Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu về ứng xử của khung bê tông cốt thép (BTCT) có tường xây chèn khi chịu tải trọng ngang trong mặt phẳng thông qua mô phỏng số bằng phần mềm Abaqus. Mô hình số được xây dựng dựa trên các quan hệ ứng suất – biến dạng của vật liệu bê tông, cốt thép và khối xây được tham khảo từ các nghiên cứu đã công bố và các tiêu chuẩn thiết kế. Hơn nữa, sự làm việc tương tác giữa khung và tường xây chèn được mô phỏng sử dụng ứng xử dính kết bề mặt. Kết quả mô phỏng số được kiểm chứng với kết quả thực nghiệm của nghiên cứu trước đây và với tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 374.2R-13 có sự phù hợp cao.
Khung bê tông cốt thép (BTCT) là loại kết cấu được sử dụng nhiều trong các công trình xây dựng ở Việt Nam và trên thế giới. Đối với loại kết cấu này, thông thường sử dụng các tấm tường làm bằng các vật liệu khác nhau được xây chèn trong mặt phẳng khung, tạo thành kết cấu khung BTCT có tường xây chèn (TXC).
Kết cấu khung có TXC được nghiên cứu từ những năm năm mươi của thế kỷ XX, khởi đầu bởi Whitney, Anderson, Cohen [1] và Polyakov [2], sau đó, Malcolm Hohmes [3], Smith [4], Mallick và Severn [5], Mainstone [6],… đã tiếp tục phát triển cho nghiên cứu về ứng xử đàn hồi của hệ kết cấu này. Sau này, nhiều nhà khoa học đã tiếp tục cải tiến, đề xuất các phương pháp, công thức tính toán khác nhau cho ứng xử đàn hồi và mở rộng phạm vi nghiên cứu cho ứng xử sau đàn hồi của khung chèn tường, điển hình như Chrysostomou và cộng sự [7], Crisafulli và Carr [8], Smyrou và cộng sự [9], Ibarra và cộng sự [10], Rodrigues và cộng sự [11],… cùng nhiều nhà khoa học khác đã đạt được những thành tựu rõ rệt.
Trên thế giới, nhiều quốc gia đã đưa phương pháp tính toán khung BTCT có TXC vào các tiêu chuẩn kỹ thuật như: FEMA 306-1998 (Mỹ) [12], FEMA 356-2000 (Mỹ)[13], CSA S304.1-04-2004 (Canada) [14], Eurocode 8 (Châu Âu) [15], MSJC 2013 (Mỹ) [16]...
Ở Việt Nam, một số nhà khoa học đã nghiên cứu về loại kết cấu này như Lý Trần Cường [17] năm 1991 nghiên cứu ứng xử của hệ kết cấu trong giai đoạn đàn hồi, Đinh Lê Khánh Quốc [18] nghiên cứu thực nghiệm, đề xuất mô hình tính toán khung chèn tường cải tiến và Phan Văn Huệ [19] năm 2020 nghiên cứu lý thuyết kết cấu khung chèn tường chịu tải trọng động đất,...
Khung BTCT có TXC được cấu thành từ hai cấu kiện: Khung BTCT và TXC. Sự làm việc của khung BTCT có TXC có nhiều nét khác biệt so với khung BTCT bởi hai kết cấu này có các ứng xử khác nhau khi chịu tác dụng của tải trọng. Khung BTCT có tính dẻo trong khi TXC có tính dòn. Độ cứng ngang của khung BTCT thường nhỏ hơn so với TXC do kích thước tiết diện phần tử thanh (dầm, cột) trong khung BTCT thường hạn chế hơn so với phần tử tấm TXC trong các công trình xây dựng.
Nhiều công trình khoa học về sự làm việc của khung BTCT có TXC cho thấy rằng độ cứng ngang và khả năng chịu lực của hệ khung tăng lên đáng kể khi kể đến sự làm việc của TXC [2, 4, 5, 6]. Khi tải trọng ngang tác dụng lên kết cấu khung có TXC nhỏ hơn khoảng 30% đến 40% tải trọng ngang lớn nhất gây phá hoại kết cấu thì kết cấu làm việc trong giai đoạn đàn hồi [2, 20, 21]. Khi tải trọng tăng lên, hệ kết cấu làm việc trong giai đoạn sau đàn hồi, sau khi tường bị nứt hệ kết cấu vẫn có thể chịu tác dụng của tải trọng ngang tới một giới hạn chuyển vị nào đó.
Trong một thời gian dài, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu ứng xử của khung chèn tường với các phương pháp khác nhau như phương pháp giải tích, sai phân hữu hạn, phần tử hữu hạn, phần tử ứng dụng, nghiên cứu thực nghiệm… Mặc dù vậy, ứng xử của khung BTCT có TXC vẫn rất khó dự báo, vì thế vẫn thu hút sự quan tâm trong nghiên cứu cũng như trong thiết kế xây dựng.
Trong nghiên cứu này, các tác giả đã tiến hành xây dựng mô hình số sử dụng phần mềm ABAQUS nghiên cứu sự làm việc của khung BTCT có TXC chịu tải trọng ngang trong mặt phẳng. Một số kết luận chính có thể rút ra được như sau:
- Mô hình số sử dụng phần mềm ABAQUS tính toán khung BTCT có TXC chịu tác dụng của tải trọng ngang, các tác giả đề xuất dựa trên mô hình vật liệu của Mander, Hognestad, tiêu chuẩn châu Âu Eurocode 2 và tiêu chuẩn Nhật Bản JSCE được kiểm chứng phù hợp với kết quả thí nghiệm tác giả Đinh Lê Khánh Quốc đã được công bố;
- Mô hình số đề xuất cho kết quả phù hợp với đường cong lực ngang – chuyển vị ngang được đưa ra trong tiêu chuẩn ACI 374.2R-13, có thể được sử dụng trong nghiên cứu kết cấu khung BTCT có TXC;
- Khả năng chịu tải trọng và độ cứng ngang của khung BTCT có TXC thay đổi đáng kể khi thay đổi vật liệu của tường chèn. Ngược lại, độ cứng của khung xung quanh ảnh hưởng ít tới độ cứng ngang của kết cấu này.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
BuilData
