BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
Phan Văn Huệ
ẢNH HƯỞNG CỦA TƯỜNG CHÈN TỚI PHẢN ỨNG
CỦA HỆ KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP
CHỊU ĐỘNG ĐẤT
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
Mã số: 9580201
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ
Hà Nội - Năm 2020
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Lê Ninh
Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Tiến Chương - Trường ĐH Thủy Lợi
Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương - Trường ĐH KT HN
Phản biện 3: TS Nguyễn Đại Minh - Viện KHCN Xây dựng
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường
họp tại Trường Đại học Xây dựng vào hồi giờ ngày
tháng
năm 2020.
Có thể tìm hiểu luận án tại Thư viện Quốc Gia và Thư viện Trường
Đại học Xây dựng.
1
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Các nghiên cứu khoa học và quan sát hiện trường trong vòng 7
thập kỷ qua cho thấy, các tường chèn có ảnh hưởng lớn tới phản
ứng của hệ khung bao quanh dưới tác động động đất. Các tiêu
chuẩn thiết kế kháng chấn hiện nay, trong đó có TCVN 9386:2012,
đều thừa nhận hiện tượng này, nhưng quy định về thiết kế hệ
khung chèn còn có nhiều bất cập: (i) Mâu thuẫn giữa thiết kế tổng
thể (không xét tới lực tương tác với tường chèn) và thiết kế cục bộ
(phải xét tới lực tương tác với tường chèn); (ii) Các mô hình tính
toán hệ khung chèn không rõ ràng và đầy đủ.
Do đó, việc thực hiện đề tài nghiên cứu “Ảnh hưởng của tường
chèn tới phản ứng của hệ khung bê tông cốt thép chịu động đất”
là hết sức cần thiết.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
(i) Thiết lập mô hình (MH) ứng xử của các tường chèn và sử
dụng nó để xác định ứng xử của hệ khung chèn chịu động đất;
(ii) Nghiên cứu kiểm soát cơ cấu phá hoại các khung BTCT
chịu động đất, khi có xét tới tương tác với các tường chèn;
(iii) Nghiên cứu ảnh hưởng của tường chèn tới việc kiểm soát
phản ứng cục bộ của các cột khung BTCT chịu động đất.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
3.1. Đối tượng nghiên cứu: Khung BTCT toàn khối nhiều tầng, có
các tường chèn bằng khối xây trong mặt phẳng khung: (i) Khung
được TK theo quan niệm kháng chấn hiện đại; (ii) Các tường chèn
(gạch nung đặc và rỗng, gạch AAC) không có cốt thép và lỗ mở,
được xây sau khi khung đã cứng. Tường chèn tiếp xúc với khung
không có khe hở và không có các liên kết chịu lực với khung.
3.2. Phạm vi nghiên cứu: (i) Các tác động nằm trong mặt phẳng
khung. (ii) Tỷ số hình dạng của các tường chèn
α
m = hm/lm ≤ 1,0.
4. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
(i) Các kết quả nghiên cứu về hệ khung chèn trong 7 thập kỷ qua;
(ii) Quan niệm thiết kế kháng chấn hiện đại; (iii) Quy định thiết kế
khung BTCT chịu động đất trong các tiêu chuẩn trên thế giới,
trong đó có Việt Nam.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Nghiên cứu lý thuyết và phân tích
mô phỏng số.
2
6. ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
(i) Thiết lập được mô hình ứng xử phi tuyến của tường chèn và
dùng nó để xác định ứng xử của hệ khung chèn chịu động đất;
(ii) Thiết lập được điều kiện kiểm soát cơ cấu phá hoại khung
và đề xuất phương pháp thiết kế khung BTCT khi có xét tới tương
tác với tường chèn theo quan niệm kháng chấn hiện nay;
(iii) Đề xuất phương pháp xác định lực tương tác với tường
chèn và PP thiết kế cột khung chịu cắt khi chịu lực tương tác này.
7. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN: Luận án gồm phần Mở đầu, Bốn
chương và Kết luận, được trình bày trong 116 trang với 29 bảng,
55 hình vẽ, 149 tài liệu tham khảo (Tiếng Việt: 10, Tiếng Anh,
Rumani: 139). Phụ lục có 21 trang.
CHƯƠNG 1
SỰ TƯƠNG TÁC KHUNG - TƯỜNG CHÈN VÀ VẤN ĐỀ XÁC ĐỊNH
PHẢN ỨNG CỦA HỆ KHUNG CHÈN BTCT DƯỚI TÁC ĐỘNG NGANG
1.1. MỞ ĐẦU
Trái ngược với quan niệm trước đây xem tường chèn là cấu
kiện không chịu tải, các kết quả quan sát hiện trường cho thấy
tường chèn là nguyên nhân gây ra phá hoại: các cột, nút khung và
sụp đổ nhà …khi chịu động đất. Vấn đề này đã thu hút được sự
quan tâm nghiên cứu của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới.
1.2. SỰ TƯƠNG TÁC KHUNG – TƯỜNG CHÈN VÀ ỨNG XỬ CỦA HỆ
KHUNG CHÈN BTCT DƯỚI TÁC ĐỘNG NGANG
1.2.1. Sự tương tác khung - tường chèn dưới tác động ngang
Ứng xử của tường chèn trong
khung dưới tác động ngang được
chia thành 2 giai đoạn. Giai đoạn
trước khi mặt tiếp xúc khung –
tường chèn bị nứt, hệ kết cấu có
ứng xử như một công xôn thẳng
đứng liền khối và giai đoạn sau
khi mặt tiếp xúc bị nứt tại các góc
không chất tải (Hình 1.3a). Trong
vùng tiếp xúc còn lại, xuất hiện
các lực tương tác (Hình 1.3b).
1.2.2. Hệ quả của sự tương tác khung – tường chèn đối với ứng xử
của hệ khung chèn BTCT
1.2.2.1. Hệ khung được thiết kế không theo các TC kháng chấn
a) b)
Hình 1.3. Ứng xử của hệ khung
chèn và các lực tương tác tại
mặt tiếp xúc
3
Tác động của lực tương tác khung - tường chèn đã làm cho
tường chèn lẫn các cấu kiện khung bị phá hoại.
1. Các dạng phá hoại tường chèn: (i) Phá hoại nứt do cắt (dọc
theo các mạch vữa có dạng hình bậc thang hoặc trượt ngang; theo
phương đường chéo); (ii) Phá hoại nén (theo dải chéo; ép vỡ các
góc chịu tải).
2. Các dạng phá hoại khung BTCT: (i) Phá hoại uốn (ở đầu mút
cấu kiện; trong chiều dài nhịp); (ii) Phá hoại do lực dọc (cốt thép
chảy dẻo; tuột neo); (iii) Phá hoại cắt cột; (iv) Phá hoại nút khung.
1.2.2.2. Khung BTCT được TK theo các TC kháng chấn hiện đại
Các nghiên cứu thí nghiệm quy mô của các nhóm tác giả:
Mehrabi et al. (1996), Kakaletsis và Karayannis (2008), Morandi
et al. (2014 – 2018), Basha (2017) đã cho các dạng phá hoại sau:
1. Phá hoại tường chèn: Tường chèn khỏe - khung khỏe: cắt
trượt ngang và nén theo phương chéo; tường chèn yếu - khung
khỏe: phá hoại cắt trượt ngang theo phương chéo hoặc giữa chiều
cao tường.
2. Phá hoại khung BTCT: a) Cột khung: Khớp dẻo xuất hiện ở
hai đầu cột; nứt do cắt xuất hiện đồng thời với nứt uốn. b) Dầm
khung: Khe nứt uốn và cắt rất ít khi xuất hiện. Dầm khung có ứng
xử cứng hơn so với khi không có tường chèn.
1.3. MÔ HÌNH ỨNG XỬ CỦA TƯỜNG CHÈN DƯỚI TÁC ĐỘNG NGANG
1.3.1. Các mô hình ứng xử của tường chèn trong khung
1.3.1.1. Các mô hình vĩ mô
Thay thế tường chèn
bằng một hoặc nhiều dải
chéo tương đương.
1. MH một dải chéo
(Hình 1.8): Đặc trưng dải
chéo: bề rộng wm và bề
dày tm bằng bề dày tường.
2. MH nhiều dải chéo:
Phân 1 dải chéo thành
nhiều dải tương đương (Hình 1.9 và 1.10).
1.3.1.2. Các mô hình vi mô
Dựa trên phương pháp PTHH (Hình 1.13 và 1.14).
a) Biến dạng do lực ngang; b) MH một dải chéo
tương đương
Hình 1.8. MH một dải chéo tương đương
