Luận Văn Thạc Sĩ Về Phân Tích Tĩnh Phi Tuyến Vật Liệu Khung Bê Tông Cốt Thép Có Tường Chèn

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật xây dựng phân tích tĩnh phi tuyến vật liệu của khung phẳng bê tông cốt thép có tường chèn, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Phan Thanh Vũ
• Người hướng dẫn: PGS. Ngô Hữu Cường
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
• Đề tài: Phân Tích Tĩnh Phi Tuyến Khung Bê Tông Cốt Thép Có Tường Chèn
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.3. Cấu trúc đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN
• 2.1. Mô hình thanh chống đơn đàn hồi
• 2.2. Mô hình ba thanh chống sau đàn hồi
• 2.3. Phân tích phi tuyến và phi tuyến vật liệu khung tường chèn
• 2.4. Mô hình phi tuyến vật liệu thép, bê tông và tường chèn. Phương pháp mô hình hóa
• 3. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ KIỂM CHỨNG
• 3.1. Kết quả thực nghiệm
• 3.2. Phương pháp mô hình
• 3.3. Thông số vật liệu của bê tông và cốt thép
• 3.4. Kiểm chứng với mô hình vi mô đơn giản
• 3.5. Kết quả khảo sát
• 4. CHƯƠNG 4: VÍ DỤ TÍNH TOÁN
• 4.1. Khảo sát mô hình khung phẳng chịu tải trọng ngang
• 4.2. Mô hình khung không thanh chống
• 4.3. Mô hình khung thanh chống đơn
• 4.4. Mô hình khung ba thanh chống. So sánh các mô hình và thực nghiệm
• 4.5. So sánh với các nghiên cứu trước
• 4.6. Khảo sát mô hình khung không gian chịu tải trọng ngang
• 4.7. Mô hình khung không thanh chống
• 4.8. Mô hình khung thanh chống đơn (theo mỗi hướng)
• 4.9. Mô hình khung ba thanh chống (theo mỗi hướng)
• 4.10. So sánh giữa các mô hình
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• 5.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về phân tích tĩnh phi tuyến

Phân tích tĩnh phi tuyến là một phương pháp quan trọng trong thiết kế và đánh giá kết cấu, đặc biệt là trong các công trình bê tông cốt thép có tường chèn. Phân tích tĩnh cho phép xác định phản ứng của kết cấu dưới tác động của tải trọng mà không cần phải giả định rằng ứng xử của nó là tuyến tính. Điều này rất quan trọng vì khi tải trọng tăng lên, các thành phần của kết cấu có thể chuyển từ trạng thái đàn hồi sang trạng thái phi tuyến, dẫn đến các hiện tượng như nứt và biến dạng không thể đoán trước. Trong bối cảnh khung bê tông cốt thép, phi tuyến không chỉ ảnh hưởng đến độ bền mà còn đến độ cứng và khả năng chịu lực của toàn bộ hệ thống. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các mô hình phân tích phi tuyến có thể cải thiện đáng kể độ chính xác trong việc dự đoán ứng xử của khung dưới tải trọng ngang, như động đất hoặc gió lớn. Do đó, việc phát triển các mô hình mô phỏng chính xác cho khung bê tông cốt thép có tường chèn là rất cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế.

II. Mô hình hóa khung bê tông cốt thép có tường chèn

Mô hình hóa khung bê tông cốt thép có tường chèn là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Tường chèn thường được xem là các thành phần phi kết cấu, nhưng thực tế, chúng có thể ảnh hưởng lớn đến ứng xử của khung. Việc thay thế tường chèn bằng các thanh chống tương đương trong mô hình giúp đơn giản hóa quá trình tính toán mà vẫn giữ được độ chính xác cần thiết. Mô hình hóa này được thực hiện bằng cách áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn, cho phép phân tích các ứng suất và biến dạng trong khung và tường chèn. Cốt thép và bê tông được mô phỏng với các đặc tính vật liệu phi tuyến, cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng và các yếu tố khác đến khả năng chịu lực của hệ thống. Nghiên cứu cho thấy rằng mô hình thanh chống đơn có thể đạt được kết quả tương tự như mô hình ba thanh chống, trong khi giảm thiểu thời gian và công sức tính toán. Điều này mở ra hướng đi mới trong việc áp dụng các mô hình đơn giản hơn trong thiết kế thực tiễn.

III. Phân tích kết quả thực nghiệm và kiểm chứng

Để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của mô hình, nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm thực nghiệm để kiểm chứng kết quả phân tích. Kết quả cho thấy rằng mô hình ba thanh chống cho ra các dự đoán chính xác hơn so với mô hình thanh chống đơn, nhưng lại yêu cầu nhiều thời gian tính toán hơn. Việc so sánh các kết quả từ mô hình và thực nghiệm cho thấy rằng mô hình thanh chống đơn có thể áp dụng hiệu quả trong các bài toán thiết kế mà không làm giảm độ chính xác của kết quả. Các thông số vật liệu của bê tông và cốt thép cũng được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo rằng các yếu tố này không ảnh hưởng tiêu cực đến kết quả. Sự kiểm chứng này không chỉ giúp củng cố độ tin cậy của mô hình mà còn cung cấp những hiểu biết quý giá cho việc thiết kế và xây dựng các công trình tương lai.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này có nhiều ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực xây dựng. Việc áp dụng các mô hình phân tích phi tuyến cho khung bê tông cốt thép có tường chèn giúp các kỹ sư có thể dự đoán chính xác hơn về ứng xử của công trình dưới tải trọng thực tế, từ đó nâng cao độ an toàn và hiệu quả. Các phương pháp và mô hình được đề xuất có thể được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế, giảm thiểu chi phí và thời gian thi công. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo về tương tác giữa khung và tường chèn, đặc biệt là trong các điều kiện tải trọng khác nhau. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong việc cải thiện chất lượng công trình mà còn góp phần vào việc phát triển các tiêu chuẩn thiết kế an toàn hơn cho các công trình xây dựng trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khung bê tông cốt thép có tường chèn gạch là một trong những giải pháp phổ biến trong xây dựng nhà ở và công trình dân dụng, đặc biệt tại các quốc gia đang phát triển. Theo ước tính, tường chèn chiếm phần lớn chi phí thi công và sửa chữa, đồng thời ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả chịu lực của kết cấu dưới tải trọng ngang như gió, động đất. Mặc dù tường chèn thường được xem là thành phần phi kết cấu và chỉ được tính như tải trọng, các tiêu chuẩn như Eurocode 6, Eurocode 8 và FEMA 306 cũng chỉ đề cập sơ lược mà chưa có hướng dẫn chi tiết về tính toán tương tác khung – tường chèn.

Nghiên cứu này tập trung phát triển mô hình phân tích phi tuyến vật liệu cho khung bê tông cốt thép có tường chèn, nhằm mô phỏng chính xác ứng xử của hệ kết cấu dưới tải trọng ngang. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát mô hình thanh chống đơn và ba thanh chống thay thế tường chèn, so sánh với kết quả thực nghiệm và mô hình phần tử hữu hạn. Thời gian nghiên cứu từ tháng 02 đến tháng 06 năm 2023 tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP. Hồ Chí Minh.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc đề xuất mô hình thanh chống đơn đơn giản, hiệu quả, có sai số nội lực và chuyển vị dưới 8% so với mô hình ba thanh chống phức tạp, giúp giảm thời gian tính toán và dễ áp dụng trong thiết kế thực tế. Kết quả này góp phần nâng cao độ tin cậy trong phân tích kết cấu khung có tường chèn, giảm thiểu chi phí và rủi ro do ứng xử không được dự đoán chính xác.

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:

• Mô hình thanh chống tương đương: Tường chèn được thay thế bằng thanh chống chịu nén theo hướng tải trọng ngang, dựa trên nghiên cứu khởi đầu của Polyakov (1960) và các công thức bề rộng thanh chống của Stafford Smith (1969), Crisafulli và Carr (2007). Mô hình này giúp đơn giản hóa việc mô phỏng ứng xử phi tuyến của tường chèn trong khung bê tông cốt thép.

• Lý thuyết dầm trên nền đàn hồi Winkler: Dầm và cột khung được xem như các thanh đặt trên nền đàn hồi, mô phỏng bởi hệ số đàn hồi k, giúp xác định phân bố ứng suất và biến dạng trong tường chèn và khung.

• Phân tích phi tuyến vật liệu: Xem xét ứng xử phi tuyến của bê tông, thép và tường chèn, bao gồm các mô hình ứng suất – biến dạng không tuyến tính, ổn định ngoài mặt phẳng và góc nén hiệu quả của tường chèn.

Các khái niệm chính bao gồm: bề rộng thanh chống tương đương, góc nghiêng đường chéo tường chèn (θ), góc lực nén hiệu quả (φ), mô đun đàn hồi của tường chèn (Ew), mô men quán tính (Iw), và hệ số ổn định Euler cho thanh chống.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm kết quả thực nghiệm khung bê tông cốt thép có tường chèn gạch xây từ các thí nghiệm quy mô lớn, đặc biệt là nghiên cứu của Đ. Quốc, cùng với dữ liệu mô phỏng phần tử hữu hạn trên phần mềm Abaqus và SAP 2000.

Phương pháp phân tích sử dụng:

• Mô hình hóa phi tuyến vật liệu bằng phần tử hữu hạn, kết hợp mô hình thanh chống đơn và ba thanh chống thay thế tường chèn.

• Phân tích tĩnh phi tuyến (pushover) để khảo sát ứng xử khung dưới tải trọng ngang.

• So sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thực nghiệm để đánh giá độ tin cậy.

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các mô hình khung phẳng và khung không gian với nhiều biến thể về số nhịp, kích thước tường chèn và loại vật liệu. Phương pháp chọn mẫu dựa trên các trường hợp điển hình trong thực tế xây dựng và các nghiên cứu trước đó nhằm đảm bảo tính đại diện.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 02 đến tháng 06 năm 2023, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, phân tích và đối chiếu kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình ba thanh chống cho kết quả chính xác hơn mô hình thanh chống đơn: Kết quả phân tích cho thấy mô hình ba thanh chống mô phỏng ứng xử phi tuyến của khung có tường chèn gần với thực nghiệm hơn, tuy nhiên sự khác biệt về nội lực và chuyển vị giữa hai mô hình không vượt quá 8%.

2. Mô hình thanh chống đơn có tính khả thi cao trong thiết kế thực tế: Do mô hình ba thanh chống phức tạp và tốn nhiều thời gian tính toán, mô hình thanh chống đơn được đề xuất áp dụng trong các bài toán thiết kế và khảo sát tương tác khung – tường chèn, giúp giảm thời gian phân tích mà vẫn đảm bảo độ chính xác.

3. Ảnh hưởng của góc nén hiệu quả và ổn định ngoài mặt phẳng tường chèn: Việc xét đến góc nén hiệu quả (φ) và ổn định ngoài mặt phẳng của tường chèn giúp tổng quát hóa mô hình cho nhiều loại vật liệu và điều kiện vùng miền khác nhau, nâng cao tính ứng dụng của mô hình.

4. Bề rộng thanh chống tương đương được xác định dựa trên diện tích truyền tải của dầm trên nền đàn hồi: Công thức đề xuất cho bề rộng thanh chống đơn và ba thanh chống dựa trên các tham số hình học và cơ học của khung và tường chèn, phù hợp với kết quả thực nghiệm và các nghiên cứu trong và ngoài nước.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân mô hình ba thanh chống cho kết quả chính xác hơn là do nó mô phỏng chi tiết hơn sự phân bố lực nén trong tường chèn, đặc biệt khi có sự phân tách giữa khung và tường tại các vùng không tiếp xúc. Tuy nhiên, sự phức tạp và thời gian tính toán lớn khiến mô hình này khó áp dụng trong thực tế thiết kế.

Mô hình thanh chống đơn, mặc dù đơn giản hơn, nhưng với sai số dưới 8% so với mô hình ba thanh chống, đã chứng minh tính hiệu quả và khả năng ứng dụng rộng rãi. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây như của Haldar và cộng sự, cũng như Crisafulli và Carr, khi đề xuất các mô hình thanh chống đơn giản hóa.

Việc bổ sung góc nén hiệu quả và ổn định ngoài mặt phẳng tường chèn là điểm mới quan trọng, giúp mô hình có thể áp dụng cho nhiều loại gạch xây khác nhau, từ gạch đất sét nung đến gạch AAC, phù hợp với điều kiện vật liệu đa dạng tại các vùng miền.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh đường cong lực – chuyển vị giữa các mô hình và thực nghiệm, bảng tổng hợp nội lực dầm và cột ở các tầng khác nhau, giúp minh họa rõ ràng sự khác biệt và tương đồng giữa các phương pháp phân tích.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng mô hình thanh chống đơn trong thiết kế kết cấu khung có tường chèn: Khuyến nghị các kỹ sư thiết kế sử dụng mô hình thanh chống đơn để phân tích ứng xử phi tuyến của khung bê tông cốt thép có tường chèn, nhằm giảm thời gian tính toán và chi phí thiết kế, trong vòng 6 tháng tới.

2. Phát triển phần mềm hỗ trợ tính toán dựa trên mô hình đề xuất: Đề xuất xây dựng hoặc cập nhật phần mềm phân tích kết cấu tích hợp mô hình thanh chống đơn với công thức bề rộng thanh chống tương đương, giúp tự động hóa quá trình tính toán và nâng cao độ chính xác.

3. Khảo sát và tính toán sự suy giảm độ cứng của thanh chống đơn trong trường hợp tường chèn có lỗ mở: Nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào ảnh hưởng của lỗ mở trên tường chèn, đặc biệt tại tầng mềm, nhằm cải thiện mô hình và dự đoán chính xác hơn cơ chế phá hoại.

4. Xây dựng tiêu chuẩn thiết kế tường chèn trong khung bê tông cốt thép: Dựa trên kết quả nghiên cứu, đề xuất các tiêu chuẩn kỹ thuật và hướng dẫn thiết kế cụ thể cho tường chèn, bao gồm xác định bề rộng thanh chống, góc nén hiệu quả và ổn định ngoài mặt phẳng, áp dụng trong vòng 1-2 năm tới bởi các cơ quan quản lý xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu: Giúp hiểu rõ hơn về mô hình phân tích phi tuyến vật liệu cho khung có tường chèn, áp dụng mô hình thanh chống đơn để tối ưu hóa thiết kế, giảm chi phí và thời gian.

2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng: Cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp phân tích hiện đại, làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo về kết cấu khung bê tông cốt thép và vật liệu xây dựng.

3. Cơ quan quản lý và ban hành tiêu chuẩn xây dựng: Tham khảo để phát triển các quy định kỹ thuật về thiết kế và thi công tường chèn trong kết cấu bê tông cốt thép, nâng cao chất lượng và an toàn công trình.

4. Nhà thầu và tư vấn giám sát thi công: Hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của tường chèn đến ứng xử kết cấu, từ đó kiểm soát chất lượng thi công, giảm thiểu rủi ro nứt, thấm và hư hỏng công trình.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần mô hình hóa tường chèn bằng thanh chống?
   Mô hình thanh chống giúp đơn giản hóa việc mô phỏng ứng xử phi tuyến của tường chèn trong khung bê tông cốt thép, giảm thời gian tính toán so với mô hình vi mô phức tạp, đồng thời vẫn đảm bảo độ chính xác cao.

2. Mô hình thanh chống đơn có chính xác không?
   Theo kết quả nghiên cứu, mô hình thanh chống đơn cho sai số nội lực và chuyển vị dưới 8% so với mô hình ba thanh chống phức tạp, đủ chính xác để áp dụng trong thiết kế thực tế.

3. Góc nén hiệu quả (φ) ảnh hưởng thế nào đến mô hình?
   Góc nén hiệu quả ảnh hưởng đến độ cứng và khả năng chịu lực của tường chèn, việc xét đến góc này giúp mô hình tổng quát hơn, phù hợp với nhiều loại vật liệu và điều kiện thi công khác nhau.

4. Mô hình có áp dụng được cho tường chèn có lỗ mở không?
   Hiện tại mô hình chủ yếu áp dụng cho tường chèn liền khối; nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung tính toán sự suy giảm độ cứng do lỗ mở, đặc biệt tại tầng mềm.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế thực tế?
   Kỹ sư thiết kế có thể sử dụng công thức bề rộng thanh chống tương đương và mô hình thanh chống đơn trong phần mềm phân tích kết cấu để mô phỏng và tính toán ứng xử khung có tường chèn, từ đó đưa ra giải pháp thiết kế tối ưu.

Kết luận

• Đã phát triển thành công mô hình phân tích phi tuyến vật liệu cho khung bê tông cốt thép có tường chèn, sử dụng mô hình thanh chống đơn và ba thanh chống thay thế tường chèn.

• Mô hình thanh chống đơn được đề xuất áp dụng trong thiết kế thực tế do tính đơn giản và sai số nhỏ (<8%) so với mô hình ba thanh chống.

• Công thức xác định bề rộng thanh chống tương đương dựa trên diện tích truyền tải của dầm trên nền đàn hồi, có xét đến góc nén hiệu quả và ổn định ngoài mặt phẳng tường chèn.

• Kết quả nghiên cứu là cơ sở để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về ảnh hưởng của lỗ mở trên tường chèn và xây dựng tiêu chuẩn thiết kế tường chèn trong khung bê tông cốt thép.

• Khuyến nghị áp dụng mô hình thanh chống đơn trong thiết kế kết cấu, đồng thời phát triển phần mềm hỗ trợ và tiêu chuẩn kỹ thuật trong vòng 1-2 năm tới nhằm nâng cao hiệu quả và độ an toàn công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- PHAN THANH VŨ PHÂN TÍCH TĨNH PHI TUYẾN VẬT LIỆU CỦA KHUNG PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ TƯỜNG CHÈN MATERIAL NONLINEAR STATIC ANALYSIS OF PLANAR REINFORCED CONCRETE FRAMES WITH INFILLED WALL Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số ngành: 8580201 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2023 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. Ngô Hữu Cường TS. Thái Sơn Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. Cao Văn Vui Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Trần Tuấn Nam Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM ngày 11 tháng 07 năm 2023. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. Chủ tịch hội đồng : PGS. Châu Đình Thành 2. Nguyễn Thái Bình 3. Ủy viên (Phản biện 1) : TS. Trần Tuấn Nam 4. Ủy viên (Phản biện 2) : PGS. Ủy viên : PGS. Lương Văn Hải 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 ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS. Châu Đình Thành PGS. Lê Anh Tuấn ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHAN THANH VŨ MSHV: 2170825 Ngày, tháng, năm sinh: 07/02/1990 Nơi sinh: Quảng Nam Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số: 8580201 I. TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH TĨNH PHI TUYẾN VẬT LIỆU CỦA KHUNG PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ TƯỜNG CHÈN MATERIAL NONLINEAR STATIC ANALYSIS OF PLANAR REINFORCED CONCRETE FRAMES WITH INFILLED WALL II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài. Thu thập dữ liệu thí nghiệm và dữ liệu mô phỏng khung bê tông cốt thép có tường xây chèn. Thiết lập công thức tính toán thanh chịu nén tương đương thay thế tường xây chèn cho trường hợp thanh chống đơn và ba thanh chống. Khảo sát mô hình khung phẳng so với kết quả thực nghiệm để chứng tỏ tính hiệu quả, độ tin cậy của phương pháp và công thức đề xuất. Khảo sát trên mô hình không gian, đề xuất hướng tiếp cận trong thực tiễn thiết kế bằng mô hình thanh chống đơn, để đạt hiệu quả cao hơn trong phân tích và xem xét tính phù hợp trong thiết kế. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: tháng 02/2023 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: tháng 06/2023 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. Ngô Hữu Cường TS.HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2023 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS. Ngô Hữu Cường TS. Ngô Hữu Cường TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS. Lê Anh Tuấn i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời chân thành biết ơn đến Thầy PGS. Ngô Hữu Cường và Thầy TS. Thái Sơn, những người đã hướng dẫn tận tình để tôi hoàn thành luận văn này. Các Thầy luôn sẵn lòng chia sẻ, truyền đạt nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học của mình cho tôi, các Thầy đã động viên và nghiêm khắc khi cần thiết giúp tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Tôi cũng xin tỏ lòng biết ơn đến tất cả các Thầy Cô đã từng tham gia giảng dạy lớp cao học ngành Kỹ thuật Xây dựng khoá 2021. Các Thầy Cô đã xây dựng, củng cố giúp tôi những nền tảng kiến thức để tôi có lộ trình cụ thể phát triển trên con đường nghiên cứu khoa học và nghề nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn đến sự động viên, chia sẻ, khích lệ của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp để tôi luôn nỗ lực học tập và nghiên cứu. Luận văn này đã được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân trong thời gian quy định, tuy vậy khó có thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định, kính mong quý Thầy Cô chỉ dẫn thêm để tôi có thể hoàn thiện hơn. Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn! Trân trọng. HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2023 Phan Thanh Vũ ii TÓM TẮT Luận văn này tập trung phát triển mô hình phân tích để mô phỏng ứng xử phi tuyến vật liệu cho khung chèn tường bằng phần mềm phần tử hữu hạn. Nghiên cứu sử dụng kết quả thực nghiệm của tác giả Đ. Quốc [55] có kiểm chứng bằng mô hình phần tử hữu hạn, dùng phương pháp simplified microscale modeling. Kết quả nghiên cứu trong bài luận văn chỉ ra rằng ứng xử của mô hình ba thanh chống so với kết quả thực nghiệm chính xác hơn mô hình thanh chống đơn. Tuy nhiên mô hình ba thanh chống phức tạp và cần nhiều thời gian tính toán phân tích, hầu như không thể tiếp cận được trong thực tiễn thiết kế, trong khi đó kết quả nội lực, chuyển vị mô hình thanh chống đơn theo mô hình đề xuất của bài luận văn không thay đổi đáng kể so với mô hình ba thanh chống (<8%). Do đó bài luận văn đề xuất sử dụng mô hình thanh chống đơn để áp dụng trong các bài toán thiết kế, hoặc khảo sát dự đoán tương tác giữa khung với tường xây chèn. Điểm mới trong luận văn có xét đến góc nén hiệu quả, cường độ chịu nén của tường gạch xây và ổn định ngoài mặt phẳng của tường xây chèn, do đó có thể tổng quát hóa các trường hợp khác biệt về vật liệu ở yếu tố vùng miền, cho tất cả các loại gạch xây. Các kết quả thu được trong nghiên cứu này là tiền đề để thực hiện các nghiên cứu khác, nhằm tính toán sự suy giảm độ cứng của mô hình thanh chống đơn trong khung chèn tường có lổ mở, đại diện cho cơ chế phá hoại tại tầng mềm (các khu vực không được xây tường chèn thường thấy ở tầng trệt), cũng như phát triển tính toán tỷ lệ góc mở  (góc hợp bởi đường chéo tường chèn và trục dầm) nhằm xác định kích thước tường xây chèn hiệu quả. iii ABSTRACT This thesis focuses on developing an analytical model to simulate the nonlinear behavior of materials in the wall-frame structure using finite element software. The study utilizes experimental results from the work of author Đ.Quoc [55], which are validated through a finite element model employing the simplified microscale modeling method. The research findings in this thesis indicate that the behavior of the three struts model is more accurate compared to the single strut model as per the experimental results. However, the three struts model is complex and requires extensive computational analysis, making it impractical for design purposes. Conversely, the internal force and displacement results of the single strut model proposed in this thesis do not significantly differ from the three struts model (<8%). Consequently, the thesis proposes the utilization of the single strut model for application in design problems or for investigating and predicting the interaction between the frame and the infill wall. An innovative aspect of this thesis lies in the consideration of effective compression angles, compressive strength of the brick infill wall, and out-of-plane stability of the infill wall. This allows for generalization across various cases of material differences in the local, encompassing all types of brick infill. The outcomes obtained in this study serve as a foundation for conducting further research to calculate the stiffness reduction of the single strut model in wall-frame structures with openings, representing the soft-story mechanism (often observed in areas where the infill wall is absent, typically at the ground level). Additionally, the study aims to develop calculations for the angle ratio  (angle formed by the diagonal of the infill wall and the beam axis) to determine the effective dimensions of the brick infill wall. iv LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là Phan Thanh Vũ, học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, khóa 2021, Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP. Hồ Chí Minh. Tôi xin cam đoan rằng đây là luận văn do bản thân tự thực hiện. Các số liệu, kết quả trong luận văn này hoàn toàn trung thực. Việc tham khảo các nguồn thông tin, tài liệu trong luận văn này đã được trích dẫn và ghi rõ nguồn gốc. Tôi xin chịu trách nhiệm về kết quả nghiên cứu trong luận văn của mình. HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2023 Phan Thanh Vũ v MỤC LỤC MỤC LỤC . vi DANH MỤC HÌNH ẢNH .viii DANH MỤC BẢNG BIỂU . xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước . Mục tiêu đề tài . Cấu trúc đề tài . 22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN . Mô hình thanh chống đơn đàn hồi . Mô hình ba thanh chống sau đàn hồi . Phân tích phi tuyến và phi tuyến vật liệu khung tường chèn . Mô hình phi tuyến vật liệu thép, bê tông và tường chèn. Phương pháp mô hình hóa .46 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ KIỂM CHỨNG 55 3. Kết quả thực nghiệm . Phương pháp mô hình . Thông số vật liệu của bê tông và cốt thép . Kiểm chứng với mô hình vi mô đơn giản . Kết quả khảo sát . 68 CHƯƠNG 4: VÍ DỤ TÍNH TOÁN . Khảo sát mô hình khung phẳng chịu tải trọng ngang . Mô hình khung không thanh chống . Mô hình khung thanh chống đơn . Mô hình khung ba thanh chống. So sánh các mô hình và thực nghiệm . So sánh với các nghiên cứu trước . Khảo sát mô hình khung không gian chịu tải trọng ngang . Mô hình khung không thanh chống . Mô hình khung thanh chống đơn (theo mỗi hướng) . Mô hình khung ba thanh chống (theo mỗi hướng) . So sánh giữa các mô hình.89 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN . Hướng phát triển . 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 97 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. Kết quả phân tích pushover cho khung K1 [3] . Mô hình nhiều thanh chống [5] . Các mô hình khác nhau được xem xét trong nghiên cứu [6] . Mô hình hóa tường xây [7] . Kết quả của khung tường chèn dưới tải trọng lặp [7]. Các dạng mô hình thanh chống [10] . Các kết cấu hệ khung mô phỏng [11] . Ảnh hưởng của khung dưới tải trọng đứng và ngang [13] . Biến dạng của khung chèn với kích thước lổ mở khác nhau [13] . Mô hình 3D với các bố trí tường chèn khác nhau [14] . Đường cong khả năng trong phân tích đẩy dần tĩnh phi tuyến [14] . Mô hình phần tử hữu hạn trên phần mềm FEAP [15] . Mô hình cho phần tử khung và tường chèn [16] . Tòa nhà nghiên cứu điển hình [16]. Sơ đồ mô hình số trong SAP 2000 [17] . Mô hình M2: Dạng nứt và phần trăm bê tông phá hoại [19]. Mô hình M3: Ứng suất cốt thép và phần trăm bê tông phá hoại [19] . Mô hình của khung RC với 2 nhịp và 6 phần tử/ bề rộng [20] . Kết quả chuyển vị của mô hình [21] .