1
Mở đầu
1. Tính cần thiết của đề tài nghiên cứu.
Trên lãnh thổ Việt nam, nhiều vùng đợc xác định là có hoạt động động đất. Trong các
vùng này, công trình xây dựng phải đợc thiết kế để chịu đợc động đất. Khác với quan
niệm thiết kế truyền thống, tác động động đất lên các công trình thiết kế theo TCXDVN
375:2006 đợc giảm xuống q lần (q > 1,0) so với khi thiết kế công trình đó nhng giả thiết
làm việc đàn hồi. Điều kiện để áp dụng cách thức thiết kế này, là công trình phải có khả
năng biến dạng dẻo. Hệ số q đợc gọi là hệ số ứng xử và việc quy định các giá trị của nó
cũng nh các biện pháp thiết kế kèm theo để có đợc hệ số này là nội dung chủ yếu của
TCXDVN 375:2006.
Đề tài nghiên cứu góp phần làm rõ cơ sở khoa học của các giá trị hệ số ứng xử q dùng
trong TCXDVN 375:2006; ý nghĩa và vai trò của hệ số này trong thiết kế công trình chịu
động đất theo quan niệm mới, cũng nh mối quan hệ giữa TCXDVN 375:2006 với các tiêu
chuẩn thiết kế khác, góp phần vào việc đồng bộ hoá các tiêu chuẩn thiết kế, thúc đẩy việc
áp dụng tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 vào thực tế sản xuất, làm gia tăng tính hiệu quả
kinh tế và an toàn khi thiết kế các công trình chịu động đất ở nớc ta.
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài.
a) Làm rõ ý nghĩa, vai trò và các yếu tố ảnh hởng quyết định tới hệ số ứng xử q sử dụng
trong thiết kế kháng chấn;
b) Góp phần làm rõ cơ sở khoa học của các giá trị hệ số ứng xử q sử dụng trong
TCXDVN 375:2006;
c) Làm rõ mối quan hệ giữa các tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam (TCXDVN 375:2006,
TCXDVN 356:2005) với tiêu chuẩn châu Âu (EN 1992-1-1:2004), góp phần vào việc
đồng bộ hoá các tiêu chuẩn thiết kế xây dựng ở nớc ta, làm cho việc sử dụng
TCXDVN 375:2006 đợc dễ dàng và thuận lợi.
3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu
Các cấu kiện và kết cấu bê tông cốt thép đợc thiết kế để chịu động đất ở Việt Nam.
4. Phơng pháp nghiên cứu
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm sự làm việc của các cấu kiện và kết cấu
BTCT dới tác động của tải trọng lắp lại đổi chiều có chu kỳ.

hội đợc bảo vệ gián tiếp thông qua bảo vệ công trình; các công trình đợc thiết kế để làm
việc trong miền đàn hồi và với tác động đất lớn nhất dự kiến sẽ xẩy ra. Hiện nay theo quan
niệm thiết kế kháng chấn mới, sinh mạng con ngời và của cải vật chất xã hội đợc bảo vệ
trực tiếp; công trình đợc phép làm việc sau giai đoạn đàn hồi, nhng không đợc sụp đổ.
Khác với trớc đây, vấn đề mấu chốt trong thiết kế kháng chấn không phải là khả năng
chịu lực mà là khả năng phân tán năng lợng (biến dạng dẻo) của nó.
1.1.2 Các mục tiêu thiết kế và cách thức đạt đợc mục tiêu thiết kế B
t
F
F
0
x (t)
t
E
Khớp dẻo
G
F
1u
k
A
D
a)
b)

0
m
F


Hình 1.1 Phản ứng của các hệ kết cấu có một BTDĐ chịu tác động động đất:
a) Phản ứng đàn hồi; b) Phản ứng đàn hồi - dẻo.
Các công trình xây dựng có thể đợc thiết kế để chịu động đất theo một trong hai cách sau:
- Bằng khả năng chịu một lực F
e
rất lớn nhng phải làm việc hoàn toàn đàn hồi (Hình
1.1a), hoặc
-
Bằng khả năng chịu một lực tác động F
y
<< F
e
nhng phải có khả năng biến dạng
dẻo kèm theo (Hình 1.1b).

3
Hiện nay các tiêu chuẩn thiết kế của các nớc trên thế giới, trong đó có TCXDVN
375 :2006 đều chọn cách thứ hai (theo quan niệm mới) khi thiết kế kháng chấn các công
trình xây dựng. Cách thứ nhất (theo quan niệm cũ) chỉ thích hợp cho việc thiết kế các công
trình xây dựng trong các vùng động đất rất yếu, vì không an toàn và không kinh tế.
1.1.3 Các nguyên tắc cơ bản của việc thiết kế các công trình chịu động đất theo
quan niệm mới.
Theo quan niệm mới, các công trình đợc thiết kế chịu động đất trên cơ sở các trạng
thái giới hạn sau:
a) Trạng thái giới hạn làm việc : Công trình chịu đợc các trận động đất yếu mà không
bị h hỏng, hệ kết cấu phải làm việc trong giới hạn đàn hồi.
b) Trạng thái giới hạn cuối cùng hoặc trạng thái giới hạn kiểm soát h hỏng: Công trình
chịu đợc các trận động đất trung bình với các h hỏng rất nhẹ có thể sửa chữa đợc.
c) Trạng thái giới hạn sụp đổ hoặc trạng thái giới hạn tồn tại : Công trình chịu đợc các


u
e
F
F
K
2
=
(1.1)
4
Trong các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn của châu Âu (EN:1998-1-1:2004) và Việt
Nam (TCXDVN 375:2006) hệ số K đợc gọi là hệ số ứng xử, ký hiệu là q; còn trong các
tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn của các nớc Bắc Mỹ (Hoa kỳ, Canada) và nhiều nớc
khác hệ số này đợc gọi là hệ số giảm lực tác động hoặc hệ số điều chỉnh phản ứng, ký
hiệu là R
Điều kiện để có thể dùng hệ số ứng xử q (hoặc R) trong thiết kế các công trình chịu
động đất là hệ kết cấu đợc thiết kế phải có khả năng biến dạng dẻo. Vì vậy, việc quyết
định giá trị hệ số ứng xử bằng bao nhiêu cho một hệ kết cấu nào đó và các biện pháp thiết
kế kèm theo bao gồm các quy định về vật liệu, hệ kết cấu, quy trình thiết kế, phơng pháp
tính toán, chi tiết cấu tạo các bộ phận kết cấu để bảo đảm cho hệ kết cấu đợc thiết kế
có đợc khả năng biến dạng dẻo tơng ứng với hệ số q đã chọn là nội dung chủ yếu của
các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn hiện đại.
Hệ số ứng xử q và các biện pháp thiết kế để có đợc hệ số ứng xử này, có ý nghĩa
quyết định tới mức độ an toàn và kinh tế của công trình đợc thiết kế
1.2.2 Hệ số ứng xử của các kết cấu BTCT trong các tiêu chuẩn thiết kế công trình
chịu động đất trên thế giới.
1.2.2.1 Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất của Việt Nam (TCXDVN 375:
2006) và của Châu Âu (EN 1998-1-1:2004).
q = q
0

Hệ số ứng xử đợc gọi là hệ số giảm tải R thay đổi trong phạm vi từ 1,0 đến 6,0
1.2.2.9 Tiêu chuẩn thiết kế các công trình chịu động đất của Mexico (1993)
Hệ số ứng xử đợc gọi là hệ số giảm tải Q - thay đổi trong phạm vi từ 2 đến 4
1.3. Kết luận Chơng I
5
1. Hiện nay các công trình xây dựng trong các vùng động đất mạnh đều đợc thiết kế
theo quan điểm mới. Quan niệm thiết kế thay đổi dẫn tới thay đổi yêu cầu và nội dung thiết
kế

2. Khi thiết kế kháng chấn theo quan điểm mới, tác động động đất đợc giảm xuống q
lần so với khi thiết kế để công trình làm việc đàn hồi. Trong TCXDVN 375:2006, q đợc gọi
là hệ số ứng xử. Việc xác định tác động động đất theo hệ số q và thiết kế công trình để có
đợc hệ số q là nội dung cơ bản của các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn hiện đại.
Chơng II : Độ dẻo của các kết cấu bêtông cốt thép
và các yếu tố ảnh hởng tới độ dẻo
2.1. Khái niệm về độ dẻo
2.1.1. Định nghĩa độ dẻo
Độ dẻo biểu thị khả năng phân tán năng lợng của hệ kết cấu và đợc định nghĩa một
cách tổng quát là khả năng hấp thụ năng lợng của kết cấu thông qua sự làm việc không
đàn hồi mà không làm cho cờng độ và độ cứng bị suy giảm đáng kể dới tác dụng của tải
trọng lặp lại đổi chiều. Về mặt giải tích, độ dẻo đợc xác định dới dạng biểu thức sau:
1>


=
y
u


max
tơng ứng là biến dạng cực hạn dơng và âm;
+

y
và


y
tơng ứng
với biến dạng lúc chảy dẻo.
2.1.2. Các loại độ dẻo
2.1.2.1. Độ dẻo biến dạng

y
u


à

= (2.6)
với
u

là biến dạng cực hạn,
y

là biến dạng chảy của vật liệu.
2.1.2.2. Độ dẻo uốn


- chuyển vị xoay chảy ở đầu mút cấu kiện.
2.1.2.4. Độ dẻo chuyển vị thẳng
6
Độ dẻo chuyển vị thẳng đợc định nghĩa theo (2.1), thờng đợc dùng để đánh giá độ
dẻo của hệ kết cấu.
2.2. Độ dẻo của các cấu kiện bêtông cốt thép
2.2.1. Độ dẻo của dầm
2.2.1.1 Các giai đoạn làm việc của cấu kiện chịu uốn (hình 2.5)

u
0
M
M
y
M
n
M

u

y

n
giai đoạn 3
giai đoạn 2
giai đoạn 1


Hình 2.5 Đồ thị M tam tuyến tính của dầm BTCT

y
xh
=
0

(2.12)
Định nghĩa các thông số trong các biểu thức trên cho ở hình 2.6c
h
M
h
b
A
sc
A
s
a '
a
0
a) b) c) d)
x


su

cu
u
u
F
c
F

2
2

+









+++=
n
h
a
nn
(2.21)
trong đó:
1

và
2

tơng ứng là hàm lợng cốt thép chịu kéo A
s
và chịu nén A
sc
;

hx
yy
=

xác định theo (2.21).
Từ hình 2.6d ta đợc độ cong cực hạn:
u
su
u
cu
u
xhx
==
0

(2.23)
2.2.1.2. Xác định độ cong
u

theo tiêu chuẩn EN 1992-1-1:2004.
Theo EN 1992-1-1:2004, quan hệ ứng suất - biến dạng của BT chịu nén có dạng ở
hình 2.7, còn sơ đồ phân bố ứng suất trên tiết diện thẳng góc đợc cho ở hình 2.8. Từ điều
kiện cân bằng lực trên tiết diện thẳng góc ta đợc chiều cao vùng bê tông chịu nén:

(
)
cd
yscs
u
bf

f
cd
f
0

c

cu2

c2

A
c
h
x
A
s
s

cu


x

f
cd
F
c
F
s

yscs
cd
cu
y
ys
f
Ef
fAA
bf
f
hE





à



=


=
(2.36)
2.2.1.3. Xác định độ cong
u

theo các tiêu chuẩn thiết kế Kết cấu BT và BTCT
của Việt Nam TCXDVN 356:2005 và Kết cấu BT và BTCT không ứng lực trớc của

RAA
bR

=
2

(2.50)
Do đó
(
)
( )
)1(
)(
1
21
2
2
2
0
y
s
sbb
sscs
b
b
y
ys
R
ER
RAA


b2
arctgE
b

b


b
=
b0
=
b2
b
=R
b1

b0

b2
arctgE
b,req

b
a)
b)

b1

Hình 2.9 Đồ thị ứng suất biến dạng của bêtông bị nén theo


Hình 2.10 Sơ đồ phân bố ứng suất trong miền bê tông bị nén
Trờng hợp cốt thép A
sc
không đạt tới giới hạn chảy, dùng biểu thức của Park và Paulay :

1
12
2
1
2
0
2
12
7,106,17,1
)1(8,0

















+









=
cd
yscu
cd
scu
cd
yscu
yycus
f
fE
f
E
h
a
f
fE
fE


+
=
(2.65)
Sử dụng các giả thiết của EN 1992-1-1:2004 khi f
ck
50 MPa:

( )
cu
c
y
y
s
f
f
f
E


à











à














+
= (2.69)
Trong các biểu thức trên,

= N/A
c
f
c
- chỉ số lực dọc trong cột và =
s2
/f
y

h
h

c
F
S2
F
S1
e)
A
S2
A
S1
M
N
N
A
b

Hình 2.11. Sơ đồ ứng suất trong cột chịu nén
2.2.3. Mối quan hệ giữa việc hạn chế biến dạng ngang của bê tông và tính dẻo
của các cấu kiện bê tông cốt thép
2.2.3.1. Khái niệm về bó bê tông
Cốt thép đai cản trở biến dạng ngang của BT, làm gia tăng độ bền cũng nh tính biến dạng
của BT. Phần BT chịu ảnh hởng có lợi này của cốt đai đợc gọi là phần bê tông bị bó.

2.2.3.2. Các thông số ảnh hởng tới việc bó bê tông
1. Hàm lợng cốt thép đai (
w
): tăng
w
cả cờng độ lẫn độ dẻo của BT đều tăng.
2. Cờng độ chảy của cốt thép đai (f

cc20


c

c

cc1

cc2

cc85
cc
0,3f
cc
f
=K f
s
cp
0,85f
cc
cp
f
c
=0,85f

Hình 2.15 Mô hình tính toán bê tông bị bó Hình 2.16 Mô hình tính toán bê tông bị bó
của Park, Priestley và Gill (1982) của Sheikh và Uzumeri (1982)
ứng suất nén lớn nhất f
cc


























+=
2
0
2
0

w
K

+=1 (2.75)
với và b là các hệ số thực nghiệm, còn
w
là tỷ số cơ học của cốt đai

c

c
cc
f
c
f
c
0,85f
cc
uf
1

cu

cc25
cc
0,25f

c1

cc1


+=
(2.80)
với - hệ số thực nghiệm,
t
- áp lực của cốt đai bó (hình 2.18)
Hoặc xác định theo mô hình tính toán của Shah, Fatifis và Arnold (1983):

t
c
ccc
f
ff









++=
21
15,1 (2.87)
2.3. Các yếu tố ảnh hởng tới độ dẻo
2.3.1. Các đặc tính của vật liệu
Độ dẻo của vật liệu BT

à

BT cờng độ cao kém hơn so với BT cờng độ thấp nên việc sử dụng BT cờng độ cao sẽ
làm cho độ dẻo của cấu kiện BTCT bị giảm.
3. Cờng độ chảy của cốt thép
y
f
. Độ dẻo à

giảm khi sử dụng cốt thép cờng độ cao.
4. Tỷ số cờng độ
ysu
ff
/ của cốt thép. Độ dẻo à

tăng khi tỷ số
ysu
ff
/ tăng.
5. Tỷ số giữa diện tích tiết diện cốt thép
ssc
AA /
. Độ dẻo
à

tăng khi gia tăng tỷ số
ssc
AA /
.
6. Chỉ số lực dọc

= N/A






+=
l
l
0,51
l
l
1)3(à1à
pp


(2.104)
2.4. Kết luận chơng 2
1. Độ dẻo biểu thị khả năng phân tán năng lợng của hệ kết cấu và đợc đánh giá ở
mức độ vật liệu, tiết diện cấu kiện, cấu kiện và hệ kết cấu. Các biểu thức xác định độ dẻo
của dầm và cột BTCT đợc thiết lập trên cơ sở các giả thiết và tính năng vật liệu của EN
1002-1-1:2004 và của TCXDVN 356:2005 kết hợp với

52 -101 - 2003 là hoàn toàn
tơng đồng.
2. Độ dẻo của các cấu kiện BTCT phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, từ cấp độ vi
mô: biến dạng nén cực hạn

cu
, cờng độ chịu nén f
c

Chơng III: Hệ số ứng xử của kết cấu Bê tông cốt thép
3.2. Mối quan hệ giữa hệ số ứng xử và độ dẻo của kết cấu
1. Đối với các hệ kết cấu có chu kỳ dao động dài: giả thiết cân bằng chuyển vị (hình 3.1a):
12

à
=


==
y
u
y
e
F
F
K
1
(3.4)

Hình 3.1 Quan hệ giữa phản ứng đàn hồi và đàn hồi dẻo
của kết cấu có 1 bậc tự do

2. Đối với các hệ kết cấu có chu kỳ dao động trung bình: giả thiết cân bằng năng lợng
(hình 3.1b):

12
2
==
à

F
F
i-1
F
2
F
1
l
l
h
t
h
t
h
t
h
t
h
t
h
t

A
0
1
2
A
n
n


2
,y
,
CA
1
,y
,
M'
CA
2
M'
CA
n
M
CA
n
M
CA
2
M
CA
1
0
1
2
n
i i





và
ycA
,1

- tơng ứng độ cong tại chân cột A khi khung bị phá hoại và lức bắt đầu
chảy dẻo, l
pc
- chiều dài khớp dẻo tơng đơng,

n,u
và

n,y
- chuyển vị ở cao trình n khi
khung bị phá hoại và lúc bắt đầu chảy dẻo, n - số tầng và h
t
- chiều cao tầng.
Độ dẻo chuyển vị của khung
yn
pct
yn
un
nh
,,
,
1

+=


à
theo (3.24) cho các khung có số tầng bất kỳ, ví dụ n = 5, 10 và 20 theo các giả
thiết và tính năng vật liệu của TCXDVN 356:2005 và EN 1992-1-1:2004. Từ kết quả tính
toán ta đợc hệ số ứng xử q bằng giá trị trung bình cộng của
à
và 12
à
(biểu thức 3.7).
3. Một số các nhận xét và kết luận rút ra từ các kết quả tính toán thu đợc
- Hệ số ứng xử q tăng khi biến dạng nén cực hạn

cu
của bê tông tăng.
- Hệ số ứng xử q giảm khi giới hạn chảy f
y
của cốt thép lớn.
- Hệ số ứng xử q thay đổi không đáng kể khi tăng số tầng n.
- Hệ số ứng xử q giảm khi tăng cấp độ bền B của bê tông.
- Hệ số ứng xử q xác định theo TCXDVN 356:2005 (q = 1,82
ữ
4,17) lớn hơn hệ số ứng xử
q xác định theo EN 1992-1-1:2004 (q = 1,78
ữ
4,10).
3.3.2. Hệ số ứng xử của tờng chịu lực bê tông cốt thép.
(i) ở trạng thái khi bắt đầu xuất hiện biến dạng chảy đầu tiên trong cốt thép chịu kéo
Cho tờng BTCT ở hình 3.11. Tại tiết diện ở chân tờng ta có độ cong đàn hồi:

wc
w


=

= )1(
5,1
)3(
)1(
5,1
3
8
4
,





(3.36)
với
e
- chuyển vị ngang đàn hồi ở đỉnh tờng, k - chiều cao vùng tờng bị biến dạng dẻo,

y
- độ cong tờng lúc bắt đầu biến dạng chảy.
Giả thiết chiều dài khớp dẻo tơng đơng l
pc
0,08h
t
(xem
2.97), ta đợc:

sucuucA

+=
(3.26), trong đó

c
-
biến dạng của BT
khi ứng suất bằng f
c
;

y
-
biến dạng của cốt thép khi đạt ứng
suất chảy;

cu
và

su
-
tơng ứng là biến dạng của BT và cốt
thép ngay trớc khi phá hoại.
Từ độ dẻo uốn
à
A1
ta có thể xác định đợc độ dẻo
14


y
H
w
a
1
-
2
H
w
k.H
w
e

Hình 3.11 Trạng thái khi bắt đầu xuất hiện Hình 3.13 Sơ đồ độ cong của tờng
biến dạng chảy đầu tiên trong cốt thép chịu kéo. tại tiết diện có khớp dẻo
Giả thiết
wcee
L

2
=
và
wsycy
L9,0)(

+=
ta đợc tỷ số sau:

ce
syc


)45,0()(
2
9,0
2
www
e
y
e
u
wc
wu
yu
LHL
IE
Hp
+=




(3.44)
trong đó

u
đợc xác định theo biểu thức (3.26), tơng tự nh ở cột BTCT.
Để làm rõ ảnh hởng của

cu
và

= 7,2.10
-3
/0,9L
w
= 8.10
-3
/L
w

(iii)

cu
= 0,45% và

su
= 0,36% độ cong

u
= 8,1.10
-3
/0,9L
w
= 9.10
-3
/L
w

Xét các trờng hợp khác nhau của độ mảnh của tờng:

= H





(3.45)
(ii) khi

= 10:
e
e
y
e
u
yu
+= )(344,0




(3.48)
(iii) khi

= 15:
e
e
y
e
u
yu
+= )(233,0

ữ
3,27) có giá trị lớn hơn so
với EN 1992-1-1:2004 (q = 1,34
ữ
3,21).
3.4. Kết luận Chơng 3
1. Hệ số ứng xử q phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau nh vật liệu, loại hệ kết cấu
và cấp độ dẻo của nó. Kết quả tính toán hệ số ứng xử q cho các kết cấu khung và tờng
chịu lực cho thấy:
- các loại vật liệu BT và cốt thép quy định trong TCXDVN 356:2005 có các tính năng
cơ lý hoàn toàn tơng đồng với các loại vật liệu BT và cốt thép quy định trong EN-1992-1-
1:2004.
- các hệ số ứng xử q xác định theo TCXDVN 356:2005 đều lớn hơn các giá trị xác định
theo EN 1992-1-1:2004
Các kết luận này đã góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc chuyển đổi các giá trị
hệ số ứng xử q từ tiêu chuẩn EN 1998-1-1:2004 sang TCXDVN 375:2006.
2. Kết quả tính toán hệ số q cho thấy, hệ số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố rất khác
nhau, do đó cần phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định thiết kế cho trong tiêu chuẩn.
Chơng IV: Thí nghiệm xác định độ dẻo và các yếu tố ảnh hởng
tới độ dẻo của dầm BêTông Cốt Thép
4.1. Mục đích nghiên cứu thí nghiệm.
Mục đích nghiên cứu thí nghiệm nhằm khảo sát một số vấn đề chủ yếu sau:
-
Quá trình biến dạng dẻo và cách thức phá hoại,
-
Khả năng phân tán năng lợng,
-
Sự suy giảm độ cứng theo chu kỳ chất tải
do ảnh hởng của cốt thép đai và cốt thép dọc đợc bố trí trong cấu kiện dạng dầm.
4.2. Thiết kế các cấu kiện thí nghiệm

250
250
200
a100
200x100x6
150x100x6
1350
6
1
126
6
6
5
4
3
6
126
1
6
6
55
126
4
1
126

a100
2
A
25

150x100x6
1350
6
1
126
6
6
5
4
3
6
126
1
6
6
55
126
4
1
126
a50
200
2'
6

Hình 4.2. Nhóm mô hình thí nghiệm MH1

Hình 4.3.

Nhóm mô hình thí nghiệm MH2

100 50
250
250
200
25
25
1350
501300
50
50
50
50
650
250
1550
50
A
700
250
250
200
a100
200x100x6
150x100x6
1350
6
1
126
6
6
4.3. Các đặc trng cơ lý của vật liệu mô hình thí nghiệm
1. Vật liệu bê tông: thí nghiệm 9 mẫu khối vuông 150x150x150mm cho cờng độ chịu
nén giới hạn trung bình R
bn
= 26,2 MPa và 3 mẫu thử lăng trụ 150x150x600mm cho môđun
đàn hồi trung bình E
b
= 27800 MPa.
2. Vật liệu cốt thép: thí nghiệm kéo phá huỷ 6 mẫu thép

12 - AIII dài 600 mm cho các
giá trị trung bình sau:

y
= 469,4 MPa,

y
= 0,15% và E
s

5
8
7
2
4
2
5
5
7
3
8
1
9
9
17
A
250
250
50
1550
B1
25
300
200
B
A4
B2
B3
A A
B4

4.6. Quy trình tác dụng tải trọng trên các mô hình thí nghiệm.
Quy trình tác dụng tải trọng lên các mô hình thí nghiệm đợc cho ở hình 4.8.
4.8. Biểu diễn và đánh giá các kết quả thí nghiệm.
4.8.1. Quan hệ lực - chuyển vị ngang của các mô hình thí nghiệm. Hình 4.10. Quan hệ lực - chuyển vị ngang của các mô hình nhóm MH1
Hình 4.6.
Vị trí gắn
các phiến
đo biến
dạng trên mô hình

15
20
11000
13000
15
20
25
30
35
40
45
50
10
Chu kỳ
Cấp chất tải

3
5
7
9
11
13
15
-3
-5
-7
-9
-11
-13
-15


Hình 4.11. Quan hệ lực - chuyển vị ngang của các mô hình nhóm MH2
Hình 4.12. Quan hệ lực - chuyển vị ngang của các mô hình nhóm MH3
4.8.2. Độ dẻo chuyển vị của các mô hình thí nghiệm.
Độ dẻo chuyển vị đợc xác định theo (2.1).

Quan hệ giữa độ dẻo chuyển vị và chu kỳ
chất tải theo chiều tác động tải trọng đợc cho trong các hình 4.12 và 4.13.


4
5
6
7
0
8

Hình 4.13.

Quan hệ độ dẻo chuyển vị - chu kỳ Hình 4.14. Quan hệ độ dẻo chuyển vị chu
chất tải của các mô hình thí nghiệm khi lực tác động kỳ chất tải của các mô hình thí nghiệm
theo theo chiều dơng (trái sang) khi lực tác động theo chiều âm (phải sang)
Chuyển vị

(mm)

3000
5000
7000
9000
15000
11000
13000
15000
13000
11000
9000
7000
5000
3000

9000
15000
15000
13000
11000
9000
7000
5000
3000
11000
13000
10
5
15
20
15
20
25
30
10
Độ dẻo

à

Chu kỳ

Chu kỳ

19


MH1
1,03
1,20
1,17
1,22
1,42
1,43
1,41
1,60
1,70
1,64
1,80
2,04
1,93
2,06
2,50
2,13
2,43
3,2
3,19
3,38
3,83
3,95
4,47
5,83
4,73
5,11
6,29
5,89
7,20

MH2
MH1
3
4
5
6
1
2
0

3 4 5 61 2 7 8
200
400
600
800
1000
1200
1400
MH3
MH2
MH1
0

Hình 4.17.

Quan hệ giữa độ cứng cát tuyến Hình 4.18.

Quan hệ giữa độ cứng cát tuyến
và độ dẻo chuyển vị của các nhóm mô hình và độ dẻo chuyển vị của các nhóm mô hình thí
thí nghiệm theo chiều dơng của tác động. nghiệm theo chiều âm của tác động.

Độ dẻo

à

Độ dẻo

à

20

Hình 4.19.

Hình dạng và vị trí các khe nứt xuất hiện trên các mô hình MH1
Khe nứt đầu tiên xuất hiện tại tiết diện sát mép gối, chạy lan sâu vào trong gối tạo nên
một góc 20
0
- 30
0
so với phơng vuông góc với trục dầm. Khe nứt thứ hai xuất hiện cách
mép gối 150mm và khe nứt thứ ba cách mép gối khoảng 250mm. Các khe nứt này chạy
nghiêng góc so với trục dầm, khoảng 60
0
(hình 4.19)
b) Nhóm mô hình thứ hai MH2.
Ngoài khe nứt đầu tiên có hình dạng và vị trí giống nh ở các mô hình MH1, còn có
thêm 3 khe nứt khác tại các vị trí sau so với mép gối tựa: khe nứt thứ hai khoảng 120mm,
khe nứt thứ ba khoảng 220mm và khe nứt thứ t khoảng 280mm (hình 4.20). Hình 4.20. Hình dạng và vị trí các khe nứt xuất hiện ở các mô hình MH2

MH1
1,03

1,22

1,41

1,64

1,93

2,13

3,19

3,95

4,73

à
MH2

1,20

1,42

1,60

1,80


0,88

0,93

Điều này cho thấy, các công trình đợc thiết kế theo TCXDVN 356:2005 có thể đáp
ứng các quy định của quan niệm thiết kế kháng chấn mới và giá trị hệ số ứng xử q

1,5
quy định trong TCXDVN 375:2006 cho các kết cấu BTCT đợc thiết kế theo TCXDVN
356:2005 là không phù hợp. Giá trị hệ số q kiến nghị cho trong bảng 4.12

Bảng 4.12. Hệ số ứng xử q kiến nghị dùng để thiết kế khung BTCT cấp dẻo DCM
Loại hệ kết cấu Thiết kế theo
TCXDVN 375:2006
Thiết kế theo
TCXDVN 356:2005
Hệ khung, hệ hỗn hợp
3,0

u
/

1
2,4

u
/

1



Mattock
MH1 MH2 MH3
l
p
(mm) 250 280 280 126,25 200,89 162,5 236,67

241,18 229,03
Kết hợp các kết quả nghiên cứu của Paulay và Priestley (2.97), kiến nghị đa yếu tố
ảnh hởng của cốt thép đai vào biểu thức xác định chiêù dài khớp dẻo tơng đơng:

s
Cfll
w
Lyp

++=
40
022,008,0
(4.5)
trong đó
w
và s - tơng ứng là đờng kính và bớc cốt đai, còn C
4
- hệ số thực nghiệm.
2. Về độ dẻo uốn của các mô hình thí nghiệm.
Quá trình thí nghiệm cho thấy chuyển vị dẻo chịu ảnh hởng của biến dạng cắt và biến
dạng trợt do mất lực dính kết của cốt thép dọc trong vùng nút khung hoặc gối tựa. Để xét
tới các biến dạng này (làm suy giảm độ cứng của nút khung hoặc gối tựa), kiến nghị đa hệ
số K


Lực cắt làm giảm độ dẻo cũng nh hệ số ứng xử q. Việc uốn xiên một số thanh cốt
thép dọc có tác dụng: giảm bớt tác động có hại của lực cắt, gia tăng khả năng biến dạng
dẻo, giảm bớt hàm lợng cốt thép dọc, kiểm soát đợc vị trí xuất hiện khớp dẻo.
Việc giảm hàm lợng cốt thép dọc sẽ làm giảm ứng suất nén trong bê tông, giảm tốc
độ suy giảm khả năng phân tán năng lợng.
3.

Có thể dùng TCXDVN 356:2005 thay thế cho tiêu chuẩn EN 1992-1-1:2004 trong
các nội dung liên quan tới tiêu chuẩn này quy định trong TCXDVN 375:2006. Các công
trình đợc thiết kế theo TCXDVN 356:2005 hoàn toàn có thể đáp ứng đợc các quy định
của quan niệm thiết kế kháng chấn mới và giá trị hệ số ứng xử q 1,5 quy định trong
TCXDVN 375:2006 cho các kết cấu BTCT đợc thiết kế theo TCXDVN 356:2005 là không
phù hợp.
4.

Việc bố trí cốt thép dọc đợc uốn chéo giao nhau trong vùng tới hạn của dầm là biện
pháp hữu ích để bảo vệ các cấu kiện BTCT chống lại lực cắt đổi chiều theo chu kỳ và làm
gia tăng khả năng biến dạng dẻo của chúng.
23
5. Chiều dài vùng khớp dẻo tơng đơng chịu ảnh hởng của cốt thép đai và lực cắt.
Biến dạng cắt và biến dạng trợt do cốt thép dọc bị mất lực dính kết trong vùng nút có ảnh
hởng tới chuyển vị dẻo.
Kết luận và kiến nghị
A. kết luận
1.

Quan niệm thiết kế kháng chấn mới cho phép các công trình xây dựng làm việc sau
giai đoạn đàn hồi. So với cách thiết kế để công trình làm việc đàn hồi, giá trị của lực động
đất đợc giảm xuống q lần. Trong TCXDVN 375:2006 q đợc gọi là hệ số ứng xử. Việc tính

làm gia tăng khả năng biến dạng dẻo của chúng; cho phép kiểm soát đợc vị trí xuất hiện
khớp dẻo.
d) Các cấu kiện BTCT đợc cấu tạo theo TCXDVN 356:2005 có độ dẻo chuyển vị khá
lớn, bằng khoảng 80% độ dẻo của cấu kiện cấu tạo TCXDVN 375:2006.
e) Cốt thép đai (hàm lợng, khoảng cách giữa các lớp, đờng kính) trong vùng tới hạn
có ảnh hởng tới chiều dài vùng khớp dẻo tơng đơng;
24
f) Quá trình biến dạng dẻo tại các vùng tới hạn nằm sát các mép gối tựa làm suy giảm
độ cứng của vùng liên kết (vùng gối tựa), ảnh hởng tới biến dạng dẻo của kết cấu BTCT.
Kết hợp các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho phép rút ra kết luận sau:
- Có thể dùng TCXDVN 356:2005 để thay thế tiêu chuẩn EN 1992-1-1:2004 trong các nội
dung liên quan tới tiêu chuẩn thiết kế này quy định trong tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006.
- Có thể sử dụng tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 kết hợp với TCXDVN 375:2006 trong thiết
kế các công trình chịu động đất. Quy định về giá trị hệ số q 1,5 của TCXDVN 375:2006
cho các kết cấu BTCT đợc tính toán và cấu tạo theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT
không kháng chấn là hoàn toàn không có cơ sở đối với TCXDVN 356:2005.
B. kiến nghị
1.

Để bảo đảm tính pháp lý cũng nh tính thực tiễn của việc áp dụng tiêu chuẩn
TCXDVN 375:2006, kiến nghị cho phép sử dụng TCXDVN 356:2005 thay cho EN 1992-1-
1:2004, trong các nội dung liên quan tới tiêu chuẩn này trong TCXDVN 375:2006.
Kiến nghị tiếp tục nghiên cứu xác định hệ số ứng xử q cho các công trình đợc thiết kế
theo TCXDVN 356:2005 để mang lại các hiệu quả về tính an toàn và kinh tế cho các công
trình đợc xây dựng trong các vùng động đất ở nớc ta.
2. Để tạo cơ sở pháp lý cho sự đồng bộ hoá TCXDVN 375:2006 với các tiêu chuẩn
thiết kế khác cần bổ sung hoặc thay thế TCXDVN 356:2005 bằng 52 -101 - 2003 hoặc
EN 1992-1-1:2004.
3.