BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG

NGUYỄN QUỐC HÙNG

PHÂN TÍCH KHUNG THÉP PHẲNG CÓ XÉT ĐẾN ĐỘ
MỀM CỦA LIÊN KẾT, CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
THAY ĐỔI LẶP CÓ CHU KỲ

LUẬN ÁN TIỄN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG

NGUYỄN QUỐC HÙNG

PHÂN TÍCH KHUNG THÉP PHẲNG CÓ XÉT ĐẾN ĐỘ
MỀM CỦA LIÊN KẾT, CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
THAY ĐỔI LẶP CÓ CHU KỲ
Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng và Công nghiệp
Mã số: 62.58.20.01


nay. Đặc điểm ứng xử phi tuyến của liên kết nửa cứng phụ thuộc vào trạng thái
làm việc phức tạp của những bộ phận cấu thành liên kết.
Bài toán đặt tải đơn giản đã được nghiên cứu nhiều, ngoại lực được gia tăng
từng bước không đổi chiều để phân tích trạng thái làm việc của kết cấu. Tuy
nhiên thực tế, ngoại lực tác dụng lên kết cấu thường có qui luật thay đổi, chẵng
hạn như tải gió hoặc động đất, có thể tác dụng theo chiều này hoặc ngược lại với
biên độ thay đổi.
Vấn đề tính toán khung thép có liên kết nửa cứng đã được thế giới quan tâm
nghiên cứu từ lâu và hiện nay đã được đưa vào áp dụng thực tế cũng như trong
tiêu chuẩn thiết kế của một số nước.
1


Các kết quả nghiên cứu của thế giới tập trung vào nghiên cứu đặc điểm làm
việc của các liên kết và đưa ra các mô hình về ứng xử của liên kết.
Việc nghiên cứu tính toán kết cấu có liên kết nửa cứng cho đến nay chủ yếu
tập trung vào các mô hình tuyến tính hoặc phi tuyến đàn hồi.
Các nghiên cứu chứng tỏ rằng, ứng xử của các liên kết có đặc tính phi tuyến
đàn dẻo.
Nhiệm vụ được đặt ra cho luận án là nghiên cứu tính toán khung thép phẳng
có liên kết nửa cứng theo mô hình phi tuyến đàn dẻo, chịu tác dụng của tải trọng
thay đổi; nhằm làm sáng tỏ hơn sự làm việc của kết cấu mà các mô hình tính toán
tuyến tính hoặc phi tuyến đàn hồi chưa phản ánh được.
2.Nội dung và cấu trúc của luận án
2.1 Nội dung của luận án
Tổng quan về kết cấu khung thép có liên kết nửa cứng. Bài toán khung thép có
liên kết nửa cứng là vấn đề có từ rất lâu, đã được nhiều tác giả trên khắp thế giới
nghiên cứu giải quyết từng phần theo thời gian. Bao gồm các công trình nghiên
cứu về đặc điểm ứng xử của liên kết nửa cứng bằng nghiên cứu thực nghiệm và
nghiên cứu lý thuyết. Những công trình nghiên cứu về mô hình ứng xử liên kết

án, danh mục các tài liệu tham khảo và phụ lục kèm theo.
Phần mở đầu, trình bày tính cấp thiết của đề tài; mục đích, đối tượng, phạm vi
nghiên cứu và cấu trúc của luận án.
Chương 1, Tổng quan về kết cấu khung thép có liên kết nửa cứng, trình bày về
một số công trình nghiên cứu liên quan của tác giả trong và ngoài nước. Trình
bày một số kiểu liên kết nửa cứng phổ biến, dữ liệu liên kết, đặc điểm và mô hình
ứng xử liên kết nửa cứng, các phương pháp phân loại liên kết, đặc điểm ứng xử
lặp của liên kết nửa cứng. Kết luận chương 1.
Chương 2, Tính toán khung thép phẳng có liên kết nửa cứng phi tuyến. Xây dựng
ma trận độ cứng phần tử, ma trận độ cứng kết cấu tổng thể, xây dựng véc tơ tải
nút phần tử, phương trình cân bằng, tính toán cho trường hợp kết cấu thép có liên
kết nửa cứng chịu tác dụng của tải ngang và tải trọng đứng không đổi với một số
mô hình ứng xử mô men-góc xoay liên kết. Kết luận chương 2.
Chương 3, Tính toán khung thép có liên kết nửa cứng phi tuyến chịu tác dụng
của tải ngang thay đổi. Giới thiệu về bài toán, trình bày mô hình ứng xử mô mengóc xoay liên kết nửa cứng, một số dạng tải ngang thay đổi được áp dụng trong
nghiên cứu. Tính toán cho trường hợp kết cấu khung thép có liên kết nửa cứng
chịu tác dụng của tải ngang thay đổi lặp. Kết luận chương 3.
3


Chương 4, Tính toán khung thép có liên kết nửa cứng chịu tác dụng của tải ngang
lặp chu kỳ và tải trọng đứng không đổi. Giới thiệu bài toán, trình bày các mô hình
ứng xử lặp chu kỳ quan hệ mô men-góc xoay liên kết, xây dựng thuật toán và tính
toán đẩy dần (pushover) kết cấu khung thép có liên kết nửa cứng chịu tải trọng
đứng không đổi và tải ngang tăng dần không đổi chiều, xây dựng thuật toán và
tính toán đẩy dần lặp chu kỳ(cyclic pushover) kết cấu khung thép có liên kết nửa
cứng chịu tải trọng đứng không đổi và tải ngang đổi chiều. Kết luận chương 4.
Kết luận và kiến nghị của luận án, nêu các kết quả chính và đóng góp mới về
khoa học của luận án cũng như những tồn tại, kiến nghị và các phương hướng cần
nghiên cứu tiếp theo.

bởi các tác giả như Al-Bermani và Kitipornchai (1992), Bijaard (1986), Galea
(1988), Goto và Chen (1987), Liew et al (1993), Lui và Chen (1987), Pogg
(1988), Shi và Atluri (1989) [74]. Goto và Chen (1987) [32] đã trình bày phương
pháp dựa vào máy tính, có thể ứng dụng dễ dàng vào thực tiễn thiết kế các liên
kết mềm, sử dụng máy tính nhỏ khi ứng xử liên kết có thể được lên mô hình bằng
cách sử dụng trực tiếp các dữ liệu thí nghiệm hoặc bằng một trong các đường

5


cong phân tích sẵn có, hoặc trường hợp đơn giản là mô hình một đường thẳng
hoặc hai đường thẳng.
Gerstle (1988) [32] đã đưa ra phương pháp thiết kế sử dụng máy tính để xem
xét ứng xử thực của liên kết, trong đó liên kết được thể hiện bởi một lò xo xoay.
Cosenza (1989) [74] phát triển phương pháp do Gerstle đề xuất có kể thêm ảnh
hưởng của lực dọc. Nee và Haldar (1988) và Halder và Nee (1989) [74] kiến nghị
sử dụng các phần tử kích thước nhỏ để mô tả liên kết nửa cứng. Phương pháp này
làm tăng số bậc tự do trong ma trận độ cứng. Thêm vào đó, Shi (1987) cũng đã
dùng những lò xo xoay có đặc trưng phi tuyến như là những phần tử liên kết độc
lập trong mô hình các liên kết mềm. Lui và Chen (1988) [32] đã nghiên cứu ảnh
hưởng của những thanh giằng và ứng xử của khung nửa cứng.
Lee và Basu (1989) [66] đã phân tích khung nửa cứng bằng phương pháp
độ cứng cát tuyến có kể đến ảnh hưởng do biến dạng lớn. Deierlein(1990) đã thực
hiện nghiên cứu số dựa trên phân tích tới hạn đối với khung không gian có liên
kết nửa cứng bằng phương pháp rời rạc khớp dẻo phi tuyến; Hsieh và Deierlein
(1991) [66] đề xuất phương pháp phân tích kể đến ảnh hưởng phi tuyến của liên
kết. Liên kết là một phần độc lập của mô hình và có độ dài bằng không, hàm lũy
thừa 4 tham số được sử dụng để mô phỏng ứng xử phi tuyến của liên kết. AlBermani và Kitipornchai (1992) [80] đề xuất phương pháp kể đến ảnh hưởng do
độ mềm liên kết trong phân tích phi tuyến khung không gian. Liên kết được xem
là một lò xo xoay, đặc điểm ứng xử phi tuyến được mô phỏng bằng cách sử dụng

kết nửa cứng phụ thuộc hệ số là tỷ số giữa độ cứng thanh và độ cứng nút, sau đó
thiết lập công thức liên hệ giữa nội lực và chuyển vị ở hai đầu mút phần tử. Trong
công trình nghiên cứu [17] mô phỏng liên kết nửa cứng bằng lò xo không trọng
lượng và có chiều dài bằng không, thiết lập ma trận độ cứng hình học phần tử
dầm có liên kết nửa cứng qua việc đề xuất phương pháp dùng tải trọng dọc trục
trong cột đạt được từ một phân tích tuyến tính để xác định tải trọng dọc trục tới
hạn và hệ số chiều dài ảnh hưởng à của mỗi cột kết cấu khung. Trong công trình
nghiên cứu [16] các tác giả đã dùng mô hình liên kết nửa cứng có ba lò xo (hai lò
xo chuyển vị thẳng và một lò xo chuyển vị xoay), có kể đến vùng cứng tại vị trí
dầm-cột, theo mô hình ba đường thẳng.
Bên cạnh việc các tác giả tập trung thí nghiệm, và xây dựng mô hình tính,
nhóm tác giả khác dùng các kết quả nghiên cứu để chỉ ra những ảnh hưởng và lợi
ích do việc sử dụng liên kết nửa cứng trong kết cấu xây dựng thực tế. Năm 1987,
tác giả Lindsey [66] đã mô tả quy trình thiết kế bằng việc thiết kế khung có liên
7


kết nửa cứng và cho thấy rằng, khung với liên kết nửa cứng có thể mang lại lợi
ích kinh tế nhiều hơn các khung có kiểu liên kết thông thường tương ứng, nếu như
việc ứng dụng là thích hợp. Năm 1988, Nethercot [66] đã đề xuất phương pháp kể
đến ảnh hưởng của độ mềm liên kết vào thực tiễn thiết kế cột và đã cho thấy hiệu
quả tiết kiệm là rất rõ khi độ mềm liên kết được xét đến. Năm 1995, nhóm tác giả
Kishi [32] đã nghiên cứu tác dụng của việc sử dụng kết hợp các liên kết nửa cứng
và cứng vào ứng xử của các công trình cao tầng và tính khả thi của việc sử dụng
này, nhằm đạt được hiệu quả kinh tế hơn đối với các công trình cao tầng. Dhillon
và OMalley (1999) [36] đã chứng tỏ rằng thiết kế sẽ có hiệu quả kinh tế cao hơn
khi có xét đến các liên kết nửa cứng. Jaspart năm 2000 [66] đã xuất bản công
trình nghiên cứu chung về các loại liên kết nửa cứng và quan hệ ứng xử phi tuyến
(M- ). Theo tác giả này, trong các quy phạm thiết kế, cần có một cái nhìn cân
nhắc hơn về tất cả các tính chất quan trọng liên quan đến liên kết nửa cứng để đạt

read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....



data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....