Tài liệu Luận văn thạc sĩ xây dựng sự suy giảm độ cứng của kết cấu bê tông cốt thép và ảnh hưởng của nó tới tác động của động đất lên công trình

bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o tr­êng ®¹i häc x©y dùng ----------- hå viÖt hïng sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp vµ ¶nh h­ëng cña nã tíi t¸c ®éng cña ®éng ®Êt lªn c«ng tr×nh luËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Hµ Néi - 2010 bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o tr­êng ®¹i häc x©y dùng ----------- hå viÖt hïng sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp vµ ¶nh h­ëng cña nã tíi t¸c ®éng cña ®éng ®Êt lªn c«ng tr×nh Chuyªn ngµnh: X©y dùng c«ng tr×nh d©n dông vµ c«ng nghiÖp M· sè: 60.58.20 luËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt c¸n bé h­íng dÉn pgs. ts. nguyÔn lª ninh Hµ Néi - 2010 LuËn v¨n Th¹c sÜ kü thuËt lêi c¶m ¬n Em xin göi lêi c¶m ¬n tíi c¸c thÇy c« ë Tr­êng §¹i häc X©y dùng trong suèt qu¸ tr×nh ®µo t¹o th¹c sÜ ®· cung cÊp kiÕn thøc vµ c¸c ph­¬ng ph¸p ®Ó em cã thÓ ¸p dông trong nghiªn cøu vµ gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò trong luËn v¨n cña m×nh. Xin tr©n träng göi lêi c¶m ¬n tíi PGS. TS. NguyÔn Lª Ninh, ng­êi ®· nhiÖt t×nh h­íng dÉn em thùc hiÖn luËn v¨n nµy. Hµ Néi, 01/06/2010 Häc viªn Hå ViÖt Hïng Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 LuËn v¨n Th¹c sÜ kü thuËt môc lôc Trang Trang phô b×a Môc lôc Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t Danh môc c¸c b¶ng Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ phÇn më ®Çu Ch­¬ng I - §é cøng vµ c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng tíi ®é cøng ............................................................................. 5 1.1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i ®é cøng ...................................... 5 1.1.1. Kh¸i niÖm ®é cøng ...................................................... 5 1.1.2. Ph©n lo¹i ®é cøng ........................................................ 6 1.1.2.1. §é cøng däc trôc ................................................. 6 1.1.2.2. §é cøng chèng uèn ............................................. 7 1.1.2.3. §é cøng chèng xo¾n ........................................... 7 1.1.2.4. §é cøng chèng c¾t .............................................. 8 1.1.2.5. §é cøng theo ph­¬ng ®øng vµ ®é cøng theo ph­¬ng ngang.................................................................... 9 1.2. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn ®é cøng .................................. 9 1.2.1. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn ®é cøng cña cÊu kiÖn ........ 9 1.2.1.1. §Æc tr­ng vËt liÖu ............................................... 9 1.2.1.2. §Æc tr­ng h×nh häc ............................................. 10 1.2.1.3. §iÒu kiÖn biªn ..................................................... 13 1.2.2. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn ®é cøng cña hÖ kÕt cÊu ..... 14 1.2.2.1. §é cøng c¸c cÊu kiÖn vµ sù ph©n bè ®é cøng 14 Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 LuËn v¨n Th¹c sÜ kü thuËt trong hÖ kÕt cÊu ............................................................... 1.2.2.2. TÝnh chÊt cña c¸c liªn kÕt ................................... 16 Ch­¬ng Ii. ý nghÜa vµ vai trß cña ®é cøng trong tÝnh to¸n c«ng tr×nh ...................................... 18 2.1. §é cøng trong tÝnh to¸n c«ng tr×nh chÞu t¶i träng ®éng bÊt kú ......................................................................................... 18 2.1.1. HÖ ®µn håi tuyÕn tÝnh .................................................. 18 2.1.2. HÖ ®µn håi phi tuyÕn ................................................... 25 2.2. §é cøng trong tÝnh to¸n c«ng tr×nh chÞu t¶i träng ®éng ®Êt .............................................................................................. 27 2.2.1. TÝnh to¸n t¶i träng ®éng ®Êt theo quan ®iÓm cò ......... 27 2.2.2. TÝnh to¸n t¶i träng ®éng ®Êt theo quan ®iÓm hiÖn ®¹i 27 Ch­¬ng III. TÝnh to¸n kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp cã xÐt tíi sù suy gi¶m ®é cøng ..................... 30 3.1. Ph¶n øng phi tuyÕn cña c¸c cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp .. 30 3.2. C¸c nghiªn cøu vÒ sù suy gi¶m ®é cøng cña c¸c cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp ................................................................ 36 3.3. HÖ sè hiÖu chØnh m« men qu¸n tÝnh trong tiªu chuÈn c¸c n­íc ..................................................................................... 40 Ch­¬ng IV. vÝ dô tÝnh to¸n t¶i träng ®éng ®Êt khi xÐt tíi sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu ............................................................................................... 44 4.1. C¸c sè liÖu thiÕt kÕ ............................................................ 44 4.2. Khèi l­îng c«ng tr×nh tham gia dao ®éng ...................... 46 Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 LuËn v¨n Th¹c sÜ kü thuËt 4.3. M« h×nh ph©n tÝch dao ®éng ............................................ 50 4.4. T¶i träng cña ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh khi kh«ng xÐt tíi sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu ..................... 50 4.5. T¶i träng cña ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh khi cã xÐt tíi sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu theo tiªu chuÈn TCXDVN 375:2006 .................................................................. 53 4.6. T¶i träng cña ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh khi cã xÐt tíi sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu theo tiªu chuÈn ACI 318-05 ................................................................................ 57 4.7. T¶i träng cña ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh khi cã xÐt tíi sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu theo Paulay vµ Priestley ..................................................................................... 61 4.8. T¶i träng ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh khi coi dÇm lµ tuyÖt ®èi cøng ....................................................................... 65 4.8.1. Tr­êng hîp dÇm tuyÖt ®èi cøng vµ kh«ng xÐt tíi sù suy gi¶m ®é cøng cña cét ..................................................... 65 4.8.2. Tr­êng hîp dÇm tuyÖt ®èi cøng vµ cã tíi sù suy gi¶m ®é cøng cña cét theo Paulay vµ Priestley .............................. 66 4.8.3. Tr­êng hîp dÇm tuyÖt ®èi cøng vµ cã tíi sù suy gi¶m ®é cøng cña cét theo TCXDVN 375:2006 ............................ 67 4.9. T¶i träng ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh khi coi ®é cøng cña dÇm kh«ng suy gi¶m vµ ®é cøng cña cét suy gi¶m ë c¸c møc ®é kh¸c nhau .......................................................... 70 4.10. T¶i träng ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh khi ®é cøng cña dÇm suy gi¶m vµ ®é cøng cña cét suy gi¶m ë c¸c møc ®é kh¸c nhau .................................................................... 71 4.11. NhËn xÐt vÒ kÕt qu¶ tÝnh to¸n ........................................ 72 Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 LuËn v¨n Th¹c sÜ kü thuËt Ch­¬ng V. kÕt ................................. luËn kiÕn nghÞ 78 5.1. KÕt luËn .............................................................................. 78 5.2 KiÕn nghÞ ............................................................................. 79 Danh môc tµi liÖu tham kh¶o ................................ 81 Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 LuËn v¨n Th¹c sÜ kü thuËt danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t A DiÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña cÊu kiÖn Ag DiÖn tÝch tiÕt diÖn nguyªn c HÖ sè c¶n E M« dun ®µn håi cña vËt liÖu F T¶i träng Fb Lùc c¾t ®¸y FC Lùc c¶n fc’ C­êng ®é chÞu nÐn cña bª t«ng mÉy thö h×nh trô FH Lùc ®µn håi FQ Lùc qu¸n tÝnh fr C­êng ®é chÞu kÐo cña bª t«ng G M« ®un ®µn håi chèng c¾t cña vËt liÖu H ChiÒu cao h×nh häc cña cÊu kiÖn Icr M« men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn bÞ nøt Ie M« men qu¸n tÝnh hiÖu dông Ig M« men qu¸n tÝnh tiÕt diÖn nguyªn Ip M« men qu¸n tÝnh chèng xo¾n k §é cøng kf §é cøng chèng uèn Ko §é cøng ®µn håi ban ®Çu Ks §é cøng c¸t tuyÕn ks §é cøng chèng c¾t Kt §é cøng tiÕp tuyÕn L ChiÒu dµi h×nh häc cña cÊu kiÖn M M« men uèn m Khèi l­îng Ma M« men t¶i träng khai th¸c Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 LuËn v¨n Th¹c sÜ kü thuËt Mcr M« men nøt My M« men ch¶y dÎo Mz M« men xo¾n N Lùc däc n TØ sè nÐn T Chu kú dao ®éng V Lùc c¾t ®¸y x ChuyÓn vÞ ngang cña kÕt cÊu D BiÕn d¹ng dµi I M« men qu¸n tÝnh chèng uèn d ChuyÓn vÞ di ChuyÓn vÞ ngang t­¬ng ®èi theo tÇng e BiÕn d¹ng dµi t­¬ng ®èi f Gãc xoay j Gãc xo¾n r B¸n kÝnh cong cña ®­êng ®µn håi s øng suÊt Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 LuËn v¨n Th¹c sÜ kü thuËt danh môc c¸c b¶ng Trang B¶ng 3.1: M« men qu¸n tÝnh hiÖu dông cña c¸c cÊu kiÖn theo Paulay vµ Priestley ........................................................... 39 B¶ng 3.2: M« men qu¸n tÝnh hiÖu dông cña c¸c cÊu kiÖn theo ACI 318-05 .............................................................................. 41 B¶ng 3.3: M« men qu¸n tÝnh hiÖu dông cña c¸c cÊu kiÖn theo NZS 3101 ................................................................................. 41 B¶ng 3.4: M« men qu¸n tÝnh hiÖu dông cña c¸c cÊu kiÖn theo CSA-A23.3-04 ................................................................. 42 B¶ng 4.1: D¹ng dao ®éng cña c«ng tr×nh theo ph­¬ng X ................ 51 B¶ng 4.2: Lùc c¾t vµ chuyÓn vÞ cña c¸c tÇng .................................... 52 B¶ng 4.3: D¹ng dao ®éng cña c«ng tr×nh theo ph­¬ng X ................. 54 B¶ng 4.4: Lùc c¾t vµ chuyÓn vÞ cña c¸c tÇng .................................... 56 B¶ng 4.5: Ph©n phèi lùc c¾t ®¸y lªn chiÒu cao c«ng tr×nh ................ 57 B¶ng 4.6: D¹ng dao ®éng cña c«ng tr×nh theo ph­¬ng X ................. 58 B¶ng 4.7: Ph©n phèi lùc c¾t ®¸y lªn chiÒu cao c«ng tr×nh ................ 60 B¶ng 4.8: Ph©n phèi lùc c¾t ®¸y lªn chiÒu cao c«ng tr×nh ................ 61 B¶ng 4.9: D¹ng dao ®éng cña c«ng tr×nh theo ph­¬ng X ................. 62 B¶ng 4.10: Lùc c¾t ®µy vµ chuyÓn vÞ cña c¸c tÇng ............................. 64 B¶ng 4.11: Lùc c¾t ®µy vµ chuyÓn vÞ cña c¸c tÇng ............................. 65 B¶ng 4.12: D¹ng dao ®éng cña c«ng tr×nh theo ph­¬ng X ................. 69 B¶ng 4.13: Chu kú dao ®éng cña c«ng tr×nh ...................................... 71 B¶ng 4.14: Lùc ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh Fb (kN) ................. 71 B¶ng 4.15: Chu kú dao ®éng cña c«ng tr×nh ...................................... 72 B¶ng 4.16: Lùc ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh Fb (kN) ................. 73 B¶ng 4.17: Sù thay ®æi gi¸ trÞ cØa T (s) vµ F (kN) gi÷a c¸c m« h×nh tÝnh to¸n ........................................................................... 73 B¶ng 4.18: Sù thay ®æi gi¸ trÞ cØa T (s) vµ F (kN) gi÷a c¸c m« h×nh tÝnh to¸n ........................................................................... 75 Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 LuËn v¨n Th¹c sÜ kü thuËt danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ Trang H×nh 1.1: Ph©n lo¹i ®é cøng theo c¸ch x¸c ®Þnh .............................. 5 H×nh 1.2: BiÕn d¹ng däc trôc vµ biÕn d¹ng uèn cña cÊu kiÖn d­íi t¸c dông cña c¸c tr­êng hîp t¶i träng .............................. 7 H×nh 1.3: BiÕn d¹ng xo¾n vµ biÕn d¹ng c¾t cña cÊu kiÕn d­íi c¸c t¸c dông cña c¸c tr­êng hîp t¶i träng .............................. 8 H×nh 1.4: §é cøng tæng thÓ theo c¸c ph­¬ng cña hÖ kÕt cÊu ........... 9 H×nh 1.5: Sù thay ®æi cña c¸c ®Æc tr­ng h×nh häc khi thay ®æi kÝch th­íc tiÕt diÖn .................................................................. H×nh 1.6: 10 M« men qu¸n tÝnh chèng uèn I cña cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp ................................................................................... 11 H×nh 1.7: ¶nh h­ëng cña ®iÒu kiÖn biªn tíi ®é cøng cña cÊu kiÖn .. 14 H×nh 1.8: ¶nh h­ëng cña tØ lÖ ®é cøng dÇm – cét tíi ®é cøng tæng thÓ .................................................................................... H×nh 1.9: 15 ¶nh h­ëng cña sù ph©n bè ®é cøng c¸c cÊu kiÖn tíi ®é cøng tæng thÓ cña hÖ kÕt cÊu ............................................ 15 H×nh 2.1: M« h×nh tÝnh to¸n hÖ kÕt cÊu cã mét bËc tù do ®éng chÞu t¶i träng bÊt kú ................................................................. 19 H×nh 2.2: Mèi quan hÖ gi÷a chu kú dao ®éng riªng vµ ®é cøng ...... 20 H×nh 2.3: M« h×nh tÝnh to¸n cña hÖ kÕt cÊu cã nhiÒu bËc tù do ....... 21 H×nh 2.4: S¬ ®å x¸c ®Þnh ph¶n lùc ®µn håi ë hÖ kÕt cÊu cã nhiÒu bËc tù do ®éng .................................................................. 22 H×nh 2.5: Ph¶n øng cña hÖ phi tuyÕn ............................................... 25 H×nh 2.6: Ph¶n øng cña hÖ kÕt cÊu cã mét bËc tù do ®éng khi chÞu t¸c ®éng ®éng ®Êt ............................................................ 28 H×nh 3.1: Ph¶n øng phi tuyÕn cña cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp ........... 30 H×nh 3.2: C¸c giai ®o¹n lµm viÖc cña vËt liÖu bª t«ng cèt thÐp ....... 31 Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 LuËn v¨n Th¹c sÜ kü thuËt H×nh 3.3: Quan hÖ t¶i träng - ®é vâng cña dÇm thÝ nghiÖm ............. 32 H×nh 3.4: Sù suy gi¶m ®é cøng cña dÇm thÝ nghiÖm ....................... 33 H×nh 3.5: BiÓu ®å m« men - ®é cong cña tiÕt diÖn bÞ nøt ................ 34 H×nh 3.6: Sù thay ®æi ®é cøng theo m« men uèn cña tiÕt diÖn bÞ nøt vµ sù ph©n bè ®é cøng däc chiÒu dµi dÇm ................. 35 H×nh 3.7: ¶nh h­ëng cña lùc däc tíi mèi quan hÖ m« men - ®é cong cña cét tiÕt diÖn ch÷ nhËt ........................................ H×nh 3.8: 36 So s¸nh kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®é cøng hiÖu dông cña cét theo c«ng thøc tÝnh FAME vµ thÝ nghiÖm ....................... 40 H×nh 4.1: MÆt b»ng kÕt cÊu c«ng tr×nh ............................................ 45 H×nh 4.2: S¬ ®å kÕt cÊu c¸c khung ngang ....................................... H×nh 4.3: M« h×nh ph©n tÝch dao ®éng cña kÕt cÊu ......................... 50 H×nh 4.4: T vµ Fb khi ®é cøng cña dÇm kh«ng suy gi¶m cßn ®é 45 cøng cña cét suy gi¶m ë c¸c møc ®é kh¸c nhau .............. 75 H×nh 4.5: T vµ Fb khi ®é cøng cña dÇm suy gi¶m vµ b»ng 0,35EIg cßn ®é cøng cña cét suy gi¶m ë c¸c møc ®é kh¸c nhau .. 76 H×nh 4.6: So s¸nh T vµ Fb trong c¸c tr­êng hîp ®é cøng cña dÇm suy gi¶m vµ kh«ng suy gi¶m ........................................... Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 76 1 LuËn v¨n Th¹c sÜ kü thuËt PHÇN Më §ÇU a. lý do lùa chän ®Ò tµi Trong suèt thêi gian kÓ tõ khi chóng ta b¾t ®Çu ®Ò cËp ®Õn t¶i träng do ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh cho ®Õn nay, lý thuyÕt kh¸ng chÊn ®· lu«n ®­îc thay ®æi vÒ c¶ ph­¬ng ph¸p tÝnh, môc tiªu vµ quan niÖm. NÕu nh­ tõ nh÷ng n¨m 1900, c«ng tr×nh ®­îc xem lµ mét vËt cøng tuyÖt ®èi trªn mÆt ®Êt vµ t¶i träng ®éng ®Êt ®­îc x¸c ®Þnh ®¬n thuÇn b»ng lùc qu¸n tÝnh do gia tèc cña nÒn ®Êt g©y nªn, th× tíi nay, b»ng c¸c ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n ®éng lùc häc c«ng tr×nh, chóng ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc c¸c ph¶n øng cña c«ng tr×nh khi ®éng ®Êt x¶y ra, qua ®ã cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc t¶i träng lín nhÊt do ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh. Môc tiªu cña thiÕt kÕ kh¸ng chÊn còng ®· cã nh­ng thay ®æi quan träng. Môc tiªu thiÕt kÕ kh¸ng chÊn tr­íc ®©y lµ: c«ng tr×nh kh«ng bÞ h­ háng, b¶o vÖ sinh m¹ng con ng­êi vµ tµi s¶n th«ng qua viÖc b¶o vÖ c«ng tr×nh. Trong khi ®éng ®Êt vÉn lµ mét hiÖn t­îng ch­a thÓ dù b¸o ®­îc (vÒ thêi gian, ®Þa ®iÓm vµ quan träng nhÊt lµ c­êng ®é) th× viÖc thiÕt kÕ c«ng tr×nh chÞu t¶i träng ®éng ®Êt víi môc tiªu nh­ trªn lµ kh«ng hîp lý vµ kh«ng kinh tÕ. Môc tiªu cña thiÕt kÕ kh¸ng chÊn hiÖn ®¹i lµ ®¶m b¶o sinh m¹ng con ng­êi, c«ng tr×nh cã thÓ bÞ h­ háng nh­ng kh«ng ®­îc phÐp sôp ®æ. §©y lµ sù chuyÓn biÕn quan träng trong môc tiªu bëi nã cho phÐp c«ng tr×nh cã thÓ cã nh÷ng h­ h¹i nh­ng miÔm lµ lµ kh«ng sôp ®æ, môc tiªu nµy ®· lµm gi¶m nhiÒu chi phÝ x©y dùng do ®· tËn dông ®­îc toµn bé kh¶ n¨ng lµm viÖc cña kÕt cÊu. G¾n liÒn víi nh÷ng môc tiªu trªn lµ c¸c c¸ch thøc thiÕt kÕ kh¸ng chÊn kh¸c nhau. NÕu nh­ tr­íc ®©y, ®Ó ®¶m b¶o c«ng tr×nh kh«ng ®­îc phÐp h­ háng, hÖ kÕt cÊu ®­îc thiÕt kÕ ®Ó cã thÓ lµm viÖc hoµn toµn ®µn håi d­íi t¸c dông cña ®éng ®Êt, th× quan ®iÓm míi trong thiÕt kÕ tÝnh to¸n ®éng ®Êt lµ cho phÐp hÖ lµm viÖc ngoµi giíi h¹n ®µn håi (phi tuyÕn). Theo quan ®iÓm míi vÒ thiÕt kÕ kh¸ng chÊn, thay v× hÖ kÕt cÊu ®­îc thiÕt kÕ víi ®é bÒn lín ®Ó chÞu ®­îc trËn Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 2 LuËn v¨n Th¹c sÜ kü thuËt ®éng ®Êt m¹nh nhÊt, hÖ sÏ ®­îc thiÕt kÕ víi ®é dÎo phï hîp ®Ó hÊp thô vµ ph©n t¸n n¨ng l­îng cña trËn ®éng ®Êt ®ã. Quan ®iÓm nµy râ rµng hîp lý h¬n, vµ viÖc thiÕt kÕ kÕt cÊu theo quan ®iÓm nµy sÏ kinh tÕ h¬n. Khi cho phÐp c«ng tr×nh lµm viÖc ngoµi giíi h¹n ®µn håi, còng cã nghÜa lµ chÊp nhËn sù lµm viÖc phi tuyÕn cña kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp. Mét tÝnh chÊt quan träng cña sù lµm viÖc phi tuyÕn ®ã chÝnh lµ sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu. C¸c nghiªn cøu cho thÊy r»ng ®é cøng cña kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp cã mét sù suy gi¶m nhÊt ®Þnh, vµ do ®ã dÉn tíi sù thay ®æi cña c¸c ph¶n øng ®éng cña nã (chu kú vµ d¹ng cña c¸c dao ®éng riªng). C¸c ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n hiÖn nay ®Òu chñ yÕu x¸c ®Þnh t¶i träng ®éng ®Êt th«ng qua phæ ph¶n øng gia tèc mµ trong ®ã gia tèc cùc ®¹i cña hÖ khi dao ®éng phô thuéc vµo chu kú dao ®éng riªng cña nã. Do ®ã cã thÓ nãi, sù suy gi¶m ®é cøng cña hÖ kÕt cÊu sÏ dÉn tíi sù thay ®æi gi¸ trÞ cña t¶i träng ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh. HiÖn nay, tiªu chuÈn thiÕt kÕ c«ng tr×nh chÞu t¶i träng ®éng ®Êt cña c¸c n­íc trªn thÕ giíi ®Òu ®· quy ®Þnh ph¶i xÐt tíi ¶nh h­ëng cña c¸c vÕt nøt tíi ®é cøng cña kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp khi tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ kh¸ng chÊn. ICC 2003 (International Code Council), EC 8 (Eurocode), vµ TCXDVN 375:2006 ®Òu quy ®Þnh hÖ sè gi¶m ®é cøng lµ 50% cho tÊt c¶ c¸c cÊu kiÖn. Trong khi ®ã, nghiªn cøu cña c¸c nhµ khoa häc trªn thÕ giíi nh­ Paulay [7], Priestly [8], Elwood vµ Eberhard [6] cho thÊy hÖ sè gi¶m ®é cøng phô thuéc vµo lo¹i vµ møc ®é chÞu t¶i träng cña cÊu kiÖn. VÊn ®Ò lùa chän hÖ sè suy gi¶m ®é cøng phï hîp cho kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ kh¸ng chÊn mang mét tÝnh chÊt cÊp thiÕt. Kh«ng chØ cã ý nghÜa trong viÖc nghiªn cøu sù lµm viÖc cña kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp, viÖc vËn dông sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu trong viÖc x¸c ®Þnh t¶i träng ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh cßn mang ®Õn mét hiÖu qu¶ kinh tÕ nhÊt ®Þnh. §©y chÝnh lµ lý do ®Ó thùc hiÖn nghiªn cøu ®Ò tµi. Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 3 LuËn v¨n Th¹c sÜ kü thuËt B. Môc tiªu nghiªn cøu Môc tiªu cña ®Ò tµi nh»m nghiªn cøu sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp vµ ¶nh h­ëng cña nã tíi t¸c ®éng cña ®éng ®Êt lªn c«ng tr×nh x©y dùng. c. ®èi t­îng vµ Ph¹m vi nghiªn cøu cña ®Ò tµi §èi t­îng nghiªn cøu cña ®Ò tµi lµ hÖ kÕt cÊu chÞu lùc khung bª t«ng cèt thÐp. Ph¹m vi nghiªn cøu cña ®Ò tµi bao gåm c¸c vÊn ®Ò: c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng tíi ®é cøng cña kÕt cÊu vµ ¶nh h­ëng cña sù suy gi¶m ®é cøng tíi t¸c ®éng ®éng ®Êt lªn kÕt cÊu. D. ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiÔn cña ®Ò tµi VÒ mÆt lý thuyÕt, ®Ò tµi gi¶i quyÕt mét vÊn ®Ò cÊp thiÕt hiÖn nay ®ã lµ sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu vµ ¶nh h­ëng cña nã tíi t¸c dông cña ®éng ®Êt lªn c«ng tr×nh. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu ®­îc tæng kÕt trong ch­¬ng V cho thÊy ®é cøng cña kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp cã sù suy gi¶m ®¸ng kÓ vµ dÉn ®Õn sù gi¶m ®i ®¸ng kÓ cña t¶i träng ®«ng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh. VÒ mÆt thùc tiÔn, kÕt qu¶ nghiªn cøu ®­îc cña ®Ò tµi cung cÊp cho c¸c kü s­ c¸c sè liÖu phï hîp vÒ sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu ®Ó ¸p dông trong tÝnh to¸n t¶i träng ®éng ®Êt. ThiÕt kÕ c«ng tr×nh chÞu t¶i träng ®éng ®Êt khi cã kÓ ®Õn sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu còng mang l¹i mét hiÖu qu¶ kinh tÕ nhÊt ®Þnh do tiÕt kiÖm ®­îc vËt liÖu. e. Néi dung cña luËn v¨n Néi dung luËn v¨n gåm 5 ch­¬ng chÝnh, ®Ò cËp ®Õn c¸c vÊn ®Ò sau: Ch­¬ng I: §é cøng vµ c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn ®é cøng. Ch­¬ng nµy tr×nh bµy mét c¸ch kh¸i qu¸t vÒ kh¸i niÖm ®é cøng, c¸ch x¸c ®Þnh ®é cøng, ph©n lo¹i ®é cøng vµ c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng tíi ®é cøng. Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 4 LuËn v¨n Th¹c sÜ kü thuËt Ch­¬ng II: ý nghÜa vµ vai trß cña ®é øng trong tÝnh to¸n kÕt cÊu. Ch­¬ng nµy ®Ò cËp ®Õn vai trß cña ®é cøng trong tÝnh to¸n kÕt cÊu c«ng tr×nh chÞu t¶i träng bÊt kú vµ tr­êng hîp chÞu t¶i träng ®éng ®Êt. Ch­¬ng III: TÝnh to¸n kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp cã xÐt tíi sù suy gi¶m ®é cøng. Ch­¬ng nµy ®Ò cËp ®Õn vÊn ®Ò suy gi¶m ®é cøng cña c¸c cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp. Kh¸i qu¸t kÕt qu¶ nghiªn cøu tiªu biÓu cña c¸c t¸c gi¶ vÒ vÊn ®Ò nµy vµ nh÷ng quy ®Þnh vÒ sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu trong c¸c tiªu chuÈn hiÖn hµnh trªn thÕ giíi. Ch­¬ng IV. VÝ dô tÝnh to¸n t¶i träng ®éng ®Êt khi xÐt tíi sù suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu. Ch­¬ng nµy ®­a ra vÝ dô tÝnh to¸n vÒ t¶i träng ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh khi ¸p dông c¸c m« h×nh suy gi¶m ®é cøng cña kÕt cÊu. Ch­¬ng V. KÕt luËn, kiÕn nghÞ. NhËn xÐt vÒ ¶nh h­ëng cña sù suy gi¶m ®é cøng cña c¸c cÊu kiÖn tíi ph¶n øng cña kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp. KiÕn nghÞ hÖ sè suy gi¶m ®é cøng cho c¸c cÊu kiÖn trong thùc hµnh thiÕt kÕ kh¸ng chÊn. Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 5 luËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt CH¦¥NG i. ®é cøng vµ c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng tíi ®é cøng 1.1. KH¸I NIÖM Vµ ph©n lo¹i ®é cøng 1.1.1. Kh¸i niÖm ®é cøng §é cøng lµ kh¶ n¨ng chèng l¹i biÕn d¹ng cña mét cÊu kiÖn, bé phËn kÕt cÊu hoÆc hÖ kÕt cÊu d­íi t¸c dông cña ngo¹i lùc. Gi¸ trÞ cña ®é cøng biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a t¶i träng vµ biÕn d¹ng. §é cøng kh«ng ph¶i lµ mét gi¸ trÞ bÊt biÕn mµ thay ®æi trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña cÊu kiÖn hoÆc kÕt cÊu d­íi t¸c dông cña t¶i träng. Tuú theo c¸ch thøc x¸c ®Þnh mµ ®é cøng chia lµm 3 lo¹i: ®é cøng ban ®Çu, ®é cøng c¸t tuyÕn vµ ®é cøng tiÕp tuyÕn. C¸ch thøc x¸c ®Þnh 3 lo¹i ®é cøng nµy ®­îc minh ho¹ trong h×nh 1.1 Ko Ks V d Kt Lùc c¾t ®¸y Vj H F d V B Vi Vy V dy di dj du d ChuyÓn vÞ ngang t¹i ®Ønh H×nh 1.1 Ph©n lo¹i ®é cøng theo c¸ch x¸c ®Þnh H×nh 1.1 cho thÊy ph¶n øng cña kÕt cÊu khi hÖ chÞu t¶i träng ngang, ®­êng cong ph¶n øng lµ ®­êng biÓu diÔn quan hÖ gi÷a lùc c¾t ®¸y V víi tæng chuyÓn vÞ ngang d. §é cøng ban ®Çu ®µn håi K0 cña kÕt cÊu ®­îc x¸c ®Þnh b»ng ®é dèc ban ®Çu cña ®­êng cong ph¶n øng, ®©y lµ giai ®o¹n lµm viÖc tuyÕn tÝnh x¶y ra ë hÇu hÕt c¸c vËt liÖu x©y dùng. §é cøng c¸t tuyÕn Ks lµ ®é dèc cña Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 6 luËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt ®­êng th¼ng nèi t©m 0 tíi c¸c ®iÓm trªn ®­êng cong ph¶n øng (t­¬ng øng víi c¸c cÊp t¶i träng). C¸c vËt liÖu x©y dùng th«ng th­êng ®Òu cã ®é cøng ban ®Çu K0 lín h¬n ®é cøng c¸t tuyÕn Ks. Trong miÒn dÎo, ®é cøng cña kÕt cÊu th­êng ®­îc x¸c ®Þnh b»ng ®é cøng tiÕp tuyÕn Kt, ®ã lµ ®é dèc cña ®­êng tiÕp tuyÕn víi ®­êng cong ph¶n øng. Sù gi¶m gi¸ trÞ Kt cho thÊy giai ®o¹n mÒm ho¸ biÕn d¹ng cña kÕt cÊu. §é cøng ®­îc sö dông nhiÒu nhÊt trong tÝnh to¸n kÕt cÊu lµ ®é cøng c¸t tuyÕn, gi¸ trÞ cña ®é cøng c¸t tuyÕn ph¶n ¸nh ®­îc biÕn d¹ng cña hÖ kÕt cÊu øng víi c¸c cÊp cña t¶i träng. Theo ®Þnh nghÜa nh­ trong h×nh 1.1, ®é cøng c¸t tuyÕn ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau: k= F d (1.1) Trong ®ã, F lµ t¶i träng (lùc, m« men) cßn d lµ biÕn d¹ng (chuyÓn vÞ, gãc xoay) cña hÖ kÕt cÊu. §é cøng còng cã sù ph©n biÖt theo cÊp ®é cña vËt thÓ, ®ã lµ ®é cøng cña cÊu kiÖn vµ ®é cøng cña hÖ kÕt cÊu (hay ®é cøng tæng thÓ). ë cÊp ®é cÊu kiÖn, tuú theo lo¹i t¶i träng vµ biÕn d¹ng t­¬ng øng mµ cã c¸c lo¹i ®é cøng: ®é cøng däc trôc, ®é cøng chèng uèn, ®é cøng chèng xo¾n vµ ®é cøng chèng c¾t. ë cÊp ®é hÖ kÕt cÊu, tuú theo ph­¬ng cña t¶i träng mµ ®é cøng ®­îc ph©n ra thµnh ®é cøng theo ph­¬ng ®øng vµ ®é cøng theo ph­¬ng ngang. 1.1.2. Ph©n lo¹i ®é cøng 1.1.2.1. §é cøng däc trôc §é cøng däc trôc lµ kh¶ n¨ng chèng l¹i biÕn d¹ng cña cÊu kiÖn d­íi t¸c dông cña t¶i träng däc theo mét trôc cña cÊu kiÖn (h×nh 1.2a). BiÕn d¹ng dµi cña mét thanh cã chiÒu dµi L diÖn tÝch tiÕt diÖn A chÞu t¶i träng däc trôc N ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: D = e .L = s N L= L E EA Do ®ã theo kh¸i niÖm, ®é cøng däc trôc cña thanh lµ: Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 (1.2) 7 luËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt k= N EA = D L (1.3) Trong ®ã E lµ m« dun ®µn håi cña vËt liÖu. 1.1.2.2. §é cøng chèng uèn §é cøng chèng uèn lµ kh¶ n¨ng chèng l¹i biÕn d¹ng uèn cña cÊu kiÖn d­íi t¸c dông cña m« men uèn (h×nh 1.2b). BiÕn d¹ng uèn cña mét cÊu kiÖn ®­îc ®Æc tr­ng bëi ®é cong cña trôc cÊu kiÖn. Theo ®Þnh nghÜa ®é cong cña trôc cÊu kiÖn lµ nghÞch ®¶o cña b¸n kÝnh cong cña ®­êng ®µn håi. §é cong cña cÊu kiÖn cã m« men qu¸n tÝnh tiÕt diÖn I chÞu t¸c dông cña m« men M ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: f= 1 M = r EI (1.4) Do ®ã theo kh¸i niÖm, ®é cøng chèng uèn cña thanh lµ: k= M = EI f (1.5) F D N L E.A r E.I M a) ChÞu lùc däc trôc M b) ChÞu uèn H×nh 1.2. BiÕn d¹ng däc trôc vµ biÕn d¹ng uèn cña cÊu kiÖn d­íi t¸c dông cña c¸c tr­êng hîp t¶i träng 1.1.2.3. §é cøng chèng xo¾n §é cøng chèng xo¾n cña cÊu kiÖn lµ kh¶ n¨ng chèng l¹i biÕn d¹ng d­íi t¸c dông cña m« men xo¾n (h×nh 1.3a). BiÕn d¹ng xo¾n ®­îc biÓu thÞ qua gãc xo¾n t­¬ng ®èi j gi÷a hai mÆt c¾t cña thanh. Gãc xoay gi÷a tiÕt diÖn hai ®Çu Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02 8 luËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt thanh dµi L cã m« men qu¸n tÝnh chèng xo¾n Ip chÞu t¸c dông cña m« men xo¾n Mz ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: j= MzL GI p (1.6) Suy ra ®é cøng chèng xo¾n cña thanh lµ: k= M z GI p = j L (1.7) Trong ®ã G lµ m« dun chèng c¾t cña vËt liÖu 1.1.2.4. §é cøng chèng c¾t §é cøng chèng c¾t cña cÊu kiÖn lµ kh¶ n¨ng chèng l¹i biÕn d¹ng d­íi t¸c dông cña lùc c¾t (h×nh 1.3b). BiÕn d¹ng c¾t lµ sù tr­ît t­¬ng ®èi d gi÷a hai mÆt c¾t cña thanh. §é tr­ît t­¬ng ®èi gi÷a hai ®Çu thanh dµi L cã diÖn tÝch tiÕt diÖn A chÞu lùc c¾t V ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: d= VL GA (1.8) Do ®ã theo ®Þnh nghÜa, ®é cøng chèng c¾t cña thanh lµ: k= V GA = d L (1.9) Trong ®ã G lµ m« dun chèng c¾t cña vËt liÖu Mz v j d a) ChÞu xo¾n G.A L L G.Ip b) ChÞu c¾t H×nh 1.3. BiÕn d¹ng xo¾n vµ biÕn d¹ng c¾t cña cÊu kiÖn d­íi c¸c tr­êng hîp t¶i träng Hå ViÖt Hïng – CHXD07_02