ĐỘNG LỰC HỌC PHÁ HỦY DÂY CHUYỀN CỦA KHUNG NHIỀU TẦNG BÊ TÔNG CỐT THÉP LIỀN KHỐI TS CAO DUY KHÔI Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Dưới tác động đặc biệt sụp đổ (phá hủy) dây chuyền, hiệu ứng động đóng vai trò quan trọng, chưa nghiên cứu chi tiết khung nhiều tầng Đối tượng nghiên cứu báo hệ khung nhiều tầng bê tông cốt thép (BTCT) liền khối có cột tầng bị phá hủy đột ngột Để đánh giá hiệu ứng động, giá trị hệ số động Kdv tính toán phương pháp tĩnh tuyến tính động tuyến tính cho khung với số tầng thay đổi Giới thiệu Sụp đổ (phá hủy) dây chuyền tượng một vài cấu kiện chịu lực bị phá hủy, dẫn tới cấu kiện lại bị tải tiếp tục bị phá hủy, kết toàn phần công trình (với quy mô lớn so với hư hại ban đầu) sụp đổ Theo tài liệu hướng dẫn thiết kế chống sụp đổ dây chuyền Mỹ Nga [6,7,12,14], dạng hư hỏng phổ biến tính toán chống phá hủy dây chuyền cột chịu lực tầng bị phá hủy đột ngột, làm phát sinh tải trọng động khung chịu lực nhà Các chuyển vị biến dạng kết cấu lớn Như vậy, giả thiết “biến dạng nhỏ” thông thường học kết cấu không thích hợp để áp dụng Về nguyên tắc, cần giải toán động có kể đến phi tuyến hình học phi tuyến vật liệu Đối với khung tầng, Mutoka K.N [3], Rastorguev B.S., Plotnhikov A.I [4] giải toán đưa lời giải đơn giản áp dụng thực tế Tuy nhiên, khung nhiều tầng ứng xử khác khung tầng Để nghiên cứu ứng xử khung nhiều tầng chịu phá hủy dây chuyền, giả thiết toán tuyến tính Đây mục tiêu báo Các giả thiết liệu đầu vào a Tải trọng Khả chống phá hủy dây chuyền khung đánh giá tính toán tổ hợp tải trọng đặc biệt, bao gồm tải trọng thường xuyên tải trọng tạm thời dài hạn với hệ số độ tin cậy tải trọng [6,7,10]: q0   f  qTT  qHTDH  (1) Trong đó: qTT , qHTDH - giá trị tiêu chuẩn tải trọng thường xuyên tải trọng tạm thời dài hạn; f – hệ số độ tin cậy tải trọng, f = 1; ψ1 – hệ số cho tải trọng dài hạn tổ hợp đặc biệt, ψ1 = 0,95 Giá trị tải trọng thường xuyên tạm thời dài hạn lấy theo Tiêu chuẩn SNiP 2.01.07-85* “Tải trọng tác động” [8], có kể đến hiệu chỉnh nhà cao tầng liệt kê [1] Tải trọng coi chất cách đột ngột với toàn giá trị lên dầm khung [2,3,12,14] Như vậy, tải trọng tác dụng động (một dạng tải trọng động) Để đánh giá ảnh hưởng tải trọng động, dùng hệ số động cho tải trọng Kdv=qt/qđ, qt qđ giá trị tải trọng tĩnh tải trọng động gây chuyển vị (trong trường hợp chuyển vị tính toán điểm A hình 1) cho kết cấu b Vật liệu Do việc chất tải cách đột ngột, tốc độ biến dạng cao, bê tông cốt thép có khả chịu lực (cường độ) tình lớn so với tình thông thường Điều kể đến hệ số củng cố động cho bê tông γbd cho cốt thép γsd, nhân với cường độ đặc trưng bê tông cốt thép Theo Popov N.N., Rastorguev B.S Zabegaev A.V [5] nhiều nghiên cứu khác giới hệ số phụ thuộc vào tốc độ biến dạng mẫu thí nghiệm Trong hướng dẫn thiết kế chống phá hủy dây chuyền Mỹ [12,14] hệ số lấy 1,25 Còn theo tài liệu Nga [6,7,10] hệ số rõ Thiết kế chống phá hủy dây chuyền theo quan điểm khác phân tích cụ thể trình bày báo khác Trong báo sử dụng hệ số củng cố động 1,25 Ngoài ra, để tìm hiểu ứng xử khung nhiều tầng bỏ 01 cột chịu lực chịu tải trọng động, giả thiết vật liệu làm việc hoàn toàn đàn hồi Điều cho phép đơn giản hóa tính toán, nhận thức điểm đặc biệt ứng xử khung nhiều tầng để tập trung triển khai nghiên cứu sâu có kể đến đặc điểm ứng xử vật liệu hiệu ứng nứt tải đột ngột suy giảm độ cứng cấu kiện giai đoạn làm việc phi tuyến vật liệu c Mô hình tính toán Mô hình tính toán sử dụng để nghiên cứu trình phá hủy dây chuyền hệ khung khung phẳng nhịp BTCT Vị trí bỏ cột cột tầng (hình 1) Kích thước tiết diện cấu kiện dầm cột, bố trí cốt thép, vật liệu sử dụng khung tham khảo [2] A Hình Mô hình tính toán Phương pháp tính toán phân tích kết a Phương pháp tính toán Các phương pháp phân tích sử dụng để tính toán phá hủy dây chuyền là: tĩnh tuyến tính, tĩnh phi tuyến (bao gồm phi tuyến hình học phi tuyến vật liệu), động tuyến tính động phi tuyến Trong đó, phương pháp động phi tuyến cho kết tiệm cận phức tạp khó áp dụng thực tế Trong báo sử dụng phương pháp tĩnh tuyến tính động tuyến tính để đánh giá ảnh hưởng tải trọng động tác dụng lên khung trường hợp bỏ 01 cột chịu lực Sử dụng phương pháp tính toán động cho hệ với khối lượng phân bố [5], với giả thiết liệu đầu vào nêu mục 2, tác giả tính toán chuyển vị, biến dạng, nội lực phát sinh khung hình cho trường hợp số tầng khác Kết thu hoàn toàn tương đồng với tính toán chương trình LIRA 9.6, SAP 2000 ver.12 [2] Vì khuôn khổ báo có hạn, tác giả không sâu trình bày phương trình động lực học phức tạp, mà tập trung phân tích kết thu b Phân tích kết Phân tích kết thu theo tính toán tĩnh tuyến tính động tuyến tính, nhận thấy điểm đáng ý sau: * Hệ số động giai đoạn làm việc đàn hồi vật liệu Kdv=2, không phụ thuộc vào số tầng Điều có nghĩa với giá trị tải trọng theo công thức (1), tải trọng động, chất đột ngột toàn giá trị gây chuyển vị gấp lần so với chuyển vị gây tải trọng tĩnh Do vật liệu làm việc đàn hồi, tỉ số với giá trị nội lực động tĩnh tương ứng Như vậy, giai đoạn làm việc đàn hồi vật liệu, thay giải toán động phức tạp ta giải toán tĩnh tuyến tính đơn giản, sau nhân chuyển vị giá trị nội lực thu lên lần thu kết cho trường hợp động tuyến tính Kết phù hợp với hướng dẫn Mỹ [12,14] Ví dụ, [12] áp dụng phương pháp tĩnh tuyến tính tải trọng 2(DL+0.25LL), DL – tĩnh tải, LL – hoạt tải Còn trường hợp tính toán động tuyến tính tải trọng áp dụng DL+0.25LL, chất đột ngột Trong [14] tổ hợp tải trọng khác: 2(1.2DL+0.5LL)+0.2W (W – tải trọng gió) cho trường hợp tĩnh tuyến tính, 1.2DL+0.5LL+0.2W trường hợp động tuyến tính Các hướng dẫn Nga [6,7,10] yêu cầu cụ thể việc tính toán động Dễ thấy, đặt giả thiết tuyến tính hình học vật liệu, ta có lời giải cho toán động lực học phá hủy dây chuyền đơn giản: giải toán tĩnh nhân kết với Tuy nhiên, hao phí thiết kế cấu kiện theo phương pháp tuyến tính Để toán gần với thực tế hơn, cần xem xét làm việc dầm trạng thái sau giới hạn (hình thành khớp dẻo, phân phối lại nội lực, cốt thép hệ dầm siêu tĩnh hóa thành hệ dây treo sau bê tông vùng nén bị vỡ) Sự phát triển biến dạng dẻo kết cấu BTCT liền khối cho phép giảm đáng kể ảnh hưởng tải trọng động (nghĩa hệ số Kdv ... cao, bê tông cốt thép có khả chịu lực (cường độ) tình lớn so với tình thông thường Điều kể đến hệ số củng cố động cho bê tông γbd cho cốt thép γsd, nhân với cường độ đặc trưng bê tông cốt thép. .. thiết toán tuyến tính, động lực học trình phá hủy dây chuyền khung nhiều tầng có phân biệt rõ rệt với khung tầng Bài toán động tuyến tính giải đơn giản cách áp dụng hệ số động Kdv=2 Cần xem xét... chống phá hủy dây chuyền theo quan điểm khác phân tích cụ thể trình bày báo khác Trong báo sử dụng hệ số củng cố động 1,25 Ngoài ra, để tìm hiểu ứng xử khung nhiều tầng bỏ 01 cột chịu lực chịu