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

TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

Tổng quan chung

1.1 Tóm tắt tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Sự tăng trưởng nhanh chóng của nền kinh tế Việt Nam đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của ngành xây dựng, đặc biệt là về số lượng và đa dạng loại hình kết cấu Các công trình như nhà cao tầng, nhà nhịp lớp và hệ thanh ngày càng trở nên phổ biến không chỉ ở Việt Nam mà còn trên toàn thế giới Trong số đó, kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) hiện đang được áp dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong xây dựng.

Hiện nay, nhiều tác giả trong và ngoài nước đang nghiên cứu các tiết diện cấu kiện dầm như chữ nhật, I, T, tiết diện tròn và hộp rỗng Đặc biệt, dầm chữ nhật có tiết diện không đổi được sử dụng phổ biến trong các công trình như dầm cầu trục và dầm mái ở nhà cao tầng Do đó, việc mô phỏng các giá trị chịu lực của dầm là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng cần được chú trọng.

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Mô phỏng các cấu kiện bê tông cốt thép bằng phần mềm hiện đại đang trở nên phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong tính toán và nghiên cứu Quá trình này không chỉ rút ngắn thời gian tính toán mà còn giúp tiết kiệm chi phí Tuy nhiên, sự chênh lệch giữa các giá trị mô phỏng, tính toán và thực nghiệm vẫn tồn tại Một nguyên nhân gây ra sai lệch này có thể là do sự bám dính không hoàn toàn giữa bê tông và cốt thép chưa được đề cập trong mô phỏng Do đó, nghiên cứu này mong muốn làm rõ vai trò của sự bám dính không hoàn toàn trong mô phỏng các cấu kiện bê tông cốt thép, từ đó nâng cao độ chính xác của kết quả mô phỏng.

1.3 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của dầm bê tông cốt thép hình chữ nhật bằng cách sử dụng nhiều loại vật liệu bê tông khác nhau, bao gồm bê tông thường, bê tông Geopolymer và bê tông xỉ thép Mục tiêu là đạt được kết quả mô phỏng gần nhất với thực nghiệm.

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng Nghiên cứu:

Các dầm bê tông cốt thép dài 3m kích thước tiết diện 200 x 300 mm

Các cấu kiện dầm bê tông cốt thép được sử dụng có nhiều loại gồm: bê tông cốt thép thường và bê tông Geopolymer, bê tông xỉ thép…

Bài viết này nhằm kiểm tra mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của các cấu kiện dầm bê tông cốt thép thông thường và bê tông Geopolymer Nghiên cứu sẽ mô phỏng sự bám dính không hoàn toàn giữa bê tông và cốt thép, nhằm đánh giá độ chính xác của mô hình so với kết quả thực nghiệm khi cấu kiện bị phá hoại.

So sánh kết quả mô phỏng với các kết quả tính toán thiết kế và kiểm nghiệm thực nghiệm là bước quan trọng Việc này giúp đối chiếu với các tiêu chuẩn đã đề ra, từ đó đánh giá tính chính xác và hiệu quả của mô hình.

1.5 Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên phần mềm phân tích và mô phỏng các cấu kiện bê tông cốt thép Abaqus để mô phỏng dầm bê tông cốt thép thể hiện sự bám dính không hoàn hảo giữa bê tông và cốt thép khi cấu kiện bị phá hoại Kết hợp giữa các kết quả lập trình tính toán lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm Nghiên cứu đề xuất đưa ra được giải pháp ứng dụng vào công tác học tập cũng như nghiên cứu tại Việt Nam

1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Tính thực tiễn của đề tài:

Nhiều tác giả đã nghiên cứu sự phá hoại của bê tông cốt thép, nhưng kết quả mô phỏng thường không chính xác so với tính toán thiết kế và thực nghiệm Đề tài này nhằm làm sáng tỏ vấn đề này bằng cách đánh giá sự bám dính giữa bê tông và cốt thép trên các nền vật liệu khác nhau Ý nghĩa khoa học của nghiên cứu này là cung cấp những hiểu biết sâu sắc hơn về tính chất và hiệu suất của bê tông cốt thép trong các ứng dụng thực tiễn.

Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng trong tính toán mô phỏng và cung cấp tài liệu tham khảo cho các đơn vị xây dựng công trình, nhà quản lý, cũng như hỗ trợ cho việc học tập ở bậc đại học và sau đại học.

Tổng quan về bê tông cốt thép

1.7 Tính chất của bê tông cốt thép

Bê tông cốt thép là một vật liệu xây dựng phức hợp, được tạo thành từ sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép, hai loại vật liệu có đặc tính cơ học khác nhau, cùng nhau chịu lực một cách hiệu quả.

Bê tông là vật liệu phức hợp được tạo thành từ xi măng, cát và sỏi, kết hợp với nhau nhờ nước Đặc biệt, cường độ chịu kéo của bê tông thấp hơn nhiều so với cường độ chịu nén, với tỷ lệ chênh lệch từ 8 đến 15 lần.

Cốt thép là vật liệu có khả năng chịu kéo và nén tốt, giúp tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu Khi sử dụng lượng cốt thép phù hợp trong tiết diện, dầm bê tông cốt thép có thể chịu lực lớn hơn dầm bê tông thông thường cùng kích thước đến gần 20 lần.

Bê tông và cốt thép cùng làm việc được với nhau là do:

Bê tông khi đóng rắn sẽ bám chặt vào thép, cho phép ứng lực được truyền từ bê tông sang thép Khi lực dính giữa hai vật liệu này được đảm bảo, khả năng chịu lực của thép sẽ được phát huy tối đa.

+ Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hóa học, ngoài ra hệ số giãn nở của cốt thép và bê tông suýt soát bằng nhau:

1.8 Lực bám dính giữa bê tông và cốt thép

Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép là yếu tố quan trọng hình thành trong quá trình đông cứng của bê tông, giúp cốt thép giữ vững vị trí và không bị tuột ra khỏi bê tông khi chịu lực.

Lực dính bám giữa bê tông và thép là yếu tố quan trọng giúp truyền lực hiệu quả giữa hai vật liệu này Nhờ có lực dính bám, cường độ của cốt thép được khai thác tối đa và bề rộng vết nứt trong vùng kéo được hạn chế Do đó, việc tăng cường lực dính bám giữa bê tông và cốt thép là cần thiết để nâng cao hiệu suất công trình.

Bê tông và cốt thép không có phản ứng hóa học ảnh hưởng đến tính chất của từng loại vật liệu Hơn nữa, cốt thép được đặt bên trong bê tông, giúp bê tông bảo vệ cốt thép khỏi sự ăn mòn do tác động của môi trường.

Bê tông và cốt thép có hệ số giãn nở nhiệt tương đương, vì vậy sự thay đổi nhiệt độ trong khoảng dưới 100°C không ảnh hưởng đến sự kết hợp giữa chúng.

1.9 Tính chất cơ lý của bê tông cốt thép

Các tính chất cơ lý của bê tông cốt thép được tham khảo TCXDVN 5574:2012

“Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép” [15-16]

Cấp độ bền của bê tông

Khi thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, việc xác định các chỉ tiêu chất lượng là rất quan trọng, bao gồm cấp độ bền chịu nén B của bê tông và cấp độ bền chịu kéo của nó.

Các đặc trưng tiêu chuẩn và đặc trưng tính toán của bê tông

Các loại cường độ tiêu chuẩn của bê tông bao gồm cường độ nén dọc trục của mẫu lăng trụ (cường độ lăng trụ) Rbn và cường độ kéo dọc trục Rbtn.

Cường độ tính toán của bê tông được xác định theo các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai bằng cách chia cường độ tiêu chuẩn cho hệ số độ tin cậy tương ứng khi nén γbc và khi kéo γbt Bảng 1 cung cấp giá trị của hệ số γbc và γbt cho một số loại bê tông khác nhau.

Bảng 1.1: Hệ số độ tin cậy của một số loại bê tông khí nén  bc và kéo  bt [16]

Cường độ tiêu chuẩn của bê tông khi nén dọc trục Rbn và cường độ tiêu chuẩn khi kéo dọc trục Rbtn phụ thuộc vào cấp độ bền chịu nén của bê tông, như được thể hiện trong bảng dưới đây.

Bảng 1.2: Các cường độ tiêu chuẩn của bê tông nặng và cường độ tính toán [16]

Cường độ tính toán của bê tông, bao gồm Rb, Rbt, Rb,ser và Rbt,ser (đã làm tròn), phụ thuộc vào cấp độ bền chịu nén và kéo dọc trục của bê tông Các giá trị này được xác định theo bảng 3 cho các trạng thái giới hạn thứ nhất và bảng 2 cho các trạng thái giới hạn thứ hai.

Bảng 1.3: Các cường độ tính toán của bê tông khi tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất (MPa) [16]

Biến dạng đàn hồi của bê tông

Khi chịu nén môđun đàn hồi ban đầu của bê tông Eb được định nghĩa theo biểu thức sau:

∝o - góc lập bởi tiếp tuyến tại gốc của biểu đồ σ - 𝜀 với trục 𝜀 (hình 3) Giá trị của Eb phụ thuộc cấp độ bền và loại bê tông cho trong bảng 4

Hình 1.1: Quan hệ ứng suất biến dạng của bê tông [16]

Hệ số nở ngang (hệ số poission) của bê tông μb lấy bằng 0,2 Môđun chống cắt của bê tông Gb = 0,4Eb

Bảng 1.4: Môđun đàn hồi của bê tông nặng ở điều kiện đông cứng tự nhiên [16]

1.10 Ưu điểm của bê tông cốt thép

Kết cấu bê tông cốt thép (cũng như kết cấu bê tông) được sử dụng rộng rãi nhờ những ưu điểm sau:

Bê tông có giá thành thấp nhờ vào việc chế tạo chủ yếu từ các vật liệu sẵn có như đá, sỏi và cát Mặc dù xi măng và thép là những thành phần đắt tiền hơn, nhưng chúng chỉ chiếm khoảng 1/6 đến 1/5 tổng khối lượng của bê tông.

Bê tông cốt thép sở hữu khả năng chịu lực vượt trội so với các vật liệu xây dựng tự nhiên như gạch, đá hay gỗ Là vật liệu nhân tạo, bê tông cốt thép cho phép lựa chọn và điều chỉnh các tính năng theo nhu cầu, mang lại hiệu quả cao trong xây dựng.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ chế liên kết của bê tông và cốt thép

Liên kết giữa cốt thép và bê tông là yếu tố quan trọng trong cấu trúc bê tông cốt thép, ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của nó Sự tương tác này quyết định chiều rộng và khoảng cách của các vết nứt ngang, phụ thuộc vào lực liên kết tối đa giữa bê tông và cốt thép.

Hình 2.1: Cơ chế sự di chuyển của các lực liên kết [16]

 Liên kết trong bê tông cốt thép có được thông qua ba cơ chế

2.1.1 Liên kết dựa trên các thành phần hóa học

Lực bám dính trong cấu kiện dầm được hình thành từ sự kết dính của lớp xi măng bao quanh các thanh thép, nhờ vào sự tương tác giữa các hạt xi măng nhỏ Các hạt xi măng với thành phần hóa học có tính kết dính đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết các vật liệu trong bê tông, từ đó tạo ra sự kết nối chắc chắn giữa bê tông và cốt thép.

2.1.2 Lực ma sát tạo liên kết

Ma sát là lực chống lại sự trượt giữa bê tông và cốt thép, chịu ảnh hưởng bởi lực nén vuông góc và độ nhám bề mặt tiếp xúc Trong các cấu trúc bê tông cốt thép, lực ma sát có thể phát sinh từ lực bám dính giữa bê tông và cốt thép, lực nén bên ngoài vuông góc với bề mặt tiếp xúc, hoặc lực kẹp do thép gia cường và thép nối.

2.1.3 Liên kết giữa cốt thép và bê tông

Liên kết giữa bê tông và cốt thép tạo ra một khung xương vững chắc, với cốt thép chịu kéo và bê tông chịu nén, giúp cấu kiện bê tông cốt thép chịu được lực lớn hơn khi hoạt động độc lập Diện tích bề mặt tiếp xúc càng lớn thì độ bền của liên kết càng cao.

Các cơ chế ảnh hưởng đến khả năng liên kết giữa bê tông và cốt thép chủ yếu bao gồm lực bám dính và lực ma sát, đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự trượt giữa hai vật liệu này Hiện tượng trượt xảy ra khi cấu kiện dầm bị phá hủy, liên quan chặt chẽ đến lực bám dính và lực ma sát tại bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và cốt thép.

Mô hình của bê tông

Các nhà nghiên cứu đã phát triển hai mô hình biểu đồ quan trọng cho bê tông, bao gồm mô hình chịu nén và mô hình chịu kéo, nhằm hiểu rõ hơn về tính chất cơ học của vật liệu này.

Các mô hình mô tả hành vi chịu kéo - nén của bê tông được quy định trong nhiều tiêu chuẩn xây dựng toàn cầu Những mô hình này thể hiện mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong các cấu kiện bê tông.

Mô hình Hsu – Hsu mô tả tính chất phi tuyến của vật liệu bê tông thông qua hai loại phá hoại chính: vết nứt chịu kéo và cường độ chịu nén Mô hình này tương tự như đường cong được đề xuất trong phần mềm Abaqus, dựa trên cường độ chịu nén dọc trục và chịu kéo dọc trục để phản ánh tính chất của bê tông Từ đó, hai đường cong ứng suất - biến dạng cho bê tông được đưa ra, giúp mô tả chính xác hơn về hành vi của vật liệu này khi chịu tải.

Mô hình số cho ứng xử chịu kéo của bê tông

Mô hình số ứng xử chịu kéo của bê tông Hsu-Hsu (1994), được cải tiến bởi Nayal và Rasheed (2006), phù hợp với phần mềm Abaqus và được ứng dụng để thể hiện tính chất chịu kéo của bê tông Mô hình này mô tả sự hình thành cường độ chịu kéo dựa trên quan hệ ứng suất biến dạng đẳng hướng Hình 3 minh họa mô hình độ cứng chịu kéo cho bê tông cốt thép theo Hsu-Hsu (1994), trong khi hình 2.2 thể hiện mô hình độ cứng chịu kéo sửa đổi bởi Nayal và Rasheed (2006) phù hợp với Abaqus.

Mô hình độ cứng chịu kéo của Nayal và Rasheed (2006) cần được điều chỉnh do phần mềm Abaqus gặp lỗi khi biến dạng lớn nhất (ɛcr) đạt 0.8x(σt0) trong trường hợp ứng suất (σt0) giảm xuống Do đó, cần thay đổi giá trị ứng suất biến dạng tại vị trí đạt giá trị biến dạng cực hạn để đảm bảo tính chính xác của mô hình.

(125 x ɛcr,0.77 x σt0), và (ɛcr, σt0) để tránh tình trạng báo lỗi khi chạy phần mềm Abaqus như hình 2.3

Hình 2.3 - Mô hình độ cứng chịu kéo sửa đổi cho Abaqus [19]

Mô hình số đường cong quan hệ ứng suất – biến dạng trong miền chịu nén được thiết lập theo phương pháp Hsu – Hsu (1994) cho bê tông Mô hình này cho phép phát triển quan hệ ứng suất - biến dạng đến cường độ nén 1 trục phá hủy ở mức 0.3 × σ cu, và có thể áp dụng cho bê tông có cường độ chịu nén khoảng 60Mpa Đường cong ứng suất – biến dạng theo Hsu – Hsu được minh họa trong hình 2.4.

Hình 2.4 – Mô hình đường cong nén bê tông theo Hsu – Hsu [18]

Trong hình 2.7, cường độ chịu nén cực hạn tại (σ0c) và (ɛ0) và biến dạng tương ứng (ɛd) thì (0.3 x σt0) Miền đàn hồi nằm trong khoảng 50% cường độ chịu nén cực hạn

Mô hình phương pháp Hsu – Hsu tính toán cường độ chịu nén từ (0.5 x σ0c) đến (0.3 x σ0c) Đường cong ứng suất – biến dạng theo Hsu – Hsu thỏa mãn phương trình (2)

- Hệ số phụ thuộc vào hình dạng đường cong ứng suất - biến dạng

- Hệ số modul – đàn hồi

 d : Được xác định tại vị trí ứng suất  0.3  c0 được tính toán thông số dựa vào  c  0.8  cu 

Mô hình vật liệu thép trong mô phỏng

Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của cốt thép được chia thành bốn giai đoạn rõ ràng: giai đoạn tuyến tính (AB), giai đoạn chảy (BC), giai đoạn tái bền (CD) và giai đoạn hóa mềm (DE).

Hình 2.5 – Quan hệ ứng suất và biến dạng khái quát hóa của mô hình thép [18]

Trong tính toán cốt thép, vật liệu này được xem là lý tưởng với tính đàn dẻo, do đó giai đoạn tái bền và mềm hóa thường bị bỏ qua Trong kết cấu bê tông cốt thép, cốt thép thường xuất hiện dưới dạng thanh hoặc lưới, nên không cần xem xét ứng xử ba chiều Để đơn giản hóa quá trình tính toán, mô hình vật liệu của cốt thép được áp dụng dựa trên mối quan hệ ứng suất – biến dạng một chiều.

Hiện nay, có hai quan niệm chính về mô hình thép dựa trên mối quan hệ ứng suất – biến dạng một chiều, bao gồm Mô hình thép đàn dẻo lý tưởng và Mô hình thép cải tiến đàn dẻo lý tưởng.

Mô hình vật liệu thép đàn dẻo lý tưởng (SEPL)

Mô hình vật liệu thép đàn dẻo lý tưởng (SEPL) được xây dựng dựa trên đường cong quan hệ ứng suất – biến dạng của thép, như thể hiện trong hình 2.6 Đường cong này được xác định bởi các thông số quan trọng của thép, bao gồm Modul đàn hồi Es và cường độ chịu nén tiêu chuẩn fy.

Hình 2.6: Quan hệ ứng suất và biến dạng của mô hình thép (SEPL) [18]

Mô hình bám dính được xây dựng dựa trên đường cong quan hệ ứng suất – biến dạng của thép, như thể hiện trong hình 2.7 Từ mô hình này, có thể xác định các thông số quan trọng như lực kéo lớn nhất t_n max và năng lượng phá hủy G_IC, được tính bằng diện tích vùng phá hủy.

Hình 2.7: Lực kéo tuột của thép và bê tông Geopolymer [20]

ABAQUS là một phần mềm mạnh mẽ cho mô phỏng công trình và kết cấu, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết từ các bài toán phân tích tuyến tính đơn giản đến các vấn đề phi tuyến phức tạp Với kho phần tử phong phú, ABAQUS có khả năng mô phỏng hình dạng đa dạng và cung cấp kho mô hình vật liệu phong phú, bao gồm kim loại, cao su, vật liệu cao phân tử, vật liệu composite và bê tông cốt thép Phần mềm này không chỉ giới hạn trong phân tích kết cấu mà còn mở rộng khả năng mô phỏng trong các lĩnh vực như truyền dẫn nhiệt, phân tích âm thanh, điện tử và cơ học môi trường điện áp.

ABAQUS bao gồm hai khối phân tích chính là ABAQUS/Standard và ABAQUS/Explicit, cùng với hai khối phân tích phụ đặc biệt là ABAQUS/Aqua và ABAQUS/Design Để tương tác với người dùng, ABAQUS/CAE (Complete ABAQUS Environment) đảm nhiệm vai trò tiền xử lý, bao gồm việc thiết lập mô hình, gán đặc tính và điều kiện biên, cũng như phân chia mạng lưới.

ABAQUS/Viewer dùng để tiến hành phân tích và xử lý kết quả.

Tổng quan về ABAQUS

ABAQUS là một phần mềm mạnh mẽ cho mô phỏng công trình và kết cấu, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết từ các bài toán phân tích tuyến tính đơn giản đến những vấn đề phi tuyến phức tạp Phần mềm này sở hữu kho phần tử phong phú, cho phép mô phỏng hình dạng đa dạng, cùng với kho mô hình vật liệu có khả năng tái hiện hầu hết các tính năng của các loại vật liệu như kim loại, cao su, vật liệu cao phân tử, vật liệu composite và bê tông cốt thép Ngoài ra, ABAQUS còn có khả năng mô phỏng và nghiên cứu các lĩnh vực khác như truyền dẫn nhiệt, phân tích âm thanh, điện tử và cơ học môi trường điện áp.

ABAQUS bao gồm hai khối phân tích chính là ABAQUS/Standard và ABAQUS/Explicit, cùng với hai khối phân tích phụ đặc biệt là ABAQUS/Aqua và ABAQUS/Design Để tương tác với người dùng, ABAQUS/CAE (Complete ABAQUS Environment) đóng vai trò quan trọng trong việc tiền xử lý, bao gồm thiết lập mô hình, gán đặc tính và điều kiện biên, cũng như phân chia mạng lưới.

ABAQUS/Viewer dùng để tiến hành phân tích và xử lý kết quả.

THIẾT LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG

Thông số tính toán cho mô hình

3.1.1 Mô hình vật liệu bê tông

Kết quả thí nghiệm mẫu chịu nén từ các tài liệu tham khảo đã được áp dụng để tính toán các thông số mô hình vật liệu bê tông trong chương 2 Các thông số đặc trưng của bê tông như modul đàn hồi Ec, hệ số Poisson Ʋc, cường độ chịu nén fc và cường độ chịu kéo ft được trình bày trong bảng 3.1 cho ba loại vật liệu: bê tông thường (RCB), bê tông xỉ (SRCB) và bê tông Geopolymer (GRCB).

Bảng 3.1: Thông số đặc trưng của các loại bê tông

Dựa vào các thông số đặc trưng của bê tông thường, bê tông xỉ và bê tông Geopolymer, có thể xác định các thông số đầu vào cho mô hình vật liệu bê tông Hai mô hình số vật liệu bê tông được phát triển bởi Hsu – Hsu (1994) sẽ được áp dụng để tính toán này.

3.1.1.1 Thông số của mô hình Hsu – Hsu (1994)

Mô hình Hsu – Hsu bao gồm hai thông số quan trọng về đường cong chịu nén và đường cong chịu kéo của ba loại bê tông, được thể hiện trong bảng 3.2 và bảng 3.3 Mô hình này được áp dụng trong môi trường Abaqus khi nhập các giá trị chịu kéo f t và chịu nén f c, như đã trình bày trong mục 2.2.1.

Bảng 3.2: Thông số miền chịu nén của mô hình Hsu – Hsu

Mô hình vật liệu bê tông của RCB

Mô hình vật liệu bê tông của SRCB

Mô hình vật liệu bê tông của GRCB Ứng suất

Bảng 3.3: Thông số miền chịu kéo của mô hình Hsu – Hsu

Mô hình vật liệu bê tông của RCB

Mô hình vật liệu bê tông của RCB

Mô hình vật liệu bê tông của GRCB Ứng suất

3.1.2 Mô hình vật liệu thép

Trong đề tài này, các thông số tính toán đặc trưng của thép AIII bao gồm modul đàn hồi Ec, hệ số Poisson Ʋc, cường độ chịu kéo fy và cường độ chịu nén fu được trình bày chi tiết trong bảng 3.4.

Bảng 3.4: Thông số đặc trưng của cốt thép [3]

Dựa vào thông số cốt thép trong bảng 4.6, chúng ta có thể tính toán các thông số cần thiết để đưa vào mô hình Trong nghiên cứu này, có hai loại mô hình mô tả vật liệu cốt thép là mô hình SEPL và mô hình IEPL.

3.1.2.1 Thông số mô hình SEPL

Trong mô hình vật liệu SEPL, tính chất của cốt thép được xác định qua mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng, sử dụng các thông số quan trọng như modul đàn hồi Es, hệ số Poisson ʋs và cường độ chịu kéo f y.

Bảng 3.5: Thông số đặc trưng của mô hình SEPL [3]

3.1.2.2 Thông số mô hình IEPL

Trong mô hình vật liệu IEPL, tính chất của cốt thép được thể hiện qua mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng, tương tự như mô hình SEPL, thông qua các tham số như modul đàn hồi.

Es, hệ số poission Ʋs, cường độ chịu kéo fy, cường độ chịu nén fu, biến dạng chịu kéo cực hạn Ɛu

Bảng 3.6: Thông số đặc trưng của mô hình IEPL [3]

3.1.3 Loại phần tử mô phỏng và tỉ lệ chia phần tử

3.1.3.1 Loại phần tử mô phỏng

Trong nghiên cứu này, phần tử C3D8R trong thư viện vật liệu của phần mền Abaqus [20] được sử dụng để rời rạc mô hình Phần tử C3D8R là dạng khối 3 chiều,

8 nút tuyến tính được gán cho cho các phần tử bê tông thường, bê tông xỉ, bê tông Geolymer và cốt thép chịu lực trong mô phỏng tính toán

Các thanh cốt thép đai có thể được mô hình hóa bằng mô hình dạng khối, dạng dầm hoặc dạng thanh và sử dụng phần tử T3D2

Bảng 3.7: Loại phần tử mô phỏng dầm [20]

3.1.3.2 Thông số mô hình phá hoại dẻo

Trong mô phỏng theo mô hình phá hoại dẻo, các thông số để mô tả tính chất vật liệu bê tông và vật liệu cốt thép là rất quan trọng Mô hình này cần bao gồm các thông số dẻo, và những thông số này sẽ được trình bày chi tiết ở phần sau của bài viết.

Bảng 3.8: Thông số mô hình phá hoại dẻo mô hình [3]

3.2 Các bước mô hình hóa thí nghiệm kéo tuột trên phần mền ABAQUS

Mô phỏng thí nghiệm kéo tuột trên phần mềm Abaqus nhằm truy xuất các giá trị lực kéo lớn nhất, năng lượng phá hoại và hệ số độ nhớt của bê tông Geopolymer Những thông số này sẽ được sử dụng để mô phỏng dầm bê tông Geopolymer, đặc biệt chú trọng đến liên kết không hoàn hảo giữa bê tông và cốt thép trong quá trình dầm bị phá hoại.

Việc xây dựng các cấu kiện, từ modul trên thanh trong môi trường làm việc của phần mền Abaqus và lựa chọn công năng Part trên thanh modul

3.2.1.1 Cấu kiện mẫu bê tông hình trụ

Trên vùng công cụ, người dùng chọn biểu tượng "Create Part" để mở cửa sổ Create Part Trong cửa sổ này, cần nhập tên cho cấu kiện trong mục Name, chọn Modeling Space để sử dụng đối tượng mô phỏng 3D, xác định Type là phần tử deformable, và trong mục Base Feature, chọn dạng Solid với loại Extrusion, tương ứng với phần tử 3.

Hình 3.1: Cửa sổ Create Part trong Abaqus

Sau khi khởi tạo giao diện vẽ đồ họa hai chiều, nhấn biểu tượng (Create circle) để vẽ đường kính của mẫu thử bằng 0.15 (m) như hình 3.2

Hình 3.2: Mô hình hình học hai chiều cấu kiện bê tông

Sau khi hoàn tất việc vẽ đường kính mẫu bê tông, khu vực thông báo sẽ hiển thị như hình 3.3 Tiếp theo, nhấn nút "Done" để mở cửa sổ Edit Base Extrusion, thiết lập chiều cao (Depth) cho mẫu bê tông hình trụ, sau đó nhấn "OK" để xác nhận và thoát khỏi cửa sổ.

Mô hình dầm bê tông sau khi hoàn thành như hình 3.4

Hình 3.3: Cửa số Edit Base Extrusion

Hình 3.4: Mô hình ba chiều của mẫu bê tông hình trụ

3.2.1.1.2 Đục lỗ cấu kiện Đục lỗ cấu kiện bờ tụng sẽ tương ứng với 3 loại thộp là ỉ12, ỉ16, ỉ20 mà thớ nghiệm kéo tuột đã được nêu ở trên

Sử dụng công cụ "Create cut: extrude" để tạo lỗ trên mẫu bê tông, chọn mặt cần cắt và đảm bảo tiết diện cùng đường kính lỗ đục phù hợp với loại thép trong mô hình mô phỏng.

Hình 3.5: giao diện 2D của vị trí đục lỗ

Sau khi hoàn tất việc khởi tạo mô hình hai chiều, hãy nhấn nút "Done" trên vùng thông báo và chọn “Through all/ok” Mô hình ba dầm bê tông đục lỗ sẽ được hoàn thành và hiển thị như hình ảnh bên dưới.

Hình 3.6: Mô hình hình học ba chiều của mẫu bê tông sau khi đục lỗ

3.2.1.2 Cấu kiện thép chịu lực trong thí nghiệm kéo tuột

Cấu kiện thép chịu lực trong mô phỏng thí nghiệm kéo tuột cũng tương ứng với 3 loại thộp ỉ12, ỉ16, ỉ20 mà thớ nghiệm đó thực hiện

Trên vùng công cụ, sử dụng biểu tượng "Create Part" để mở cửa sổ Create Part Trong cửa sổ này, bạn cần đặt tên cho cấu kiện tại mục Name, chọn đối tượng mô phỏng 3D trong Modeling Space, xác định loại phần tử là deformable trong mục Type, và cuối cùng, trong mục Base Feature, chọn dạng Solid với loại Extrusion để xấp xỉ phần tử 3.

Hình 3.7: Cửa sổ Create Part trong Abaqus

Sau khi khởi tạo giao diện vẽ đồ họa hai chiều, nhấn biểu tượng (Create circle) để vẽ đường kính thép chịu lực như hình 3.8

Hình 3.8: Mô hình hình học hai chiều cấu kiện thép chịu lực

Sau khi hoàn thành việc vẽ đường kính của thép, vùng thông báo sẽ hiển thị như hình 3.9 Tiếp theo, nhấn nút "Done" để mở cửa sổ "Edit Base Extrusion", thiết lập chiều cao (Depth) của mẫu bê tông hình trụ, sau đó nhấn "OK" để xác nhận và thoát khỏi cửa sổ Mô hình dầm bê tông hoàn chỉnh sẽ như hình 3.10.

Hình 3.9: Cửa số Edit Base Extrusion

Hình 3.10: Mô hình ba chiều của thép chịu lực

3.2.1.3 Cấu kiện tấm thép đệm

Xây dựng cấu kiện và đục lỗ cấu kiện tương tự mẫu bê tông sau khi thực hiện xong tấm thép đệm sẽ có dạng như hình 3.11

Hình 3.11: cấu kiện tấm thép đệm 3.2.2 Định nghĩa vật liệu và gán đặc trưng vật liệu cho các cấu kiện

Các bước mô hình hóa dầm bê tông trên phần mền ABAQUS

Trong nghiên cứu này, dầm bê tông cốt thép được phân tích và mô phỏng với ba loại vật liệu khác nhau: bê tông thường, bê tông xỉ và bê tông Geopolymer.

Phương pháp mô phỏng cũng có ba hình thức khác nhau gồm:

- Trường hợp 1: Thép chịu lực là “Solid”, ràng buộc giữa bê tông cốt thép có đề cập tới “Viscosity”

- Trường hợp 2: Thép chịu lực là “Solid”, Cốt thép được “Tie” vào bê tông

- Trường hợp 3: Thép chịu lực là “Wire”, Cốt thép “Embedded” vào bê tông

Việc xây dựng các cấu kiện, từ modul trên thanh trong môi trường làm việc của phần mền Abaqus và lựa chọn công năng Part trên thanh modul

3.3.1.1 Cấu kiện dầm bê tông

Trên vùng công cụ, người dùng chọn biểu tượng "Create Part" để mở cửa sổ "Create Part" Tại đây, người dùng cần nhập tên cho cấu kiện trong mục "Name", chọn "Modeling Space" để sử dụng đối tượng mô phỏng 3D, xác định "Type" là phần tử deformable, và trong mục "Base Feature", lựa chọn dạng Solid với loại Extrusion để xấp xỉ phần tử 3.

Hình 3.35: Cửa sổ Create Part trong Abaqus

Sau khi khởi tạo giao diện vẽ đồ họa hai chiều, bạn hãy nhấn vào biểu tượng "Tạo các đường nối" trên thanh công cụ Lúc này, vùng thông báo sẽ hiển thị yêu cầu "Chọn điểm bắt đầu của đường thẳng hoặc nhập tọa độ X Y".

Khi sử dụng phần mềm, màn hình đồ họa sẽ hiển thị điểm bắt đầu của đường thẳng, trong khi vùng thông báo nhắc nhở người dùng "Chọn điểm kết thúc của đường thẳng hoặc nhập tọa độ X Y" Sau khi người dùng nhập tọa độ cho điểm kết thúc, một đường thẳng liên tục sẽ xuất hiện Vùng thông báo tiếp tục yêu cầu người dùng nhập tọa độ cho các điểm đến cho đến khi hoàn thành mặt cắt dọc dầm, như minh họa trong hình 3.36 Cuối cùng, để kết thúc lệnh vẽ, người dùng chỉ cần nhấn phím Esc trên bàn phím.

Hình 3.36: Mô hình hình học hai chiều cấu kiện bê tông

Sau khi thiết lập được mô hình hình học hai chiều cấu kiện Sử dụng lệnh Add

Dimension trên vùng công cụ tiến hành đo kiểm tra kích thước dầm như hình 3.37

Hình 3.37: Kích thước mô hình hình học hai chiều cấu kiện bê tông

Cuối cùng, sử lệnh Save Model Database trên thanh công cụ để lưu mặt cắt vừa thiếp lập

Sau khi hoàn tất việc vẽ mặt cắt dọc dầm, khu vực thông báo sẽ hiển thị như hình 3.38 Tiếp theo, nhấn nút "Done" để mở cửa sổ "Edit Base Extrusion" nhằm thiết lập chiều cao (Depth) của dầm Cuối cùng, nhấn "OK" để xác nhận và thoát khỏi cửa sổ Mô hình dầm bê tông hoàn chỉnh sẽ được thể hiện như hình 3.39.

Hình 3.38: Cửa số Edit Base Extrusion

Hình 3.39: Mô hình ba chiều của cấu kiện dầm bê tông

3.3.1.2 Cấu kiện tấm đệm thép

Cấu kiện tấm thép đệm ở gối và tấm thép đệm lực khởi tạo tương tự như đối với cấu kiệm dầm bê tông

Khởi tạo giao diện vẽ đồ họa hai chiều tương tự như đối với dầm bê tông Sau khi khởi tạo thành công xuất hiện như hình 3.40

Hình 3.40: Mô hình hai chiều của cấu kiện tấm đệm thép

Việc khởi tạo cấu kiện ba chiều cho cấu kiện đệm thép được thực hiện tương tự như đối với cấu kiện dầm bê tông Sau khi quá trình khởi tạo hoàn tất, hình 3.41 sẽ xuất hiện.

Hình 3.41: Mô hình ba chiều của cấu kiện tấm đệm thép

3.3.1.3 Cấu kiện cốt thép đai

Trên vùng công cụ, chọn biểu tượng "Create Part" để mở cửa sổ "Create Part" Tại đây, bạn cần nhập tên cho cấu kiện trong mục "Name", chọn "Modeling Space" để sử dụng đối tượng mô phỏng 3D, xác định "Type" là phần tử deformable, và trong mục "Base Feature", hãy chọn dạng Wire với loại Planar.

Sau khi khởi động giao diện vẽ đồ họa hai chiều, các bước thực hiện tương tự như đối với cấu kiện dầm Tiếp theo, sau khi khởi tạo hình vẽ hai chiều, cần tiến hành đo kích thước để kiểm tra, như được minh họa trong hình 3.42.

Hình 3.42: Mô hình hình học hai chiều của cốt đai

Sau khi hoàn thành việc khởi tạo mô hình hai chiều, hãy nhấn nút "Done" trên vùng thông báo Mô hình ba chiều của vòng thép đai sẽ được hiển thị như hình 3.43 sau khi hoàn tất.

Hình 3.43: Mô hình hình học ba chiều của cốt đai

3.3.1.4 Cấu kiện cốt thép dọc chịu lực

Cấu kiện tấm thép đệm ở gối và tấm thép đệm lực khởi tạo có cấu trúc tương tự như dầm bê tông Đối với cốt thép chịu kéo của bê tông Geopolymer và bê tông xỉ, việc xây dựng cấu kiện thường sử dụng thép đường kính 14mm, trong khi bờ tụng thường sử dụng thép đường kính 16mm.

Khởi tạo giao diện vẽ đồ họa hai chiều tương tự như đối với dầm bê tông Sau khi khởi tạo thành công xuất hiện như hình 3.44

Hình 3.44: Mô hình hình học hai chiều của cốt thép dọc

Sau khi hoàn tất việc khởi tạo mô hình hai chiều, hãy nhấn nút "Done" trên vùng thông báo Mô hình ba chiều của thép dọc chịu lực sẽ được hoàn thành và hiển thị như hình 3.45.

Hình 3.45: Mô hình hình học ba chiều của cốt thép dọc

3.3.1.5 Đục lỗ dầm bê tông

Trên vùng công cụ, sử dụng biểu tượng "Create cut: extrude" để đục lỗ trên bê tông Chọn mặt cần cắt tương ứng với tiết diện và số lượng thanh thép dọc chịu lực, như hình 3.46 Đối với vùng đục lỗ cho cốt thép chịu kéo của bê tông Geopolymer và bờ tụng Xỉ thô, đường kính lỗ là ỉ14, trong khi bờ tụng thường có đường kính đục lỗ là ỉ16.

Hình 3.46: giao diện 2D của vị trí đục lỗ

Sau khi hoàn tất việc khởi tạo mô hình hai chiều, hãy nhấn nút "Done" trong vùng thông báo và chọn “Through all/ok” Mô hình ba dầm bê tông đục lỗ sẽ được hiển thị như hình 3.47.

Hình 3.47: Mô hình hình học ba chiều của dầm bê tông đục lỗ

3.3.2 Định nghĩa vật liệu và thuộc tính mặt cắt Định nghĩa vật liệu và thuộc tính mặt cắt tương ứng với loại vật liệu đã được đề cập trong các thí nghiệm có kết quả sử dụng để mô phỏng như phần 3.1.1.1 đã nêu

Trong vùng công cụ Create Material, mở cửa sổ Edit Material và nhập tên cấu kiện vào hộp thoại Name Tiếp theo, chọn General – Density và nhập giá trị Mass Density cho bê tông Sau đó, chuyển đến Mechanical – Elasticity – Elastic và nhập các giá trị Young’s Modulus và hệ số Poisson Tiếp tục chọn Mechanical – Concrete Damaged Plasticity, trong mục Plasticity, nhập thông số mô hình dẻo theo phần 3.1.3.3 Trong mục Compressive Behavior, nhập giá trị đường cong ứng suất – biến dạng cho bê tông chịu nén như hình 3.51, và trong mục Tensile Behavior, nhập giá trị đường cong ứng suất – biến dạng cho bê tông chịu kéo như hình 3.48 Cuối cùng, chọn OK để hoàn tất việc thiết lập thông số cho vật liệu bê tông.

Hình 3.48: Xác định thông số vật liệu bê tông

Vật liệu cốt thép chịu lực

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ SO SÁNH THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH MÔ PHỎNG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

Hướng nghiên cứu và so sánh

Sau khi thiết lập mô phỏng dầm bê tông trên phần mềm Abaqus, chúng tôi đã sử dụng các thông số tính chất của bê tông thường, bê tông xỉ và bê tông Geopolymer cốt thép Kết quả từ mô hình được so sánh với các dữ liệu thu được từ thí nghiệm thực tế tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi so sánh sự chính xác của mô phỏng bằng phần mềm Abaqus, một công cụ thân thiện cho việc mô phỏng dầm bê tông cốt thép Để đạt được kết quả mô phỏng chính xác, người dùng cần quản lý tốt các yếu tố ảnh hưởng như mô hình vật liệu, mô hình thép và mô hình độ nhớt giữa bê tông và cốt thép Những tham số này có thể tác động lớn đến kết quả mô phỏng Sau khi thực hiện mô phỏng và so sánh với kết quả thực nghiệm, chúng tôi sẽ đề xuất mô hình độ nhớt và tỉ lệ chia hợp lý nhất nhằm tối ưu hóa độ chính xác của kết quả.

Kết quả mô phỏng kéo tuột của thép

Hình 4.1: Kết quả thực nghiệm kéo tuột (mẫu bị phá hoại)

Hỡnh 4.2: Kết quả mụ phỏng kộo tuột thộp ỉ12

Hỡnh 4.3: Kết quả mụ phỏng kộo tuột thộp ỉ16

Kết quả mô phỏng dầm bê tông bê tông

Hình 4.6: Kết quả mô phỏng dầm GRCB

Hình 4.7: Kết quả mô phỏng dầm SRCB

Hình 4.8: Kết quả mô phỏng dầm RCB.

Đánh giá kết quả của mô hình mô phỏng

4.4.1 Đánh giá kết quả mô phỏng kéo tuột

Nghiên cứu này so sánh độ chính xác của mô phỏng thí nghiệm kéo tuột bê tông Geopolymer thông qua việc phát triển mô hình số vật liệu bê tông phản ánh tính chất ứng xử của nó Đồng thời, hai mô hình số vật liệu thép được giới thiệu: mô hình đàn dẻo lý tưởng (SEPL) và mô hình cải tiến (IEPL) nhằm mô phỏng tính chất của cốt thép Từ các mô hình này, nghiên cứu sẽ thực hiện ba trường hợp tương ứng với ba loại thép để đối chiếu với kết quả thực nghiệm Kết quả thu được từ mô phỏng sẽ được sử dụng để áp dụng vào mô phỏng dầm Geopolymer.

Hỡnh 4.9: Kết quả so sỏnh mụ phỏng – thực nghiệm kộo tuột thộp ỉ12

Hỡnh 4.11: Kết quả so sỏnh mụ phỏng – thực nghiệm kộo tuột thộp ỉ20

Dựa trên kết quả từ các thí nghiệm kéo tuột, chúng tôi đã nội suy các thông số lực kéo lớn nhất, năng lượng phá hoại và hệ số độ nhớt của thạch cao I14 Những thông số này sẽ được áp dụng trong mô phỏng dầm bê tông Geopolymer.

Ta nhập cỏc giỏ trị của lực kộo lớn nhất của ba loại thộp ỉ12, ỉ16, ỉ20 vào biểu đồ và nội suy ra lực kộo lớn nhất của thộp ỉ14

Hình 4.12: Biểu đồ nội suy lực kéo lớn nhất t n max

Sau khi thực hiện nội suy các giá trị, chúng tôi đã thu được bảng kết quả bao gồm các giá trị lực kéo lớn nhất, năng lượng phá hủy và hệ số độ nhớt của thộp ỉ14, như được trình bày dưới đây.

Bảng 4.1: Kết quả nội suy cỏc giỏ trị cho thộp ỉ14 Loại thép lực

Lực kéo lớn nhất max t n (N)

4.4.2 Đánh giá kết quả mô phỏng dầm bê tông Geopolymer (GRCB) Đối với mô phỏng dầm bê tông Geopolymer ta đưa ra các biểu đồ so sánh giá trị tải trọng - chuyển vị giữa dầm, phần mềm Abaqus có thể xuất được kết quả biến dạng giữa dầm để có thể với giá trị tải trọng - biến dạng giữa dầm kết hợp với kết quả thu được từ thực nghiệm (bằng Strain gauge gán ở giữa nhịp dầm) Kết quả so sánh được trình bày qua các biểu đồ bên dưới với các trường hợp được trình bày trên mục 3.3.4.3

+ Trường hợp 1a: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 3 tại mục 3.3.4.3

Hình 4.14: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô phỏng (Wire) bê tông GRCB + Trường hợp 2a: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 2 tại mục 3.3.4.3

Hình 4.15: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô phỏng (Tie) bê tông GRCB

+ Trường hợp 3a: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 1 tại mục 3.3.4.3

Hình 4.16: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô phỏng (Viscosity) bê tông GRCB

Tổng hợp kết quả các trường hợp mô phỏng của bê tông Geopolymer

Kết quả thực nghiệm mô phỏng ba trường hợp của vật liệu bê tông Geopolymer được tổng hợp trong bảng 4.2 và bảng 4.3 dưới đây.

Bảng 4.2: Tổng hợp kết quả Tải trọng giữa thực nghiệm - mô phỏng bê tông GRCB

Các giai đoạn làm việc

Thực nghiệm Mô phỏng Wire liên kết (Embedded) Mô phỏng Solid liên kết(Tie) Mô phỏng Solid liên kết (Viscosity) Tải trọng

Bảng 4.3: Tổng hợp kết quả Chuyển vị giữa thực nghiệm - mô phỏng bê tông GRCB

Các giai đoạn làm việc

Thực nghiệm Mô phỏng Wire liên kết (Embedded) Mô phỏng Solid liên kết(Tie) Mô phỏng Solid liên kết (Viscosity) Chuyển vị

Dựa vào các biểu đồ và bảng số liệu tổng hợp, có thể nhận thấy rằng khi mô phỏng dầm bê tông cốt thép với vật liệu bê tông Geopolymer, sai số ở các giai đoạn phá hoại có sự khác biệt rõ rệt tùy thuộc vào loại thép chịu lực sử dụng Trong trường hợp 1a, khi sử dụng thép chịu lực dạng sợi và cốt thép được "Embedded" vào bê tông, sai số về chuyển vị không lớn nhưng sai số về tải trọng tương đối lớn Trường hợp 2a, với thép chịu lực dạng vật thể và cốt thép "Tie" vào bê tông, cả sai số về chuyển vị và tải trọng đều cao Cuối cùng, trong trường hợp 3a, khi sử dụng thép chịu lực dạng vật thể và đề cập đến sự bám dính không hoàn hảo bằng hàm "Viscosity", sai số ở cả hai giai đoạn phá hoại đều thấp và gần với kết quả thực nghiệm.

Kết quả mô phỏng dầm bê tông Geopolymer cho thấy sự bám dính không hoàn hảo giữa bê tông và cốt thép gần giống với thực nghiệm, với sai số không đáng kể Do đó, khi mô phỏng dầm bê tông cốt thép Geopolymer, cần lưu ý đến yếu tố bám dính không hoàn hảo để đạt được kết quả mô phỏng chính xác nhất so với thực tế.

4.4.3 Đánh giá kết quả mô phỏng dầm bê tông Xỉ (SRCB) Đối với mô phỏng dầm Xỉ ta đưa ra các biểu đồ so sánh giá trị tải trọng - chuyển vị giữa dầm, phần mền Abaqus có thể xuất được kết quả biến dạng giữa dầm để có thể với giá trị tải trọng - biến dạng giữa dầm kết hợp với kết quả thu được từ thực nghiệm (bằng Strain gauge gán ở giữa nhịp dầm) Kết quả so sánh được trình bày qua các biểu đồ dưới với các trường hợp được trình bày trên mục 3.3.4.3

+ Trường hợp 1b: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 3 tại mục 3.3.4.3

+ Trường hợp 2b: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 2 tại mục 3.3.4.3

Hình 4.18: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô phỏng (Tie) bê tông SRCB + Trường hợp 3b: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 1 tại mục 3.3.4.3

Hình 4.19: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô phỏng (Viscosity) bê tông SRCB Tổng hợp kết quả các trường hợp mô phỏng của bê tông xỉ

Từ các so sánh kết quả thực nghiệm mô phỏng cả 3 trường hợp của vật liệu bê tông xỉ

Bảng 4.4: Tổng hợp kết quả Tải trọng giữa thực nghiệm - mô phỏng bê tông SRCB

Các giai đoạn làm việc

Mô phỏng Wire liên kết (Embedded)

Mô phỏng Solid liên kết(Tie)

Mô phỏng Solid liên kết (Viscosity) Tải trọng

Bảng 4.5: Tổng hợp kết quả Chuyển vị giữa thực nghiệm - mô phỏng bê tông SRCB

Các giai đoạn làm việc

Thực nghiệm Mô phỏng Wire liên kết (Embedded) Mô phỏng Solid liên kết(Tie) Mô phỏng Solid liên kết (Viscosity) Chuyển vị

Khi mô phỏng dầm bê tông cốt thép sử dụng vật liệu bê tông xỉ, có thể nhận thấy những điểm khác biệt rõ rệt giữa các trường hợp Ở trường hợp 1b, với thép chịu lực là sợi và cốt thép được "Embedded" vào bê tông, sai số về chuyển vị không lớn nhưng sai số về tải trọng lại tương đối lớn Trong trường hợp 2b, khi sử dụng thép chịu lực là vật thể và cốt thép được "Tie" vào bê tông, sai số chuyển vị lớn hơn, trong khi sai số tải trọng ở mức trung bình Cuối cùng, ở trường hợp 3b, với thép chịu lực là vật thể và cốt thép có sự bám dính không hoàn hảo với bê tông, sai số của cả chuyển vị và tải trọng đều ở mức trung bình Kết quả mô phỏng cho thấy rằng sự bám dính không hoàn hảo giữa bê tông và cốt thép có thể chưa phản ánh chính xác thực nghiệm do các thông số mô hình kéo tuột từ bê tông Geopolymer chưa tương thích với bê tông xỉ.

4.4.4 Đánh giá kết quả mô phỏng dầm bê tông thường (RCB) Đối với mô phỏng dầm bê tông thường ta đưa ra các biểu đồ so sánh giá trị tải trọng - chuyển vị giữa dầm, phần mềm Abaqus có thể xuất được kết quả biến dạng giữa dầm để có thể với giá trị tải trọng - biến dạng giữa dầm kết hợp với kết quả thu được từ thực nghiệm (bằng Strain gauge gán ở giữa nhịp dầm) Kết quả so sánh được trình bày qua các biểu đồ bên dưới với các trường hợp được trình bày trên mục 3.3.4.3

+ Trường hợp 1c: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 3 tại mục 3.3.4.3

Hình 4.20: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô phỏng (Tie) bê tông RCB

+ Trường hợp 2c: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 2 tại mục 3.3.4.3

Hình 4.21: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô phỏng (Wire) bê tông RCB

+ Trường hợp 3c: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 1 tại mục 3.3.4.3

Hình 4.22: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô phỏng (Viscosity) bê tông RCB Tổng hợp kết quả các trường hợp mô phỏng của bê tông Thường

Kết quả thực nghiệm mô phỏng cho ba trường hợp của vật liệu bê tông thường được tổng hợp trong bảng 4.6 và bảng 4.7 dưới đây.

Bảng 4.6: Tổng hợp kết quả Tải trọng giữa thực nghiệm - mô phỏng bê tông RCB

Các giai đoạn làm việc

Mô phỏng Wire liên kết (Embedded)

Mô phỏng Solid liên kết(Tie)

Mô phỏng Solid liên kết (Viscosity) Tải trọng

Bảng 4.7: Tổng hợp kết quả Chuyển vị giữa thực nghiệm - mô phỏng bê tông RCB

Các giai đoạn làm việc

Mô phỏng Wire liên kết (Embedded)

Mô phỏng Solid liên kết(Tie)

Mô phỏng Solid liên kết (Viscosity) Chuyển vị

Sai số (%) Đàn hồi (max) 17.09 13.98 18.20 18.18 6.38 17.39 1.76 Đàn dẻo

Dựa vào các biểu đồ và bảng số liệu tổng hợp, có thể thấy rằng khi mô phỏng dầm bê tông cốt thép sử dụng vật liệu bê tông thường, có ba trường hợp khác nhau Trong trường hợp 1c, khi sử dụng thép chịu lực là sợi và cốt thép được “Embedded” vào bê tông, sai số ở các giai đoạn phá hoại về chuyển vị và tải trọng là tương đối lớn Trường hợp 2c, với thép chịu lực là vật thể và cốt thép được “Tie” vào bê tông, sai số ở các giai đoạn phá hoại ở mức trung bình Cuối cùng, trong trường hợp 3c, khi sử dụng thép chịu lực là vật thể và cốt thép có sự bám dính không hoàn hảo với bê tông được mô tả bằng hàm “Viscosity”, sai số ở các giai đoạn phá hoại rất thấp, và đường cong tải trọng – chuyển vị của mô phỏng gần như trùng khớp với thực nghiệm.

Kết quả mô phỏng dầm bê tông cho thấy sự bám dính không hoàn hảo giữa bê tông và cốt thép có sai số thấp so với thực nghiệm Các hệ số của mô hình kéo tuột của bê tông Geopolymer tương thích cao với bê tông thường Do đó, khi mô phỏng dầm bê tông cốt thép, cần chú ý đến sự bám dính không hoàn hảo để đảm bảo kết quả mô phỏng chính xác nhất.

4.4.5 So sánh kết quả mô phỏng của ba nền vật liệu khác nhau

Dựa vào các biểu đồ so sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng của ba nền vật liệu khác nhau, khi xem xét sự bám dính không hoàn hảo giữa bê tông và cốt thép, kết quả mô phỏng cho thấy bê tông Geopolymer sử dụng thép chịu kéo I14 và bê tông thông thường sử dụng thép chịu kéo I16 có sự tương đồng cao, với sai số chỉ dưới 5%, rất gần với kết quả thực nghiệm.

Kết luận cho thấy lực kéo tuột lớn nhất đạt giá trị max t n = 5.4E+007(N) và năng lượng phá hoại G IC = 2890 (N.m) của bê tông Geopolymer khi sử dụng cốt thép chịu kéo là ỉ14, phù hợp với bờ tường thường sử dụng cốt thép chịu kéo ỉ16.