Thạc Sĩ Sự suy giảm độ cứng của kết cấu bê tông cốt thép và ảnh hưởng của nó tới tác động của động đất lên c

PHầN Mở ĐầU
a. lý do lựa chọn đề tài
Trong suốt thời gian kể từ khi chúng ta bắt đầu đề cập đến tải trọng do động
đất tác dụng lên công trình cho đến nay, lý thuyết kháng chấn đã luôn đ ợc
thay đổi về cả ph ơng pháp tính, mục tiêu và quan niệm. Nếu nh từ những
năm 1900, công trình đ ợc xem là một vật cứng tuyệt đối trên mặt đất và tải
trọng động đất đ ợc xác định đơn thuần bằng lực quán tính do gia tốc của nền
đất gây nên, thì tới nay, bằng các ph ơng pháp tính toán động lực học công
trình, chúng ta có thể xác định đ ợc các phản ứng của công trình khi động đất
xảy ra, qua đó có thể xác định đ ợc tải trọng lớn nhất do động đất tác dụng
lên công trình.
Mục tiêu của thiết kế kháng chấn cũng đã có nh ng thay đổi quan trọng. Mục
tiêu thiết kế kháng chấn tr ớc đây là: công trình không bị h hỏng, bảo vệ
sinh mạng con ng ời và tài sản thông qua việc bảo vệ công trình. Trong khi
động đất vẫn là một hiện t ợng ch a thể dự báo đ ợc (về thời gian, địa điểm
và quan trọng nhất là c ờng độ) thì việc thiết kế công trình chịu tải trọng động
đất với mục tiêu nh trên là không hợp lý và không kinh tế. Mục tiêu của thiết
kế kháng chấn hiện đại là đảm bảo sinh mạng con ng ời, công trình có thể bị
h hỏng nh ng không đ ợc phép sụp đổ. Đây là sự chuyển biến quan trọng
trong mục tiêu bởi nó cho phép công trình có thể có những h hại nh ng
miễm là là không sụp đổ, mục tiêu này đã làm giảm nhiều chi phí xây dựng do
đã tận dụng đ ợc toàn bộ khả năng làm việc của kết cấu.
Gắn liền với những mục tiêu trên là các cách thức thiết kế kháng chấn khác
nhau. Nếu nh tr ớc đây, để đảm bảo công trình không đ ợc phép h hỏng, hệ
kết cấu đ ợc thiết kế để có thể làm việc hoàn toàn đàn hồi d ới tác dụng của
động đất, thì quan điểm mới trong thiết kế tính toán động đất là cho phép hệ
làm việc ngoài giới hạn đàn hồi (phi tuyến). Theo quan điểm mới về thiết kế
kháng chấn, thay vì hệ kết cấu đ ợc thiết kế với độ bền lớn để chịu đ ợc trận

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Hồ Việt Hùng CHXD07_02
2

động đất mạnh nhất, hệ sẽ đ ợc thiết kế với độ dẻo phù hợp để hấp thụ và
phân tán năng l ợng của trận động đất đó. Quan điểm này rõ ràng hợp lý hơn,
và việc thiết kế kết cấu theo quan điểm này sẽ kinh tế hơn.
Khi cho phép công trình làm việc ngoài giới hạn đàn hồi, cũng có nghĩa là
chấp nhận sự làm việc phi tuyến của kết cấu bê tông cốt thép. Một tính chất
quan trọng của sự làm việc phi tuyến đó chính là sự suy giảm độ cứng của kết
cấu. Các nghiên cứu cho thấy rằng độ cứng của kết cấu bê tông cốt thép có
một sự suy giảm nhất định, và do đó dẫn tới sự thay đổi của các phản ứng
động của nó (chu kỳ và dạng của các dao động riêng). Các ph ơng pháp tính
toán hiện nay đều chủ yếu xác định tải trọng động đất thông qua phổ phản ứng
gia tốc mà trong đó gia tốc cực đại của hệ khi dao động phụ thuộc vào chu kỳ
dao động riêng của nó. Do đó có thể nói, sự suy giảm độ cứng của hệ kết cấu
sẽ dẫn tới sự thay đổi giá trị của tải trọng động đất tác dụng lên công trình.
Hiện nay, tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu tải trọng động đất của các n ớc
trên thế giới đều đã quy định phải xét tới ảnh h ởng của các vết nứt tới độ
cứng của kết cấu bê tông cốt thép khi tính toán và thiết kế kháng chấn. ICC
2003 (International Code Council), EC 8 (Eurocode), và TCXDVN 375:2006
đều quy định hệ số giảm độ cứng là 50% cho tất cả các cấu kiện. Trong khi
đó, nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới nh Paulay [7], Priestly [8],
Elwood và Eberhard [6] cho thấy hệ số giảm độ cứng phụ thuộc vào loại và
mức độ chịu tải trọng của cấu kiện.
Vấn đề lựa chọn hệ số suy giảm độ cứng phù hợp cho kết cấu bê tông cốt thép
khi tính toán thiết kế kháng chấn mang một tính chất cấp thiết. Không chỉ có
ý nghĩa trong việc nghiên cứu sự làm việc của kết cấu bê tông cốt thép, việc
vận dụng sự suy giảm độ cứng của kết cấu trong việc xác định tải trọng động
đất tác dụng lên công trình còn mang đến một hiệu quả kinh tế nhất định. Đây
chính là lý do để thực hiện nghiên cứu đề tài.
B. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài nhằm nghiên cứu sự suy giảm độ cứng của kết cấu bê tông
cốt thép và ảnh h ởng của nó tới tác động của động đất lên công trình xây
dựng.
c. đối t ợng và Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đối t ợng nghiên cứu của đề tài là hệ kết cấu chịu lực khung bê tông cốt thép.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm các vấn đề: các yếu tố ảnh h ởng tới
độ cứng của kết cấu và ảnh h ởng của sự suy giảm độ cứng tới tác động động
đất lên kết cấu.
D. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Về mặt lý thuyết, đề tài giải quyết một vấn đề cấp thiết hiện nay đó là sự suy
giảm độ cứng của kết cấu và ảnh h ởng của nó tới tác dụng của động đất lên
công trình. Các kết quả nghiên cứu đ ợc tổng kết trong ch ơng V cho thấy độ
cứng của kết cấu bê tông cốt thép có sự suy giảm đáng kể và dẫn đến sự giảm
đi đáng kể của tải trọng đông đất tác dụng lên công trình.
Về mặt thực tiễn, kết quả nghiên cứu đ ợc của đề tài cung cấp cho các kỹ s
các số liệu phù hợp về sự suy giảm độ cứng của kết cấu để áp dụng trong tính
toán tải trọng động đất. Thiết kế công trình chịu tải trọng động đất khi có kể
đến sự suy giảm độ cứng của kết cấu cũng mang lại một hiệu quả kinh tế nhất
định do tiết kiệm đ ợc vật liệu.
e. Nội dung của luận văn
Nội dung luận văn gồm 5 ch ơng chính, đề cập đến các vấn đề sau:
Ch ơng I: Độ cứng và các yếu tố ảnh h ởng đến độ cứng. Ch ơng này
trình bày một cách khái quát về khái niệm độ cứng, cách xác định độ cứng,
phân loại độ cứng và các yếu tố ảnh h ởng tới độ cứng.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Hồ Việt Hùng CHXD07_02
4

Ch ơng II: ý nghĩa và vai trò của độ ứng trong tính toán kết cấu. Ch ơng
này đề cập đến vai trò của độ cứng trong tính toán kết cấu công trình chịu tải
trọng bất kỳ và tr ờng hợp chịu tải trọng động đất.
Ch ơng III: Tính toán kết cấu bê tông cốt thép có xét tới sự suy giảm độ
cứng. Ch ơng này đề cập đến vấn đề suy giảm độ cứng của các cấu kiện bê
tông cốt thép. Khái quát kết quả nghiên cứu tiêu biểu của các tác giả về vấn đề
này và những quy định về sự suy giảm độ cứng của kết cấu trong các tiêu
chuẩn hiện hành trên thế giới.
Ch ơng IV. Ví dụ tính toán tải trọng động đất khi xét tới sự suy giảm độ
cứng của kết cấu. Ch ơng này đ a ra ví dụ tính toán về tải trọng động đất tác
dụng lên công trình khi áp dụng các mô hình suy giảm độ cứng của kết cấu.
Ch ơng V. Kết luận, kiến nghị. Nhận xét về ảnh h ởng của sự suy giảm độ
cứng của các cấu kiện tới phản ứng của kết cấu bê tông cốt thép. Kiến nghị hệ
số suy giảm độ cứng cho các cấu kiện trong thực hành thiết kế kháng chấn.