GVHD:TS. HỒ HỮU CHỈNH

ĐỀ TÀI:

KHẢO SÁT CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI
TRỌNG ĐỘNG ĐẤT BẰNG PHƯƠNG
PHÁP PHÂN TÍCH PHI TUYẾN TĨNH
(NONLINEAR STATIC PUSH-OVER
ANALYSIS)

NHÓM 6

Trang 1


GVHD:TS. HỒ HỮU CHỈNH

MỤC LỤC

MỤC LỤC ......................................................................................................................... 2
PHẦN BỔ SUNG ............................................................................................................... 3

I. ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................................... 4
II. TỔNG QUAN .................................................................................................... 4
1. Nội dung phương pháp phân tích phi tuyến tĩnh ...................................................... 4
2. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 6
III. PHÂN TÍCH PUSH-OVER BẰNG PHẦN MỀM ETABS v9.7 ........................... 7
1. Mô tả công trình ........................................................................................................ 7
2. Khảo sát sự hình thành khớp dẻo ứng với chuyển vị mục tiêu ................................. 7
3. Khảo sát sự ảnh hưởng của tiết diện cột đến quá trình hình thành khớp dẻo ........... 15
4. Khảo sát sự ảnh hưởng của cốt thép đến quá trình hình thành khớp dẻo ................. 22

Structural
Stability

Maximum Total
Drift

0.01

0.01-0.02

0.02

0.33Vi/Pi

Vậy ta chọn chuyển vị mục tiêu phân tích ứng với giai đoạn LS theo công thức:
 = 0.02 x H = 0.02 x 6.6 = 0.132 m

NHÓM 6

Trang 3


GVHD:TS. HỒ HỮU CHỈNH

I. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Trong các tiêu chuẩn tính toán động đất thì hầu hết đều cho kết cấu làm việc trong giới
hạn đàn hồi và quan niệm vật liệu bê tông là hoàn toàn đàn hồi, tuy nhiên bê tông lại là vật
liệu đàn dẻo, việc xem xét kết cấu làm việc ngoài miền đàn hồi hứa hẹn là một phương pháp
tính toán đơn giản và đánh giá trực quan sự làm việc của công trình hơn so với các phương
pháp khác.

chấn thiết kế. Biến dạng và nội lực của kết cấu được giám sát một cách liên tục trong quá
NHÓM 6

Trang 4


GVHD:TS. HỒ HỮU CHỈNH

trình kết cấu chuyển vị ngang. Phương pháp này cho phép theo dõi quá trình chảy dẻo và
phá hoại của các cấu kiện thành phần cũng như toàn bộ hệ kết cấu, cũng cho phép xác định
chuyển vị ngang không đàn hồi trên toàn bộ chiều cao của công trình và cách thức sụp đổ
của hệ kết cấu. Khả năng chịu lực và độ dẻo cần thiết ở chuyển vị mục tiêu hoặc lực cắt đáy
mục tiêu thường được dùng để kiểm tra tính đúng đắn của việc thiết kế kết cấu. Đồ thị biểu
diễn mối quan hệ giữa lực cắt đáy và chuyển vị ngang gọi là đường cong khả năng. Đây là
kết quả chủ yếu của phương pháp tính toán đẩy dần.

Hình 1: Biểu đồ quan hệ lực cắt đáy và chuyển vị đỉnh
Vì kết quả chủ yếu của phương pháp này là đường cong quan hệ lực và biến dạng nên
cần phải làm rõ các thành phần trên đường cong này. Trên đường cong quan hệ lực biến
dạng, năm điểm A, B, C, D và E được sử dụng để vạch rõ sự làm việc biến dạng do lực của
khớp và ba điểm IO, LS, CP được sử dụng để vạch rõ chuẩn mực chấp nhận cho khớp dẻo.

Hình 2: Đường quan hệ lực – chuyển vị

NHÓM 6

Trang 5


GVHD:TS. HỒ HỮU CHỈNH

thép trong cột.
2.2. Nghiên cứu sự làm việc của khung khi chịu tải trọng ngang
Thông thường, khi thiết kế công trình chịu động đất phải làm sao cho các khớp dẻo
xuất hiện trước hết là ở các dầm sau đó mới đến các cột. Lý do như sau: Cột bị phá hoại có
nghĩa là toàn bộ nhà bị đổ, trong khi chưa kịp huy động hết khả năng chịu lực của các thành
phần khác của công trình.
Từ đó tiến hành phân tích đẩy dần cho mô hình khảo sát để xác định được vị trí hình
thành khớp dẻo trên mô hình có hợp lý hay không, từ đó có những điều chỉnh cho hợp lý.

NHÓM 6

Trang 6


GVHD:TS. HỒ HỮU CHỈNH

III. PHÂN TÍCH PUSH-OVER BẰNG PHẦN MỀM ETABS v9.7:
1. Mô tả công trình:
-

Mô hình khung BTCT 2 nhịp 2 tầng có kích thước nhịp 5m, chiều cao tầng 3.3 m.

-

Vật liệu sử dụng: BT B20

-

Tiết diện dầm: (250x500)mm



Trang 8


GVHD:TS. HỒ HỮU CHỈNH

Step 2:
-

Bốn khớp dẻo được hình thành tại tầng 1, 3 khớp dẻo hình thành tại tầng 2, tất cả
khớp dẻo đều ở giai đoạn B.

Step 3:
-

Bốn khớp dẻo ở giai đoạn B xuất hiện ở dầm tầng 2, 2 khớp dẻo ở giai đoạn B và 2
khớp dẻo ở giai đoạn IO hình thành ở dầm tầng 1

NHÓM 6

Trang 9


GVHD:TS. HỒ HỮU CHỈNH

Step 4:
-

Hai khớp dẻo ở giai đoạn B và 2 khớp dẻo ở giai đoạn IO hình thành ở dầm tầng 2, 4
khớp dẻo ở giai đoạn IO hình thành ở dầm tầng 1, 3 khớp dẻo ở giai đoạn B ở hình

NHÓM 6

Trang 11


GVHD:TS. HỒ HỮU CHỈNH

-

2 khớp dẻo ở giai đoạn B và 2 khớp dẻo ở giai đoạn IO xuất hiện ở dầm tầng 2, 2
khớp dẻo ở giai đoạn IO và 2 khớp dẻo ở giai đoạn LS xuất hiện ở dầm tầng 1, 2
khớp dẻo ở giai đoạn LS và 1 khớp dẻo ở giai đoạn C xuất hiện ở 3 cột tầng 1.

-

Cột giữa bị sụp đổ khi dầm các tầng chỉ mới ở giai đoạn hư hỏng.
Step 8:

-

2 khớp dẻo ở giai đoạn B và 2 khớp dẻo ở giai đoạn IO xuất hiện ở dầm tầng 2, 2
khớp dẻo ở giai đoạn B, 2 khớp dẻo ở giai đoạn IO và 2 khớp dẻo ở giai đoạn LS
xuất hiện ở dầm tầng 1, 2 khớp dẻo ở giai đoạn LS và 1 khớp dẻo ở giai đoạn E xuất
hiện ở 3 cột tầng 1.

Step 9:
-

2 khớp dẻo ở giai đoạn B và 2 khớp dẻo ở giai đoạn IO xuất hiện ở dầm tầng 2, 2
khớp dẻo ở giai đoạn B , 2 khớp dẻo ở giai đoạn IO và 2 khớp dẻo ở giai đoạn LS


Kết quả biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị và lực cắt đáy

-

Bảng giá trị chuyển vị và lực cắt đáy qua các step

Nhận xét:
-

Qua các step phân tích của phần mềm ta thấy dù công trình thiết kế thỏa mãn khả
năng chịu lực nhưng khi công trình bị hư hỏng hay sụp đổ thì sự xuất hiện của các
khớp dẻo trên dầm và cột không đảm bảo tiêu chí cột cứng-dầm yếu

NHÓM 6

Trang 14


GVHD:TS. HỒ HỮU CHỈNH

-

Khớp dẻo xuất hiện trên dầm trước cột nhưng cột lại hư hỏng và sụp đổ trước dầm
chứng tỏ tiết diện cột hay hàm lượng thép không đủ, cần được hiệu chỉnh.

-

Xác định được lực cắt đáy móng lớn nhất khi công trình sụp đổ là 82.2902 (T)



Khớp dẻo ở giai đoạn C xuát hiện ở 1 cột tầng 1, chưa vị trí khớp dẻo nào ở dầm
xuất hiện khớp dẻo ở giai đoạn này.

-

Vậy thiết kế không hợp lý, không thỏa mãn tiêu chí cột cứng - dầm yếu.

NHÓM 6

Trang 16


GVHD:TS. HỒ HỮU CHỈNH

Tiết diện cột 350x350:
-

Ta khảo sát ở 3 step để đưa ra kết luận
Step 5:

-

Độ cứng của cột tăng dẫn đến step 5 mới bắt đàu xuất hiện khớp dẻo ở giai đoạn B ở
cột tầng 1

NHÓM 6

Trang 17


Kết quả biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị và lực cắt đáy

Tiết diện cột 500x500:
-

Ta khảo sát ở 4 step để đưa ra kết luận
Step 5:

-

Độ cứng cột tiếp tục tăng nên chỉ có 2 khớp dẻo ở giai đoạn B hình thành ở 2 cột
tầng 1

NHÓM 6

Trang 19


GVHD:TS. HỒ HỮU CHỈNH

Step 9:
-

Khớp dẻo đã xuất hiện hợp lý hơn so với 2 trường hợp tiết diện trước, tất cả các
khớp dẻo ở dầm đều ở giai đoạn LS khi các khớp dẻo ở cột chỉ ở giai đoạn IO

Step 10:
-

Tất cả các khớp dẻo ở cột phát triển sang giai đoạn LS.

Nhận xét:
-

Khi ta tăng tiết diện của cột từ 25x25 lên 35x35 và chạy bài toán thiết kế thì sự hình
thành khớp dẻo đã hợp lý hơn tuy nhiên cột vẫn bị hư hỏng và sụp đổ trước dầm,
chứng tỏ độ cứng của cột vẫn chưa đảm bảo

-

Tiếp tục tăng tiết diện của cột từ 35x35 lên 50x50 thì sự xuất hiện của cột đã đảm
bảo được tiêu chí cột cứng-dầm yếu,vdầm bị phá hoại và hư hỏng trước cột.

4. Khảo sát sự ảnh hưởng của cốt thép đến quá trình hình thành khớp dẻo
-

Tiến hành khảo sát cột 500x500 với lượng thép 12#6 tăng lên 12#9 để xem xét sự
hình thành khớp dẻo của công trình.
Tiết diện 500x500 với lượng thép 12#6

-

Từ step 1 đến step 25 kết cấu hình thành khớp dẻo hợp lý,nhưng từ step 26 khớp dẻo
đã xuất hiện không hợp lý, ở 2 cột tầng một đã xuất hiện 2 khớp dẻo ở giai đoạn C
trong khi các khớp dẻo ở dầm tầng 2 vẫn còn ở giai đoạn LS.

-

Hình ảnh mô hình ở Step 26

NHÓM 6


Bài toán Push-over cho ta cách nhìn trực quan hơn, hàm lượng thép thức tế cần thiết
cho kết cấu cần lớn hơn hàm lượng thép thiết kế tương đối nhiều.

5. Khảo sát sự ảnh hưởng của sàn đến quá trình hình thành khớp dẻo
-

Ta tiến hành khảo sát độ cứng của khung ảnh hưởng thế nào đến sự xuất hiện các
khớp dẻo thông qua việc mô hình có sàn và không sàn.
Hệ khung không sàn

-

Khớp dẻo hình thành khá hợp lý,các khớp dẻo ở dầm các tầng đều ở giai đoạn LS và
C nhưng khớp dẻo ở cột chỉ ở giai đoạn IO.

Hệ có sàn dày 100 mm
-

Xuất hiện một khớp dẻo ở cột tầng một trong giai đoạn C trong khi các khớp dẻo ở
các tầng chỉ ở giai đoạn B, IO và LS

NHÓM 6

Trang 24


GVHD:TS. HỒ HỮU CHỈNH

Nhận xét:

trực quan sự hình thành các khớp dẻo trên công trình khi công trình bị hư hỏng hoặc
sụp đổ, từ đó điều chỉnh các thông số thiết kế như tiết diện và hàm lượng thép để
công trình vừa đảm bảo khả năng chịu lực vừa đảm bảo thỏa mãn tiêu chí cột cứngdầm yếu, điều chỉnh khớp dẻo đúng vị trí người thiết kế mong muốn.

-

Xác định được mối liên hệ giữa chuyển vị đỉnh và lực cắt đáy thông qua đường cong
khả năng, từ đó xác định được chuyển vị cực đại tại đỉnh công trình trước khi kết cấu
sụp đổ.

NHÓM 6

Trang 25