ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐOÀN VĨNH PHÚC

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP
PUSH-OVER ĐỂ PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH NHÀ
NHIỀU TẦNG KHÔNG ĐỐI XỨNG CHỊU TẢI
TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 8580201

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

Đà Nẵng - Năm 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Đặng Công Thuật

Phản biện 1: PGS. TS. Phạm Thanh Tùng
Phản biện 2: TS. Phạm Mỹ

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công
nghiệp họp tại Trường Đại học Bách Khoa vào ngày 18 tháng 5 năm

đây đều tốn thời gian và vẫn giả thiết ảnh hưởng của các bậc dao
động bậc cao là đàn hồi. Trong số các phương pháp thì phương pháp
N2 khá đơn giản vì không cần quá trình lặp để đạt giá trị chuyển vị
mục tiêu, trong đó sử dụng phổ phản ứng không đàn hồi và đường
cong khả năng để xác định chuyển vị mục tiêu. Ngoài ra, còn có
phương pháp N2 cải tiến tương tự như phương pháp N2 cơ bản trong
tính toán chuyển vị mục tiêu. Sự cải tiến của phương pháp N2 cải
tiến chính là sử dụng việc phân tích phổ phản ứng khi hiệu chỉnh các
hệ quả động đất với giả thiết rằng ảnh hưởng của các dạng dao động


2
bậc cao vẫn là đàn hồi. Mặc dầu phương pháp N2 có tính đơn giản và
được cải tiến, nhưng nó vẫn còn cho kết quả có tính ước lượng dè dặt
trong việc xác định hệ số xoắn đối với các trận động đất lớn.
Với những đặc điểm đã nêu trên, đề tài “Nghiên cứu ứng
dụng phương pháp Push-over để phân tích công trình nhà nhiều
tầng không đối xứng chịu tải trọng động đất” nhằm nghiên cứu
ứng dụng phương pháp push-over sao cho phù hợp trong điều kiện
có ảnh hưởng của các dạng dao động bậc cao trong phân tích bằng
phương pháp push-over.


3

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH
CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ ẢNH HƯỞNG
CỦA ĐỘNG ĐẤT ĐẾN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

thay đổi cơ bản, chuyển từ việc bảo vệ công trình sang bảo vệ trực
tiếp mạng sống con người và tài sản xã hội.
Các phương pháp xác định tác động động đất chuyển từ giả thiết
kết cấu làm việc trong miền đàn hồi sang giả thiết kết cấu làm việc
trong miền không đàn hồi.
1.4. QUAN NIỆM HIỆN ĐẠI TRONG THIẾT KẾ CÔNG
TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
Theo TCVN 9386:2012 - Thiết kế công trình chịu động đất đề
nghị:
Các yêu cầu chính:


Yêu cầu không sụp đổ



Yêu cầu hạn chế hư hỏng

1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Động đất là một loại tải trọng đặc biệt tác động rất lớn đến kết
cấu công trình xây dựng chịu động đất.
Động đất và tính toán công trình chịu tải trọng động đất đã được
nhiều tác giả trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Số lượng các
phương pháp tính toán kết cấu chịu động đất tăng lên nhanh chóng
do sự phát triển và phổ biến của các phần mềm và máy tính tốc độ


5
cao. Sự chính xác của một phương pháp luôn đi kèm với tính phức
tạp và mức độ tiêu tốn thời gian thực hiện.

a. Phạm vi áp dụng của phương pháp
Phương pháp phân tích phổ phản ứng là phương pháp có thể áp
dụng cho tất cả các công trình xây dựng và phương pháp phân tích
phổ phản ứng có thể áp dụng tính toán cho các công trình không thỏa


7
mãn điều kiện áp dụng phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương
đương.
b. Phổ thiết kế dùng trong phân tích đàn hồi
Theo quan điểm thiết kế hiện đại, các hệ kết cấu được phép chịu
tải trọng động đất trong miền không đàn hồi. Để tránh phải thực hiện
việc tính toán trực tiếp các kết cấu không đàn hồi, người ta dùng phổ
thiết kế Sd(T) là phổ phản ứng đàn hồi được thu nhỏ lại thông qua hệ
số ứng xử q.
c. Số dạng dao động cần xem xét trong phương pháp phổ
phản ứng
Cần thỏa mãn:
-

Tổng các trọng lượng hữu hiệu của các dạng dao động được
xem xét chiếm ít nhất 90% tổng trọng lượng kết cấu;

-

Tất cả các dạng dao động có trọng lượng hữu hiệu lớn hơn
5% của tổng trọng lượng đều được xem xét đến.

Nếu điều kiện tại trên không thỏa mãn (công trình có dạng dao
động xoắn góp phần đáng kể) thì số lượng tối thiểu các dạng dao

lịch sử phản ứng dạng chính. Một vài dạng chủ đạo được sử dụng
riêng rẽ như là dạng tải trọng ngang của phân tích push-over với
chuyển vị đỉnh được định nghĩa từ kết quả phân tích lịch sử phản ứng
dạng chính đối với hệ một bậc tự do đàn hồi dẻo [1,2]. Phương pháp
này cho kết quả tốt khi so sánh với phương pháp lịch sử thời gian
nhưng lại là một phương pháp tiêu tốn nhiều thời gian vì cần phải
chạy phân tích lịch sử phản ứng dạng chính để xác định chuyển vị
mục tiêu đối với mỗi dạng dao động.
2.3.2. Phương pháp push-over dạng chính hiệu chỉnh (MMPA)
Phương pháp phân tích push-over hiệu chỉnh (Modified Modal
Push-over Analysis) xét đến ảnh hưởng của dao động bậc cao với giả
thiết rằng ứng xử của dao động bậc cao vẫn còn nằm trong miền đàn
hồi. Bằng giả thiết này, phân tích dạng chính cổ điển đối với hệ
tuyến tính được sử dụng để kể đến ảnh hưởng của dạng dao động bậc
cao. Do đó không cần phải thực hiện phân tích push-over đối với dao
động bậc cao. Phương pháp lịch sử thời gian được sử dụng để xác


9
định chuyển vị mục tiêu của dạng dao động thứ nhất đàn hồi dẻo mà
nó được sử dụng bằng phân tích push-over. Phương pháp này đơn
giản hơn phương pháp push-over dạng chính, nhưng lại cho kết quả
có sai số lớn hơn ở bậc đàn hồi dẻo lớn hơn [1].
2.3.3. Phương pháp push-over dạng chính thực hành (PMPA)
Tương tự với phương pháp push-over dạng chính hiệu chỉnh
và có sự đơn giản hơn để xác định chuyển vị mục tiêu của bậc dao
động đàn hồi dẻo đầu tiên. Chuyển vị mục tiêu của dạng dao động
đàn hồi dẻo đầu tiên đạt được bằng cách nhân giá trị chuyển vị mục
tiêu trung tuyến của hệ tuyến tính với tỷ số biến dạng đàn hồi dẻo
[8]. Phương pháp này đự đoán tốt các yêu cầu động đất và vẫn cho

βeff = κ β0 + 0.05

(2.39)

Trong đó:
κ hệ số hiệu chỉnh độ cản
+ β0 là cản trễ được biểu diễn dưới dạng cản nhớt tương
đương; 0.05 là 5% tỷ số cản ban đầu có tự nhiên trong kết cấu (giả
thiết là không đổi

Hình 2.5: Đường cong khả năng: (a) dạng V- δ; (b) dạng Sa - Sd

- Xác định điểm tính năng
Quy trình xác định điểm tính năng được mô tả như sau:


11
(a) Vẽ đường cong khả năng và phổ phản ứng ADRS với độ
cản 5% trong cùng một biểu đồ.
(b) Xác định điểm tính năng giả định Sapi, Sdpi. Việc này
được thực hiện bằng cách xấp xỉ chuyển vị bằng nhau.
(c) Thực hiện việc xấp xỉ nhị tuyến của đường cong khả
năng sao cho diện tích bên dưới đường cong khả năng và diện tích
bên dưới đường nhị tuyến là bằng nhau.
(d) Hệ số giảm SRA và SRV được tính toán để xác định phổ
yêu cầu được giảm. Phổ yêu cầu đã điều chỉnh giảm được vẽ cùng
với phổ khả năng.
(i). Nếu phổ yêu cầu đã điều chỉnh giảm mà giao với
phổ khả năng tại Sapi, Sdpi hoặc nếu giao điểm Sdp ở lân cận 5%
của Sdpi, thì điểm đó chính là điểm tính năng.

tổng thể lớn nhất maximum global displacement (cả đàn hồi và
không đàn hồi) mà nó được gọi là chuyển vị mục tiêu. Chuyển vị
mục tiêu có thể được tính toán theo công thức (2.42) dưới đây:
 t  C0C1C2C3 Sa

Te2
g
4 2

(2.42)

2.4. PHƯƠNG PHÁP PUSH-OVER CẢI TIẾN TÍNH TOÁN
CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
2.4.1. Theo phương pháp N2 cơ bản (Basic N2)
Phương pháp N2 tương tự như phương pháp phổ khả năng
nhưng phương pháp này sử dụng phổ đàn hồi dẻo, trong khi phương
pháp phổ khả năng truyền thống sử dụng phổ đàn hồi với chu kỳ và


13
độ cản tương. Phương pháp N2 loại bỏ được hai điểm hạn chế của
phương pháp phổ khả năng truyền thống (FEMA 356 và ATC - 40),
đó là cần quá trình lặp và phải sử dụng độ cản và chu kỳ tương
đương.
Phổ đàn hồi dẻo được dựa vào phân tích thống kê, trong đó
loại chuyển động đất nền mạnh và gần vị trí đứt gãy không được xem
xét. Cần phải thận trọng đối với dải chu kỳ dài (chuyển động thường
không đổi) và dải chu kỳ rất dài (chuyển vị phổ sẽ giảm tới mức
chuyển vị đỉnh của đất nền).
2.4.2. Theo phương pháp N2 mở rộng (Extended N2 method)

năng


15
a. Xác định khối lượng m*
b. Chuyển đổi các giá trị từ hệ nhiều bậc tự do (Q) thành hệ một
bậc tự do (Q*)
c. Xác định mối quan hệ lực - chuyển vị đàn hồi dẻo xấp xỉ.
d. Xác định các giá trị cường độ Fy* , D*y và chu kỳ T*
e. Xác định đường cong khả năng dạng ADRS

Hình 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

3.1.5. Phổ yêu cầu động đất đối với hệ một bậc tự do
a. Xác định hệ số giảm Rμ theo Vidic và đồng sự [13] dựa
trên chu kỳ đàn hồi của đường cong lý tưởng
b. Xác định yêu cầu chuyển vị Sd=D* (xem hình 3.4)
3.1.6. Yêu cầu động đất tổng cộng cho hệ nhiều bậc tự do
Chuyển đổi yêu cầu chuyển vị của hệ một bậc tự do thành
chuyển vị đỉnh của hệ nhiều bậc tự do bằng công thức
Dt = Γ D*
3.1.7. Yêu cầu động đất cục bộ cho hệ nhiều bậc tự do
3.1.8. Đánh giá tính năng (Phân tích mức độ nguy hiểm)

(3.18)


16
3.2. PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU

N2 cơ bản
ATC-40

FEMA-356

N2 cơ bản

Phân tích đẩy Chỉ sử dụng một vài dạng tải trọng Bất kỳ dạng


18
ATC-40
dần

FEMA-356

N2 cơ bản
phân phối tải

ngang

trọng

ngang

nào

(bằng

cách giả thiết


khả năng
Xác định yêu Được
cầu chuyển vị

xác Được xác định Γ tương tự Co;

định từ phổ bằng cách nhân μ/R μ tương tự
đàn hồi tương với bốn hệ số C1;
đương

bằng (C0,C1,C2,C3)

Không có hệ

cách sử dụng

số tương tự C2

sức

và C3 (xem

cản

và

chu kỳ tương

như bằng 1).

Phương pháp N2 cơ bản sẽ xét đến tính phi tuyến đối với dạng dao
động thứ nhất bởi vì dạng tải trọng là dựa vào dạng chuyển vị được
giả thuyết là tuyến tính. Phương pháp phổ phản ứng sẽ xét đến ảnh
hưởng của dạng dao động bậc cao đàn hồi.


20

Hình 3.12: Chuyển vị các tầng khi sử dụng phương pháp N2 và phương
pháp N2 mở rộng

Căn cứ vào các kết quả chuyển vị, tác giả nhận thấy rằng với
việc kết hợp phương pháp N2 và phương pháp phổ phản ứng trong
phương pháp N2 mở rộng, chuyển vị của công trình có giá trị nhỏ
hơn so với phương pháp N2 cơ bản.


21

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Đề tài đã nghiên cứu ứng dụng các phương pháp để phân
tích các công trình nhà nhiều tầng không đối xứng chịu tải trọng
động đất. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài ta có thể rút ra một số
kết luận như sau:
1. Khi sử dụng phương pháp N2 mở rộng, bằng cách kết hợp
phương pháp N2 cơ bản và phương pháp phổ phản ứng thì có thể kể
đến sự ảnh hưởng của các dạng dao động bậc cao.
2. Khảo sát trong trường hợp sử dụng phương pháp N2 mở
rộng cho kết quả chuyển vị nhỏ hơn khi dùng phương pháp N2. Tuy
nhiên, kết quả đề tài mới chỉ dừng lại ở mức độ áp dụng phương