Hệ số suy giảm độ cứng kết cấu trong thiết kế công trình bê tông cốt thép chịu tải trọng động đất

ĐẠ I HỌ C QUỐ C GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯ Ờ NG ĐẠ I HỌ C BÁCH KHOA
--------------------

NGUYỄ N HỮ U TOÀN

HỆ SỐ SUY GIẢ M ĐỘ CỨ NG KẾ T CẤ U
TRONG THIẾ T KẾ CƠNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐ T THÉP
CHỊ U TẢ I TRỌ NG ĐỘ NG ĐẤ T

Chuyên ngành: XÂY DỰ NG DÂN DỤ NG VÀ CÔNG NGHIỆ P
Mã số ngành:

605820

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2013


CƠNG TRÌNH ĐƯ Ợ C HỒN THÀNH TẠ I
TRƯ Ờ NG ĐẠ I HỌ C BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hư ớ ng dẫ n khoa họ c: TS. Nguyễ n Hồ ng Ân

Cán bộ chấ m nhậ n xét 1: PGS.TS. Chu Quố c Thắ ng

Cán bộ chấ m nhậ n xét 2: TS. Lư ơ ng Văn Hả i

Luậ n văn thạ c sĩ đư ợ c bả o vệ tạ i Trư ờ ng Đạ i họ c Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 18 tháng 01 năm 2014.
Thành phầ n Hộ i đồ ng đánh giá luậ n văn thạ c sĩ gồ m:

(Ghi rõ họ , tên, họ c hàm, họ c vị củ a Hộ i đồ ng chấ m bả o vệ luậ n văn thạ c sĩ)
1. PGS.TS. Chu Quố c Thắ ng
2. TS. Hồ Hữ u Chỉ nh
3. TS. Nguyễ n Hồ ng Ân
4. TS. Lư ơ ng Văn Hả i
5. TS. Nguyễ n Trọ ng Phư ớ c

Xác nhậ n củ a Chủ tị ch Hộ i đồ ng đánh giá LV và Trư ở ng Khoa quả n lý chuyên
ngành sau khi luậ n văn đã đư ợ c sử a chữ a (nế u có).
CHỦ TỊ CH HỘ I ĐỒ NG

TRƯ Ở NG KHOA
KỸ THUẬ T XÂY DỰ NG


ĐẠ I HỌ C QUỐ C GIA TP. HCM
TRƯ Ờ NG ĐẠ I HỌ C BÁCH KHOA

CỘ NG HÒA XÃ HỘ I CHỦ NGHĨA VIỆ T NAM
Độ c Lậ p - Tự Do - Hạ nh Phúc

---------------------

---oOo--Tp. HCM, ngày 15 tháng 12 năm 2013

NHIỆ M VỤ LUẬ N VĂN THẠ C SĨ
Họ và tên họ c viên:

Nguyễ n Hữ u Toàn

MSHV:

11210251

Ngày, tháng, năm sinh:

27/04/1986

Nơ i sinh:

Ninh Thuậ n

Mã số :

605820

Chuyên ngành:
1-

Xây dự ng Dân Dụ ng và Công Nghiệ p

TÊN ĐỀ TÀI:
HỆ SỐ SUY GIẢ M ĐỘ CỨ NG KẾ T CẤ U TRONG THIẾ T KẾ CƠNG TRÌNH
BÊ TƠNG CỐ T THÉP CHỊ U TẢ I TRỌ NG ĐỘ NG ĐẤ T

2- NHIỆ M VỤ LUẬ N VĂN:
• Phân tích độ ng phi tuyế n kế t cấ u khung bê tơng cố t thép, từ đó đư a ra hàm dạ ng
theo thờ i gian củ a hệ số suy giả m độ cứ ng kế t cấ u

và hệ số dẻ o kế t cấ u

.

• Phân tích sự suy giả m độ cứ ng và hệ số dẻ o củ a từ ng loạ i cấ u kiệ n dầ m – cộ t vớ i
các vị trí khác nhau trong kế t cấ u tổ ng thể .
• Từ tấ t cả các phân tích trên, kiế n nghị hệ số suy giả m độ cứ ng cho từ ng loạ i cấ u
kiệ n cụ thể theo vị trí để áp dụ ng vào cơng tác thiế t kế cơng trình bê tơng cố t thép
chị u tả i trọ ng độ ng đấ t.
3- NGÀY GIAO NHIỆ M VỤ : 01/2013
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆ M VỤ : 12/2013
5- HỌ

VÀ TÊN CÁN BỘ

HƯ Ớ NG DẪ N: TS. NGUYỄ N HỒ NG ÂN

CÁN BỘ HƯ Ớ NG DẪ N
(Họ tên và chữ ký)

TS. Nguyễ n Hồ ng Ân

TRƯ Ở NG BAN
QUẢ N LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


LỜ I CẢ M Ơ N
Trư ớ c tiên, em muố n gử i lờ i cả m ơ n sâu sắ c nhấ t đế n thầ y Nguyễ n Hồ ng Ân,
ngư ờ i đã tậ n tình hư ớ ng dẫ n, góp ý, độ ng viên em trong suố t quá trình thự c hiệ n
luậ n văn tố t nghiệ p.

Em xin bày tỏ lờ i cả m ơ n sâu sắ c đế n nhữ ng thầ y cô giáo Khoa Kỹ thuậ t Xây
dự ng, Phòng Đào tạ o sau đạ i họ c, các bạ n họ c viên lớ p cao họ c đã nhiệ t tình giúp đỡ
em trong suố t khóa họ c vừ a qua.
Em cũng muố n gử i lờ i cả m ơ n đế n các anh chị đồ ng nghiệ p Công ty Cổ Phầ n
Xây Dự ng Và Kinh Doanh Đị a Ố c Hịa Bình đã hỗ trợ và tạ o điề u kiệ n tố t nhấ t cho
em trong quá trình họ c tậ p.
Nhữ ng lờ i cả m ơ n cuố i cùng, em xin dành cho cha mẹ và anh chị em, nhữ ng
ngư ờ i luôn kị p thờ i độ ng viên và giúp đỡ em vư ợ t qua nhữ ng khó khăn trong cuộ c
số ng.
Tp, Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013

Nguyễ n Hữ u Toàn


PHẦ N MỞ

ĐẦ U

Trư ớ c đây, theo các quan niệ m thiế t kế đả m bả o cho cơng trình khơng đư ợ c phép
hư hỏ ng

cư ờ ng độ vậ t liệ u và

cơng trình chị u độ ng đấ t

củ a luậ n văn


LỜ I CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằ ng đây là cơng trình nghiên cứ u củ a riêng tơi, có sự hỗ trợ từ

Thầ y hư ớ ng dẫ n, nhữ ng ngư ờ i tôi đã cả m ơ n và trích dẫ n trong luậ n văn này. Nộ i dung
nghiên cứ u và các kế t quả trong đề tài này là trung thự c và chư a từ ng đư ợ c ai công bố
trong bấ t cứ cơng trình nào.
Tp HCM, tháng 12 năm 2013
Tác giả

Nguyễ n Hữ u Toàn


MỤ C LỤ C


QUAN ĐIỂ M
ĐẾ N

Phân tích phả n ứ ng kế t cấ u bê tông cố t thép chị u tả i trọ ng
độ ng đấ t theo hệ số suy giả m độ cứ ng kế t cấ u α và hệ số dẻ o µ
Phân tích phả n ứ ng kế t cấ u bê tông cố t thép chị u tả i trọ ng
độ ng đấ t bằ ng đư ờ ng bao Overall

MƠ HÌNH PHÂN TÍCH SỰ

SUY GIẢ M ĐỘ

CỨ NG CỦ A KHUNG BÊ TÔNG CỐ T THÉP CHỊ U TẢ I TRỌ NG
ĐỘ NG ĐẤ T ………………………………………………......
Mơ hình nghiên cứ u……………………………………….
Đặ c trư ng vậ t liệ u…………………………………………
Chi tiế t cố t thép củ a mơ hình………………………………
Tả i trọ ng tác dụ ng lên mơ hình……………………………

KẾ T QUẢ PHÂN TÍCH…………………......
So sánh kế t quả phân tích trong Opensees và thự c nghiệ m
Kế t quả phân tích hệ số suy giả m kế t cấ u
theo miề n thờ i gian ……………………………………………
Kế t quả phân tích hệ số suy giả m kế t cấ u theo
đư ờ ng bao Overall ………………………..……………………


Hệ số suy giả m độ cứ ng cấ u kiệ n thu đư ợ c từ
phân tích Overall ………………………………………………
Hệ số suy giả m độ cứ ng cấ u kiệ n – CỘ T……………
Hệ số suy giả m độ cứ ng cấ u kiệ n – DẦ M……………
Tổ ng hợ p hệ số suy giả m độ cứ ng cấ u kiệ n thu đư ợ c từ
phân tích Overall …………………….……………………
So sánh các hệ số suy giả m độ cứ ng cấ u kiệ n….…….……
Tư ơ ng quan Cộ t – Dầ m (Column – Beam)……..……
Tư ơ ng quan Cộ t Biên – Cộ t Giữ a ..……….…………
Tư ơ ng quan các Cộ t theo tầ ng ………………………
Tư ơ ng quan các Dầ m theo tầ ng ………………………
KẾ T LUẬ N – KIẾ N NGHỊ ………………......
Kế t Luậ n……………………………………………………
Kiế n Nghị ……………………………………………………
TÀI LIỆ U THAM KHẢ O………………………..…………......


’


∆

I
δ
δ
ε
φ
ϕ
ρ
σ


5

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ

ĐỘ
1.1.

CHƯ Ơ NG I. TỔ NG QUAN
CỨ NG VÀ CÁC YẾ U TỐ Ả NH HƯ Ở NG ĐẾ N ĐỘ

CỨ NG

Khái niệ m và Phân loạ i độ cứ ng :

 ✁ ✁ ✁ ✂✄☎✆ ✝✆✞✟ ✠ ✡☛☞✌
✍ ✎✝✏ ✑✒ ✓✄✔ ✝✕✝✏ ✎✄✝✏ ✑✖✆ ✗✆✘✝ ✙✖✝✏ ✎✚ ✟✛ ✎✜✢ ✓✆✞✝✣ ✗ ✤✄✥✝ ✓✘✛
✎✜✢ ✄✦

δ tạ i đỉ nh cơng trình

Nguyễ n Hữ u Tồn – CHBKHCM 2011


6

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ

Trong miề n dẻ o, độ cứ ng củ a kế t cấ u thư ờ ng đư ợ c xác đị nh bằ ng độ cứ ng
tiế p tuyế n Kt , đó là độ dố c củ a đư ờ ng tiế p tuyế n vớ i đư ờ ng cong phả n ứ ng. Sự
giả m giá trị Kt cho thấ y giai đoạ n mề m hóa biế n dạ ng củ a kế t cấ u.

k=

F

δ

∆ = .L =

Nguyễ n Hữ u Toàn – CHBKHCM 2011

E

.L =

N
.L
A.E

7

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ
Suy ra độ cứ ng dọ c trụ c củ a thanh là :
N EA
k= =
∆
L

✧★✧★✩★✩★ ✪ ✫✬✭ ✫✮✬✭ ✯✬

✰
=

1

k=

M

=

M
EI

= EI

ϕ
Nguyễ n Hữ u Toàn – CHBKHCM 2011

8

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ

=

k=

M zL
GI p

Mz

=

GI p
L

δ

=

k=

VL
GA
V

Nguyễ n Hữ u Toàn – CHBKHCM 2011

=

GA
L


9

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ

✱✲✱✲✳✲✴✲ ✵ ✶✷✸ ✹✺✻✼ ✽✺✾✷✸ ✷✸

✿

✵ ✶✷✸ ✹

Nguyễ n Hữ u Toàn – CHBKHCM 2011

✶✷✸ ✹✺✻✼ ✽✺✾✷✸ ✷✸❀✷✸


10

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ

Các yế u tố ả nh hư ở ng đế n độ cứ ng

❁

Nguyễ n Hữ u Toàn – CHBKHCM 2011


11

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ

❂ ❃

❂

Nguyễ n Hữ u Toàn – CHBKHCM 2011

❃


12

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ

❄ ❄
❅ ❅
❄ ❄

❆
d
 H3 H 
=
+
F

 3EI GA 

❇ ❄

kf =

3EI
H3

ks =

GA
H

Công thứ c 2.10 có thể viế t lạ i :
Nguyễ n Hữ u Toàn – CHBKHCM 2011

❆


13

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ

k f ks

F=

k f + ks

Tổ ng độ cứ ng ngang kt củ a tư ờ ng :
k f ks

kt =

k f + ks

Hoặ c viế t lạ i :

kt =

kf
k
1+ f
ks

Tỷ số độ cứ ng kf / ks phụ thuộ c vào kích thư ớ c hình họ c củ a tư ờ ng :
1 B 
=  
ks 2  H 

kf

kt = k f =

k *f =

3EI
H3

EI
H3

Nguyễ n Hữ u Toàn – CHBKHCM 2011

2


14

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ

α
α

❈❉ ❊
❈❉ ❊

Nguyễ n Hữ u Toàn – CHBKHCM 2011


15

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ

cộ t
tớ i

Nguyễ n Hữ u Toàn – CHBK
CHBKHCM 2011

16

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ

❋●❍●❍●❍● ■❏❑▲ ▼▲◆ ▼❖ ▼▼ €◗❘❑ ❙❚◆
÷

÷

÷

K nc m(1 + ) + 6
=
Kc
m(1 + )

ζ
m=

=

K

( EI / L )b
( EI / L )b
( EI / H )c

ϕ

T = 0.085H (0.85-m /180 )
T = 0.085H 3 / 4

≥

Nguyễ n Hữ u Toàn – CHBKHCM 2011


17

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ

❯

Nguyễ n Hữ u Toàn – CHBKHCM 2011


18

LUẬ N VĂN THẠ C SĨ

FH (t ) = − k .x (t )
•

FC (t ) = −c. x(t )
FQ (t ) = − m. x (t )
FQ (t ) + FC (t ) + FH (t ) = F (t )

m. x(t ) + c. x(t ) + k . x(t ) = F (t )

Nế u đặ t :
2 =

c
m

=

k
m

2

Phư ơ ng trình chuyể n độộ nng củ a hệ kế t cấ u có dạ ng :
m. x(t ) + 2 . x(t ) +
Nguyễ n Hữ u Toàn – CHBK
CHBKHCM 2011

2

. x(t ) =

F (t )
m