TÓM TẮT:
Bài báo bàn vềmô hìnhứng xử w88 link w88 moi nhat hệ kết cấu khung bê tông cốt thép (BTCT) thiết kế theo quan niệm kháng chấn ở Việt Nam. Qua đó, làm sáng tỏ thêm một số vấn đề về mức độ ứng xử w88 link w88 moi nhat hệ kết cấu khung bê tông cốt thép và khả năng làm việc cực hạn w88 link w88 moi nhat chúng.
Từ kháo: bê tông cốt thép, khung bê tông cốt thép, hệ kết cấu, ứng xử hệ kết cấu khung bê tông cốt thép, kháng chấn.
1. Đặt vấn đề
Trong xây dựng, hệ kết khung bê tông cốt thép (BTCT) là một trong các hệ kết cấu được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Trong bối cảnh hiện nay, để hệ kết cấu có khả năng chịu lực lẫn phân tán năng lượng cao, người thiết kế phải kiểm soát được cơ cấu và cách thức phá hoại w88 link w88 moi nhat nó khi chịu động đất. Bài viết này bàn về mô hình ứng xử w88 link w88 moi nhat hệ kết cấu khung bê tông cốt thép thiết kế theo quan niệm kháng chấn ở Việt Nam.
2. Mô hình ứng xử w88 link w88 moi nhat hệ kết cấu khung bê tông cốt thép thiết kế theo quan niệm kháng chấn
Hiện nay, việc mô hình hóa ứng xử phi tuyến w88 link w88 moi nhat hệ kết cấu khung BTCT, được thiết kế theo quan niệm kháng chấn, đã được nghiên cứu khá đầy đủ và được quy định tương đối cụ thể trong các tiêu chuẩn thiết kế. Theo đó, ứng xử phi tuyến w88 link w88 moi nhat hệ khung BTCT được thể hiện ở 2 mức độ: mức vật liệu và cấu kiện chịu lực.
2.1. Ở mức vật liệu
Đối với các vật liệu w88 link w88 moi nhat khung, ứng xử w88 link w88 moi nhat bê tông chịu nén được biểu thị qua đồ thị parabol - chữ nhật (Hình 1a), còn cốt thép qua đồ thị đàn hồi - biến cứng (Hình 1b) theo tiêu chuẩn EN 1992-1-1:2004. [2],[5].
2.2. Ở mức cấu kiện chịu lực
Để mô phỏng ứng xử w88 link w88 moi nhat hệ kết cấu khung BTCT, mỗi cấu kiện w88 link w88 moi nhat nó được mô hình hóa bằng 3 phần tử, trong đó 2 phần tử ở các đầu mút được biểu diễn bằng các lò xo xoay phi tuyến (các khớp dẻo), nơi được giả thiết tập trung tất cả các biến dạng không đàn hồi và một phần tử ở giữa có ứng xử tuyến tính như sơ đồHình 2a (Giberson (1967) [9], Filippou và Issa (1988) [8]). Ứng xử phi tuyến w88 link w88 moi nhat các phần tử khớp dẻo được kiểm soát qua phương pháp trễ sửa đổi mô hình Takeda, biểu diễn phản ứng mômen - góc xoay w88 link w88 moi nhat tiết diện BTCT đối với các tác động đổi chiều, có xét tới các hệ quả ứng xử cơ học như sự suy giảm độ cứng và độ bền, co thắt vòng trễ, trượt… (Hình 2b) [2],[4].
Đường cong ứng xử đơn chiều w88 link w88 moi nhat tiết diện ngang được đặc trưng qua quan hệ phi tuyến tổng quát mômen uốn (M) - chuyển vị xoay (θ), sử dụng các đặc trưng hình học w88 link w88 moi nhat tiết diện ngang, các đặc tính về hàm lượng cốt thép lẫn vị trí w88 link w88 moi nhat chúng và vật liệu (Hình 2c). Trong mô hình ứng xử này, phản ứng tuyến tính w88 link w88 moi nhat các cấu kiện khung được thể hiện qua đoạn thẳng thứ nhất nối điểm A (tình huống chưa chịu tải) và B (điểm chảy dẻo thực tế w88 link w88 moi nhat cốt thép). Khi biến dạng gia tăng, độ bền w88 link w88 moi nhat các cấu kiện khung có sự gia tăng nhỏ (hoặc không) cho tới điểm C ứng với độ bền cực hạn. Sau điểm C, độ bền bị suy giảm đột ngột, (đường CD) biểu thị sự phá hoại ban đầu w88 link w88 moi nhat các cấu kiện khi chuyển vị xoay w88 link w88 moi nhat khớp dẻo bị vượt quá. Sau điểm D, các cấu kiện khung phản ứng với độ bền nhỏ cho tới điểm E. Sau điểm E, về cơ bản cấu kiện không còn khả năng chịu lực. Các độ cứng đàn hồi và giá trị các thông số a, b và c được dùng để mô hình hóa các cấu kiện được lấy theo ASCE/SEI 41-13 [3]. Bảng 1 thể hiện mối quan hệ Lực - Chuyển vị tại các khớp dẻo w88 link w88 moi nhat các cấu kiện BTCT theo ASCE/SEI 41 - 13 (2013) [3].
Bảng 1. Các thông số mô hình cho dầm bê tông cốt thép chịu uốn
|
Điều kiện |
Tham số mô hình |
||||
|
Góc xoay dẻo (Rad) |
Cường độ dư tỷ đối |
||||
|
Dầm phá hoại do uốn |
a |
b |
c |
||
|
r -r′ rb𝑎l |
Cốt đai |
|
|
|
|
|
≤ 0,0 |
C |
≤ 0,25 |
0,025 |
0,05 |
0,2 |
|
≤ 0,0 |
C |
≥ 0,5 |
0,02 |
0,04 |
0,2 |
|
≥ 0,5 |
C |
≤ 0,25 |
0,02 |
0,03 |
0,2 |
|
≥ 0,5 |
C |
≥ 0,5 |
0,015 |
0,02 |
0,2 |
|
≤ 0,0 |
NC |
≤ 0,25 |
0,02 |
0,03 |
0,2 |
|
≤ 0,0 |
NC |
≥ 0,5 |
0,01 |
0,015 |
0,2 |
|
≥ 0,5 |
NC |
≤ 0,25 |
0,01 |
0,015 |
0,2 |
|
≥ 0,5 |
NC |
≥ 0,5 |
0,005 |
0,01 |
0,2 |
Ghi chú:
+ Khi các điều kiện xuất hiện đồng thời thì lấy giá trị nhỏ nhất trong bảng.
+ Ký hiệu C, NC trong bảng có nghĩa là thỏa mãn hoặc không thỏa mãn yêu cầu về cốt đai w88 link w88 moi nhat tiêu chuẩn. Nếu khoảng cách cốt đai trong vùng khớp dẻo ≤ d/3 hoặc khả năng chịu cắt w88 link w88 moi nhat cốt đai lớn hơn hoặc bằng 3/4 khả năng chịu cắt thiết kế w88 link w88 moi nhat tiết diện thì được xem là thỏa mãn tiêu chuẩn, ngược lại được xem là không thỏa mãn.
+ Cho phép nội suy tuyến tính.
Ký hiệu:
ρ, ρ’ là hàm lượng cốt thép chịu kéo và chịu nén trong dầm;
ρballà hàm lượng cốt thép cân bằng trong dầm;
bw, d là bề rộng phần bụng và chiều cao làm việc w88 link w88 moi nhat tiết diện dầm;
V là lực cắt thiết kế trong dầm;
f’clà cường độ chịu nén mẫu trụ bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa).
Bảng 2. Các thông số mô hình cho cột bê tông cốt thép chịu uốn
|
Điều kiện |
Tham số mô hình |
|||
|
Góc xoay dẻo (Rad) |
Cường độ dư tỷ đối |
|||
|
Cột phá hoại do uốn |
a |
b |
c |
|
|
|
|
|
||
|
≤ 0,1 |
≥ 0,006 |
0,035 |
0,06 |
0,2 |
|
≥ 0,6 |
≥ 0,006 |
0,01 |
0,01 |
0 |
|
≤ 0,1 |
= 0,002 |
0,027 |
0,034 |
0,2 |
|
≥ 0,6 |
= 0,002 |
0,005 |
0,005 |
0 |
Ghi chú:
+ Khi các điều kiện xuất hiện đồng thời thì lấy giá trị nhỏ nhất trong bảng.
+ Cho phép nội suy tuyến tính.
Ký hiệu:
ρ là hàm lượng cốt thép đai trong cột;
bwlà bề rộng phần bụng w88 link w88 moi nhat tiết diện cột;
s là khoảng cách cốt đai trong cột;
Aglà diện tích tiết diện nguyên w88 link w88 moi nhat cột;
Avlà diện tích tiết diện w88 link w88 moi nhat cốt thép đai cột;
P là lực dọc trong cột;
f’clà cường độ chịu nén mẫu trụ bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa).
Trong mô hình ứng xử w88 link w88 moi nhat các cấu kiện khung, không xét tới khả năng xuất hiện phá hoại cắt trong các cấu kiện khung, cũng như không xét tới biến dạng w88 link w88 moi nhat các nút khung do giả thiết rằng, khung được thiết kế và cấu tạo theo các quy định w88 link w88 moi nhat tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn hiện đại, thỏa mãn điều kiện phá hoại cắt xảy ra sau phá hoại uốn và phá hoại nút khung xảy ra sau phá hoại uốn và cắt cột. (Bảng 2)
Các tiêu chí chấp nhận cho các biến dạng tương ứng với các cấp công năng mục tiêu w88 link w88 moi nhat nhà ở trạng thái làm việc bình thường IO (Immediate Occupancy), kiểm soát hư hỏng LS (Life Safety) và ngăn ngừa sụp đổ CP (Collapse Prevention) cũng được thể hiện trongHình 2c. Các cấp công năng thường được biểu thị qua tỷ lệ phần trăm chiều cao công trình. Theo FEMA 356 (2000) [7] và ASCE/SEI 41-06 [10], tỷ lệ này cho các cấp công năng, tương ứng bằng 1%, 2% và 4% ở trạng thái làm việc bình thường IO, kiểm soát hư hỏng LS và ngăn ngừa sụp đổ CP. Tương tự, tiêu chuẩn EN 1998-3:2005 [6] cũng quy định 3 TTGH (cấp công năng) sau: hạn chế hư hỏng DL (Damage Limitation), hư hỏng quan trọng SD (Significant Damage) và kề cận sụp đổ NC (Near Collapse).
Đối với các hệ kết cấu khung, các tiêu chuẩn thiết kế thường quy định các TTGH w88 link w88 moi nhat công trình qua tỷ số giữa chuyển vị ngang tương đối theo tầng và chiều cao tầng tương ứng (Bảng 3) [1],[2].
Bảng 3. Các giá trị chuyển vị ngang tương đối theo tầng dùng để đánh giá TTGH (cấp công năng) w88 link w88 moi nhat khung chịu lực theo EN 1998-3:2005 [6]
|
Cấp công năng |
Kiểu phá hoại |
Nguy cơ động đất |
Chuyển vị ngang theo tầng (d/h) |
|
|
TTGH |
Mức độ |
Loại |
Xác suất vượt quá |
Giá trị (%) |
|
DL – Hạn chế hư hỏng |
Nhẹ, không cần sửa chữa |
Thường hay xảy ra |
20% trong 50 năm (225 năm) |
0,2 < d/h < 0,5 |
|
SD – Hư hỏng quan trọng |
Lớn, nhưng vẫn chịu được tải trọng đứng |
Ít khi xảy ra |
10% trong 50 năm (475 năm) |
0,5 < d/h < 1,5 |
|
NC – Kề cận sụp đổ |
Nghiêm trọng, nhưng không sụp đổ |
Hiếm khi xảy ra |
2% trong 50 năm (2475 năm) |
1,5 < d/h < 3,0 |
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1]. Nguyễn Lê Ninh (2007), Động đất và thiết kế công trình chịu động đất, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
[2]. Phan Văn Huệ (2020), Ảnh hưởng w88 link w88 moi nhat tường chèn tới phản ứng w88 link w88 moi nhat hệ khung bê tông cốt thép chịu động đất, Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội.
[3]. American Society of Civil Engineers (2013), ASCE/SEI 41-13: Seismic evaluation and retrofit of existing buildings, Virginia, USA.
[4]. Carr, A.J. (2003), A program for inelastic dynamic analysis, Christchurch.
[5]. European Commission for Standardization, CEN (2004), EN 1992-1-1:2004: Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings, Brussels.
[6]. European Commission for Standardization, CEN (2005), EN 1998–3:2005: Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 3: Assessment and retrofitting of buildings, Brussels.
[7]. Federal Emergency Management Agency (2000), FEMA 356 (ASCE 2000): Prestandard and commentary for the seismic rehabilitation of buildings, Washington, D.C., USA.
[8]. Filippou, F.C., Issa, A. (1988), Nonlinear analysis of reinforced concrete frames under cyclic load reversals, EERC Report No. UCB/EERC-88/12, Earthquake Engineering Research Center, College of Engineering, University of California, Berkeley.
[9]. Giberson, M.F. (1967), The response of nonlinear multi-story structures subjected to earthquake excitation, PhD thesis, California Institute of Technology, Pasadena, California.
[10]. American Society of Civil Engineers (2006), ASCE/SEI 41-06: Seismic rehabilitation of existing buildings, Virginia, USA.
A disucssion on the model for the structural behavior of a reinforced concrete frame system that is designed according to the concept of seismic resistance in Vietnam
Master. Nguyen Duy CongHanoi Architectural University
Abstract:
This paper discussed the model for the structural behavior of a reinforced concrete frame system that is designed according to the concept of seismic resistance in Vietnam. This paper clarified some issues about the level of structural behavior of reinforced concrete frame system and their maximum working capacity.
Keywords: reinforced concrete, reinforced concrete frame, structural system, structural behavior of reinforced concrete frame system, seismic resistance.
[Tạp chí Công Thương - Các kết quả nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghệ, Số 1 tháng 1 năm 2024]
