BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
----------------------------------

LÊ HỒNG QUÂN

TÍNH TOÁN KHUNG PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ
KỂ ĐẾN PHI TUYẾN HÌNH HỌC VÀ VẬT LIỆU BẰNG
PHẦN MỀM LIRA-SAPR 2013

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ
CÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
----------------------------------

LÊ HỒNG QUÂN
kho¸: 2016-2018

TÍNH TOÁN KHUNG PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Lê Hồng Quân


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ: “Tính toán khung phẳng bê tông cốt thép
có kể đến phi tuyến hình học và vật liệu bằng phần mềm Lira-sapr 2013” này là
công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên
cứu trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng được công bố trong bất
cứ công trình nghiên cứu nào khác từ trước tới nay.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Lê Hồng Quân


MỤC LỤC
Lời cảm ơn ......................................................................................................
Lời cam đoan ..................................................................................................
Mục lục ...........................................................................................................
Danh sách các chữ cái viết tắt..........................................................................
Danh sách các hình vẽ và đồ thị ......................................................................
Danh sách các bảng biểu .................................................................................
Trang
MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1
* Lý do chọn đề tài .............................................................................. 1
* Mục đích nghiên cứu ........................................................................ 2
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................... 2
* Phương pháp nghiên cứu .................................................................. 2

2.1.1. Tổng quát.................................................................................. 20
2.1.2. Lý thuyết tính toán khung bê tông cốt thép có kể đến phi tuyến
hình học ............................................................................................ 22
2.1.3. Lý thuyết tính toán khung bê tông cốt thép có kể đến phi tuyến
vật liệu .............................................................................................. 30
2.2. Tính toán khung phẳng bê tông cốt thép có kể đến phi tuyến hình học và
vật liệu bằng phần mềm Lira – Sapr 2013 ................................................... 42
2.2.1. Phương pháp giải bài toán phi tuyến trong phần mềm
Lira - Sapr 2013................................................................................... 42
2.2.2. Quy trình tính toán khung phẳng bê tông cốt thép có kể đến
phi tuyến hình học và vật liệu trong phần mềm Lira – Sapr 2013............ 45
2.2.3. Các mô hình vật liệu trong phần mềm Lira – Sapr 2013 ................ 55
2.3. Cơ sở tính toán của phần mềm Lira – Sapr 2013................................... 57


CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT VÍ DỤ TÍNH TOÁN KHUNG PHẲNG BÊ TÔNG
CỐT THÉP CÓ KỂ ĐẾN PHI TUYẾN HÌNH HỌC VÀ VẬT LIỆU BẰNG
PHẦN MỀM LIRA – SAPR 2013 ............................................................... 60
3.1. Tính toán và so sánh nội lực, chuyển vị của khung phẳng theo các mô hình
khác nhau.................................................................................................... 60
3.1.1. Sơ đồ khung phẳng .................................................................... 60
3.1.2. So sánh kết quả giữa phần mềm Lira-Sapr 2013 với Sap 2000 ....... 64
3.1.3. So sánh kết quả phân tích khung phẳng theo mô hình tuyến tính
với mô hình phi tuyến .......................................................................... 69
3.1.4. Biểu đồ ứng suất biến dạng ......................................................... 76
3.2. Khảo sát mối quan hệ giữa lực ngang đến chuyển vị của khung phẳng theo
các mô hình tính toán khác nhau ................................................................. 79
3.3. Khảo sát chuyển vị của khung theo mô hình phi tuyến và mô hình tuyến
tính có kể đến hệ số giảm mô đun đàn hồi.................................................... 81
3.3.1. Chuyển vị của khung giữa mô hình phi tuyến và mô hình tuyến tính

Số hiệu

Tên hình

Trang

Hình 1.1.

Ví dụ khung không gian

6

Hình 1.2.

Ví dụ khung phẳng

7

Hình 1.3.

Sơ đồ hình học và sơ đồ kết cấu khung

8

Hình 2.1.

Hiệu ứng P- Delta

21


Hình 2.7.

Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén

31

Hình 2.8.

Mẫu thí nghiệm cường độ chịu kéo

32

Hình 2.9.

Biểu đồ ứng suất – biến dạng của bê tông

32

Hình 2.10. Biểu đồ biến dạng đàn hồi – dẻo của bê tông

33

Hình 2.11. Một số loại cốt thép

38

Hình 2.12. Biểu đồ ứng suất - biến dạng của cốt thép

39



47

Hình 2.21. Khai báo tiết diện cột, dầm

48

Hình 2.22. Khai báo tải trọng

48

Hình 2.23. Gán tải trọng vào mô hình

49

Hình 2.24. Tổ hợp tải trọng tính toán

49

Hình 2.25. Khai báo các thông số phi tuyến vật liệu

50

Hình 2.26. Khai báo thông số đầu vào của bê tông

50

Hình 2.27. Khai báo thông số đầu vào của cốt thép

51


56

Hình 2.36. Biểu đồ ứng suất biến dạng loại 3

56

Hình 3.1.

60

Sơ đồ khung phẳng trong Lira - Sapr 2013


Hình 3.2.

Tên các phần tử thanh và phần tử nút

61

Hình 3.3.

Nội lực và chuyển vị của khung phẳng

61

Hình 3.4.

Biểu đồ ứng suất biến dạng tại gối trái


78

Hình 3.10. Quan hệ lực ngang – chuyển vị khi tải trọng nhỏ

79

Hình 3.11. Quan hệ lực ngang – chuyển vị khi tải trọng trung bình

80

Hình 3.12. Quan hệ lực ngang – chuyển vị khi tải trọng lớn

80


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Số hiệu
Bảng 3.1.

Tên bảng
Bảng so sánh nội lực mô hình tuyến tính giữa phần mềm

Trang
64

Lira – Sapr 2013 và Sap 2000
Bảng 3.2.

Bảng so sánh chuyển vị mô hình tuyến tính giữa phần mềm


hình học
Bảng 3.7.

Bảng so sánh chuyển vị cột mô hình tuyến tính – phi tuyến

70

hình học
Bảng 3.8.

Bảng so sánh chuyển vị dầm mô hình tuyến tính – phi tuyến

70

hình học
Bảng 3.9.

Bảng so sánh nội lực cột mô hình tuyến tính – phi tuyến vật

71

liệu
Bảng 3.10. Bảng so sánh nội lực dầm mô hình tuyến tính – phi tuyến vật

72

liệu
Bảng 3.11. Bảng so sánh chuyển vị cột mô hình tuyến tính – phi tuyến

72

81

chuẩn ACI 318 – phi tuyến vật liệu
Bảng 3.18. Bảng so sánh chuyển vị dầm mô hình tuyến tính theo tiêu

82

chuẩn ACI 318 – phi tuyến vật liệu
Bảng 3.19. Bảng so sánh chuyển vị cột mô hình tuyến tính theo tiêu

82

ACI 318 – phi tuyến hình học và vật liệu
Bảng 3.20. Bảng so sánh chuyển vị dầm mô hình tuyến tính theo tiêu

82

ACI 318 – phi tuyến hình học và vật liệu
Bảng 3.21. Bảng so sánh chuyển vị cột mô hình tuyến tính theo tiêu

83

chuẩn TCVN 9386 :2012 – phi tuyến vật liệu
Bảng 3.22. Bảng so sánh chuyển vị dầm mô hình tuyến tính theo tiêu
chuẩn TCVN 9386 :2012 – phi tuyến vật liệu

83


Bảng 3.23. Bảng so sánh chuyển vị cột mô hình tuyến tính theo tiêu

đàn hồi – dẻo, ngoài biến dạng đàn hồi, cả bê tông và cốt thép còn có biến
dạng dẻo, do đó khi tính toán kết cấu khung phải kể đến sự làm việc phi tuyến
của vật liệu thì mới đúng với bản chất làm việc của nó.
Mặt khác, chúng ta cũng thường tính toán khung theo sơ đồ không biến
dạng, áp dụng giả thiết coi chuyển vị là bé nên bỏ qua hiệu ứng bậc hai (hiệu
ứng P-Delta). Song đối với khung chịu tải trọng lớn, đặc biệt là với nhà cao
tầng, chuyển vị và biến dạng theo phương ngang là đáng kể thì ảnh hưởng của
P-Delta là rất lớn. Tiêu chuẩn thiết kế của các nước như tiêu chuẩn Việt Nam


2

TCVN 9386-2012 hay tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7 – 05 đều quy định trường hợp
bắt buộc phải kể đến hiệu ứng P-Dleta thông qua hệ số độ nhạy . Do vậy cần
thiết phải kể đến phi tuyến hình học trong quá trình tính toán khung bê tông
cốt thép.
Để phản ánh đúng sự làm việc thực tế của kết cấu khung bê tông cốt
thép, góp phần tính toán an toàn và tiết kiệm cho công trình, tác giả lựa chọn
đề tài luận văn tốt nghiệp là “Tính toán khung phẳng bê tông cốt thép có kể
đến phi tuyến hình học và vật liệu bằng phần mềm Lira – Sapr 2013 ” là có
tính cấp thiết và thực tiễn cao.
* Mục đích nghiên cứu
- Trình bày lý thuyết tính toán về phi tuyến hình học và phi tuyến vật
liệu.
- Xây dựng quy trình tính toán khung phẳng bê tông cốt thép có kể đến
phi tuyến hình học và vật liệu bằng phần mềm phân tích kết cấu Lira – Sapr
2013 có thể áp dụng dễ dàng, linh hoạt trong thực tế.
- So sánh kết quả giữa tính toán khung bê tông làm việc phi tuyến hình
học, phi tuyến vật liệu với khung bê tông làm việc tuyến tính.
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

các phần mềm phổ biến hiện nay thường dùng trong việc tính toán khung
phẳng. Giới thiệu các vấn đề liên quan đến phi tuyến đã được nghiên cứu.
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán khung phẳng bê tông cốt thép có
kể đến phi tuyến hình học và phi tuyến vật liệu bằng phần mềm Lira – Sapr
2013. Trình bày lý thuyết tính toán phi tuyến hình học, phi tuyến vật liệu. Xây


4

dựng được quy trình tính toán khung phẳng có kể đến phi tuyến hình học và
phi tuyến vật liệu bằng phần mềm Lira – Sapr 2013.
- Chương 3: Khảo sát ví dụ tính toán khung phẳng bê tông cốt thép có
kể đến phi tuyến hình học và vật liệu bằng phần mềm Lira-Sapr 2013. Khảo
sát các mô hình tính toán, so sánh giữa việc tính toán có kể đến và không kể
đến phi tuyến hình học, phi tuyến vật liệu. Phân tích và đánh giá kết quả của
bài toán.


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email: [email protected]

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


85

86

- Như vậy có thể thấy, khi phân tích khung phẳng một cách đầy đủ và chính
xác, nội lực của hệ kết cấu đã thay đổi một cách rõ rệt so với tính toán tuyến tính
thông thường, đặc biệt là chuyển vị tăng lên rất nhiều lần.
2, Kiến nghị:
- Từ kết quả nghiên cứu cho thấy cần thiết phải phân tích khung phẳng
có kể đến cả phi tuyến hình học và vật liệu thì mới phản ánh chính xác sự làm
việc của kết cấu cũng như đảm bảo an toàn cho công trình.
- Đề tài này mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu, tính toán cho khung
phẳng 5 tầng 1 nhịp, để có cái nhìn tổng quát hơn cần tiếp tục nghiên cứu
thêm các loại khung phẳng nhiều tầng nhiều nhịp khác cũng như nghiên cứu
sự làm việc không gian của hệ kết cấu khung.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Ngọc Bá (2005), Phương pháp xác định quan hệ ứng suất - biến dạng
của bê tông chịu nén từ thí nghiệm uốn và nén mẫu có mặt cắt hình tròn, Tạp chí
khoa học công nghệ xây dựng số 1/2005.
2. Trịnh Quốc Cường (2003), Tính toán khung bê tông cốt thép trên sơ đồ
biến dạng, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
3. Lê Bá Huế, Phan Minh Tuấn (2006), Khung bê tông cốt thép toàn khối,
NXB Xây dựng, Hà Nội.
4. Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2013), Kết cấu bê
tông cốt thép (Phần cấu kiện cơ bản), NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
5. Vũ Đình Phiên, Cao Minh Quyền (2016), Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu
ứng P-Delta đến khung bê tông cốt thép chịu động đất theo tiêu chuẩn TCVN
9386-2012, Đề tài nghiên cứu khoa học - Trường Đại học Công nghệ GTVT.
6. Ngô Thế Phong, Lý Trần Cường, Trịnh Kim Đạm, Nguyễn Lê Ninh
(2008), Kết cấu bê tông cốt thép (Phần kết cấu nhà cửa), NXB Khoa học và

19. X.P. Timoshenko, James M.Gere (1989), Theory of Elastic stability, Dover
Publications, Inc.
20. А.В. Дарков, Н.Н. Шапошников, Строительная механика, Москва
"Вышая школа", 1986.