Mô hình số khung bê tông cốt thép có tường xây chèn chịu tải trọng ngang

Từ khóa:

mô hình số
khung
bê tông cốt thép
tường xây chèn
tải trọng ngang

Tóm tắt:

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. Từ đó, mô hình số đề xuất được sử dụng để khảo sát một số đặc trưng làm việc chính của hệ kết cấu bao gồm: (i) quan hệ lực – chuyển vị; (ii) độ cứng ngang; và (iii) sự phân bố nội lực trong các cấu kiện của hệ khung. Việc phân tích được thực hiện cho cả giai đoạn đàn hồi và sau đàn hồi, qua đó đánh giá một cách toàn diện ảnh hưởng của tường xây chèn và khung BTCT xung quanh đến khả năng làm việc tổng thể của hệ kết cấu. Kết quả cho thấy mô hình số đề xuất có khả năng mô phỏng hiệu quả việc tăng độ cứng ngang của hệ kết cấu khi có tường xây chèn, phù hợp với số liệu thực nghiệm và tiêu chuẩn hiện hành, và do vậy có thể được sử dụng để phân tích và đánh giá ứng xử, làm cơ sở tin cậy cho việc tính toán và thiết kế khung BTCT có tường xây chèn.

Nội dung:

Tài liệu tham khảo:

[1] R.Angel, D.Abrams, D.Shapiro, J.Uzarski and M.Webster (1994). Behavior of reinforced concrete frames with masonry infills. National Science Foundation, Illinois America.

[2] Polyakov, S.V. (1960). On the Interaction Between Masonry Filler Walls and Enclosing Frame When Loaded in The Plane of The Wall. Translations in Earthquake Engineering Research Institute.

[3] Holmes, M. (1961). Steel Frames with Brickwork and Concrete Infilling. Proc. Instn. Civil Engineering, Vol. 19, P.473-478.

[4] Smith, B.S. and Carter, C. (1969). A Method of Analysis for Infilled Frames. Proc. Instn. Civil Engineering, Vol.44, P.31-48.

[5] Mallick, D.V. and Severn, T. (1967). The Behaviour of Infilled Frames under Static Loading, Proc. Instn. Civil Engineering, Vol. 38, P.639-656.

[6] Mainstone, R. J. (1971). On the Stiffness and Strength of Infilled Frames, Proceedings of the Institution of Civil Engineering.

[7] Chrysostomou et al. (2002). A Six-Strut Model for Nonlinear Dynamic Analysis of Steel Infilled Frames. International Journal of Structural Stability and Dynamics, 2(3), P.335-353. https://doi.org/10.1142/S0219455402000567

[8] Crisafulli, J. F., and Carr, A. J. (2007). Proposed Macro-Model for The Analysis of Infilled Frame Structures. Bulletin of the New Zealand Society for Earthquake Enginnering, Vol. 40, No. 2. https://doi.org/10.5459/bnzsee.40.2.69-77

[9] Smyrou, E., et al. (2011). Implementation and verification of a masonry panel model for nonlinear dynamic analysis of infilled RC frames. Bull Earthquake Eng. https://doi.org/10.1007/s10518-011-9262-6. https://doi.org/10.1007/s10518-011-9262-6

[10] Ibarra, L. F., Medina, R. A. and Krawinkler, H. (2005). Hysteretic models that incorporate strength and stiffness deterioration. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 34, 1489-1511. https://doi.org/10.1002/eqe.495

[11] Rodrigues, H., Varum, H., and Costa, A. (2010). Simplified Macro Model for Infill Masonry Panels, Journal of Earthquake Engineering, 14:3, 390-419.https://doi.org/10.1080/13632460903086044

[12] FEMA-306. (1998). Federal Emergency Management Agency. Prestandard and commentary for seismic rehabilitation of buildings, Washington (DC).

[13] FEMA-356. (2000). Federal Emergency Management Agency. Prestandard and commentary for seismic rehabilitation of buildings, Washington (DC).

[14] CSA.S304.1-04.(2004). Design of Masonry Structure. Canadian Standards Association, P.148.

[15] Eurocode 8. (1998). Design of Structures for Earthquake Resistance.

[16] MSJC 2013. (2013). Masonry Standards Joint Committee. p.391.

[17] Lý Trần Cường (1991). Sự làm việc đồng thời của khung BTCT với khối xây chèn dưới tác dụng của tải trọng ngang. Luận án Phó tiến sĩ khoa học kỹ thuật, Trường Đại học Xây dựng.

[18] Đinh Lê Khánh Quốc (2017). Ứng xử của khung phẳng BTCT có TXC dưới tác dụng của tải trọng ngang. Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa TP. HCM, Việt Nam.

[19] Phan Văn Huệ (2020). Ảnh hưởng của tường chèn tới phản ứng của hệ khung BTCT chịu động đất. Luận án Tiến sĩ, Trường Đại học Xây dựng.

[20] Hemant B. Kaushik, Durgesh C. Rai and Sudhir K. Jain (2007). Stress-Strain Characteristics of Clay Brick Masonry under Uniaxial Compression. Journal of Materials in Civil Engineering, 19(9): 728-739. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2007)19:9(728).

[21] Lila M. Abdel-Hafez, A.E.Y. Abouelezz, Faseal F. Elzefeary (2014). Behavior of masonry strengthened infilled reinforced concrete frames under in-plane load. J HBRC Journal.http://www.sciencedirect.com/science/journal/16874048

[22] Fareh Hamrit, Brahim Necib, Zied Driss (2015). Analysis of Mechanical Structures Using Beam Finite Element Method. International Journal of Mechanics and Applications, 5(1): 23-30. http://article.sapub.org/10.5923.j.mechanics.20150501.04.html

[23] H.S Jing and M.L Liao (1990). An Improved Finite Element Scheme for Elastic Contact Problems with Friction. Computures & Structures. Vol.35, No.5, P. 571-578. https://doi.org/10.1016/0045-7949(90)90385-F

[24] I.N.Doudoumis and Mitsopoulou E.N. (1995). The deficiency of the macromodels with fixed support interface conditions in the analytical modelling of infill panels. Proceedings of the fith conference on European seismic design pracice, Chester.

[25] I.N.Doudoumis (2006). Finite Technique Modelling and Investigation of the Behaviour of Elastic Infilled Frames under Monotonic Loading. Eng.Structures, vol 29, pp. 1004-1024.   https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2006.07.011

[26] J.Dorji (2009). Seismic performance of Brick Infilled RC Frame Structures in Low and Medium rise Buidings in Bhutan. Master thesis, Queensland University of Technology.

[27] Kurdo F. Abdulla, Lee S. Cunningham, Martin Gillie (2017). Simulating masonry wall behaviour using a simplified micro-model approach. Engineering Structures, United Kingdom. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.08.021

[28] Somayeh Mollaei, Reza Babaei Ghazijahani, Ehsan Noroozinejad Farsangi, and Davoud Jahani (2022). Investigation of Behavior of Masonry Walls Constructed with Autoclaved Aerated Concrete Blocks under Blast Loading. Applied sciences, Basel, Switzerland. https://doi.org/10.3390/app12178725

[29] Xin Wang, Lihong Xiong and Zhuoxin Wang (2024). Simplified Model Study of Autoclaved Aerated Concrete Masonry Flexible Connection Infilled Frames with Basalt Fiber Grating Strips. Buildings, China. https://doi.org/10.3390/buildings14041033

[30] Abaqus Online. http://orpheus.nchc.org.tw:2080/v6.13/books/usb/default.htm

[31] Abaqus (2017). Abaqus User's Manual. United States of America.

[32] Mander, J.B., M.J. Priestley, and R. Park (1988). Theoretical stress-strain model for confined concrete. Journal of structural engineering. 114(8): p. 1804-1806.

[33] JSCE Guidelines for Concrete (2007), “Standard Specifications for Conctete Structures”, Japan Society of Civil Engineers.

[34] Eurocode 2 (2004). Design of Concrete Structures.

[35] Hognestad, E. (1951). A Study Of Combined Bending And Axial Load In Reinforced Concrete Member. University of Illinois Engineering Experimental Station, Bulletin Series No. 399.

[36] ACI 374.2R-13 (2013). Guide for Testing Reinforced Concrete Structural Elements under Slowly Applied Simulated Seismic Loads. American Concrete Institute, America.