Ảnh hưởng của các dạng dao động cao lên ứng xử động của kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng ngang

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

--------∞0∞--------

NGUYỄN DUY HẠ

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC DẠNG DAO ĐỘNG CAO

LÊN ỨNG XỬ ĐỘNG CỦA KẾT CẤU

NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

--------∞0∞--------

NGUYỄN DUY HẠ

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC DẠNG DAO ĐỘNG CAO

LÊN ỨNG XỬ ĐỘNG CỦA KẾT CẤU

NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng

Mã số chuyên ngành: 8 58 02 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Giảng viên hướng dẫn: TS. PHẠM ĐÌNH TRUNG

TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

GIẤY XÁC NHẬN

Tôi tên là: NGUYỄN DUY HẠ

Tôi đồng ý cung cấp toàn văn thông tin luận văn tốt nghiệp hợp lệ về bản quyền cho

Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh. Thư viện trường đại học Mở

Thành phố Hồ Chí Minh sẽ kết nối toàn văn thông tin luận văn tốt nghiệp vào hệ thống

thông tin khoa học của Sở Khoa học và Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 9 năm 2022

Ký tên

NGUYỄN DUY HẠ

Ngày sinh: 19/05/1969 Nơi sinh: Thái bình

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã học viên: 1885802080004

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Ý KIẾN CHO PHÉP BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn: Phạm Đình Trung

Học viên thực hiện: NGUYỄN DUY HẠ

Lớp: MCON018A

Ngày sinh: 19/05/1969 Nơi sinh: Thái Bình

Tên đề tài: ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC DẠNG DAO ĐỘNG CAO LÊN ỨNG XỬ

ĐỘNG CỦA KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

Ý kiến của giáo viên hướng dẫn về việc cho phép học viên Nguyễn Duy Hạ được bảo vệ

luận văn trước Hội đồng: Học viên đã hoàn thành được Luận văn theo Đề cương được

duyệt, kết quả của Luận văn được viết thành 01 bài báo đã qua phản biện chờ đăng trên Tạp

chí Xây dựng.

Tôi đồng cho Học viên bảo vệ luận văn trước Hội đồng chấm................................................

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 9 năm 2022

Người nhận xét

PHẠM ĐÌNH TRUNG

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng luận văn “Ảnh hưởng của các dạng dao động

cao lên ứng xử động của kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng ngang” là

bài nghiên cứu của chính tôi.

Ngoại trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này,

tôi cam đoan rằng toàn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chưa từng được

công bố hoặc được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác.

Không có sản phẩm/nghiên cứu nào của người khác được sử dụng trong

luận văn này mà không được trích dẫn theo đúng quy định.

Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại

các trường đại học hoặc cơ sở đào tạo khác.

TP. Hồ Chí Minh, Năm 2022

Nguyễn Duy Hạ

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin cảm ơn chân thành đến TS. Phạm Đình Trung, người thầy

hướng dẫn Luận văn này; Thầy đã tận tâm hướng dẫn, động viên và tạo điều kiện

tốt để tôi thực hiện Luận văn; Những tài liệu tham khảo và kiến thức do Thầy cung

cấp giúp tôi nhận định đúng đắn trong việc nghiên cứu.

Bên cạnh đó, tôi cũng gửi lời cảm ơn quý Thầy Cô giảng dạy lớp Cao học

ngành Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại Mở Thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt

cho tôi nhiều kiến thức quý giá trong chuyên ngành; đồng thời tôi cũng cảm ơn các

bạn cùng khóa học đã đồng hành cùng tôi trải qua chương trình đào tạo này.

Cuối cùng, tôi xin ghi nhận sự giúp đỡ của gia đình đã luôn bên cạnh động

viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian học tập vừa qua.

Xin chân thành cảm ơn!

TP. Hồ Chí Minh, Năm 2022

Nguyễn Duy Hạ

iii

TÓM TẮT

Động đất là một trong những thảm hoạ thiên nhiên khủng khiếp nhất

đối với nhân loại mà cho đến nay khoa học kỹ thuật đương đại vẫn chưa dự

báo chính xác thời điểm và địa điểm xảy ra. Hiện nay, động đất và tính toán

công trình xây dựng chịu tải trọng động đất là chủ đề được nhiều tác giả quan

tâm nghiên cứu. Mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu ảnh hưởng của các

dạng dao động cao lên ứng xử động của kết cấu nhà nhiều tầng chịu gia tốc

nền của động đất. Kết cấu nhà nhiều tầng được chọn khảo sát là mô hình của

các tòa nhà 30 tầng, 40 tầng, 50 tầng với mặt bằng chữ nhật và chữ L được rời

rạc hóa bằng phương pháp phần tử hữu hạn trong bài toán phân tích ứng xử

động bởi phần mềm ETABS với các gia tốc nền của trận động đất Elcentro,

Santa và Lucerne. Phương pháp chồng chất dao động được áp dụng để tìm

ứng xử động thông qua các đại lượng chuyển vị động, mô men chân cột và

lực cắt đáy trên toàn miền thời gian. Kết quả số cho thấy rằng phản ứng động

vẫn gia tăng khi có sự hiện diện của nhiều dạng dao động cao.

Từ khóa: Kết cấu nhà nhiều tầng, phân tích động lực học, gia tốc nền

động đất, dạng dao động cao.

iv

ABSTRACT

Earthquakes are one of the most devastating natural disasters ever faced

by humans. Up to now, scientists have not accurately predicted location and

time of an earthquake’s occurence. Currently, earthquakes and analyzing

buildings subjected to earthquake loads are subjects of interest. The objective

of this thesis is to study the influence of higher mode shapes on dynamic

responses of multi-storey building structures subjected to ground acceleration

of earthquakes. The selected structure in this investigation is a analytical

model of a 30-storey, 40-storey, 50-storey building with variuos plan

discreted by finite element method in dynamic analysis by ETABS software

and the ground acceleration of the Elcentro, Santa and Lucerne earthquakes

used to dynamic analysis. The method of modal superposition is applied to

derive the dynamic response as displacement, bending moment and shear

force in the time domain. The numerical results show that the dynamic

responses are still increasing in higher mode shapes considered.

Keywords: Multi-storey building structure, dynamic analysis, ground

acceleration of earthquake, higher mode shapes.

v

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii

TÓM TẮT ............................................................................................................. iii

MỤC LỤC .............................................................................................................. v

DANH MỤC BẢNG ........................................................................................... vii

DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ ix

DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. xi

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ..................................................................................... 1

1.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................... 1

1.2 Mục tiêu luận văn ......................................................................................... 5

1.3 Nội dung của luận văn .................................................................................. 5

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN .................................................................................. 6

2.1 Giới thiệu chương ......................................................................................... 6

2.2 CÁC Nghiên cứu TRÊN THẾ GIỚI ............................................................. 6

2.3 CÁC Nghiên cứu trong nước ........................................................................ 9

2.4 Kết luận chương .......................................................................................... 15

CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................... 17

3.1 Giới thiệu chương ....................................................................................... 17

3.2 Mô hình kết cấu .......................................................................................... 17

3.3 Khái quát về động đất ................................................................................. 25

3.4 Phương pháp CHỒNG CHẤT DẠNG DAO ĐỘNG .............................. 27

vi

3.5 Ảnh hưởng số dạng dao động .................................................................. 33

3.6 Phần mềm etabs .......................................................................................... 34

3.7 Kết luận chương .......................................................................................... 38

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ SỐ ................................................................................ 39

4.1 Giới thiệu chương ....................................................................................... 39

4.2 Kết cấu mặt bằng hình chữ nhật 30 tầng .................................................... 39

4.3 Kết cấu mặt bằng hình chữ nhật 40 tầng .................................................... 45

4.4 Kết cấu mặt bằng hình chữ nhật 50 tầng .................................................... 51

4.5 Kết cấu mặt bằng hình chữ L 30 tầng ......................................................... 57

4.6 Kết cấu mặt bằng hình chữ L 40 tầng ......................................................... 63

4.7 Kết cấu mặt bằng hình chữ L 50 tầng ......................................................... 70

4.8 Kết luận chương ....................................................................................... 76

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN .................................................................................... 78

5.1 Kết luận ....................................................................................................... 78

5.2 Hướng phát triển ......................................................................................... 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 80

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Thông số tiết diện và vật liệu kết cấu khung, vách, sàn bê tông

cốt thép mặt bằng hình chữ nhật .................................................................... 17

Bảng 3.2 Thông số tiết diện và vật liệu kết cấu khung, vách, sàn bê tông

cốt thép mặt bằng hình chữ L ......................................................................... 17

Bảng 4.1 Phản ứng lớn nhất của hệ với gia tốc nền Elcentro theo số dạng

dao động của kết cấu 30 tầng có mặt bằng chữ nhật ...................................... 40

Bảng 4.2 Phản ứng lớn nhất của hệ với gia tốc nền Santa theo số dạng dao

động của kết cấu 30 tầng có mặt bằng chữ nhật ............................................. 41

Bảng 4.3 Phản ứng lớn nhất của hệ với gia tốc nền Lucerne theo số dạng

dao động của kết cấu 30 tầng có mặt bằng chữ nhật ...................................... 42

Bảng 4.4 Phản ứng lớn nhất của hệ với gia tốc nền Elcentro theo số dạng

dao động của kết cấu 40 tầng có mặt bằng chữ nhật ...................................... 46

Bảng 4.5 Phản ứng lớn nhất của hệ với gia tốc nền Santa theo số dạng dao

động của kết cấu 40 tầng có mặt bằng chữ nhật ............................................. 47

Bảng 4.6 Phản ứng lớn nhất của hệ với gia tốc nền Lucerne theo số dạng

dao động của kết cấu 40 tầng có mặt bằng chữ nhật ...................................... 48

Bảng 4.7 Phản ứng lớn nhất của hệ với gia tốc nền Elcentro theo số dạng

dao động của kết cấu 50 tầng có mặt bằng chữ nhật ...................................... 52

Bảng 4.8 Phản ứng lớn nhất của hệ với gia tốc nền Santa theo số dạng dao

động của kết cấu 50 tầng có mặt bằng chữ nhật ............................................. 53

Bảng 4.9 Phản ứng lớn nhất của hệ với gia tốc nền Lucerne theo số dạng

dao động của kết cấu 50 tầng có mặt bằng chữ nhật ...................................... 54

Bảng 4.10 Phản ứng lớn nhất của hệ với gia tốc nền Elcentro theo số dạng

dao động của kết cấu 30 tầng có mặt bằng chữ L ........................................... 58

Bảng 4.11 Phản ứng lớn nhất của hệ với gia tốc nền Santa theo số dạng

dao động của kết cấu 30 tầng có mặt bằng chữ L ........................................... 59

Bảng 4.12 Phản ứng lớn nhất của hệ với gia tốc nền Lucerne theo số dạng

dao động của kết cấu 30 tầng có mặt bằng chữ L Lucerne ............................. 60