Mô phỏng số ứng xử kết cấu của dầm bê tông cốt thép có lỗ mở bằng mô hình phá hoại dẻo bê tông

2019

Mô phỏng số ứng xử kết cấu của

Dầm bê tông cốt thép có lỗ mở bằng

Mô hình phá hoại dẻo bê tông

Lê Minh Hoàng

Nội Dung

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.................................................................................3

1.1 Tính cần thiết của đề tài nghiên cứu ...........................................................................3

1.2 Các kết quả nghiên cứu liên quan đến đề tài...............................................................3

1.3 Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................4

1.4 Mục tiêu của đề tài ......................................................................................................4

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ.....................................................................6

2.1 Tổng quan về phần mềm phần tử hữu hạn 3 chiều ABAQUS....................................6

2.2 Các loại phần tử trong mô phỏng ABAQUS...............................................................6

2.2.1 Các dạng tương tác giữa các mặt tiếp xúc của phần tử........................................7

2.3 Ứng xử phi tuyến của vật liệu bê tông trong mô phỏng số .........................................9

2.4 Giới thiệu mô hình phá hoại dẻo bê tông (Concret plastic damage)...........................9

2.5 Ứng xử chịu nén của bê tông ....................................................................................11

2.6 Ứng xử chịu kéo của bê tông ...................................................................................12

2.7 Tính toán các giá trị đặc trưng của bê tông dựa vào thí nghiệm nén và kéo dọc trục

nở hông.................................................................................................................................14

2.8 Hệ số giảm bền khi nén và kéo của bê tông..............................................................15

2.9 Chiều dài đặc trưng nứt của phần tử .........................................................................17

2.10 Đánh gí độ tin cậy của phương pháp mô phỏng số trong bài toán chịu uốn và bài

toán chịu cắt. ........................................................................................................................17

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA LỔ MỞ NHỎ ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU

UỐNG CỦA DẦM – ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH TOÁN DẦM CÓ LỖ MỞ NHỎ KHI

CHỊU UỐN ..............................................................................................................................23

3.1 khái niệm lỗ mở nhỏ trong dầm và ứng xử của dầm có lỗ mở khi chịu tải trọng .....23

3.2 Đề xuất qui trình tính toán khả năng chịu mô ment giới hạn cho tiết diện hình chữ T

trong trường hợp có lỗ mở nhỏ và bỏ qua khả năng chịu nén của cốt thép. ........................24

3.3 Kiểm chứng qui trình đề xuất tính toán Mgh của tiết diện chữ T thông qua mô phỏng

số dầm chịu uốn có và không có lỗ mở................................................................................25

CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA LỔ MỞ NHỎ ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU

CẮT CỦA DẦM – ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH TOÁN DẦM CÓ LỖ MỞ NHỎ KHI

CHỊU CẮT...............................................................................................................................35

4.1 Tính toán khả năng kháng cắt cho dầm theo TCVN 5574 – 2012............................35

4.2 Đề xuất mô hình tính toán khả năng chịu cắt của dầm chịu tải tập trung .................37

4.3 Kiểm chứng qui trình đề xuất tính toán Mgh của tiết diện chữ T thông qua mô phỏng

số dầm chịu uốn có và không có lỗ mở................................................................................37

CHƯƠNG 5: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA LỔ MỞ NHỎ ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG

CẮT CỦA DẦM CHỊU TẢI TẬO TRUNG – ĐỀ XUẤT QUI TRÌNH TÍNH TOÁN KHẢ

NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM CÓ LỖ MỞ NHỎ DỰA TRÊN TCVN 5574 – 2012 ..........46

5.1 Ảnh hưởng của lỗ mở nhỏ đến khả năng chịu cắt của dầm ......................................46

5.2 Đề xuất công thức tính toán gia cường dầm có lỗ mở nhỏ chịu lực tập trung ..........48

5.3 Kiểm chứng qui trình đề xuất tính toán khả năng chịu cắt cực hạn của bê tông có gia

cường cốt xiên......................................................................................................................49

Danh Mục Hình ảnh

Hình 2-1: Các loại phần tử khối trong ABAQUS......................................................................6

Hình 2-2: Phần tử thanh trong ABAQUS..................................................................................7

Hình 2-3: Dạng tương tác “tie”..................................................................................................7

Hình 2-4: Sự hình thành điều kiện biên động học giữa các nút khi sử dụng tương tác

“Embeded” với dung sai hình học giũa các nút. ........................................................................8

Hình 2-5: Dạng tương tác “Coupling” đến các nút tham chiếu thuộc mặt phẳng .....................9

Hình 2-6: Sự tương tác “hard contact” giữa các nút của mặt phụ Slave surface và mặt chính

Master surface............................................................................................................................9

Hình 2-7: Mặt chảy dẻo theo định nghĩa của Lee và Fenves (1998).......................................10

Hình 2-8: Mặt chảy dẻo trong mặtphẳng



với các hệ số K khác nhau..................................11

Hình 2-9: Ứng xử chịu nén của bê tông...................................................................................11

Hình 2-10: Ứng xử nén của bê tông với chiề dài đặc trưng vết nứt

eq l

...................................12

Hình 2-11: Mô hình nứt theo Hillerborg (1983)......................................................................13

Hình 2-12: Quan hệ ứng suất – bề rộng vết nứt của bê tông ...................................................14

Hình 2-13: Quan hệ ứng suất kéo – biến dạng với chiều dài đặc trưng vết nứt

eq l

.................14

Hình 2-14: Mô hình phá hoại bê tông khi nén.........................................................................16

Hình 2-15: Mô hình phá hoại bê tông khi kéo.........................................................................16

Hình 2-16: Quan hệ hệ số giảm bền nén dc – biến dạng không đàn hồi

ch

c



...........................16

Hình 2-17: Quan hệ hệ số giảm bền kéo dt – biến dạng không đàn hồi

ck

t



...........................17

Hình 2-18: Sơ đồ thí nghiệm dầm C3 của Vecchio và Shim (2004) .......................................18

Hình 2-19: Mô Phỏng số dầm C3 ............................................................................................19

Hình 2-20: Biểu đồ so sánh quan hệ Lực – chuyển vị tại điểm giữa dầm C3. ........................19

Hình 2-21: Kết quả Mô phỏng vùng nứt tại thớ bê tông chịu kéo...........................................19

Hình 2-22: Kết quả Mô phỏng vùng bị nén vỡ tại thớ bê tông chịu nén .................................19

Hình 2-23: Hình thái vết nứt trong dầm C3 theo thí nghiệm của Vecchio và Shim (2004)....19

Hình 2-24: Mặt bằng cấu tạo thép lớp trên và lớp dưới trong thí nghiệm chọc thủng của

Adetifa và Polak (2005)...........................................................................................................20

Hình 2-25: Mặt cắt A-A...........................................................................................................20

Hình 2-26: Mô Phỏng thí nghiệm nén thủng của Adetifa và polak (2005) .............................21

Hình 2-27: Biểu đồ so sánh quan hệ Lực – chuyển vị tại điểm giữa sàn.................................21

Hình 2-28: Hình thái vết nứt xiên góc của tháp chọc thủng ....................................................22

Hình 2-29: Chu vi tháp chọc thủng bằng mô phỏng................................................................22

Hình 3-1: Phân bố ứng suất trong thép và bê tông tại mặt cắt chịu uốn của dầm....................23

Hình 3-2: Mô ment giới hạn của tiết diện chữ T có lỗ mở nhỏ ...............................................24

Hình 3-3: Sơ đồ gia tải chuyển vị của 3 mô hình dầm.............................................................25

Hình 3-4: Kích thước hình học của dầm đặc – D1 ..................................................................25

Hình 3-5: Kích thước hình học của dầm có lỗ mở DL-2 .........................................................26

Hình 3-6: Kích thước hình học của dầm có lỗ mở DL-3 .........................................................26

Hình 3-7: Cấu tạo cốt thép các dầm D1, DL2, DL3 ................................................................26

Hình 3-8: Chiều cao vùng nén trong 3 mô hình dầm D1, DL2, DL3 .....................................27

Hình 3-9: Mối quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông B20 khi chịu nén...........................31

Hình 3-10: Mối quan hệ hệ số hư hỏng bê tông – biến dạng không đàn hồi khi chịu nén ......31

Hình 3-11: Mối quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông B20 khi chịu kéo.........................32

Hình 3-12: Mối quan hệ hệ số hư hỏng bê tông – biến dạng không đàn hồi khi chịu kéo ......32

Hình 3-13: Mô phỏng số dầm D1 ............................................................................................32

Hình 3-14: Mô phỏng số các DL2 ...........................................................................................32

Hình 3-15: Mô phỏng số các DL3 ...........................................................................................32

Hình 3-16: Vùng nứt và vùng nén vỡ trong dầm đặc D1 ........................................................33

Hình 3-17: Vùng nứt và vùng nén vỡ trong dầm lỗ mở DL2 ..................................................33

Hình 3-18: Vùng nứt và vùng nén vỡ trong dầm lỗ mở DL3 ..................................................33

Hình 3-19: Giá trị ứng suất của thép trong dầm DL3 tại trạng thái phá hoại ..........................33

Hình 3-20: Giá trị ứng suất của thép trong dầm D1 tại trạng thái phá hoại.............................33

Hình 3-21: Giá trị ứng suất của thép trong dầm DL2 tại trạng thái phá hoại ..........................34

Hình 3-22: Mối quan hệ chuyển vị - Lực của dầm D1 và DL2 ...............................................34

Hình 3-23: Mối quan hệ chuyển vị - Lực của dầm DL3..........................................................34

Hình 4-1: Sơ đồ nội lực trên tiết diện nghiêng với trục dọc cấu kiện bê tông cốt thép khi tính

toán độ bền chịu cắt .................................................................................................................35

Hình 4-2:: Kích thước hình học và cấu tạo cốt thép dầm chịu lực tập trung DP1, DP2, DP3.38

Hình 4-3: Kích thước hình học và cấu tạo cốt thép dầm chịu lực tập trung DP4....................38

Hình 4-4: Mô phỏng số Dầm Bê tông cốt thép chịu cắt DP1, DP2, DP3...............................43

Hình 4-5: Hình dạng vết nứt xiên góc của Dầm D1P (L=800mm) .........................................43

Hình 4-6: Hình dạng vết nứt xiên góc của Dầm D2P (L=1000mm) .......................................43

Hình 4-7: Hình dạng vết nứt xiên góc của Dầm D3P (L=1350mm) .......................................43

Hình 4-8: Hình dạng vết nứt xiên góc của Dầm D4P (L=800mm, cốt đai đường kính 6mm) 44

Hình 5-1: Cấu tạo dầm DP1-O.................................................................................................46

Hình 5-2: Cấu tạo dầm DP2-O.................................................................................................46

Hình 5-3: Cấu tạo dầm DP3-O.................................................................................................46

Hình 5-4: Mô phỏng số dầm có lỗ mở các dầm DP1-O, DP2-O, DP3-O bằng ABAQUS......47

Hình 5-5: Hình dạng phá hoại của dầm DP1-O.......................................................................47

Hình 5-6: Hình dạng phá hoại của dầm DP2-O ......................................................................47

Hình 5-7: Hình dạng phá hoại của dầm DP3-O.......................................................................47

Hình 5-8: Hình dạng vết nứt xiên góc trong mô phỏng số của dầm có và không có lỗ mở ....48

Hình 5-9: Hình thái vết nứt xiên góc trong thí nghiệm của Mansur và mô phỏng..................48

Hình 5-10: Cấu tạo dầm RC-DP1-O........................................................................................50

Hình 5-11: Cấu tạo dầm RC-DP2-O........................................................................................50

Hình 5-12: Cấu tạo dầm RC-DP3-O........................................................................................50

Hình 5-13: Mô phỏng số dầm có lỗ mở được gia cường.........................................................54

Hình 5-14: Hình dạng phá hoại của dầm RC-DP1-O ..............................................................54

Hình 5-15: Phổ giá trị ứng suất Mises của cốt thép gia cường dầm RC-DP1-O .....................54

Hình 5-16: Hình dạng phá hoại của dầm RC-DP2-O ..............................................................55

Hình 5-17: Phổ giá trị ứng suất Mises của cốt thép gia cường dầm RC-DP2-O .....................55