Mô phỏng dầm bê tông cốt thép xét đến sự bám dính không hoàn hảo giữa bê tông và cốt thép khi dầm bị phá hoại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN VIẾT ĐỨC HỒNG MƠ PHỎNG DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP XÉT ĐẾN SỰ BÁM DÍNH KHƠNG HỒN HẢO GIỮA BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP KHI DẦM BỊ PHÁ HOẠI NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG & CƠNG NGHIỆP - 60580208 SKC007565 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN VIẾT ĐỨC HỒNG MƠ PHỎNG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP XÉT ĐẾN SỰ BÁM DÍNH KHƠNG HỒN HẢO GIỮA BÊ TƠNG VÀ CỐT THÉP KHI DẦM BỊ PHÁ HOẠI NGÀNH: KT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CƠNG NGHIỆP Mà NGHÀNH: 60580208 Hướng dẫn khoa học: TS LÊ ANH THẮNG TS NGUYỄN DUY LIÊM Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2017 %Ӝ*,È2'Ө&9¬ĈҤ27Ҥ2 75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&6Ѭ3+Ҥ0.Ӻ7+8Ұ7 7+¬1+3+Ӕ+Ӗ&+Ë0,1+ 3+,ӂ81+Ұ1;e7/8Ұ19Ă17+Ҥ&6Ӻ 'jQKFKRJLҧQJYLrQSKҧQELӋQ 7rQÿӅWjLOXұQYăQWKҥFVӻ 0{SKӓQJGҫPErW{QJFӕWWKpSÿӃQVӵEiPGtQKNK{QJKRjQKҧRJLӳDErW{QJ YjFӕWWKpSNKLGҫPEӏSKiKRҥL 7rQWiFJLҧ 3+$19,ӂ7ĈӬ&+2¬1* MSHV: 1580808 Ngành: ӻWKXұW[k\GӵQJF{QJWUuQKGkQGөQJYjF{QJQJKLӋS Khóa: 2015 Ĉӏnh Kѭӟng: ӬQJGөQJ +ӑYjWrQQJѭӡLSKҧQELӋQ 767UҫQ7XҩQ.LӋW &ѫTXDQF{QJWiF KRD;k\GӵQJ ĈLӋQWKRҥLOLrQKӋ ,é.,ӂ11+Ұ1;e7 9ӅKuQKWKӭF NӃWFҩXOXұQYăQ +uQKWKӭFOXӝPWKXӝPNӃWFҩXOXұQYăQUӡLUҥF 9ӅQӝLGXQJ 2.1 Nh̵n xét v͉–ÀŠŠ‘ƒŠб…ǡ”Ù”‰ǡЛ…ŠŽЛ…ǡŠï……Š‹Ъ––”‘‰OX̵QYăQ 1ӝLGXQJWUuQKEj\FKѭDNKRDKӑFFiLFҫQWUuQKEj\YtGөYӅFiFNӃWTXҧWKtQJKLӋPVѫÿӗWKtQJKLӋP OҥL QyLUҩWtWFzQFiLNK{QJFҫQWUuQKEj\QKLӅXWKuOҥLÿӅFұSJҫQPӝWQӱDOXұQYăQSKҫQWUuQKEj\YӅ$EDTXV éWӭWUQJOҳSQKLӅXWKLӃXNK~FFKLӃW 2.2 Nh̵š±–¯žŠ‰‹ž˜‹Ю…•у†о‰Š‘Ц…–”À…Š†РЪ–“—М…пƒ‰рк‹Šž……ׯ“—‹¯аŠ Š‹ЮŠŠ…пƒ’Šž’Ž—С–•лŠф—–”À–—Ю 1KLӅXWUtFKGүQNK{QJWKҩ\ÿѭDYjRGDQKPөF &iFWKtQJKLӋPFҫQFKӍU}QJXӗQ 2.3 Nh̵š±–˜Ыͭc tiêu nghiên cͱu, ph˱˯ng pháp nghiên cͱu s͵ dͭng LVTN 0өFWLrXQJKLrQFӭXFөWKӇ 3KѭѫQJSKiSQJKLrQFӭXOjP{SKӓQJYjÿӕLFKLӃXYӟLNӃWTXҧWKӭFQJKLӋP 2.4 Nh̵n xét T͝ng quan cͯƒ¯͉ tài 3KҫQ7әQJTXDQTXiVѫVjLNK{QJQrXU}ÿѭӧFWuQKKuQKQJKLrQFӭXKLӋQWҥLWKӃQjR" 2.5 ŠСš±–¯žŠ‰‹ž˜͉ n͡‹†—‰Ƭ…ŠН–Žрн‰…пƒ 1ӝLGXQJYjFKҩWOѭӧQJFӫD/XұQYăQӣPӭFWUXQJEuQK 2.6 ŠСš±–¯žŠ‰‹ž˜͉ kh̫£‰ͱng dͭ‰ǡ‰‹ž–”а–Šх…–‹Э…ͯƒ¯͉ tài éWѭӣQJPjÿӅWjLQKҳPWӟLFyNKҧQăQJӭQJGөQJYjJLiWUӏWKӵFWLӉQUҩWWӕW 2.7 Lu̵˜£…О…ŠЯŠ•уƒǡ„е•—‰Šф‰з‹†—‰‰¿ȋ–Š‹͇t sót t͛n t̩i): 9үQFzQPӝWVӕOӛLFKtQKWҧOӛLFkXF~OӛLFKҩPFkXOӛLÿiQKFiFFKӍVӕGѭӟL5E OӛLYӅÿiQKVӕPөFOӛL YӅFiFKWUuQKEj\êQKӓYүQJҥFKÿҫXGzQJ nghĩa gán thuộc tính Sử dụng tương tự cấu kiện Bê tông, cốt thép chịu lực, thép đệm Hình 3.52: Lựa đối tượng gán mặt cắt Hình 3.53: Cửa sổ Edit Section Assignment 3.3.3 Định nghĩa lắp ghép cấu kiện 3.3.3.1 Dầm bê tông Từ modul môi trường, lực chọn công Assembly Sử dụng Instance Part vùng công cụ, xuất cửa sổ Create Instance hình 3.54, hợp thoại Part ( đối tượng đưa lắp ghép), Instance Type (loại đối tượng cần lắp ghép) Nhấn OK để hồn thành lắp ghép đối tượng 54 Hình 3.54: Cửa sổ Create Instance 3.3.3.2 Đệm thép Để thêm đối tượng vào vùng lắp ghép thiết lập tương tự dầm bê tông Sau thêm vào vùng làm việc Sử dụng Translate Instance để di chuyển đệm thép vào vị trí mơ Sau hồn tất nhấn Done hình 3.55 Hình 3.55: Cửa sổ sau hồn thành việc lắp ghép bê tơng đệm thép 3.3.3.3 Cốt thép chịu lực Sử dụng công cụ Instance Part vùng công cụ, xuất cửa sổ Create Instance hình 3.56, Part (phần cấu kiện lắp ghép), Instance Type (loại lắp ghép đối tượng) Sử dụng phương pháp cho Cốt thép chịu lực cốt đai Tiếp theo vào View – Assembly Display Option, xuất cửa sổ Assembly Display Option cửa sổ cần xuất đối tượng cần hiệu chỉnh đánh dấu vào đối tượng (sử dụng công cụ để dễ dàng lắp ghép xác đối tượng tránh tình trạng đối tượng bị che khuất khó thao tác) Sau tiến hành thêm đủ đối tượng cần lắp ghép vào vùng hoạt động Để thuận tiện việc thao tác tiến hành, sử 55 dụng cơng cụ nhóm để nhóm thành phần khung thép chịu lực (cốt đai cốt chịu lực) thành cấu kiện để dễ dàng thao tác trình thao tác Cuối tiến hành di chuyển nhóm cốt thép vào vị trí xác dầm bê tông kết thu cuối hình 3.56 Hình 3.56: Hồn thành việc lắp ghép lưới thép Hình 3.56: Hồn thành việc lắp ghép đối tượng 56 3.3.4 Định nghĩa ràng buộc Từ modul môi trường, lựa chọn công Interation để tiến hành định nghĩa quan hệ ràng buộc mô hình Để thuận tiện cho việc định nghĩa ràng buộc bê tông đệm, sử dụng lệnh “Partition Face: sketch” để tiến hành chia đối tượng dầm bê tơng thành phần mặt hình 3.57 Hình 3.57: Mơ hình sau chia khối đối tượng 3.3.4.1 Ràng buộc cốt thép đai bê tông Sử dụng chức Create Contraint công cụ, xuất cửa sổ Create Contraint sổ Name (tên loại ràng buộc), Type (loại ràng buộc cốt thép chịu lực cốt theo loại nhúng nên sử dụng Embedded), nhấn Continue, vùng thông báo hiển thị “Select the embedded region”, lựa chọn thép cần ràng buộc, vùng tiếp tục thông báo “Select the method for host region”, nhấn nút Whole Model (gán toàn đối tượng) , xuất sổ Edit Contraint Sau đó, nhấp OK để khỏi cửa sổ Edit Contraint, hồn thành định nghĩa ràng buộc cốt thép bê tơng hình 3.58 Hình 3.58: Ràng buộc cốt thép bê tông 57 3.3.4.2 Ràng buộc điểm đặt lực dầm bê tơng Mơ hình dầm bê tơng cốt thép để gán tải trọng lên dầm, cần phải tạo điểm đặt lực ảo để gán tải trọng cho dầm Điểm làm điểm tự chọn phải thuộc mặt lớp đệm thép Vì vậy, cần gán ràng buộc điểm dầm bê tông cốt thép Trong trường hợp này, sử dụng loại ràng buộc Coupling Để tạo điểm gán tải trọng, sử dụng công cụ Create Reference Point modul Interaction, vùng thông báo thị “Select point to act as reference point – or enter X,Y,Z”, ta nhập tọa độ cần thiết Kết thúc lệnh nhấn Done Sau hồn thành hiển thị hình 3.59 Hình 3.59: Ràng buộc điểm đặt lực dầm bê tông 3.3.4.3 Ràng buộc thép chịu lực dầm bê tông Ràng buộc cốt thép chịu lực bê tông vấn đề quan trọng mà đề tài nghiên cứu muốn đề cập tới Trong mô nghiên cứu trước tác giả thường sử dụng thép chịu lực đối tượng sợi “Wire” mặc định gắn chặt “Embedded” vào bê tơng khơng đề cập tới tính nhớt “Viscosity” bê tông cốt thép Đề tài nghiên cứu tính nhớt ‘Viscosity” đề cập vận dụng vào phân tích tính tốn liên kết cốt thép chịu lực bê tơng Đề tài mơ hình ba trường hợp khác phương pháp thực thể chi tiết đây: Trường hợp 1: Cốt thép chịu lực đối tượng “Solid” liên kết với bê tông hàm “Viscosity” thể bám dính khơng hồn hảo bê tông cốt thép 58 Định nghĩa ràng buộc Để định nghĩa ràng buộc thép chịu lực bê tông ta vào mục Create interaction property chọn Contact Sẽ xuất cửa sổ “Edit contact property” Tiếp theo chọn Mechanical/Damaga Mechanical/Cohesive behavior để chọn đặc tính liên kết: Trong mục Cohesive behavier chọn dòng trạng thái hình 3.60 để chọn phương pháp tương tác bề mặt hệ số độ bền liên kết hệ số tham khảo từ thí nghiệm kéo tuột mục 2.4 Hình 3.60: chọn phương pháp tương tác bề mặt Trong mục Damaga chọn dòng trạng thái để chọn lực tối đa, lượng phá hoại, hệ số nhớt cho liên kết hệ số tham khảo từ thí nghiệm kéo tuột mục 2.4  Đầu tiên: Lực kéo lớn thép bắt đầu tuột lấy tương ứng với lực phá hoại lớn tham khảo từ thí nghiệm kéo tuột hình 3.61 59 Hình 3.61: chọn lực kéo lớn  Tiếp theo phát triển: Ta lựa chọn lượng phá hoại lớn tương ứng với diện tích vùng bị phá hoại tham khảo biểu đồ thí nghiệm kéo tuột hình 3.62 Hình 3.62: chọn chọn lượng phá hoại lớn  Sự ổn định: Ta lựa chọn hệ số độ nhớt với hệ số độ nhớt định nghĩa đặc trưng vật liệu bê tông hình 3.63 60 Hình 3.63: chọn hệ số độ nhớt Gán ràng buộc cho bê tông cốt thép Trên công cụ Interaction Chúng ta vào mục Create interaction cửa sổ Create interaction xuất lựa chọn Surface – to – surface để gán liên kết cho bê thơng cốt thép hình 3.64 Hình 3.64: gán liên kết cho bê thông cốt thép Tiếp theo lựa chọn mặt chủ tiếp xúc mặt đục lỗ dầm bê tông giống hình 3.65 61 Hình 3.65: lựa chọn mặt chủ tiếp xúc Sau lựa chọn mặt tiếp xúc lệ thuộc thép chịu lực hình 3.66 Hình 3.66: lựa chọn mặt tiếp xúc lệ thuộc Kết thúc việc gán ràng buộc cốt thép bê tông cách nhấp vào “Ok” Ràng buộc thể hiển hình 3.67 Hình 3.67: hồn thành gán ràng buộc cốt thép bê tông Trường hợp 2: Cốt thép chịu lực đối tượng “Solid” liên kết với bê tông hàm “Tie” Không đề cập tới hệ số nhớt bê tông cốt thép qua coi thép liên kết dính vào bê tơng 62 Để định nghĩa gán ràng buộc thép chịu lực bê tông ta vào mục “Create Constraint” chọn “Tie” Ta chọn mặt chủ liên kết mặt tiếp xúc bê tơng hình 3.68 Hình 3.68: Lựa chọn mặt chủ tiếp xúc Tiếp theo ta chọn mặt lệ thuộc mặt tiếp xúc thép chịu lực hình 3.69 Hình 3.69: Lựa chọn mặt lệ thuộc tiếp xúc Kết thúc việc gán ràng buộc cốt thép bê tông cách nhấp vào “Ok” Ràng buộc thể hiển hình 3.70 Hình 3.70: ràng buộc cốt thép bê tông không viscosity 63 Trường hợp 3: Cốt thép chịu lực đối tượng “Wire” liên kết với bê tông hàm “Embedded” Không đề cập tới hệ số nhớt bê tông cốt thép qua coi thép liên kết dính vào bê tông Sử dụng chức Create Contraint công cụ, xuất cửa sổ Create Contraint sổ Name (tên loại ràng buộc), Type (loại ràng buộc cốt thép chịu lực cốt theo loại nhúng nên sử dụng Embedded), nhấn Continue, vùng thông báo hiển thị “Select the embedded region”, lựa chọn thép cần ràng buộc, vùng tiếp tục thông báo “Select the method for host region”, nhấn nút Whole Model (gán toàn đối tượng) , xuất sổ Edit Contraint Sau đó, nhấp OK để khỏi cửa sổ Edit Contraint, hoàn thành định nghĩa ràng buộc cốt thép bê tơng hình 3.71 Hình 3.71: Ràng buộc cốt thép bê tông 3.3.4.4 Ràng buộc thép đệm dầm bê tông Tấm thép đệm gối nhịp tạo chưa có liên kết với dầm Vì vậy, cần tạo liên kết thép đệm dầm bê tơng cốt thép (như bên ngồi thực nghiệm theo phương đứng), để dễ dàng tính tốn, giả thiết chúng dính chặt theo phương đứng Trong trường hợp sử dụng loại ràng buộc Tie Để ràng buộc Tie, sử dụng công cụ Create Constraint modul Interaction, xuất cửa sổ Create Constraint, lựa chọn phương thức Tie, nhấn Continue Vùng thông báo tiếp tục hiển thị “Select region for master type” , nhấn nút Surface vùng hiển thị tiếp tục hiển thị “Select region for master Surface”, tiến hành 64 đưa chuột chọn vùng tiếp xúc dầm bê tông thép, nhấn Done Vùng hiển thị tiếp tục hiển thị “Choose the slave type”, nhấn nút Surface, dùng chuột chọn phần tiếp xúc thép dầm bê tơng, sau nhấn Done, xuất cửa sổ Edit Constraint, chấp nhận mặc định nhấn OK Hoàn thành việc ràng buộc thép dầm bê tông thị hình 3.72 Hình 3.72: Ràng buộc thép dầm bê tông 3.3.5 Định nghĩa tải trọng điều kiện biên Từ Modul môi trường, lựa chọn công Load để định nghĩa tải trọng điều kiện biên 3.3.5.1 Định nghĩa tải trọng Trong phần thí nghiệm dầm bê tơng thực nghiệm, tải trọng tác dụng dầm tải trọng theo quy luật thời gian Vì vậy, cần phải tạo quy luật tải trọng theo thời gian cho dầm tác dụng tải Thiết lập quy luật tải trọng, vào Tool – Amplitudes – Create, xuất cửa sổ Create Amplitudes, sau nhấn Continue, xuất cửa sổ Edit Amplitudes, tiếp hành nhập quy luật tải theo thời gian, sau nhấn OK hoàn thành Gán tải trọng cho dầm, phần tiếp hành gán chuyển vị cho dầm thay gán lực Vì theo số nghiên cứu tác giả (Wahalathantri, Thambiratnam, Chan, Fawzia, 2011) đề xuất nên sử dụng phương pháp gán tải trọng cho dầm chuyển vị cho kết hội tụ so với phương pháp gán tải lực Vì vậy, nghiên cứu sử dụng phương pháp gán tải trọng chuyển vị cho dầm Gán tải trọng cho dầm, sử dụng công cụ Create Boundary Condition modul Load Sau nhấn vào công cụ này, xuất cửa số Create Boundary Condition, 65 sổ Name (tên tải trọng), Step (bước thiếp lập), Category (loại đối tượng gán), Type for Select Step (cách gán tải trọng phần sử dụng chuyển vị), nhấn Continue Vùng thông báo thị “Select regions for the Boundary Condition”, dùng chuột chọn điểm đặt lúc mà tạo phần ràng buộc, sau nhấn Done Xuất cửa sổ Edit Boundary Condition hình 3.73 Tiến hành nhập giá trị chuyển vị thu từ thí nghiệm nhấn OK để hồn tất Hình 3.73: Cửa sổ Edit Boundary Condition 3.3.5.2 Định nghĩa điều kiện biên Sử dụng công cụ Create Boundary Condition modul Load Trong phần thiếp lập tương tự phần định nghĩa tải trọng Tuy nhiên cửa sổ Edit Boundary Condition, chọn chuyển vị khơng thay nhập giá trị phần gán tải trọng 3.3.6 Chia lưới cho cấu kiện dầm Chia lưới cho cấu kiện dầm sử dụng công cụ Mesh từ modul môi trường 66 3.3.6.1 Thiết lập lưới Để thiếp lập lưới cho cấu kiện dầm, sử dụng công cụ Seed Part Sau nhấn vào lệnh, xuất cửa sổ Global Seeds hình 3.74, cửa sổ này, Approximate global size (kích thước chia lưới), tiếp tục nhấn Apply Sau hoàn thành thiết lập hiển thị hình 3.75 Hình 3.74: Cửa sổ Global Seeds Hình 3.75: Mơ hình thiết lập chia lưới 3.3.6.2 Phân chia lưới cho cấu kiệm dầm Phân chia lưới cho cấu kiện dầm, sử dụng công cụ Mesh Part công cụ Mesh Sau nhấn vào công cụ này, xuất thông báo hình 3.76 Sau chọn đối tượng, nhấn Yes, dựa vào định nghĩa phần thiết lập trên, mô hình tự động chia đối tượng thiếp lập phần Sau chia lưới hoàn thành xuất hình 3.77 Hình 3.76: Thơng báo chia lưới 67 Hình 3.77: Mạng lưới phần tử hữu hạn dầm bê tơng 3.3.7 Thiết lập bước phân tích Thiếp lập bước phân tích dầm bê tông sử dụng công Step modul Sau nhấn vào công cụ trên, xuất cửa sổ Create Step Trong cửa sổ này, Name (tên loại phân tích), Procedure type (loại phân tích), cuối nhấp Continue Xuất cửa sổ Edit Step hình 3.78, sổ này, Time Period (chu kỳ thời gian), sau hồn thành thiết lập nhấn OK Hình 3.78: Cửa sổ Edit Step 3.3.8 Cơng tác phân tích Từ công cụ modul môi trường, lựa chọn chức Job để tiến hành phân tích 3.3.8.1 Định nghĩa cơng tác phân tích Sử dụng biểu tượng (Create Job) công cụ, xuất cửa sổ hình 3.79 Trong cửa sổ này, Name (tên cơng tác phân tích), sau đặt tên cơng tác phân tích chọn Continue Phần mền xuất cửa sổ Edit Job hình 3.80, chấp nhận phân tích nhấn OK Hồn thành bước định nghĩa cơng tác phân tích 68 ... VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN VIẾT ĐỨC HỒNG MƠ PHỎNG DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP XÉT ĐẾN SỰ BÁM DÍNH KHƠNG HỒN HẢO GIỮA BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP KHI. .. lý bê tông cốt thép 1.10.Ưu điểm bê tông cốt thép 1.11.Ứng dụng bê tông cốt thép 1.12 Vai trò chịu lực cốt thép bê tông 1.13 Các thí nghiệm để khảo sát tính dính. .. NGHIÊN CỨU VÀ SO SÁNH THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH MÔ PHỎNG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 71 4.1 Hướng nghiên cứu so sánh 71 4.2.Kết mô kéo tuột thép 71 4.3.Kết mô dầm bê tông bê tông