân tích phi tuyến vật liệu.1 Khái quát mô hình phi tuyến của thép .1 Mô hình trễ đàn dẽo lý tưởng.----¿- 5 555522 SzS*S* SE EErverrrrrrrrrreo 18 2.2 Mô hình trễ hai đoạn thang tăng cứng (mô hình song tuyến tính).3 Mô hình trễ Clough va Jonson .4 Mô hình trễ tam tuyến tinh - Mô hình Takeda.2 Mô hình phi tuyến bê tông.---- - - 2 E55 E+EEEEESE£E£EEEEEEEEEEEEEEE 3E ree 22 2.1 Cường độ chịu nén của bê tông .2 Cường độ chịu kéo của bê tông.3 Mô hình Mander về quan hệ ứng suất - biến dạng bê tông bị ép 2.5 Cường độ bê tông bi ép ngang .6 Độ dẻo bê tông. 28 MÔ HINH VÀ DU LIEU TINH TOÁN.1 Giới thiệu mô hình khung bê tông cốt thép.2 Chu kỳ dao động của khung.3 Số dạng tham gia dao động được xét trong tính toán .4 Gia tốc động đất trong phân tích .----- ¿2+ 2 +s+E+S££*+E+E£E£EeErerkerererrerered 39 eo:i09)1612 125 43 PHƯƠNG PHÁP MPA, NL-RHA VÀ MO HINH PHI TUYẾN VAT LIEU TRONG TÍNH TOAN.1 Phương pháp MP AÁ.2 Phương pháp NL-RHA.3 Phương pháp IDA (Increment Dynamic AnaÌyS1S).4 Độ phân tán của IDA và đường cong đây dan ( Pushover) .5 Mô hình phi tuyến vật liệu .1 Mô hình song tuyến tính của thép (bilinear steel model) .2 Mô hình phi tuyến vật liệu tam tuyến tính của bê tông .3 Mô hình phi tuyến vật liệu bê tông của Mander.4 Kiếm chứng kết quả của phương pháp NL-RHA .------5- - 2 255552 51 CHUONG V oiececcccccccccscscccscscscscscscscscsscscscscsvsvescsessscsssscsesssssesscsessssssssssescsssseeseseeseess 54 KET QUA TINH TOAN.1 Đánh giá kết quả giữa phương pháp tinh SPA va IDA.2 Đánh giá kết quả của phương pháp tinh SPA, MPA va NL-RHA .1 Chuyển vị đỉnh mái .- G090 vn 70 CHƯNG V[.01 11111110 Hy 80 KẾT LUẬN - KIÊN NGHỊ,.- - - + SE SE E128 E 312v ve reesed 80 6.01 11111110 y0 8] DANH MỤC HINH Hình 2.1 Giải thích khái niệm không kết hợp RHA của hệ MDF không đàn hồi.2 Lý tưởng hoá đường cong song tuyến tính .3 Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng của thép CT3 khi chịu kéo.4 Mối quan hệ lực - chuyên vị của thép trong chu trình trễ.5 Mối quan hệ lực - chuyên vị của bê tông cốt thép trong chu trình tré .6 Mối quan hệ lực - chuyên vi của khối xây gạch trong chu trình tré .7 Mối quan hệ lực — chuyển vi trong mô hình đàn dẻo lý tưởng .8 Mô hình song tuyến tính của thép.---- - + 252 552s+c+cs£zezsccee 19 Hình 2.9 Mô hình tré hai đoạn thang của clough và Johnson .10 Mô hình tam tuyến tính của Takeda .11 Quan hệ ứng suất - biến dạng của bê tông.12 Mối quan hệ giữa ứng suất kéo — biến dạng của bê tông .13 Mô hình Mander về quan hệ ứng suất — bién dạng bê tông bị ép ngang 23 Hình 2.14 Diện tích ảnh hưởng của lõi bê tông bi ép ngang .15 Mối quan hệ ty số ép ngang và cường độ bê tông ép ngang .16 Định nghĩa độ dẻo .1 Mặt băng và mặt cat của khung thiết kế.2 Quy tải trọng sàn về dầm .3 Kích thước và tiết diện phần tử khung .4 Ký hiệu dam, cột khung 6, 12 và 20 tang .5 Tiết diện dầm .-- ¿c0 tt tt nh Hee 33 Hình 3.6 Tiết diện COt. 6c ct th nhe 34 Hình 3.7 Ký hiệu phan tử và nút của khung 6, 12, 20 tầng.8 Ba chu kỳ dao động đầu tiên của khung 06, 12, 20 tầng ứng với mô hình ini0mà ¡8ï 0 38 Hình 3.9 Dao động đất nền của 10 trận động đất xác suất 10% trong 50 nam.1 (a) Duong cong Pushover(b) Đường cong hệ SDE.2 Phuong phap IDA 1 .3 Xác định sai số IDA và Pushover .4 Mô hình song tuyến tính của thép.5 Mô hình song tuyến tinh của thép.6 Mô hình phi tuyến vật liệu bê tông của Mander .7 Mô hình kết cau khung kiểm chứng bằng phan mềm ZuesNL V1.8 So sánh kết quả đường cong day dan của khung BTCT ứng với hai mô hình phi tuyến vật liệu tam tuyến tính và Mander với Elnashai .9 So sánh kết quả đường cong đây dân của khung BTCT ứng với hai mô hình phi tuyến vật liệu tam tuyến tính và Mander với Elnashai .1 So sánh kết quả chuyển vị mái — lực cắt đáy của khung 06 tầng của đường cong day dan ở dạng dao động đầu tiên và các điểm chuyển vị của phương pháp IDA ứng với 10 trận động đất được ghi chú của mô hình phi tuyến tam tuyến tính .2 So sánh kết quả chuyển vị mái — lực cắt đáy của khung 06 tầng của đường cong day dan ở dạng dao động đầu tiên và các điểm chuyển vị của phương pháp IDA ứng với 10 trận động đất được ghi chú của mô hình phi tuyến Mander .3 So sánh kết quả chuyển vị mái — lực cắt đáy của khung 12 tầng của đường cong day dan ở dạng dao động đầu tiên và các điểm chuyển vị của phương pháp IDA ứng với 10 trận động đất được ghi chú của mô hình phi tuyến tam tuyến tính .4 So sánh kết quả chuyển vị mái — lực cắt đáy của khung 12 tầng của đường cong day dan ở dạng dao động đầu tiên và các điểm chuyển vị của phương pháp IDA ứng với 10 trận động đất được ghi chú của mô hình phi tuyến Mander.5 So sánh kết quả chuyển vị mái — lực cắt đáy của khung 20 tầng của đường cong day dan ở dạng dao động đầu tiên và các điểm chuyển vị của phương pháp IDA ứng với 10 trận động đất được ghi chú của mô hình phi tuyến tam tuyến tính.6 So sánh kết quả chuyển vị mái — lực cắt đáy của khung 20 tầng của đường cong day dan ở dạng dao động đầu tiên và các điểm chuyển vị của phương pháp IDA ứng với 10 trận động đất được ghi chú của mô hình phi tuyến Mander .7 Đường cong day dần ở dạng dao động dau tiên ứng với chuyển vị mục tiêu được xác định bằng phương pháp tĩnh SPA chịu 10 trận động đất được ghi chú của hệ khung 06,12, 20 tầng ứng với mô hình phi tuyến vật liệu tam tuyến tính và mô hình EU I0 .8 Tập hợp các điểm chuyền vị dinh/chiéu cao nhà (%) được xác định bằng phương pháp tĩnh SPA, MPA, Aspa, Ampa So với giá trị chính xác ANL nHA của hệ khung 06, 12 và 20 tầng chịu 10 trận động đất ứng với mô hình phi tuyến vật liệu tam tuyến tính của bê tONg .9 Tập hợp các điểm chuyền vị dinh/chiéu cao nhà (%) được xác định bằng phương pháp tinh SPA, MPA, AspA.AMpA So với giá trị chính xác ẢNI.nHA của hệ khung 06,12 và 20 tầng chịu 10 trận động đất ứng với mô hình phi tuyến vật liệu bê tông của Mander.10 Chuyển vi tầng trung bình được xác định băng phương pháp SPA, MPA, và NL-RHA của hệ khung 06, 12 và 20 tầng chịu 10 trận động đất ứng với mô hình phi tuyến vật liệu tam tuyến tính.