Phân tích tĩnh phi tuyến khung thép phẳng chịu địa chấn xét đến tương tác nền dựa trên dạng dao động cập nhập sử dụng phương pháp AMC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

PHẠM GIA HẬU

PHÂN TÍCH TĨNH PHI TUYẾN KHUNG THÉP PHẲNG CHỊU ĐỊA

CHẤN XÉT ĐẾN TƯƠNG TÁC NỀN DỰA TRÊN DẠNG DAO

ĐỘNG CẬP NHẬT SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP AMC

LUẬN VĂN THẠC SỸ

XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

PHẠM GIA HẬU

PHÂN TÍCH TĨNH PHI TUYẾN KHUNG THÉP PHẲNG

CHỊU ĐỊA CHẤN XÉT ĐẾN TƯƠNG TÁC NỀN DỰA

TRÊN DẠNG DAO ĐỘNG CẬP NHẬT SỬ DỤNG PHƯƠNG

PHÁP AMC

Chuyên ngành : Xây dựng Công trình dân dụng và Công nghiệp

Ma số chuyên ng ̃ ành : 60 58 02 08

LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG

Người hướng dân khoa h ̃ oc: ̣

TS. NGUYỄN HỒNG ÂN

TP. Hồ Chı́

Minh, Năm 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

97 Võ Văn Tần, Quận 3, TP. HCM

Tel: 84-8-39300947 Fax: 39300085

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: TS. Nguyễn Hồng Ân

Học viên thực hiện: Phạm Gia Hậu Lớp: XD3

Ngày sinh: 24-01-1984 Nơi sinh: Bình Định

Tên đề tài:

“Phân tích tĩnh phi tuyến khung thép phẳng chịu địa chấn xét đến tương tác nền dựa trên

dạng dao động cập nhật sử dụng phương pháp AMC”

Ý kiến của giáo viên hướng dẫn về việc cho phép học viên Phạm Gia Hậu được bảo vệ luận văn

trước Hội đồng: .................................................................................................................................

.........................................................................................................................................................

.........................................................................................................................................................

.........................................................................................................................................................

.........................................................................................................................................................

.........................................................................................................................................................

.........................................................................................................................................................

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày……..tháng …… năm 20…..

Người nhận xét

……………………………

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

97 Võ Văn Tần, Quận 3, TP. HCM

Tel: 84-8-39300947 Fax: 39300085

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐƠN ĐĂNG KÝ BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Kính gửi: KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh

Tôi tên: Phạm Gia Hậu

Ngày sinh: 24-01-1984 Nơi sinh: Bình Định

Mã học viên: 1386058200007 Lớp: XD3

Địa chỉ liên lạc: 295/3 Tân Thới Hiệp 21, KP1, Tổ 2A, P. Tân Thới Hiệp, Q.12, TP.HCM

Điện thoại: 0988604020 Email: [email protected]

Là học viên cao học chuyên ngành:.Xây dựng, khóa 2013 của Trường Đại học Mở Thành phố Hồ

Chí Minh.

Tôi đã hoàn thành các môn học và luận văn thạc sĩ với đề tài:

PHÂN TÍCH TĨNH PHI TUYẾN KHUNG THÉP PHẲNG CHỊU ĐỊA CHẤN XÉT ĐẾN

TƯƠNG TÁC NỀN DỰA TRÊN DẠNG DAO ĐỘNG CẬP NHẬT SỬ DỤNG

PHƯƠNG PHÁP AMC

Được sự đồng ý của Giáo viên hướng dẫn, nay tôi làm đơn này đề nghị Khoa Đào tạo Sau đại học

cho phép tôi được bảo vệ luận văn tốt nghiệp trước Hội đồng chấm luận văn Thạc sĩ.

Tôi xin trân trọng cảm ơn.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016

Người viết đơn

………………………………

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng luận văn này “PHÂN TÍCH TĨNH PHI TUYẾN KHUNG THÉP

PHẲNG CHỊU ĐỊA CHẤN XÉT ĐẾN TƯƠNG TÁC NỀN DỰA TRÊN DẠNG DAO

ĐỘNG CẬP NHẬT SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP AMC” là bài nghiên cứu của chính tôi.

Ngoài 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.

Thành phố Hồ Chí Minh, Năm 2016

Tác giả

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS. Nguyễn Hồng Ân,

người đã tận tình hướng dẫn, góp ý, và luôn động viên em trong suốt quá trình thực hiện

luận văn tốt nghiệp.

Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến những thầy cô giáo Khoa Đào tạo sau đại học

trường Đại họ Mở TP.HCM, các bạn học viên lớp cao học XD3 đã nhiệt tình giúp đỡ em

trong suốt khóa học vừa qua.

Những lời cảm ơn cuối cùng, em xin dành cho cha mẹ và gia đình, những người luôn

kịp thời động viên và giúp đỡ em vượt qua những khó khăn trong quá trình thực hiện luận

văn này.

Tp, Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2016

Phạm Gia Hậu

iii

TÓM TẮT

Các phương pháp tĩnh phi tuyến là tiêu chuẩn trong thực hành kỹ thuật hiện nay để

ước tính phản ứng địa chấn trong yêu cầu về thiết kế và đánh giá các công trình. Việc tính

toán công trình chịu tải trọng động đất thường bỏ qua ảnh hưởng của đất nền và thường dựa

trên giả định rằng nền móng như một khối cứng. Tuy nhiên, khi đất nền là yếu thì sẽ có sự

khác biệt đáng kể.

Mục đích của đề tài này là đánh giá độ chính xác và sai lệch của phương pháp phân

tích đẩy dần sử dụng lực ngang dựa trên dạng dao động có xét đến đóng góp của các dao

động cao cập nhật AMC (Adaptive Modal Combination) được đề xuất bởi Sashi K. Kunnath

(2006) có xét đến sự ảnh hưởng của yếu tố đất nền để phân tích ứng xử các kết cấu cao tầng.

Việc đánh giá sai lệch và độ chính xác được thực hiện bằng cách so sánh các kết quả về

chuyển vị mục tiêu, chuyển vị tầng và độ trôi tầng với các phương pháp phân tích đẩy dần

chuẩn SPA, phương pháp AMC và phương pháp phân tích chính xác theo miền thời gian

NL-RHA (Nonlinear Response History Analysis).

Mô hình khung được sử dụng gồm hệ khung 3, 9 và 18 tầng và một số các thông số

hình học ban đầu như chiều cao tầng, h; chiều dài nhịp, L; khối lượng tầng, m theo dự án

SAC-giai đoạn 2, do Chính phủ Mỹ thực hiện cho các công trình thép và đã được thiết kế

tuân theo tiêu chuẩn IBC (International Building Code).

Đề tài sử dụng mô hình dầm trên nền phi tuyến Winkler (BNWF – Beam-on￾Nonlinear-Winkler-Foundation). Mô hình ứng xử của kết cấu móng đơn và đất nền vào sơ

đồ tính toán trong không gian 2D là các lò xo phi tuyến không đàn hồi được sử dụng để mô

tả sức kháng của đất nền theo các phương ngang và phương đứng.

Dữ liệu động đất được xét bao gồm hai bộ trận động đất ở Los Angeles, mỗi bộ gồm

10 trận động đất với tần suất xảy ra là 2% và 10% trong 50 năm, nghĩa là xảy ra 1 lần trong

2475 năm và 475 năm.

Phần mềm OPENSEES để giải bài toán theo phương pháp NL-RHA. Phần mềm cũng

hỗ trợ trong bài toán phương pháp AMC ở các bước 1, 2. Ngôn ngữ lập trình Matlab được

sử dụng để giải bài toán và phần mềm excel dùng để thống kê số liệu.

iv

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan ............................................................................................................... i

Lời cảm ơn ................................................................................................................. ii

Tóm tắt ...................................................................................................................... iii

Mục lục ..................................................................................................................... iv

Danh mục hình và đồ thị ............................................................................................ vi

Danh mục bảng .......................................................................................................... ix

Danh mục từ viết tắt ................................................................................................... x

Danh mục ký kiệu ...................................................................................................... xi

Chương 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 1

1.1. Giới thiệu chung .................................................................................................. 1

1.2. Phi tuyến hình học ............................................................................................... 4

1.3. Phi tuyến vật liệu ................................................................................................. 4

1.4 Tương tác nền – SSI ............................................................................................. 5

1.5 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam ................................................... 9

1.5.1Trên thế giới ....................................................................................................... 9

1.5.2Tình hình phát triển phương pháp tĩnh phi tuyến tại Việt Nam .......................... 10

1.6. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 11

1.7. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 11

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 13

2.1 Khái niệm, lý thuyết tính .................................................................................... 13

2.1.1 Phân tích phi tuyến theo miền thời gian NL-RHA ............................................ 13

2.1.2 Phương pháp tải ngang đẩy dần dựa trên dao động cập nhật AMC

(Adaptive Modal Combination) ............................................................................... 15

Chương 3: MÔ HÌNH PHÂN TÍCH, DỮ LIỆU ĐỘNG ĐẤTVÀ MÔ HÌNH TƯƠNG TÁC

NỀN ......................................................................................................................... 19

v

3.1 Giới thiệu ............................................................................................................ 19

3.2 Mô hình khung tính toán ..................................................................................... 19

3.3 Dữ liệu trận động đất .......................................................................................... 22

3.4 Mô hình dầm trên nền phi tuyến Winkler ............................................................ 26

3.4.1 Giới thiệu. ........................................................................................................ 26

3.4.2.Mô tả mô hình BNWF ..................................................................................... 27

3.4.3 Đặc tính mô hình dầm trên nền phi tuyến Winkler ........................................... 27

3.5 Các mô hình vật liệu ........................................................................................... 28

CHƯƠNG 4: KIỂM CHỨNG, ÁP DỤNG SỐ, KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ ............ 34

4.1.1 Kiểm chứng ..................................................................................................... 34

4.1.2 Mục tiêu........................................................................................................... 34

4.1.3 Kết quả ............................................................................................................ 36

4.2 Áp dụng số, kết quả và đánh giá ......................................................................... 39

4.2.1 Giới thiệu ......................................................................................................... 39

4.2.2 Kết quả tính toán .............................................................................................. 39

4.2.2.1 Dạng dao động tham gia tính toán ................................................................. 40

4.2.2.2 Chuyển vị mục tiêu - đường cong khả năng .................................................. 42

4.2.2.3 Chuyển vị tầng .............................................................................................. 50

4.2.2.4 Độ trôi tầng ................................................................................................... 62

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 76

5.1 Kết luận .............................................................................................................. 76

5.2 Kiến nghị ............................................................................................................ 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 78