CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1 Tổng Quan Nghiên cứu trong luận văn nhằm khảo sát một phương pháp phân tích đây dần tương thích — gọi là Adaptive Modal Combination (AMC) áp dụng cho kết cầu khung thép giang chống sự mất 6n định BRBFs (Buckling-Restrained Braced Frames). Phương pháp AMC xét đến đóng góp của những dạng dao động cao hơn băng việc kết hợp phản ứng của các phân tích đây dân đơn lẻ và kế đến ảnh hưởng của các đặc tính động trong giai đoạn phi đàn hồi. Lực ngang tác dụng dựa trên sự phân bố lực quán tính tức thời theo chiều cao công trình ứng với từng dạng dao động. Những kết quả từ phương pháp này được so sánh với phương pháp Modal Pushover Analysis (MPA), Standard Pushover Analysis (SPA) và kết quả “chính xác” từ phân tích lich sử phi tuyến theo miễn thời gian (Nonlinear Response History Analysis - NL_RHA) qua các thông số như đường cong khả năng, chuyển vị đỉnh mái, chuyển vị tang, độ trôi tầng.
Qua đó, chứng minh răng phương pháp AMC đáng tin cậy trong việc đánh giá hiệu năng địa chan của kết cau công trình.2 Giới thiệu chung 1.1 Giới thiệu phương pháp AMC Sự phát triển của kỹ thuật địa chan dựa trên hiệu suất (Performance-Based Earthquake Engineering - PBEE) trong những tải liệu hướng dẫn gần đây như ATC-40 (1996) [1] và FEMA-356 (2000) [2] đã thúc đây việc sử dụng nhiều hơn các phương pháp tĩnh phi tuyến (Nonlinear Static Procedures — NSPs) dé tính toán các phản ứng địa chan. Mục tiêu chính là mô tả khả năng phi tuyến của kết cau khi chịu tải theo phương ngang với một nỗ lực giảm tính toán so với phân tích động phi tuyến. Luận văn nghiên cứu việc sử dụng một phương pháp tĩnh phi tuyến mới (AMC) dé đánh giá cho khung thép BRBFs. Day là một phương pháp cải tiễn, được Kalkan đề xuất (2006) dựa trên những ưu điểm và hạn chế của các phương pháp tĩnh phi tuyến trước đây.
Trong một quy trình phân tích day dan truyền thống, các kết cau chịu tải ngang tăng dần theo một qui luật phan bố theo chiều cao đến khi đạt đến chuyến vị mục tiêu đã xác định trước. Chuyển vị mục tiêu được xác định từ sự biến dạng của hệ một bậc tự do tương đương (Equivalent Single-Degree-of-Freedom_ESDOF). Những quy trình phan tích đây dần này nhận một dạng tải trọng bất biến trong suốt quá trình phân tích. Những cách tiếp cận đơn giản nay dé dự đoán các phản ứng địa chan được cho là có những hạn chế quan trọng (Kunnath and Kalkan 2004 [7]: Goel and Chopra 2004 [8]).
Dạng tải bất biến này là một giới han đáng ké nhất của các phương pháp tĩnh truyền thống, bởi vì sự phân bồ lực quán tính thực thay đồi liên tục trong suốt trận địa chân do sự đóng góp của những dang dao động cao va sự suy giảm cường độ kết cau trong khi chịu tải. Một trong những cải tiễn đầu tiên của quy trình phân tích day dần có xem xét đến hiệu ứng dang dao động cao là Multi-Modal Pushover Procedure (MMP) bởi Paret [9]. Theo phương pháp nảy, phân tích đây dần xem xét những dạng lực ngang khác nhau tỷ lệ với các hàm dạng dao động tương ứng của kết cau. Những kết quả biến đổi trong ‘pho phản ứng gia tốc — chuyển vi’ (Acceleration-Displacement Response Spectrum - ADRS) được so sánh với yêu cầu địa chan bằng phương pháp pho khả năng.
Một quy trình tương tự, được đề xuất bởi Chopra va Goel [10] là Modal Pushover Analysis (MPA), nhờ một chuỗi các phân tích day dan độc lập được tiễn hành, xem xét những dạng lực ngang khác nhau cho mỗi dạng dao động. Theo tác giả, thật hiệu quả khi xem xét 2 hoặc 3 dạng dao động đầu tiên. Những kết quả về đường cong khả năng cho các dang dao động khác nhau được biến đổi thành đường cong khả năng cho hệ một bậc tự do tương đương, ứng với mỗi dạng dao động. Những yêu câu địa chấn được tính toán riêng rẽ cho mỗi hệ một bậc tự do tương đương và cuối cùng được kết hợp bởi quy tắc SRSS.
Một hạn chế phổ biến của các phương pháp này là sự chồng chất dạng dao động của các kết quả từ phân tích phi tuyến đây dần được thực hiện riêng rẽ từng mode. Những phương pháp này bỏ qua sự tương tác giữa các dạng dao động, với sự chồng chat mode được thực hiện chỉ như trong phân tích đàn hồi. Theo đó, những đường cong khả năng ước tính quá cao so với giá trị lực cắt đáy. Gần đây, một phiên bản hiệu chỉnh của MPA (MMPA) đã được dé xuất trong đó phản ứng phi đàn hồi đạt được từ phân tích day dan của dạng dao động dau tiên được kết hợp với sự đóng góp dan hồi của những dạng dao động cao hon (Chopra et al.
Nhằm thé hiện chính xác hon các dạng lực ngang thực tế, một mô tả dạng lực ngang mới sử dụng sự kết hợp dạng dao động có trọng số (factored modal combinations) đã được phát triển bởi Kunnath [12]. Tat cả những quy trình cải tiễn này cung cấp những tính toán hợp lý hơn về giá trị độ trôi tầng so với các quy trình tĩnh phi tuyến truyền thống (NSPs) sử dụng dạng lực tam giác đảo chiều, phân bố đều hoặc dạng lực ngang khác dựa trên quy luật kết hợp dạng dao động trực tiếp được đề nghị trong FEMA-356 (ASCE 2000). Dạng lực ngang bất biến được sử dụng trong các quy trình nói trên dựa vào những đặc tính động ‘dan hồi ban dau’ của kết cấu. Dé hợp nhất những thay đôi trong những thuộc tinh dang dao động của kết cau trong suốt giai đoạn phi đàn hồi, Gupta va Kunnath 2000 [16] đề xuất một quy trình phân tích đây dần tương thích dựa trên một pho phản ứng đàn hồi.
Trong quy trình nay, phân tích pho phản ứng thông thường được áp dụng chủ yếu tại mỗi bước phân tích. Một số quy trình phân tích phi tuyến đây dần khác dựa trên chuyến vị và lực thì xem xét tới sự thay đôi dần dần đặc tinh động của kết cầu cũng đã được đề xuất (Elnashai 2000 [17]; Antonio and Pinho 2004 [20]). Nhận thấy những ưu điểm và giới hạn của những phương pháp hiện hữu. một kỹ thuật phân tích day dan tương thích mới gọi là Adaptive Modal Combination (AMC) được phát triển boi Kalkan 2006 [3,4].
Quy trình AMC suy ra từ quy trình day dần tương thích của Gupta và Kunnath (2000) bằng việc nhận thấy sự can thiết hiệu chỉnh dang tải ngang tác dụng tương thích với phản ứng của hệ khi trận động đất tác dụng. Phương pháp được dé xuất cũng hợp nhất những ưu điểm vốn có của phương pháp pho khả năng va quy trình MPA. Sự chính xác của phương pháp AMC được kiểm chứng trong luận văn bằng việc áp dụng tính toán các phản ứng dia chan cho các hệ khung BRBFs trong sự so sánh với phương pháp SPA (Standard Pushover Analysis), MPA (Modal Pushover Analysis) và kết quả “chính xác” từ phân tích phi tuyến theo miền thời gian NL RHA.2 Hệ khung Buckling-Restrained Braced Frames (BRBFs) Các công trình cao tang thì nguy hiểm với chuyển vị ngang lớn khi chịu tác động dia chan mạnh. Trước đòi hỏi của những van dé phức tạp về thực tế và kinh tế, những khung giang thong thuong da duoc su dung rong rai nhu mot hé chiu luc ngang trong thiét ké chiu dia chan: tuy nhiên, ứng xử sau giai đoạn dan hồi của chúng thì nhạy cảm với sự suy giảm cường độ và độ cứng sau khi các thanh giằng bị mất 6n định trước những lực nén.
Điều đó đã được quan sát trong những trận động đất trước đây, như trận ở Mexico 1985 (Osteraas and Krawinkler 1989), 1989 Loma Prieta (Kim and Goel 1992), 1994 Northridge (Krawinkleret al. 1995, Mahin 1998) va 1995 Hyogo-Ken Nanbu (Tremblayet al. Do đó, kha năng tiêu tan năng lượng cua nó bị giới hạn khi chịu tải trọng động dat (ish ts). Thay vào đó, hệ khung giang BRBFs (Buckling- Restrained Braced Frames) là một hệ kết cau cải tiễn chống lại sự mất ôn định của những thanh giăng bằng việc sử dụng một lõi thép và một vỏ bọc bên ngoài đồ day bê tông cho thanh giăng.
Lực dọc thanh giằng chỉ được chịu bởi lõi thép, và nó chống sự mất 6n định băng lớp vỏ bên ngoài phủ day bê tông. Những kết quả này trong một vòng trễ khép kín giống như một mối quan hệ song tuyến tinh (fïinù i8) trong đó sự tiêu tán đáng kể năng lượng trễ có thể đạt được. Hệ được xem xét là có hiệu năng địa chan tốt hon với những khung giằng thông thường, khiến nó trở thành một lựa chọn hap dẫn với những kỹ sư kết câu. Hơn nữa, những hệ chịu lực ngang với các thanh giang chong sự mat 6n định có thé mang lại sự tiết kiệm chi phi đáng kế hơn những hệ khung giang tap trung truyén thong.
Sự tiết kiệm này có được từ sự giảm sỐ lượng vật liệu và các nhu cầu nền móng do sự giảm lực cắt đáy và diện tích tiết điện đòi hỏi của thanh giang. Do do, hệ khung giằng chống mat 6n định (BRBFs) đã trở thành hệ khung ưu tiên trong thiết kế chịu địa chân những năm gân đây. ee pe 4 Force Force Tension 4 5 = Tension orce A — Deformation — EF, Deformation _ ad Compression Compression (a)Hệ giằng thông thường (b) Hệ giằng chong mắt ôn định Hình 1.1 Ứng xử trễ của hệ giằng thông thường và hệ giăng chong mất 6n định dưới tải trọng chu kỳ 1.3 Tình hình nghiên cứu gần đây 1.1 Các nghiên cứu ngoài nước STT TEN DE TAI NOI DUNG TAC GIÁ NAM Nghiên cứu khung thép 17 tang Approximate inelastic sử dụng phương pháp xấp xi phi procedures to identify đàn hồi (CSM, Modal Pushover) | failure mechanism , Paret T. [9] 1996 dé xac dinh cac hu hong co hoc from highermode gay ra boi anh huong cua mode effects cao Dé xuất quy trình pushover Adaptive spectra- ca tương thích cải tiên dựa trên hình Gupta B.
and based pushover ¬ dang phô đê giải thích anh Kumnath S. 2 procedure for seismic , 2000 hưởng mode cao và khăc phục [16] evaluation of „ hạn chê của phương pháp trong Structures FEMA-273 Dé xuat phuong phap MPA A modal pushover (modal pushover analysis) tinh ¬ Chopra A., analysis procedure for toán các phản ứng địa chan trong 3 ¬¬ "¬ Goel R. 2002 estimating seismic sự so sánh với phương pháp NL- [10] demands for buildings RHA (nonlinear response history analysis) Evaluation of a Một phiên bản hiệu chỉnh của Chopra A., modified MPA phuong phap MPA (MMPA) Goel R. 4 procedure assuming được dé xuất.
Trong đó phản and Chatpan 2004 higher modes as ứng phi đàn hồi dat từ phan tich Chintanapakd elastic to estimate pushover mode đầu tiên được kết ee [11] seismic demands hợp với phan ứng đàn hôi cua những mode cao hơn.