(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của dao động bậc cao đến khả năng kháng chấn của kết cấu khung nhà cao tầng ở TP hồ chí minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGUYỄN VAN HIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HUỞNG CỦA DAO ÐỘNG BẬC CAO
ÐẾN KHẢ NANG KHÁNG CHẤN CỦA KẾT CẤU KHUNG
NHÀ CAO TẦNG Ở TP. HỒ CHÍ MINH

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG
VÀ CƠNG NGHIỆP : 60.58.02.08

SKC005072

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN HIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG BẬC CAO
ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA KẾT CẤU KHUNG
NHÀ CAO TẦNG Ở TP. HỒ CHÍ MINH

NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 60580208

Tp. Hồ Chí Minh, tháng……./2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN HIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG BẬC CAO
ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA KẾT CẤU KHUNG
NHÀ CAO TẦNG Ở TP. HỒ CHÍ MINH

NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP – 60580208
Hướng dấn khoa học: TS. NGÔ VIỆT DŨNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng……./2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN HIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA DAO ĐỘNG BẬC
CAO ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA KẾT CẤU
KHUNG NHÀ CAO TẦNG Ở TP. HỒ CHÍ MINH

NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 60580208

Tp. Hồ Chí Minh, tháng……./2016

i


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN HIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA DAO ĐỘNG BẬC CAO
ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA KẾT CẤU KHUNG

NHÀ CAO TẦNG Ở TP. HỒ CHÍ MINH

NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP – 60580208

Hƣớng dấn khoa học: TS. NGÔ VIỆT DŨNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng……./2016

ii


LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: NGUYỄN VĂN HIỆP

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 06/03/1989

Nơi sinh: Phú Yên

Quê quán: Hòa Quang Nam, Phú Hòa, Phú yên

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số nhà 30A, đƣờng số 26, Linh Đông, Thủ Đức
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng: 0988.557.080

Fax:

E-mail:

II.

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……
Nơi học (trƣờng, thành
phố): Ngành học:

2.

Đại học:
Hệ đào tạo: Chính qui

Thời gian đào tạo từ 10/2008 đến 05 /2013

Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Mở Tp.HCM
Ngành học: Xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Đại học Mở Tp.HCM
Ngƣời hƣớng dẫn: TS.Hồ Hữu Chỉnh
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Văn Hiệp
Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 03 năm 2016

Nguyễn Văn Hiệp

iv

LỜI CÁM ƠN
Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với TS. Ngô Việt
Dũng đã tận tình hƣớng dẫn, cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị và thƣờng xuyên
động viên, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu hoàn thành luận văn của tác giả.
Tác giả xin chân thành cám ơn các Thầy trong khoaTrƣờng Đại học Sƣ
Phạm Kỹ Thuật, đặc biệt TS. Châu Đình Thành, TS. Phan Đức Hùng, TS.Trần Văn
Tiếng, đã tận tình giúp đỡ, chỉ dẫn và đóng góp ý kiến để luận văn đƣợc hoàn thiện.
Tác giả xin trân trọng cám ơn các cán bộ, giảng viên Bộ môn Khoa Xây
dựng, Khoa sau đại học Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM; các phòng,
ban, khoa đã tạo điều kiện thuận lợi, động viên, giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu
và hồn thành luận văn.
Cuối cùng tác giả bày tỏ lịng biết ơn đối với ngƣời thân trong gia đình đã
động viên khích lệ và chia sẻ những khó khăn với tác giả trong suốt thời gian thực
hiện luận văn.
Tác giả

Nguyễn Văn Hiệp

v


MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC......................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN............................................................................................iv
LỜI CÁM ƠN...................................................................................................v
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮC.............................................................ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH..............................................................................xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG...........................................................................xiv

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU.......................15
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các nghiên cứu trong và
ngồi nƣớc.................................................................................................. 15
1.1.1 Giới thiệu....................................................................................... 15
1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu.................................................... 16
1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc.................................................. 16
1.1.4 Tình hình nghiên cứu nƣớc ngồi..................................................17
1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài....................................................................17
1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu......................................................................17
CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................19
2.1 Tóm tắt..................................................................................................19
2.2 Phƣơng pháp phân tích Pushover.........................................................20
2.2.1 Phƣơng pháp phân tích lịch sử phản ứng...................................... 20
2.2.2. Phƣơng thức phân tích pushover..................................................22
2.2.3. Phƣơng pháp phân tích đẩy dần với nhiều dạng dao động...........23
2.3 Tính chất phi tuyến của các thành phần trong kết cấu.......................... 23
2.4. Phần mềm hỗ trợ..................................................................................26
2.4.1. Etabs 2015.....................................................................................26
2.4.2. Bispec 2.20....................................................................................26
2.5. Ảnh hƣởng các dạng dao động bậc cao...............................................27

vi


2.6 Các bƣớc thực hiện phân tích bằng phƣơng pháp Modal Pushover
Analysis (MPA)...........................................................................................27
2.7 Các bƣớc thực hiện phân tích bằng phƣơng pháp Response History
Analysis (RHA)...........................................................................................29
CHƢƠNG 3 PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA CƠNG
TRÌNH Ở DẠNG DAO ĐỘNG BẬC CAO VỚI HAI PHƢƠNG PHÁP MPA

& RHA............................................................................................................30
3.1. Phân tích cơng trình với ETABS 2015.................................................30
3.1.1. Các bƣớc phân tích.......................................................................30

3.1.2. Mơ hình các cơng trình đƣợc phân tích........................ 30
3.1.2.1 Cơng trình 5 tầng..................................................... 30
3.1.2.2 Cơng trình 10 tầng...................................................................35
3.1.2.3 Cơng trình 15 tầng...................................................................38
3.1.3. Xây dựng đƣờng cong Pushover.................................................. 42
3.1.4 Chuyển đổi đƣờng cong lý tƣởng pushover qua mối quan hệ lực biến dạng.................................................................................................46
3.1.4.1. Công trình 5 tầng....................................................................47

3.1.4.2 Cơng trình 10 tầng................................................... 53
3.1.4.3 Cơng trình 15 tầng...................................................................57

3.2 Phân tích cơng trình với BISPEC 2.20................................. 60
3.2.1. Cơng trình 5 tầng.......................................................... 62
3.2.2 Cơng trình 10 tầng..........................................................................67
3.2.3 Cơng trình 15 tầng..........................................................................73
3.3 Phƣơng pháp phân tích lịch sử thời gian( RHA) với Etabs 2015.........79
3.4. Phƣơng pháp phân tích đẩy dần với nhiều dạng dao động..................

81

3.4.1. Kết quả tính tốn từ phân tích pushower....................... 82
3.4.2. Kết quả từ phƣơng pháp phân tích lịch sử thời gian (RHA)........

vii

83

3.4.3. So sánh kết quả 2 phƣơng pháp.................................... 83
CHƢƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................95
4.1. Kết quả nhận đƣợc...............................................................................95
4.2 Kết luận.................................................................................................95
4.3 Kiến nghị...............................................................................................95
PHỤ LỤC A....................................................................................................98

viii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮC
m

ma trận khối lƣợng

cma trận cản
kđộ cứng
u

chuyển vị xoay cực hạn

y

chuyển vị xoay ở trạng thái chảy


n

tần số dao động riêng

n
D

A

tỉ lệ giảm sóc
lịch sử biến dạng
lịch sử gia tốc
chuyển vị đỉnh

rno

cƣờng độ chịu kéo cốt thép dọc

fy

cƣờng độ chịu kéo cốt thép

fsu

diện tích tiết diện cốt thép chịu nén

A’s

diện tích tiết diện cốt thép chịu kéo

As

độ dẻo biến dạng

ε
 tổng chuyển vị

L

chiều dài tính toán

h

chiều cao mặt cắt ngang cấu kiện

R

tỷ lệ biến dạng bê tông cấu kiện

Rm

tỷ lệ giữa các thành phần moment uốn cấu kiện

My

moment uốn đàn hồi

M

khả năng chịu uốn cấu kiện

P

lực dọc trục

Pu
E

cƣờng độ chịu nén đúng tâm cấu kiện

Ei

cƣờng độ tác dụng của tải trọng địa chấn

giá trị giới hạn cực đại địa chấn

ix

mi


m

khối lƣợng tập trung tại các nút

Vi

khối lƣợng cơng trình ở trên móng

Tc

chuyển vị tại nút có tác động

TB

chu kỳ ứng với giới hạn trên trên của đoạn có gia tốc không đổi của phổ
đàn

TD

hồi
giới hạn dƣới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia
tốc

Se(T
giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi
)
trong
phổ phản ứng;
phổ phản ứng đàn hồi
T chu kỳ dao động của hệ tuyến tính một bậc tự do

ag

gia tốc nền

S hệ số nền
hệ số điều chỉnh độ cản
 hệ số điều chỉnh
Fi

lực cắt tác dụng tại tầng thứ i

F

lực cắt đáy

b

chuyển vị của các khối lƣợng

Si
m
i

khối lƣợng của các tầng
độ cao khối lƣợng

Zi

chuyển vị ngang tƣơng đối

dr

hệ số ứng xử chuyển vị

qc

tổng trọng lực của tầng

P

chiều cao tầng

H

chu kỳ hữu hiệu

T

chuyển vị mục tiêu.

e




x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2. 1 Biểu đồ quan hệ lực cắt đáy và chuyển vị đỉnh........................................ 19
Hình 2. 2 Phân tích tĩnh & Phân tích động của hệ 1 bậc tự do...............................22
Hình 2. 3 Tính chất phi tuyến cấu kiện ảnh hƣởng lực dọc..................................... 24
Hình 2. 4 Tính chất phi tuyến cấu kiện ảnh hƣởng lực cắt..................................... 24
Hình 2. 5 Tính chất phi tuyến cấu kiện ảnh hƣởng lực dọc và moment..................25
Hình 2. 6 Hệ SDF khơng đàn hồi từ đƣờng cong đẩy dần: (a) Lý tƣởng hóa đƣờng
cong đẩy dần; (b) Quan hệ giữa lực-chuyển vị của hệ SDF.................................... 28
Hình 2. 7 Phân tích động của hệ một bậc tự do....................................................... 29
Hình 3. 1 Mặt bằng và mặt đứng mơ hình cơng trình 5 tầng………………………31
Hình 3. 2 Mode làm việc theo hai phƣơng X;Y...................................................... 33
Hình 3. 3 Mặt bằng và mặt đứng mơ hình cơng trình 10 tầng................................. 36

Hình 3. 4 Mặt bằng và mặt đứng mơ hình cơng trình 15 tầng................................. 39
Hình 3. 5 Khai báo tính chất phi tuyến của kết cấu chịu ảnh hƣởng của lực dọc....42
Hình 3. 6 Khai báo tính chất phi tuyến của kết cấu chịu ảnh hƣởng của lực cắt.....43
Hình 3. 7 Khai báo tính chất phi tuyến của kết cấu chịu ảnh hƣởng của Moment. .. 43
Hình 3. 8 Gán các thuộc tính phi tuyến cho cấu kiên (dầm, cột, vách BTCT).........44
Hình 3. 9 Khai báo phân tích đẩy dần (Push 1)....................................................... 45
Hình 3. 10 Khai báo phân tích đẩy dần (Push 2)..................................................... 45
Hình 3. 11 Đƣờng cong Pushower.......................................................................... 46
Hình 3. 12 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode1-khung 5 tầng..................49
Hình 3. 13 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn.....................49
Hình 3. 14 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode2-khung 5 tầng..................50
Hình 3. 15 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn.....................50
Hình 3. 16 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode4-khung 5 tầng..................50
Hình 3. 17 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn.....................51
Hình 3. 18 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode5-khung 5 tầng..................51
Hình 3. 19 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn.....................51
Hình 3. 20 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode7-khung 5 tầng..................52
Hình 3. 21 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn.....................52
Hình 3. 22 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode8-khung 5 tầng..................52
Hình 3. 23 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn.....................53
Hình 3. 24 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode1-khung 10 tầng................54
Hình 3. 25 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn.....................54
Hình 3. 26 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode4 -khung 10 tầng...............55
Hình 3. 27 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn.....................55
Hình 3. 28 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode7 -khung 10 tầng...............56

xi


Hình 3. 29 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn.....................56

Hình 3. 30 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode1 -khung 15 tầng...............57
Hình 3. 31 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn sang Fsn/Ln-Dn.....................57
Hình 3. 32 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode4 -khung 15 tầng...............58
Hình 3. 33 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn - Fsn/Ln-Dn...........................58
Hình 3. 34 Lý tƣởng hóa đƣờng cong Pushover- mode7 -khung 15 tầng...............59
Hình 3. 35 Biểu đồ chuyển đổi mối quan hệ Dn/Vn - Fsn/Ln-Dn...........................59
Hình 3. 36 Giao diện chính của Bispec 2.20........................................................... 60
Hình 3. 37 Khai báo trận động đất mẫu el-centrol................................................... 61
Hình 3. 38 Lịch sử Gia tốc nền, vận tốc và chuyển vị của trận...............................61
Hình 3. 39 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................65
Hình 3. 40 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................65
Hình 3. 41 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................65
Hình 3. 42 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................66
Hình 3. 43 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................66
Hình 3. 44 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.....................66
Hình 3. 45 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................67
Hình 3. 46 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................68
Hình 3. 47 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................69
Hình 3. 48 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................70
Hình 3. 49 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................71
Hình 3. 50 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................72
Hình 3. 51 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................73
Hình 3. 52 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................74
Hình 3. 53 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................75
Hình 3. 54 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................76
Hình 3. 55 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................77
Hình 3. 56 Biểu đồ mối quan hệ giữa chuyển vị đỉnh & lực cắt đáy.......................78
Hình 3. 57 Gia tốc trận động đất EL-CENTROL.................................................... 79
Hình 3. 58 Phổ gia tốc nền– từ trận động đất mẫu el-centrol..................................79
Hình 3. 59 Load case data-HIST0.25...................................................................... 80

Hình 3. 60 Chuyển vị tầng -HIST0.25..................................................................... 80
Hình 3. 61 Độ lệch tầng - HIST0.25........................................................................ 81
Hình 3. 62 Khai báo kiểm soát chuyển vị khi đẩy dần............................................ 82
Hình 3. 63 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)
0.25el-centrol.......................................................................................................... 85
Hình 3. 64 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)
0.5el-centrol (cơng trình 5 tầng).............................................................................. 98

xii


Hình 3. 65 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)
0.75el-centrol (cơng trình 5 tầng)............................................................................ 99
Hình 3. 66 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)
0.75el-centrol (cơng trình 5 tầng)............................................................................ 99
Hình 3. 67 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)100
Hình 3. 68 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)100
Hình 3. 69 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)101
Hình 3. 70 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)101
Hình 3. 71 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)102
Hình 3. 72 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)102
Hình 3. 73 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)103
Hình 3. 74 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)104
Hình 3. 75 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)104
Hình 3. 76 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)105
Hình 3. 77 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)105
Hình 3. 78 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)106
Hình 3. 79 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)106
Hình 3. 80 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)107
Hình 3. 81 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)107

Hình 3. 82 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)108
Hình 3. 83 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)109
Hình 3. 84 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)109
Hình 3. 85 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)110
Hình 3. 86 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)110
Hình 3. 87 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)111
Hình 3. 88 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)111
Hình 3. 89 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)112
Hình 3. 90 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)112
Hình 3. 91 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)113
Hình 3. 92 Chuyển vị và độ lệch tầng – RHA & MPA (1mode - 2mode - 3mode)113

xiii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3. 1 Chu kỳ và tầng số của các dạng dao động............................................... 32
Bảng 3. 2 Khối lƣợng các tầng............................................................................... 32
Bảng 3. 3 Mode làm việc theo 2 phƣơng X;Y........................................................ 33
Bảng 3. 4 Ma trận khối lƣợng của cơng trình 5 tầng............................................... 34
Bảng 3. 5 Ma trận dạng dao động của cơng trình 5 tầng......................................... 34
Bảng 3. 6 Ma trận dạng lực ngang phân phối lên các tầng với từng dạng dao động
của cơng trình 5 tầng............................................................................................... 34
Bảng 3. 7 Ma trận khối lƣợng của cơng trình 10 tầng............................................. 37
Bảng 3. 8 Ma trận dạng dao động của cơng trình 10 tầng....................................... 37
Bảng 3. 9 Ma trận dạng lực ngang phân phối lên các tầng với từng dạng dao động
của cơng trình 10 tầng............................................................................................. 38
Bảng 3. 10 Ma trận khối lƣợng của cơng trình 15 tầng........................................... 40
Bảng 3. 11 Ma trận dạng dao động của cơng trình 15 tầng...................................... 41
Bảng 3. 12 Mn;Ln;n;M* của cơng trình 5 tầng..................................................... 47

Bảng 3. 13 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode1) - khung 5 tầng 47
Bảng 3. 14 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode2)-khung 5 tầng .. 47
Bảng 3. 15 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode4)-khung 5 tầng .. 48
Bảng 3. 16 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode5)-khung 5 tầng .. 48
Bảng 3. 17 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode7)-khung 5 tầng .. 48
Bảng 3. 18 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode8)-khung 5 tầng .. 49
Bảng 3. 19 Mn;Ln;n;M* của cơng trình 10 tầng................................................... 53
Bảng 3. 20 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode1)-khung 10 tầng 53
Bảng 3. 21 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode4)-khung 10 tầng 55
Bảng 3. 22 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn- Fsn/Ln/Dn (mode7)-khung 10 tầng . 56
Bảng 3. 23 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode 1) – khung 15 tầng
57
Bảng 3. 24 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode 4) – khung 15 tầng
58
Bảng 3. 25 Chuyển từ mối quan hệ Vbn/Urn - Fsn/Ln/Dn (mode 7) – khung 15 tầng
59
Bảng 3. 26 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode1)
62
Bảng 3. 27 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyểnsang mối quan hệ Vbn/Urn (mode2)
62
Bảng 3. 28 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyểnsang mối quan hệ Vbn/Urn (mode4)
63

xiv


Bảng 3. 29 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyểnsang mối quan hệ Vbn/Urn (mode5)
63
Bảng 3. 30 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode7)
64

Bảng 3. 31 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode8)
64
Bảng 3. 32 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode1)khung 10 tầng.......................................................................................................... 67
Bảng 3. 33 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode3)khung 10 tầng.......................................................................................................... 68
Bảng 3. 34 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode4)
-khung 10 tầng........................................................................................................ 69
Bảng 3. 35 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode
6)- khung 10 tầng.................................................................................................... 70
Bảng 3. 36 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode7)khung 10 tầng.......................................................................................................... 71
Bảng 3. 37 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyểnsang mối quan hệ Vbn/Urn (mode9) khung 10 tầng.......................................................................................................... 72
Bảng 3. 38 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode1)khung 15 tầng.......................................................................................................... 73
Bảng 3. 39 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode
2)-khung 15 tầng..................................................................................................... 74
Bảng 3. 40 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode4)
-khung 15 tầng........................................................................................................ 75
Bảng 3. 41 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn (mode
5)- khung 15 tầng.................................................................................................... 76
Bảng 3. 42 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyển sang mối quan hệ Vbn/Urn............77
Bảng 3. 43 Fsn/ln/Dn xuất từ etabs và chuyểnsang mối quan hệ Vbn/Urn.............78
Bảng 3. 44 Bảng so sánh 2 phƣơng pháp MPA-RHA (5-story-building )...............85
Bảng 3. 45 Chuyển vị tầng cơng trình 5 tầng - (0.25el-centrol)..............................86
Bảng 3. 46 Độ lệch tầng cơng trình 5 tầng (0.25el-centrol).................................... 87
Bảng 3. 47 Chuyển vị tầng cơng trình 10 tầng - (0.25el-centrol)............................88
Bảng 3. 48 Độ lệch tầng cơng trình 10 tầng (0.25el-centrol)................................... 89
Bảng 3. 49 Chuyển vị tầng - cơng trình 15 tầng - (0.25el-centrol)..........................90
Bảng 3. 50 Độ lệch tầng - cơng trình 15 tầng (0.25el-centrol)...............................92
Bảng 3. 51 Bảng so sánh MPA-RHA (5-story-building )........................................ 98
Bảng 3. 52 Bảng so sánh 2 phƣơng pháp MPA-RHA (10-story-building )...........103
Bảng 3. 53 Bảng so sánh 2 phƣơng pháp MPA-RHA (15-story-building )...........108

xv


CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các nghiên cứu trong và ngồi
nƣớc.
1.1.1 Giới thiệu.
Phƣơng pháp phân tích đẩy dần là phƣơng pháp phân tích tĩnh phi tuyến
đƣợc thực hiện dƣới điều kiện lực trọng trƣờng không thay đổi và tải trọng ngang
tăng một cách đơn điệu. Hiện nay phƣơng pháp phân tích tĩnh phi tuyến ngày càng
đƣợc sử dụng phổ biến và rộng rãi trên thế giới. Đặc điểm của phƣơng pháp phân
tích này là q trình biến dạng phi tuyến của kết cấu xảy ra dƣới tác động tải trọng
ngang tăng đơn điệu. Quá trình tăng tải trọng ngang đƣợc thực hiện cho đến khi nút
kiểm tra (thƣờng là cao trình đỉnh mái) có chuyển vị ngang bằng chuyển vị mục
tiêu định trƣớc, hoặc cho tới khi lực cắt đáy đạt lực cắt mục tiêu.
Chuyển vị mục tiêu là giá trị chuyển vị ngang cực đại của một nút đƣợc lựa
chọn trên kết cấu khung (thông thƣờng chọn nút đỉnh kết cấu). Mối quan hệ biến
dạng và nội lực của kết cấu đƣợc kiểm tra liên tục trong quá trình tải trọng ngang
đƣợc gia tăng đơn điệu.
Phƣơng pháp phân tích đẩy dần đƣợc xây dựng trên cơ sở phƣơng pháp
phân tích tĩnh phi tuyến. Do đó, ứng xử kết cấu phân tích dựa trên các bậc dao động
cơ bản của hệ kết cấu, bỏ qua sự ảnh hƣởng các dạng dao động bậc cao trong q
trình phân tích (hình dáng của các dạng dao động không thay đổi cả q trình phân
tích). Đối với cơng trình cao tầng, về lý thuyết, phƣơng pháp phân tích tĩnh phi
tuyến nói chung và phƣơng pháp phân tích đẩy dần nói riêng khơng thực sự phù
hợp khi bỏ qua sự ảnh hƣởng của các dạng dao động bậc cao khi tiến hành phân
tích. Vì vậy cần phải xét đến ảnh hƣởng của các dạng dao động bậc cao đến khả
năng kháng chấn của cơng trình nhà cao tầng.

15


1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu.
Với nhu cầu tính tốn động đất cho những những cơng trình cao tầng, khi sự
đóng góp của những dao động phức tạp là đáng kể thì phƣơng pháp CSM khơng
cịn chính xác. Để khắc phục hạn chế này, năm 2002 Chopra và Goel [7] đã đề xuất
một phƣơng pháp cải tiến phƣơng pháp tĩnh phi tuyến, đƣợc gọi là phƣơng pháp
phân tích tĩnh sử dụng lực ngang dựa trên dạng dao động có xét đến đóng góp của
các dạng dao động cao MPA (phƣơng pháp phân tích đẩy dần theo dạng chính),
Phƣơng pháp MPA đã đƣợc Chintanapakdee [11] chứng minh có độ chính xác cao
hơn trong đánh giá địa chấn các cơng trình cao tầng hơn so với phƣơng pháp tĩnh
phi tuyến thông thƣờng. Chopra và Goel đã phát triển một quy trình phân tích đẩy
dần đƣợc gọi là phƣơng pháp phân tích đẩy dần MPA dựa trên thuyết động lực học
cơng trình. Đây là phƣơng pháp đạt đƣợc những yêu cầu đƣa ra. Phƣơng pháp này
đƣợc nghiên cứu, phát triển rộng rãi ở các nƣớc phát triển và đang đƣợc nghiên
cứu, đƣa vào áp dụng ở Việt Nam.
1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc.
Hiện nay, tại Việt Nam một số nghiên cứu đã đề cập đến phƣơng pháp phân
tích tĩnh phi tuyến nhƣ:
Các tác giả Đỗ Trọng Nghĩa; Nguyễn Hồng Ân và Nguyễn Khánh Hùng [3]
đã nghiên cứu cải thiện cơ sở kiến thức về độ chính xác của các phƣơng pháp tĩnh
trong việc dự đoán ứng xử động đất cho các kết cấu khung thép chịu moment
(SMRF).
Tác giả Trần Thanh Tuấn; Nguyễn Hồng Ân và Nguyễn Khánh Hùng [4,5]
nghiên cứu mở rộng phƣơng pháp phân tích đẩy dần nhiều dạng dao động nhiều bậc
tự do trong đánh giá động đất cho nhà cao tầng, trong đó chuyển vị mục tiêu đƣợc
xác định bằng phƣơng pháp phổ khả năng (Capacity Spectrum Method) và đánh giá
độ chính xác và sai lệch của chuyển vị mục tiêu đƣợc xác định bằng phƣơng pháp

đẩy dần MPA (Modal Pushover Analysis) dựa trên phổ khả năng (Capacity
Spectrum Method) cho khung thép phẳng.

16


Tác giả Đinh Văn Thuật [6] đã trình bày phƣơng pháp đánh giá chuyển vị
ngang phi tuyến của kết cấu nhà cao tầng. Kết quả phân tích đánh giá đƣợc so sánh
với phƣơng pháp phân tích phổ gia tốc đƣợc quy định trong TCXDVN 375:2006
[1] với các hệ kháng chấn khác nhau.
1.1.4 Tình hình nghiên cứu nƣớc ngồi.
Một số nghiên cứu đã đƣợc nghiên cứu và phát triển ở nƣớc ngồi đề cập
đến phƣơng pháp phân tích tĩnh phi tuyến nhƣ:
Hai tác giả Chopra AK và Goel RK [7,8] đã nghiên cứu thêm về mục đích cải
thiện và phát triển phƣơng pháp phân tích Pushover dựa trên lý thuyết của động lực
học cơng trình để đánh giá khả năng kháng chấn cơng trình khơng đối xứng.
Phƣơng pháp đánh giá đƣợc dựa trên mối quan hệ giữa lực cắt đáy và chuyển vị
đỉnh. Sử dụng các thủ thuật khơng tuyến tính tĩnh (NSP) hoặc phân tích pushover
trong FEMA-273[10].
“Nonlinear Static Analysis of Structures with Rocking Columns”. Mục tiêu
nghiên cứu của tác giả nhắm phát triển mơ hình phân tích đơn giản cho kết cấu cột
bị mất ổn định khi chịu ảnh hƣởng các tải trọng theo phƣơng ngang. Từ đó, xây
dựng các phƣơng pháp tính tốn của tồn bộ cấu kiện cột trong hệ kết cấu chịu ảnh
hƣởng của tải trọng theo phƣơng ngang. Đƣa ra các phƣơng pháp để kiểm tra các
ứng xử của các cấu kiện trong hệ kết cấu bị mất ổn định.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài.
Sử dụng phƣơng pháp đẩy dần với nhiều dạng dao động để đánh giá khả
năng kháng chấn của cơng trình nhà cao tầng ở Thành Phố Hồ Chí Minh.
Từ việc so sánh các biểu đồ chuyển vị đỉnh, chuyển vị tầng và độ lệch tầng
đƣợc truy xuất từ kết quả phân tích với hai phƣơng pháp phân tích đẩy dần (MPA) và

phƣơng pháp phân tích lịch sử thời gian (RHA) cho ra đánh giá kết quả đạt đƣợc.

1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu.
Dựa trên các cơ sở lý thuyết từ các nguồn tài liệu tham khảo ta xây dựng cơ
sở lý thuyết của phƣơng pháp đẩy dần và phƣơng pháp phân tích lịch sử thời gian.

17


Phạm vi nghiên cứu: 3 cơng trình thuộc Thành Phố Hồ Chí Minh với các cao
trình 5 tầng -10 tầng -15 tầng. Đƣợc phân tích phi tuyến bằng 2 phƣơng pháp MPA
& RHA với các công cụ phần mềm chuyên dụng la Bispec 2.20 và Etabs 2015.
Cùng với việc sử dụng trận động đất mẫu El-centrol với cƣờng độ tăng dần.

18


CHƢƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Tóm tắt
Phƣơng pháp phân tích đẩy dần đƣợc phát triển dựa trên lý thuyết động lực học
kết cấu, phân tích Pushover bao gồm một loạt các phân tích đàn hồi, đƣa ra một
đƣờng cong quan hệ giữa lực và chuyển vị đỉnh của cơng trình. Các tải trọng ngang
đƣợc xác định trƣớc đó phân bố dọc theo chiều cao cơng trình. Q trình gia tải
ngang tiếp tục đến khi chuyển vị đỉnh của cơng trình đạt đến một giá trị nhất định
của sự biến dạng hoặc cấu trúc trở nên không ổn định. Từ chuyển vị đỉnh với lực cắt
cơ sở ta xây dựng đƣợc đƣờng cong cơng suất (Hình 2.1).
Đặc điểm của phƣơng pháp này theo đúng tên gọi của nó là q trình biến
dạng phi tuyến của kết cấu xảy ra dƣới tác động gia tăng đều đặn của tải trọng

ngang trong khi tải trọng đứng vẫn giữ ngun khơng đổi. Q trình gia tăng đều
đặn tải trọng ngang này đƣợc thực hiện cho đến khi nút kiểm tra (thƣờng là nút tại
cao trình đỉnh mái) có chuyển vị ngang bằng chuyển vị mục tiêu định trƣớc hoặc
cho đến khi lực cắt đáy đạt đƣợc lực cắt mục tiêu.

Hình 2. 1Biểu đồ quan hệ lực cắt đáy và chuyển vị đỉnh

19


Phân tích lịch sử phản ứng phi tuyến tính (RHA) là phƣơng pháp tính tốn
nhu cầu địa chấn, phƣơng pháp đƣợc tính tốn hiện nay thƣờng sử dụng các thủ
thuật khơng tuyến tính tĩnh (NSP) hoặc phân tích pushover trong FEMA-273[10].
Sự phân bố lực và chuyển vị mục tiêu xác định bằng phƣơng pháp phân tích đẩy
dần dựa trên giả định rằng các phản ứng lực đƣợc kiểm soát bởi các chế độ cơ bản
và cấu trúc của cơng trình vẫn không thay đổi. Rõ ràng, khi giả định trên là gần
đúng đã dẫn đến ƣớc lƣợng tốt nhu cầu địa chấn của cơng trình.
2.2 Phƣơng pháp phân tích Pushover
2.2.1 Phƣơng pháp phân tích lịch sử phản ứng
Phƣơng trình vi phân của một tòa nhà cao tầng chịu tác động ngang của một


trận động đất u g (t) nhƣ sau:
m u c u kum u g (t )

Trong đó: u là vector của chuyển vị; m và c là ma trận khối lƣợng và ma trận cản
của hệ; ι là vector ảnh hƣởng mà mỗi phần tử bằng một đơn vị.
Vế phải của phƣơng trình (1) có thể đƣợc giải thích nhƣ là lực tác động của
trận động đất:
P (t ) m u g (t )

eff

(2.2)

Sự phân bố các lực này lên các tầng đƣợc xác định bởi vector s = m và biến thiên


thời gian u g (t) .Đƣợc biểu diễn một cách tổng quát phƣơng thức phân phối lực
quán tính Sn
n

m S n

n1

Vớin là mode dao động tự nhiên thứ n , và:




n

20