Nghiên cứu ứng dụng phương pháp Push-over để phân tích công trình nhà nhiều tầng không đối xứng chịu tải trọng động đất.PDF

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐOÀN VĨNH PHÚC

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP
PUSH-OVER ĐỂ PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH NHÀ
NHIỀU TẦNG KHÔNG ĐỐI XỨNG CHỊU TẢI
TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 8580201

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ
CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng - Năm 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Đặng Công Thuật

Phản biện 1: PGS. TS. Phạm Thanh Tùng
Phản biện 2: TS. Phạm Mỹ

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công
nghiệp họp tại Trường Đại học Bách Khoa vào ngày 18 tháng 5 năm

2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách
khoa
 Thư viện Khoa Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp,
Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, số lượng các phương pháp phân tích kết cấu chịu động
đất được sử dụng trong nghiên cứu và thiết kế ngày càng tăng. Trong
đó, phương pháp push-over được xem là một trong những phương
pháp hữu hiệu và tiện lợi đã được các nước trên thế giới chấp nhận
và dự kiến đưa vào tiêu chuẩn thiết kế của mình trong thời gian tới vì
tính đơn giản và độ chính xác chấp nhận được mà không phải thực
hiện mô hình hóa phức tạp và tính toán công phu.
Tuy vậy, đối với công trình cao và bất đối xứng, phương pháp
push-over truyền thống cho kết quả có tính ước lượng dè dặt khi mà
sự ảnh hưởng của các dạng dao động bậc cao là đáng kể, phương
pháp này không bắt kịp các tác động của dao động bậc cao cả theo
chiều cao tầng và theo mặt bằng (tác động xoắn). Hơn nữa, phương
pháp push-over cổ điển, ví dụ như ATC-40 và FEMA 356, đòi hỏi
quá trình lặp để xác định các giá trị mục tiêu (target displacement).
Rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm làm cho phương
pháp push-over cổ điển cho kết quả tốt hơn nhưng vẫn giữ được sự
đơn giản của nó [1-6]. Tuy vậy, các phương pháp được đề xuất trước

đây đều tốn thời gian và vẫn giả thiết ảnh hưởng của các bậc dao
động bậc cao là đàn hồi. Trong số các phương pháp thì phương pháp
N2 khá đơn giản vì không cần quá trình lặp để đạt giá trị chuyển vị
mục tiêu, trong đó sử dụng phổ phản ứng không đàn hồi và đường
cong khả năng để xác định chuyển vị mục tiêu. Ngoài ra, còn có
phương pháp N2 cải tiến tương tự như phương pháp N2 cơ bản trong
tính toán chuyển vị mục tiêu. Sự cải tiến của phương pháp N2 cải
tiến chính là sử dụng việc phân tích phổ phản ứng khi hiệu chỉnh các
hệ quả động đất với giả thiết rằng ảnh hưởng của các dạng dao động


2
bậc cao vẫn là đàn hồi. Mặc dầu phương pháp N2 có tính đơn giản và
được cải tiến, nhưng nó vẫn còn cho kết quả có tính ước lượng dè dặt
trong việc xác định hệ số xoắn đối với các trận động đất lớn.
Với những đặc điểm đã nêu trên, đề tài “Nghiên cứu ứng
dụng phương pháp Push-over để phân tích công trình nhà nhiều
tầng không đối xứng chịu tải trọng động đất” nhằm nghiên cứu
ứng dụng phương pháp push-over sao cho phù hợp trong điều kiện
có ảnh hưởng của các dạng dao động bậc cao trong phân tích bằng
phương pháp push-over.


3

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH
CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ ẢNH HƯỞNG
CỦA ĐỘNG ĐẤT ĐẾN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

1.1.1. Định nghĩa
1.1.2. Nguyên nhân
1.1.3. Đặc điểm
1.1.4. Ảnh hưởng của động đất đối với công trình xây dựng
1.2. PHẢN ỨNG KHÔNG ĐÀN HỒI CỦA HỆ KẾT CẤU CHỊU
TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT
1.2.1. Ý nghĩa của việc tính toán phản ứng không đàn hồi của
hệ kết cấu
Đối với các hệ kết cấu kháng chấn, điều quan trọng nhất là khả
năng tích lũy một lượng thế năng lớn dưới dạng các biến dạng lớn
trong miền không đàn hồi của vật liệu.
Theo quan điểm này, nếu việc thiết kế kết cấu chỉ chú trọng tới
điều kiện bền, thì trong thiết kế kháng chấn ngoài điều kiện bền,
người ta cần chú ý tới độ cứng chống uốn của các cấu kiện chịu lực
lẫn khả năng biến dạng và phân tán năng lượng của hệ kết cấu.
1.2.2 Khả năng phân tán năng lượng và độ dẻo
Khả năng của hệ kết cấu có thể biến dạng dẻo được đặc trưng qua
độ dẻo của nó. Vì nó cho phép người thiết kế có thể thiết kế các hệ
kết cấu chịu một tác động nhỏ hơn nhiều so với khi quan niệm hệ kết
cấu làm việc đàn hồi. Đây là quan niệm chủ yếu mà các nhà khoa


4
học dựa vào đó để xây dựng nên nội dung của các tiêu chuẩn thiết kế
kháng chấn hiện đại.
1.2.3. Hệ số giảm lực tác động và hệ số điều kiện làm việc của
hệ kết cấu
1.3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH
TÁC ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT
Mục tiêu của việc thiết kế kháng chấn công trình dần có những

thay đổi cơ bản, chuyển từ việc bảo vệ công trình sang bảo vệ trực
tiếp mạng sống con người và tài sản xã hội.
Các phương pháp xác định tác động động đất chuyển từ giả thiết
kết cấu làm việc trong miền đàn hồi sang giả thiết kết cấu làm việc
trong miền không đàn hồi.
1.4. QUAN NIỆM HIỆN ĐẠI TRONG THIẾT KẾ CÔNG
TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
Theo TCVN 9386:2012 - Thiết kế công trình chịu động đất đề
nghị:
Các yêu cầu chính:


Yêu cầu không sụp đổ



Yêu cầu hạn chế hư hỏng

1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Động đất là một loại tải trọng đặc biệt tác động rất lớn đến kết
cấu công trình xây dựng chịu động đất.
Động đất và tính toán công trình chịu tải trọng động đất đã được
nhiều tác giả trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Số lượng các
phương pháp tính toán kết cấu chịu động đất tăng lên nhanh chóng
do sự phát triển và phổ biến của các phần mềm và máy tính tốc độ


5
cao. Sự chính xác của một phương pháp luôn đi kèm với tính phức
tạp và mức độ tiêu tốn thời gian thực hiện.

Trong phạm vi đề tài này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu áp
dụng các phương pháp push-over tĩnh, với mức độ đơn giản và độ
chính xác ở mức chấp nhận được mà không cần mô hình hóa phức
tạp, không cần tính toán công phu như tính toán động, đang được áp
dụng rộng rãi trong các phòng thiết kế trên thế giới.


6

Chương 2
CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
2.1. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP DÙNG TRONG TÍNH
TOÁN CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
2.1.1. Phân loại theo tính chất của tác động động đất lên công
trình
2.1.2. Phân loại theo các đặc tính làm việc của hệ kết cấu chịu
lực của công trình xây dựng
2.2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
THEO TCVN 9386:2012
2.2.1. Phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn TCVN 9386:2012
2.2.2. Các bước xác định tải trọng động đất
a. Xác định giá trị tỷ số agR/g
b. Nhận dạng điều kiện đất nền theo tác động động đất
c. Mức độ và hệ số tầm quan trọng
d. Xác định giá trị gia tốc đỉnh đất nền thiết kế
e. Xác định hệ số ứng xử q của kết cấu bê tông cốt thép
f. Xác định chu kỳ dao động riêng cơ bản T1 của công trình
2.2.3. Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương
2.2.4. Phương pháp phổ phản ứng thiết kế

a. Phạm vi áp dụng của phương pháp
Phương pháp phân tích phổ phản ứng là phương pháp có thể áp
dụng cho tất cả các công trình xây dựng và phương pháp phân tích
phổ phản ứng có thể áp dụng tính toán cho các công trình không thỏa


7
mãn điều kiện áp dụng phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương
đương.
b. Phổ thiết kế dùng trong phân tích đàn hồi
Theo quan điểm thiết kế hiện đại, các hệ kết cấu được phép chịu
tải trọng động đất trong miền không đàn hồi. Để tránh phải thực hiện
việc tính toán trực tiếp các kết cấu không đàn hồi, người ta dùng phổ
thiết kế Sd(T) là phổ phản ứng đàn hồi được thu nhỏ lại thông qua hệ
số ứng xử q.
c. Số dạng dao động cần xem xét trong phương pháp phổ
phản ứng
Cần thỏa mãn:
-

Tổng các trọng lượng hữu hiệu của các dạng dao động được
xem xét chiếm ít nhất 90% tổng trọng lượng kết cấu;

-

Tất cả các dạng dao động có trọng lượng hữu hiệu lớn hơn
5% của tổng trọng lượng đều được xem xét đến.

Nếu điều kiện tại trên không thỏa mãn (công trình có dạng dao
động xoắn góp phần đáng kể) thì số lượng tối thiểu các dạng dao

động k cần được xem xét đến khi phân tích không gian cần thỏa mãn
2 điều kiện sau:

k 3 n
Tk  0.2s

(2.15)
(2.16)

trong đó: k- số dạng dao động cần xem xét đến trong tính toán;
n- số tầng trên móng hoặc đỉnh của phần cứng phía dưới;
Tk- chu kỳ dao động tương ứng với dạng dao động k
d. Trình tự tính toán tải trọng động đất theo phương pháp
phổ phản ứng
- Xác định các chu kỳ dao động riêng của công trình


8
- Xác định phổ thiết kế không thứ nguyên
- Xác định lực cắt tại chân công trình
- Phân phối tải trọng ngang lên các cao trình tầng
- Tổ hợp các dạng dao động cần xét
- Vị trí tác động của tải trọng động đất theo phương ngang:
- Tổ hợp các hệ quả các thành phần động đất
- Tổ hợp tác động động đất với các tác động khác (tác động
ngang)
2.3. PHƯƠNG PHÁP PUSH-OVER TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG
ĐỘNG ĐẤT
2.3.1. Phương pháp push-over dạng chính (MPA)
Push-over dạng chính kết hợp phân tích push-over với phân tích

lịch sử phản ứng dạng chính. Một vài dạng chủ đạo được sử dụng
riêng rẽ như là dạng tải trọng ngang của phân tích push-over với
chuyển vị đỉnh được định nghĩa từ kết quả phân tích lịch sử phản ứng
dạng chính đối với hệ một bậc tự do đàn hồi dẻo [1,2]. Phương pháp
này cho kết quả tốt khi so sánh với phương pháp lịch sử thời gian
nhưng lại là một phương pháp tiêu tốn nhiều thời gian vì cần phải
chạy phân tích lịch sử phản ứng dạng chính để xác định chuyển vị
mục tiêu đối với mỗi dạng dao động.
2.3.2. Phương pháp push-over dạng chính hiệu chỉnh (MMPA)
Phương pháp phân tích push-over hiệu chỉnh (Modified Modal
Push-over Analysis) xét đến ảnh hưởng của dao động bậc cao với giả
thiết rằng ứng xử của dao động bậc cao vẫn còn nằm trong miền đàn
hồi. Bằng giả thiết này, phân tích dạng chính cổ điển đối với hệ
tuyến tính được sử dụng để kể đến ảnh hưởng của dạng dao động bậc
cao. Do đó không cần phải thực hiện phân tích push-over đối với dao
động bậc cao. Phương pháp lịch sử thời gian được sử dụng để xác


9
định chuyển vị mục tiêu của dạng dao động thứ nhất đàn hồi dẻo mà
nó được sử dụng bằng phân tích push-over. Phương pháp này đơn
giản hơn phương pháp push-over dạng chính, nhưng lại cho kết quả
có sai số lớn hơn ở bậc đàn hồi dẻo lớn hơn [1].
2.3.3. Phương pháp push-over dạng chính thực hành (PMPA)
Tương tự với phương pháp push-over dạng chính hiệu chỉnh
và có sự đơn giản hơn để xác định chuyển vị mục tiêu của bậc dao
động đàn hồi dẻo đầu tiên. Chuyển vị mục tiêu của dạng dao động
đàn hồi dẻo đầu tiên đạt được bằng cách nhân giá trị chuyển vị mục
tiêu trung tuyến của hệ tuyến tính với tỷ số biến dạng đàn hồi dẻo
[8]. Phương pháp này đự đoán tốt các yêu cầu động đất và vẫn cho

kết quả tương tự như phương pháp phân tích phổ phản ứng cho hệ
tuyến tính, và không cần phải thực hiện phân tích lịch sử thời gian,
nhưng vẫn cần lựa chọn dạng chuyển động đất nền và thực hiện
nhiều phân tích động tuyến tính để tìm giá trị chuyển vị mục tiêu đàn
hồi trung tuyến.
2.3.4. Phương pháp tổ hợp dạng chính (MMC)
Phương pháp tổ hợp dạng chính cố gắng kết hợp một số
dạng dao động bằng cách thêm vào hoặc giảm đi sự tham gia của các
dạng dao động khác nhau trong việc xác định lực ngang. Phương
pháp này cho nhiều dạng tải trọng ngang thay thế và tốn khá nhiều
thời gian [9].
2.3.5. Theo ATC_40
ATC-40 (ATC-40, 1996) còn được gọi là phương pháp phổ
khả năng, sử dụng chuyển vị đỉnh ở mái để xác định sự làm việc của
công trình theo chuyển động của đất nền. Sự kết hợp giữa đường
cong khả năng và phổ phản ứng yêu cầu với quá trình lặp được sử
dụng để xác định điểm tính năng hoặc chuyển vị mục tiêu. ATC - 40


10
yêu cầu dạng gia tốc - chuyển vị cho cả đường cong khả năng và phổ
yêu cầu. ATC - 40 yêu cầu dạng gia tốc - chuyển vị cho cả đường
cong khả năng và phổ yêu cầu .Các bước thực hiện của ATC - 40
được mô tả như sau:
- Chuyển đổi phổ phản ứng yêu cầu được xác định trong các tiêu
chuẩn xây dựng từ dạng gia tốc phổ (Sa) - chu kỳ (T) sang dạng gia
tốc - chuyển vị.
- Thực hiện phân tích push-over và thiết lập quan hệ giữa chuyển vị
đỉnh δ và lực cắt đáy V (đường cong khả năng push-over)
- Ước lượng độ cản và phổ phản ứng cản giảm 5%

βeff = κ β0 + 0.05

(2.39)

Trong đó:
κ hệ số hiệu chỉnh độ cản
+ β0 là cản trễ được biểu diễn dưới dạng cản nhớt tương
đương; 0.05 là 5% tỷ số cản ban đầu có tự nhiên trong kết cấu (giả
thiết là không đổi

Hình 2.5: Đường cong khả năng: (a) dạng V- δ; (b) dạng Sa - Sd

- Xác định điểm tính năng
Quy trình xác định điểm tính năng được mô tả như sau:


11
(a) Vẽ đường cong khả năng và phổ phản ứng ADRS với độ
cản 5% trong cùng một biểu đồ.
(b) Xác định điểm tính năng giả định Sapi, Sdpi. Việc này
được thực hiện bằng cách xấp xỉ chuyển vị bằng nhau.
(c) Thực hiện việc xấp xỉ nhị tuyến của đường cong khả
năng sao cho diện tích bên dưới đường cong khả năng và diện tích
bên dưới đường nhị tuyến là bằng nhau.
(d) Hệ số giảm SRA và SRV được tính toán để xác định phổ
yêu cầu được giảm. Phổ yêu cầu đã điều chỉnh giảm được vẽ cùng
với phổ khả năng.
(i). Nếu phổ yêu cầu đã điều chỉnh giảm mà giao với
phổ khả năng tại Sapi, Sdpi hoặc nếu giao điểm Sdp ở lân cận 5%
của Sdpi, thì điểm đó chính là điểm tính năng.

(ii) Nếu giao điểm không nằm trong giới hạn sai số
cho phép 5% thì chọn điểm khác và lặp lại các bước (c) và (d). Giao
điểm xác định được ở bước (d) có thể được sử dụng như là khởi điểm
cho vòng lặp kế tiếp.
- Kiểm tra lại các giới hạn của phản ứng
Ngay sau khi xác định được điểm tính năng Sap, Sdp thì xác
định lực cắt đáy (Vp) và chuyển vị đỉnh (δp). Sau đó, kiểm tra phản
ứng cục bộ của cấu kiện và phản ứng tổng thể của công trình. Phản
ứng cục bộ của cấu kiện, xác định cấu kiện tới hạn và được kiểm tra
như hướng dẫn chi tiết ở chương 11 của ATC - 40.
2.3.6. Theo FEMA 356
FEMA 356 (FEMA 356, 2000) lần đầu tiên được thiết lập để
gia cố (retrofit) các công trình đang tồn tại, nhưng quy trình thì hoàn
toàn có thể áp dụng cho thiết kế công trình mới. Chủ đầu tư quyết
định tính năng mong muốn (của công trình, và sau đó kỹ sư sẽ thiết


12
kế một kết cấu mới hoặc gia cố kết cấu để đạt được mục tiêu tính
năng mong muốn. Tính năng làm việc được chia làm bốn mức là Sử
dụng bình thường (Operational Performance), Tiếp tục sử dụng
(Immediate Occupancy), An toàn sinh mạng (Life Safety), và Ngăn
ngừa sụp đổ (Collapse Prevention). Giới hạn của mỗi mức được mô
tả như hình vẽ 2.9.

Hình 2.10: Giới hạn các mức mục tiêu tính năng

FEMA 356, còn gọi là phương pháp hệ số, điều chỉnh phổ
đàn hồi tuyến tính của hệ một bậc tự do tương đương bằng cách đưa
ra một loạt các hệ số từ C0 đến C3 để ước lượng giá trị chuyển vị

tổng thể lớn nhất maximum global displacement (cả đàn hồi và
không đàn hồi) mà nó được gọi là chuyển vị mục tiêu. Chuyển vị
mục tiêu có thể được tính toán theo công thức (2.42) dưới đây:
 t  C0C1C2C3 Sa

Te2
g
4 2

(2.42)

2.4. PHƯƠNG PHÁP PUSH-OVER CẢI TIẾN TÍNH TOÁN
CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
2.4.1. Theo phương pháp N2 cơ bản (Basic N2)
Phương pháp N2 tương tự như phương pháp phổ khả năng
nhưng phương pháp này sử dụng phổ đàn hồi dẻo, trong khi phương
pháp phổ khả năng truyền thống sử dụng phổ đàn hồi với chu kỳ và


13
độ cản tương. Phương pháp N2 loại bỏ được hai điểm hạn chế của
phương pháp phổ khả năng truyền thống (FEMA 356 và ATC - 40),
đó là cần quá trình lặp và phải sử dụng độ cản và chu kỳ tương
đương.
Phổ đàn hồi dẻo được dựa vào phân tích thống kê, trong đó
loại chuyển động đất nền mạnh và gần vị trí đứt gãy không được xem
xét. Cần phải thận trọng đối với dải chu kỳ dài (chuyển động thường
không đổi) và dải chu kỳ rất dài (chuyển vị phổ sẽ giảm tới mức
chuyển vị đỉnh của đất nền).
2.4.2. Theo phương pháp N2 mở rộng (Extended N2 method)

Phương pháp N2 mở rộng kết hợp kết quả của phương pháp
N2 cơ bản và phương pháp phân tích phổ. Phương pháp phân tích
phổ phản ứng là phân tích động tuyến tính, kết quả chuyển vị đỉnh
của công trình theo phương pháp phân tích phổ phản ứng phải được
điều chỉnh sao cho giống với phương pháp N2 cơ bản. Giá trị được
sử dụng là giá trị lớn hơn trong hai phương pháp này. Mục đích của
việc xét phân tích phổ phản ứng là nhằm kể đến ảnh hưởng của dao
động bậc cao khi công trình được giả thiết là ứng xử đàn hồi.


14

Chương 3

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PUSH-OVER CẢI TIẾN
ĐỂ PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH NHÀ NHIỀU TẦNG
KHÔNG ĐỐI XỨNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
3.1. QUY TRÌNH TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG PHÁP N2
3.1.1. Lập dữ liệu công trình và phổ gia tốc đàn hồi
3.1.2. Chuyển đổi phổ phản ứng về dạng gia tốc - chuyển vị
và lập phổ đàn hồi dẻo

a. Phổ đàn hồi
b. Phổ đàn hồi dẻo đối với độ dẻo không đổi

Hình 3.2: Phổ phản ứng đàn hồi và đàn hồi dẻo đối với hệ có độ dẻo không
đổi [2]

3.1.3. Phân tích push-over
3.1.4. Hệ một bậc tự do tương đương và đường cong khả

năng


15
a. Xác định khối lượng m*
b. Chuyển đổi các giá trị từ hệ nhiều bậc tự do (Q) thành hệ một
bậc tự do (Q*)
c. Xác định mối quan hệ lực - chuyển vị đàn hồi dẻo xấp xỉ.
d. Xác định các giá trị cường độ Fy* , D*y và chu kỳ T*
e. Xác định đường cong khả năng dạng ADRS

Hình 3.3: Đường cong khả năng nhị tuyến lý tưởng hóa với độ cứng sau
chảy bằng không và xác định đường cong khả năng dạng ADRS

3.1.5. Phổ yêu cầu động đất đối với hệ một bậc tự do
a. Xác định hệ số giảm Rμ theo Vidic và đồng sự [13] dựa
trên chu kỳ đàn hồi của đường cong lý tưởng
b. Xác định yêu cầu chuyển vị Sd=D* (xem hình 3.4)
3.1.6. Yêu cầu động đất tổng cộng cho hệ nhiều bậc tự do
Chuyển đổi yêu cầu chuyển vị của hệ một bậc tự do thành
chuyển vị đỉnh của hệ nhiều bậc tự do bằng công thức
Dt = Γ D*
3.1.7. Yêu cầu động đất cục bộ cho hệ nhiều bậc tự do
3.1.8. Đánh giá tính năng (Phân tích mức độ nguy hiểm)

(3.18)


16
3.2. PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU

ĐỘNG ĐẤT SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP N2 CƠ BẢN
Giới thiệu về công trình khảo sát
3.2.1. Hình dạng công trình

Hình 3.6: Mặt bằng công trình

Hình 3.7: Mặt cắt công trình
3.2.2. Số liệu phân tích
- Vật liệu: như mặc định.
- Chiều cao mỗi tầng: 3,0 (m), riêng chiều cao tầng 1 là 4,0 (m)
- Tiết diện: Sàn (150 mm), Dầm (300x600) mm; Cột (600x600;
500x500; 400x400) mm


17
- Tải trọng: Tĩnh tải do trọng lượng bản thân kết cấu: sàn, dầm, cột,
… khai báo để phần mềm ETABS v17.0.1 tự tính.
3.2.3. Mô hình kết cấu trong Etabs v17.0.1
Kết quả khảo sát
* Chuyển vị lớn nhất và chuyển vị tương đối lớn nhất theo tầng

Hình 3.11: Chuyển vị của công trình 8 tầng BTCT khi sử dụng các phương
pháp FEMA, ATC 40, và N2 cơ bản

Qua kết quả khảo sát từ 01 công trình cho thấy rằng chuyển vị của
công trình tính toán theo 3 phương pháp khác nhau thì khác nhau.
Phương pháp N2 cho giá trị trung gian giữa hai phương pháp còn lại.
Mặt khác khi so sánh các phương pháp ATC-40, FEMA 356
và N2 cơ bản chúng ta có các nhận xét trình bày ở bảng 3.1.
Bảng 3.1: So sánh các phương pháp push-over ATC-40, FEMA-356,

N2 cơ bản
ATC-40

FEMA-356

N2 cơ bản

Phân tích đẩy Chỉ sử dụng một vài dạng tải trọng Bất kỳ dạng


18
ATC-40
dần

FEMA-356

N2 cơ bản
phân phối tải

ngang

trọng

ngang

nào

(bằng

cách giả thiết

dạng

chuyển

vị thích hợp)
Chuyển đổi từ

(chỉ cho C0

hệ nhiều bậc dạng

dao

tự do sang hệ động

thứ

một bậc tự do

Γ

nhất)

Lý tưởng hóa Không có sự Có quy luật lý Có
nhị tuyến

lý tưởng hóa tưởng hóa
đường

cong

khả năng
Xác định yêu Được
cầu chuyển vị

xác Được xác định Γ tương tự Co;

định từ phổ bằng cách nhân μ/R μ tương tự
đàn hồi tương với bốn hệ số C1;
đương

bằng (C0,C1,C2,C3)

Không có hệ

cách sử dụng

số tương tự C2

sức

và C3 (xem

cản

và

chu kỳ tương

như bằng 1).

đương để xem
xét ứng xử
phi tuyến của
kết cấu
Đối với công trình cao và bất đối xứng, phương pháp push-over
truyền thống cho kết quả có sự sai khác lớn khi mà sự ảnh hưởng của


19
các dạng dao động bậc cao là đáng kể, phương pháp này không bắt
kịp các tác động của dao động bậc cao cả theo chiều cao tầng và theo
mặt bằng (tác động xoắn). Trong phân tích push-over truyền thống,
có hai bước quan trọng phải thực hiện là:
+ Làm thế nào để xác định dạng tải trọng ngang;
+ Làm thế nào để xác định phổ phản ứng và đường cong khả
năng để xác định chuyển vị mục tiêu.
Phương pháp N2 mở rộng sử dụng phổ thiết kế đàn hồi dẻo
để xác định chuyển vị mục tiêu, phương pháp này không cần quá
trình lặp. Hơn nữa, phương pháp N2 mở rộng kết hợp phương pháp
N2 cơ bản với phương pháp phân tích động tuyến tính được gọi là
phương pháp phổ phản ứng để kể đến ảnh hưởng của dạng dao động
bậc cao. Phương pháp này được thực hiện bằng cách lấy các giá trị
lớn hơn của yêu cầu động đất như chuyển vị, chuyển vị tương đối
giữa các tầng, hệ số xoắn của mỗi bậc tự do tính được bằng phương
pháp N2 cơ bản và phương pháp phổ phản ứng. Phương pháp phổ
phản ứng cần thiết phải được chuẩn hóa cho đến khi chuyển vị đỉnh
mục tiêu của phương pháp phổ phản ứng và phương pháp N2 cơ bản
là giống nhau. Ý tưởng chính của phương pháp N2 mở rộng là giả
thiết ứng xử của ảnh hưởng dao động bậc cao vẫn là ứng xử đàn hồi.

Phương pháp N2 cơ bản sẽ xét đến tính phi tuyến đối với dạng dao
động thứ nhất bởi vì dạng tải trọng là dựa vào dạng chuyển vị được
giả thuyết là tuyến tính. Phương pháp phổ phản ứng sẽ xét đến ảnh
hưởng của dạng dao động bậc cao đàn hồi.


20

Hình 3.12: Chuyển vị các tầng khi sử dụng phương pháp N2 và phương
pháp N2 mở rộng

Căn cứ vào các kết quả chuyển vị, tác giả nhận thấy rằng với
việc kết hợp phương pháp N2 và phương pháp phổ phản ứng trong
phương pháp N2 mở rộng, chuyển vị của công trình có giá trị nhỏ
hơn so với phương pháp N2 cơ bản.


21

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Đề tài đã nghiên cứu ứng dụng các phương pháp để phân
tích các công trình nhà nhiều tầng không đối xứng chịu tải trọng
động đất. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài ta có thể rút ra một số
kết luận như sau:
1. Khi sử dụng phương pháp N2 mở rộng, bằng cách kết hợp
phương pháp N2 cơ bản và phương pháp phổ phản ứng thì có thể kể
đến sự ảnh hưởng của các dạng dao động bậc cao.
2. Khảo sát trong trường hợp sử dụng phương pháp N2 mở
rộng cho kết quả chuyển vị nhỏ hơn khi dùng phương pháp N2. Tuy
nhiên, kết quả đề tài mới chỉ dừng lại ở mức độ áp dụng phương

pháp vào một trường hợp cụ thể. Do vậy, cần phải khảo sát trong
nhiều trường hợp hơn nữa.
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài là khảo sát ảnh
hưởng của dạng dao dao động bậc cao đổi với công trình không đối
xứng và hiệu chỉnh dạng tải trọng ngang khi kể đến các dao động bậc
cao.