- ĐÁNH GIÁ TỔN THƯƠNG ĐỊA CHẤN CỦA NHÀ THẤP TẦNG KẾT CẤU TƯỜNG GẠCH CHỊU LỰC BẰNG ĐỒ THỊ TRẠNG THÁI PHÁ HỦY. - Tóm tắt: Nhà kết cấu tường gạch chịu lực là một dạng kết cấu phổ biến của công trình dân dụng thấp tầng. - Các công trình này thường bị hư hỏng khi chịu tải trọng ngang của các trận động đất. - Hư hỏng của công trình ở các trạng thái phá hủy khác nhau phụ thuộc vào độ lớn của các trận động đất. - Đồ thị trạng thái phá hủy là một công cụ hữu hiệu để đánh giá tổn thương cho kết cấu công trình chịu tác động động đất. - Phương pháp sử dụng đồ thị trạng thái phá hủy để đánh giá hư hỏng cho công trình chịu động đất đã được thực hiện trong nhiều nghiên cứu trên thế giới, nhưng ở Việt Nam có rất ít nghiên cứu về đồ thị trạng thái phá hủy. - Trong nghiên cứu này, đánh giá tổn thương địa chấn cho công trình nhà thấp tầng kết cấu tường gạch chịu lực bằng đồ thị trạng thái phá hủy được khảo sát bằng phân tích mô hình số.. - Từ khóa: Nhà kết cấu tường gạch chịu lực, đồ thị trạng thái phá hủy, đánh giá tổn thương địa chấn, trạng thái phá hủy.. - Nhà kết cấu tường gạch chịu lực là một dạng kết cấu phổ biến của các công trình dân dụng thấp tầng ở các nước đang phát triển. - Các công trình này có ưu điểm là xây dựng nhanh, chi phí rẻ do sử dụng công nghệ thi công đơn giản, truyền thống và tận dụng được vật liệu địa phương sẵn có. - Về mặt kết cấu, công trình có thể chịu được tải trọng theo phương đứng lớn do kết cấu tường gạch chịu nén tốt, nhưng chúng thường xuất hiện các vết nứt, hư hỏng khi chịu tải trọng ngang do kết cấu tường gạch có khả năng chịu kéo và cắt thấp. - Khi động đất xảy ra, các công trình kết cấu tường gạch chịu lực thường bị hư hỏng ở các trạng thái phá hủy khác nhau phụ thuộc vào độ lớn của các trận động đất. - Đánh giá hư hỏng cho nhà thấp tầng kết cấu tường gạch chịu lực là một việc làm cần thiết trong phân tích, đánh giá tổn thương công trình chịu tác động động đất.. - Đồ thị trạng thái phá hủy kết cấu là một công cụ hữu hiệu để đánh giá tổn thương địa chấn cho công trình. - Theo (FEMA, 2003), đồ thị trạng thái. - 1 Bộ môn Kết cấu công trình, Trường Đại học Thủy lợi. - phá hủy cho một dạng kết cấu công trình là đồ thị biểu diễn đường xác suất để đánh giá hư hỏng của công trình có vượt qua một trạng thái phá hủy cụ thể hay không, ứng với một thông số của động đất (có thể là phổ gia tốc, S a hoặc phổ chuyển vị, S d. - Hàm phân phối chuẩn thường được sử dụng để xây dựng đồ thị trạng thái phá hủy cho một kết cấu. - Đồ thị trạng thái phá hủy kết cấu thường được xây dựng theo phương pháp phân tích mô phỏng số thông qua các phần mềm kết cấu.. - Đánh giá tổn thương công trình chịu động đất bằng đồ thị trạng thái phá hủy cho một số dạng kết cấu công trình đã được nghiên cứu trên thế giới hơn hai chục năm qua. - Phần lớn các nghiên cứu đều đánh giá tổn thương địa chấn cho nhà bê tông cốt thép. - Vài năm trở lại đây, một số tác giả đã nghiên cứu đánh giá tổn thương địa chấn cho công trình nhà kết cấu tường gạch chịu lực ở một số vùng trên thế giới như (Park et al., 2009), (Thuyet et al., 2018. - Tuy nhiên, ở Việt Nam đồ thị trạng thái phá hủy kết cấu là một khái niệm tương đối mới. - Có rất ít nghiên cứu ở Việt Nam về xây dựng đồ thị trạng thái phá hủy kết cấu để đánh giá. - tổn thương địa chấn cho công trình dân dụng, đặc biệt là nhà thấp tầng kết cấu tường chịu lực.. - Trong nghiên cứu này, đánh giá tổn thương địa chấn cho một công trình nhà thấp tầng kết cấu tường gạch chịu lực sử dụng đồ thị trạng thái phá hủy được khảo sát bằng phân tích mô phỏng số thông qua phần mềm SAP2000. - Các trạng thái phá hủy của công trình được xác định thông qua ngưỡng chuyển vị tương đối từng tầng dựa trên phân tích tĩnh phi tuyến kết cấu. - Từ đó, đồ thị trạng thái phá hủy được xây dựng để đánh giá tổn thương địa chấn cho công trình.. - MÔ TẢ VỀ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU Một công trình nhà thấp tầng kết cấu tường gạch chịu lực với các thông số về kích thước và vật liệu giả định được lựa chọn nghiên cứu. - Công trình gồm ba tầng có các tường gạch đôi chịu lực dày 220 mm và sàn bê tông cốt thép dày 120 mm. - Phần mái công trình có kết cấu vì kèo đỡ và lợp mái ngói. - Thông số kích thước hình học của công trình được thể hiện trong Hình 1.. - Thông số hình học của công trình 3. - XÂY DỰNG MÔ HÌNH CÔNG TRÌNH. - Công trình được xây dựng mô phỏng không gian bằng phần mềm SAP2000 v15. - Tường gạch (khối xây) được xây từ gạch đất sét nung và vữa vôi. - ứng xử ngang (S 22 ) và ứng xử cắt (S 12 ) như Hình 2 (Bilgin, Korini, 2012). - cứu thực nghiệm của các nghiên cứu trước. - Phần mái công trình có kết cấu vì kèo đỡ nên trong mô phỏng quy đổi thành tải trọng phân phối đặt lên tường chịu lực.. - Các nghiên cứu thực nghiệm trước đây hầu hết đều đi xác định ứng xử nén-kéo của kết cấu tường gạch theo phương vuông góc với chiều đặt viên gạch (S 11. - rất ít nghiên cứu xác định ứng xử theo phương dọc viên gạch (S 22. - Tuy vậy, để tính toán một cách gần đúng, trong nghiên cứu này lấy ứng xử của khối xây theo hai phương (S 11 ) và (S 22 ) là như nhau (tương tự như trong nghiên cứu của (Bilgin, Korini, 2012)).. - Ứng xử nén-kéo của khối xây. - nén thực nghiệm trong nghiên cứu của (Kaushik et al., 2007) và đường ứng xử kéo dựa trên đề xuất của (Akhaveissy, Milani, 2013).. - (a) Ứng xử nén (b) Ứng xử kéo. - Trong nghiên cứu này, tường gạch được xây dựng từ gạch đất sét nung có cường độ chịu nén là f b = 7,5 MPa (tương đương gạch mác M75 trong TCVN và vữa vôi có cường độ chịu. - Ứng xử kéo-nén của khối xây 3.2. - Ứng xử cắt của khối xây. - Với số liệu giả định của công trình trong nghiên cứu này, hệ số dính lấy bằng 0,1 MPa. - Ứng xử cắt của khối xây thể hiện trong Hình 5.. - Tất cả các nút ở chân tường gạch tầng 1 được coi là ngàm. - Kết quả phân tích tĩnh phi tuyến mô hình công trình nhà thấp tầng kết cấu tường gạch chịu lực bằng phần mềm SAP2000 với kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã được kiểm chứng trong nghiên cứu của (Ngô Văn Thuyết và Nguyễn Thu Nga, 2020). - Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hoàn toàn có thể sử dụng phương pháp phân tích mô hình số bằng phần mềm SAP2000 để phân tích công trình nhà thấp tầng kết cấu tường gạch chịu lực.. - NHẬN BIẾT CÁC TRẠNG THÁI PHÁ HỦY CỦA CÔNG TRÌNH. - Để đánh giá tổn thương địa chấn cho công trình, các trạng thái phá hủy cần được định nghĩa và nhận biết. - Có nhiều phương pháp gần đúng để nhận biết các trạng thái phá hủy cho công trình nhà kết cấu tường gạch chịu lực, tuy nhiên ngưỡng biến dạng được xem là chỉ số để nhận biết các trạng thái phá hủy tối ưu nhất. - (Calvi, 1999) đã đề xuất các ngưỡng biến dạng thông qua chuyển vị tương đối từng tầng để nhận biết các trạng thái phá hủy khác nhau cho công trình, bao. - gồm bốn trạng thái phá hủy: trạng thái không phá hủy và phá hủy nhỏ (Damage State 1, gọi tắt là trạng thái DS1), trạng thái phá hủy vừa (DS2), trạng thái phá hủy lớn (DS3) và trạng thái phá hủy hoàn toàn (DS4). - trong đó, ngưỡng chuyển vị tương đối từng tầng được sử dụng để giới hạn các trạng thái phá hủy (Limit State - LS). - Các trạng thái phá hủy được xác định trên đường cong khả năng của công trình như thể hiện trong Hình 6.. - Các trạng thái phá hủy trên đường cong khả năng của công trình. - XÂY DỰNG ĐỒ THỊ TRẠNG THÁI PHÁ HỦY CHO CÔNG TRÌNH. - Kết quả phân tích tĩnh phi tuyến công trình. - Đường cong khả năng (thể hiện mối quan hệ giữa lực cắt ngang và chuyển vị mái) tương ứng với phương dao động riêng thứ nhất của công trình được khảo sát. - Ở công trình này, phương X là phương của dao động riêng thứ nhất. - Nhận biết vị trí các trạng thái phá hủy trên đường cong khả năng của công trình trong phân tích tĩnh phi tuyến được thể hiện trong các Hình 7 và 8.. - Phần mềm SAP2000 có thể chuyển đổi từ đường cong khả năng ra mối quan hệ giữa phổ gia tốc với phổ chuyển vị của công trình. - Mối quan hệ giữa phổ gia tốc với phổ chuyển vị và vị trí giới hạn các trạng thái phá hủy của công trình đang nghiên cứu được thể hiện trong Hình 9.. - Chuyển vị tương đối từng tầng và vị trí giới hạn các trạng thái phá hủy. - Đường cong khả năng và vị trí giới hạn các trạng thái phá hủy. - Quan hệ giữa phổ gia tốc và phổ chuyển vị của công trình. - Xây dựng đồ thị trạng thái phá hủy Theo (FEMA, 2003), đồ thị trạng thái phá hủy được xác định thông qua hàm phân phối chuẩn của phổ chuyển vị cho bởi công thức sau:. - trạng thái phá hủy nhất định. - DS là độ lệch chuẩn của logarit tự nhiên của phổ chuyển vị ứng với trạng thái phá hủy đó. - giá trị DS được lấy theo (FEMA, 2003) cho công trình nhà thấp tầng kết cấu tường gạch chịu lực. - DS = 0,65 cho tất cả các trạng thái phá hủy. - Đồ thị trạng thái phá hủy của công trình được thể hiện trong Hình 10.. - Đồ thị trạng thái phá hủy của công trình 6. - ĐÁNH GIÁ TỔN THƯƠNG ĐỊA CHẤN CHO CÔNG TRÌNH. - Các đường đồ thị trạng thái phá hủy trên Hình 10 là cơ sở để đánh giá tổn thương địa. - chấn cho công trình. - Giả sử có một trận động đất xảy ra với phổ chuyển vị lớn nhất là 5 mm, xác suất để công trình phá hủy ở trạng thái DS1 là 28,4% (được xác định trên Hình 10), ở trạng thái DS2 là 55,6%, ở trạng thái DS3 là 12,0% và ở trạng thái DS4 là 4,0%. - Phân phối xác suất theo mỗi trạng thái phá hủy được thể hiện trong Hình 11(a). - Tương tự như vậy, phân phối xác suất theo các trạng thái phá hủy của công trình khi phổ chuyển vị của trận động đất có giá trị lớn nhất 15 mm được thể hiện trong Hình 11(b).. - Xác suất để công trình phá hủy ở trạng thái DS1, DS2, DS3 và DS4 trong trường hợp này lần lượt là và 47,6%.. - Phân phối xác suất theo các trạng thái phá hủy của công trình ứng với các giá trị khác nhau của phổ chuyển vị. - Từ Hình 11 cho thấy khi giá trị phổ chuyển vị tăng lên, xác suất để công trình phá hủy ở các trạng thái DS1 và DS2 giảm đi, nhưng xác suất để công trình phá hủy ở các trạng thái DS3 và DS4. - Điều đó chứng tỏ rằng khi giá trị phổ chuyển vị càng tăng lên thì công trình càng dễ bị phá hủy và tiến tới trạng thái phá hủy hoàn toàn.. - Điều này hoàn toàn phù hợp trong đánh giá tổn. - thương địa chấn của công trình ngoài thực tế.. - Thông thường trong thực tế, công trình được đánh giá tổn thương địa chấn một cách định tính thông qua thống kê các hư hỏng của công trình và cảm giác của con người có mặt trên công trình. - Trong khi đó, nghiên cứu này cung cấp một phương pháp đánh giá tổn thương địa chấn công trình một cách định lượng thông qua đồ thị trạng thái phá hủy kết cấu. - Đây là tiền đề để các nhà thiết kế phân tích/đánh giá một cách định lượng về tổn thương địa chấn cho công trình, từ đó đề ra các biện pháp gia cường phù hợp cho công trình.. - Nghiên cứu này đánh giá tổn thương địa chấn. - cho công trình nhà thấp tầng kết cấu tường gạch chịu lực bằng đồ thị trạng thái phá hủy. - Công trình được phân tích tĩnh phi tuyến thông qua phần mềm SAP2000 v.15. - Đồ thị trạng thái phá hủy kết cấu được xây dựng trên một hàm phân phối chuẩn của phổ chuyển vị công trình. - Kết quả cho thấy khi giá trị phổ chuyển vị tăng lên, xác suất để công trình bị phá hủy ở các trạng thái phá hủy nhỏ là giảm đi, xác suất để công trình bị phá hủy ở các trạng thái phá hủy lớn và phá hủy hoàn toàn là tăng lên. - Đồ thị trạng thái phá hủy kết cấu là một công cụ hữu hiệu để đánh giá về mặt định lượng tổn thương địa chấn cho công trình ở các trạng thái phá hủy khác nhau.. - Ngô Văn Thuyết, Nguyễn Thu Nga (2020), “Xác định đường cong khả năng của nhà thấp tầng kết cấu tường gạch chịu lực bằng phần mềm SAP2000”, Tuyển tập Hội nghị KHTN Trường Đại học Thủy lợi, tháng 11/2020, tr
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt