Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng phương pháp push over để phân tích công trình nhà nhiều tầng không đối xứng chịu tải trọng động đất

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PUSH-OVER ĐỂ PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH NHÀ NHIỀU TẦNG KHÔNG ĐỐI XỨNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT Học viên: Đoàn Vĩnh Phúc Mã số: 8590201. Khóa:K34 . Chuyên ngành: Kỹ thuật XDCT DD&CN .Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt - Hiện nay, phương pháp push-over được sử dụng nhiều trong phân tích kết cấu chịu động đất vì nó có tính đơn giản và độ chính xác chấp nhận được. Tuy vậy, đối với công trình cao tầng và bất đối xứng, phương pháp push-over truyền thống sẽ cho kết quả có sự sai khác lớn vì sự ảnh hưởng của các dạng dao động bậc cao là đáng kể, cả theo chiều cao tầng và theo mặt bằng (tác động xoắn). Nhiều nghiên cứu gần đây nhằm khắc phục hạn chế đã được thực hiện nhưng các phương pháp đã được đề xuất đều tốn thời gian và vẫn sử dụng giả thiết ảnh hưởng của các dạng dao động bậc cao là đàn hồi, nên vẫn cho kết quả chưa tốt. Do vậy, nghiên cứu này nhằm mục đích tìm cách ứng dụng phương pháp push-over sao cho giảm được sai số do ảnh hưởng của các dạng dao động bậc cao.. Từ khóa - Phương pháp push-over, nhà nhiều tầng không đối xứng, dao động bậc cao. A STUDY ON APPLYING PUSH-OVER METHOD FOR SEISMIC ASSESSMENT OF TALL AND ASYMMETRIC BUILDINGS Abstract - At present, the push-over method is extensively used in seismic analysis of buildings because it has simplicity and acceptable accuracy. However, for tall and asymmetric buildings the conventional push-over method resulted in a large error due to the effects of high modes, both in height and in plan (torsional effects). Many recent studies to overcome the limitations have been done, but the proposed methods are time-consuming and still assume that the effects of high modes are remaining in elastic behavior, which gives a not-good result. Thus, this study aims to find a way to improve the push-over method to reduce errors by several modifications in which the effects of high modes are considered. Keywords - Push-over method, tall and asymetric building, high mode MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ..........................................................................................1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU....................................................................................2 3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ......................................................................................3 4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .....................................3 5. BỐ CỤC ĐỀ TÀI ....................................................................................................3 MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... vi DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................... vii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT ............................................................................4 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT ĐẾN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ...................................................................4 1.1.1. Định nghĩa ..............................................................................................4 1.1.2. Nguyên nhân ..........................................................................................5 1.1.3. Đặc điểm ................................................................................................5 1.1.4. Ảnh hưởng của động đất đối với công trình xây dựng ..........................6 1.2. PHẢN ỨNG KHÔNG ĐÀN HỒI CỦA HỆ KẾT CẤU CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT.......................................................................................................7 1.2.1. Ý nghĩa của việc tính toán phản ứng không đàn hồi của hệ kết cấu ......7 1.2.2. Khả năng phân tán năng lượng và độ dẻo ..............................................7 1.2.3. Hệ số giảm lực tác động và hệ số điều kiện làm việc của hệ kết cấu ....9 1.3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÁC ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT ..............................................................................................................10 1.4. QUAN NIỆM HIỆN ĐẠI TRONG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT ...........................................................................................................................15 1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1...................................................................................17 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT ..........................................................................18 2.1. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP DÙNG TRONG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT ...............................................................18 2.1.1. Phân loại theo tính chất của tác động động đất lên công trình.............18 2.1.2. Phân loại theo các đặc tính làm việc của hệ kết cấu chịu lực của công trình xây dựng ................................................................................................18 2.2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT THEO TCVN 9386:2012 ..................................................................................................................19 2.2.1. Phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 .............................20 2.2.2. Các bước xác định tải trọng động đất ..................................................20 2.2.3. Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương ...........................................27 2.2.4. Phương pháp phổ phản ứng thiết kế .....................................................28 2.3. PHƯƠNG PHÁP PUSH-OVER TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT .....35 2.3.1. Phương pháp push-over dạng chính (MPA) ........................................35 2.3.2. Phương pháp push-over dạng chính hiệu chỉnh (MMPA) ...................35 2.3.3. Phương pháp push-over dạng chính thực hành (PMPA) .....................35 2.3.4. Phương pháp tổ hợp dạng chính (MMC) .............................................36 2.3.5. Theo ATC_40 .......................................................................................36 2.3.6. Theo FEMA 356...................................................................................44 2.4. PHƯƠNG PHÁP PUSH-OVER CẢI TIẾN TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT .............................................................................49 2.4.1. Theo phương pháp N2 cơ bản (Basic N2) ...........................................49 2.4.2. Theo phương pháp N2 mở rộng (Extended N2 method) .....................49 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 ..........................................................................51 3.1. QUY TRÌNH TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG PHÁP N2 ................................51 3.1.1. Lập dữ liệu công trình và phổ gia tốc đàn hồi......................................51 3.1.2. Chuyển đổi phổ phản ứng về dạng gia tốc - chuyển vị và lập phổ đàn hồi dẻo ............................................................................................................51 3.1.3. Phân tích push-over ..............................................................................52 3.1.4. Hệ một bậc tự do tương đương và đường cong khả năng ....................53 3.1.5. Phổ yêu cầu động đất đối với hệ một bậc tự do ...................................54 3.1.6. Yêu cầu động đất tổng cộng cho hệ nhiều bậc tự do ...........................55 3.1.7. Yêu cầu động đất cục bộ cho hệ nhiều bậc tự do .................................55 3.1.8. Đánh giá tính năng (Phân tích mức độ nguy hiểm) .............................55 3.2. Phân tích công trình nhà nhiều tầng chịu động đất sử dụng phương pháp N2 cơ bản .............................................................................................................................56 3.2.1. Giới thiệu về công trình khảo sát .........................................................57 3.2.2. Kết quả khảo sát ...................................................................................59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................63 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................64 DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Trang 2.1 Lựa chọn mô hình và phương pháp tính toán động đất 20 2.2 Phân loại đất nền 21 2.3 Mức độ và hệ số tầm quan trọng 22 2.4 Phân loại độ dẻo kết cấu 25 2.5 Bảng xác định giá trị S, TB, TC, TD 27 2.6 Các giá trị ψ2i 33 2.7 Giá trị của φ để tính toán ψ2i 34 2.8 Hệ số điều chỉnh độ cản κ 40 2.9 Kiểu ứng xử kết cấu 40 2.10 Giá trị cho phép nhỏ nhất đối với SRA và SRV 41 2.11 Giới hạn chuyển vị ngang 43 2.12 Giá trị của hệ số hiệu chỉnh C0 45 2.13 Giá trị của hệ số khối lượng hiệu quả Cm 45 2.14 Giá trị của hệ số hiệu chỉnh C2 47 3.1 So sánh các phương pháp push-over ATC-40, FEMA-356, N2 cơ bản 60 DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Cấu tạo trái đất 5 1.2 Các loại đứt gãy và chuyển động tại đứt gãy 6 1.3 Quan hệ lực – chuyển vị của hệ kết cấu 9 2.1 Phổ phản ứng đàn hồi cho các loại đất từ A đến E 30 2.2 Phổ gia tốc đàn hồi: (a) dạng Sa-T, (b) dạng gia tốc-chuyển vị 37 2.3 Phương pháp push-over 38 2.4 Đường cong push-over (đường cong khả năng) 38 2.5 Đường cong khả năng: (a) dạng V- δ; (b) dạng Sa - Sd 39 2.6 Xác định độ cản 40 2.7 Hệ số hiệu chỉnh độ cản 41 2.8 Phổ phản ứng giảm với các hệ số SRA và SRV 42 2.9 Quy trình xác định điểm tính năng 43 2.10 Giới hạn các mức mục tiêu tính năng 45 2.11 Đường cong lực – chuyển vị lý tưởng hóa 45 2.12 Giá trị C3 49 2.13 Ví dụ về hệ số hiệu chỉnh đối với ảnh hưởng của dao động bậc cao theo chiều cao CE 50 2.14 Ví dụ về hệ số hiệu chỉnh đối với ảnh hưởng của dao động bậc cao theo mặt bằng, CT 51 3.1 Dữ liệu công trình và phổ gia tốc đàn hồi 3.2 Phổ phản ứng đàn hồi và đàn hồi dẻo đối với hệ có độ dẻo không đổi 53 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 55 52 Số hiệu bảng Tên bảng Trang 3.4 Xác định yêu cầu chuyển vị, Sd: (a) T* - Xem thêm -