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

TĨM TẮT Nghiên cứu thơng qua việc mơ mơ hình dầm bê tơng cốt thép loại vật liệu khác như: bê tông thường, bê tông xỉ thép, bê tông geopolymer, nhằm đánh giá bám dính khơng hồn hảo bê tơng – cốt thép vật liệu khác Kết nghiên cứu mối quan hệ tải trọng – chuyền vị vị trí dầm xét đến nhiều trường hợp mô như: thép chịu lực dính chặt vào bê tơng, thép chịu lực bê tơng có tồn mơ hình Viscosity Các kết thu từ mô so sánh với kết thí nghiệm loại bê tông tương ứng Kết luận nghiên cứu cho thấy đề cập tới bám dính khơng hồn hảo bê tơng cốt thép kết mơ kết thực nghiệm gần có sai số khơng lớn iii ABSTRACT This study simulates reinforced concrete beams of various materials such as concrete, steel slag concrete, and geopolymer concrete, in order to proof imperfect adhesive between concrete – steel when beam is destroyed The result of the study is that the relationship between load and spatial displacement at the center of the beams is considered in many simulated cases such as: bearing steel embedded (tie) to concrete or between reinforcing steel and concrete have viscosity make the steel slippery with concrete The results obtained from the simulation are compared with the results of the experiments of the respective types of concrete The conclusion of the study shows that when it comes to the imperfect adhesive steel with concrete, the results of simulation and experimental results are closest to each other iv MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU A.Tổng quan chung 1.1 Tóm tắt tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục đích nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài B.Tổng quan bê tông cốt thép 1.7 Tính chất bê tông cốt thép 1.8 Lực bám dính bê tơng cốt thép 1.9.Tính chất lý bê tơng 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 bám bê tơng cốt thép CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 2.1 Cơ chế liên kết bê tông cốt thép : 15 2.1.1 Liên kết dựa thành phần hóa học 15 2.1.2 Lực ma sát tạo liên kết 15 2.1.3 Liên kết cốt thép bê tông 16 2.2 Mơ hình bê tơng 16 2.2.1 Mô hình Hsu – Hsu (1994) 16 2.3.Mơ hình vật liệu thép mô 19 2.4.Mơ hình vật liệu thép đàn dẻo lý tưởng (SEPL) 20 2.5 Mơ hình kéo tuột 20 2.6 Tổng quan ABAQUS 21 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 22 v 3.1 Thông số tính tốn cho mơ hình 22 3.1.1 Mơ hình vật liệu bê tông 22 3.1.1.1 Thơng số mơ hình Hsu – Hsu (1994) 22 3.1.2 Mơ hình vật liệu thép 24 3.1.2.1 Thơng số mơ hình SEPL 24 3.1.2.2 Thông số mô hình IEPL 24 3.1.3 Loại phần tử mô tỉ lệ chia phần tử 25 3.1.3.1 Loại phần tử mô 25 3.1.3.2 Thơng số mơ hình phá hoại dẻo 25 3.2.1 Xây dựng cấu kiện 26 3.2.1.1 Cấu kiện mẫu bê tơng hình trụ 26 3.2.1.1.2 Đục lỗ cấu kiện 27 3.2.1.2 Cấu kiện thép chịu lực thí nghiệm kéo tuột 28 3.2.1.3 Cấu kiện thép đệm 30 3.2.2 Định nghĩa vật liệu gán đặc trưng vật liệu cho cấu kiện 30 3.2.2.1 Định nghĩa vật liệu 30 3.2.2.2 Định nghĩa thuộc tính mặt cắt 32 3.2.2.3 Gán thuộc tính mặt cắt cho cấu kiện 32 3.2.3 Lắp ghép cấu kiện 33 3.2.4 Định nghĩa ràng buộc 34 3.2.4.1 Giữa bê tông đệm thép: 34 3.2.4.2 Giữa bê tông thép chịu lực: 35 3.2.5 Định nghĩa tải trọng điều kiện biên 39 3.2.5.1 Định nghĩa tải trọng 39 3.2.5.2 Định nghĩa điều kiện biên 40 3.2.6 Chia lưới cho cấu kiện dầm 40 3.2.6.1 Thiết lập lưới 40 3.2.6.2 Phân chia lưới cho cấu kiệm dầm 41 3.2.7 Thiết lập bước phân tích 41 vi 3.2.8 Cơng tác phân tích 42 3.2.8.1 Định nghĩa công tác phân tích 42 3.2.8.2 Giao diện phân tích 43 3.3 Các bước mơ hình hóa dầm bê tơng phần mền ABAQUS 44 3.3.1 Xây dựng cấu kiện 44 3.3.1.1 Cấu kiện dầm bê tông 44 3.3.1.2 Cấu kiện đệm thép 46 3.3.1.3 Cấu kiện cốt thép đai 47 3.3.1.4 Cấu kiện cốt thép dọc chịu lực 48 3.3.1.5 Đục lỗ dầm bê tông 49 3.3.2 Định nghĩa vật liệu thuộc tính mặt cắt 50 3.3.2.1 Định nghĩa vật liệu 51 3.3.2.2 Định nghĩa thuộc tính mặt cắt 52 3.3.2.3 Gán thuộc tính mặt cắt cho cấu kiện 53 3.3.3 Định nghĩa lắp ghép cấu kiện 54 3.3.3.1 Dầm bê tông 54 3.3.3.2 Đệm thép 55 3.3.3.3 Cốt thép chịu lực 55 3.3.4 Định nghĩa ràng buộc 57 3.3.4.1 Ràng buộc cốt thép đai bê tông 57 3.3.4.2 Ràng buộc điểm đặt lực dầm bê tông 58 3.3.4.3 Ràng buộc thép chịu lực dầm bê tông 58 3.3.4.4 Ràng buộc thép đệm dầm bê tông 64 3.3.5 Định nghĩa tải trọng điều kiện biên 65 3.3.5.1 Định nghĩa tải trọng 65 3.3.5.2 Định nghĩa điều kiện biên 66 3.3.6 Chia lưới cho cấu kiện dầm 66 3.3.6.1 Thiết lập lưới 67 3.3.6.2 Phân chia lưới cho cấu kiệm dầm 67 vii 3.3.7 Thiết lập bước phân tích 68 3.3.8 Cơng tác phân tích 68 3.3.8.1 Định nghĩa cơng tác phân tích 68 3.3.8.2 Giao diện phân tích 69 3.3.9 Một số ý thiết lập phân tích mơ hình 70 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ SO SÁNH THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH MƠ PHỎNG DẦM BÊ TƠNG 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 72 4.4.Đánh giá kết mơ hình mơ 73 4.4.1 Đánh giá kết mô kéo tuột 73 4.4.2 Đánh giá kết mô dầm bê tông Geopolymer (GRCB) 76 4.4.3 Đánh giá kết mô dầm bê tông Xỉ (SRCB) 79 4.4.4 Đánh giá kết mô dầm bê tông thường (RCB) 82 4.4.5 So sánh kết mô ba vật liệu khác 82 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN, ĐÁNH GIÁ NGHIÊN CỨU VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 86 5.1 Kết luận đánh giá 86 5.2.Hướng nghiên cứu 86 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Hệ số độ tin cậy số loại bê tơng khí nén  bc kéo  bt Bảng 1.2: Các cường độ tiêu chuẩn bê tơng nặng cường độ tính tốn Bảng 1.3: Các cường độ tính tốn bê tơng tính theo trạng thái giới hạn thứ (MPa) Bảng 1.4: Môđun đàn hồi bê tông nặng điều kiện đông cứng tự nhiên Bảng 3.1: Thông số đặc trưng loại bê tông 22 Bảng 3.2: Thông số miền chịu nén mơ hình Hsu – Hsu 23 Bảng 3.3: Thông số miền chịu kéo mơ hình Hsu – Hsu 23 Bảng 3.4: Thông số đặc trưng cốt thép 24 Bảng 3.5: Thơng số đặc trưng mơ hình SEPL 24 Bảng 3.6: Thông số đặc trưng mơ hình IEPL 25 Bảng 3.7: Loại phần tử mô dầm 25 Bảng 3.8: Thơng số mơ hình phá hoại dẻo mơ hình 25 Bảng 4.1: Kết nội suy giá trị cho thép Ø14 76 Bảng 4.2: Tổng hợp kết Tải trọng thực nghiệm - mô bê tông GRCB 78 Bảng 4.3: Tổng hợp kết Chuyển vị thực nghiệm - mô bê tông GRCB 78 Bảng 4.4: Tổng hợp kết Tải trọng thực nghiệm - mô bê tông SRCB 81 Bảng 4.5: Tổng hợp kết Chuyển vị thực nghiệm - mô bê tông SRCB 81 Bảng 4.6: Tổng hợp kết Tải trọng thực nghiệm - mô bê tông RCB 83 Bảng 4.7: Tổng hợp kết Chuyển vị thực nghiệm - mô bê tông RCB 83 ix DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Quan hệ ứng suất biến dạng bê tông [16] Hình 1.1: Q trình trộn bê tơng Hình 2: Cơng tác đầm dùi Hình 3: Mẫu thí nghiệm kích thước 150 x 150 x150 mm Hình 1.4: Mơ hình thí nghiệm cấu kiện dầm [1] 10 Hình 5: Thiết kế dầm tính tốn [1] 10 Hình 6: Vị trí Strain gauge LVDT [1] 10 Hình 1.7: Lực kéo tuột thép gân Ø12 bê tông Geopolymer [17] 11 Hình 1.8: Lực kéo tuột thép gân Ø16 bê tông Geopolymer [17] 11 Hình 1.9: Lực kéo tuột thép gân Ø20 bê tơng Geopolymer [17] 12 Hình 1.10: kết thực nghiệm bê tông Geopolymer [1] 12 Hình 1.11: kết thực nghiệm bê tông xỉ thép [2] 13 Hình 1.12: kết thực nghiệm bê tông thường [3] 14 Hình 2.1: Cơ chế di chuyển lực liên kết [15] 15 Hình 2.2 - Mơ hình độ cứng chịu kéo - Nayal Rasheed (2006) [18] 17 Hình 2.3 - Mơ hình độ cứng chịu kéo sửa đổi cho Abaqus [18] 18 Hình 2.4 – Mơ hình đường cong nén bê tơng theo Hsu – Hsu 18 Hình 2.5 – Quan hệ ứng suất biến dạng khái quát hóa mơ hình thép [18] 19 Hình 2.6: Quan hệ ứng suất biến dạng mô hình thép (SEPL) [18] 20 Hình 2.7: Lực kéo tuột thép bê tông Geopolymer [19] 21 Hình 3.1: Cửa sổ Create Part Abaqus 26 Hình 3.2: Mơ hình hình học hai chiều cấu kiện bê tông 27 Hình 3.3: Cửa số Edit Base Extrusion 27 Hình 3.4: Mơ hình ba chiều mẫu bê tơng hình trụ 27 Hình 3.5: giao diện 2D vị trí đục lỗ 28 Hình 3.6: Mơ hình hình học ba chiều mẫu bê tơng sau đục lỗ 28 Hình 3.7: Cửa sổ Create Part Abaqus 29 Hình 3.8: Mơ hình hình học hai chiều cấu kiện thép chịu lực 29 x Hình 3.9: Cửa số Edit Base Extrusion 30 Hình 3.10: Mơ hình ba chiều thép chịu lực 30 Hình 3.11: cấu kiện thép đệm 30 Hình 3.12: Xác định thông số vật liệu bê tông 31 Hình 3.13: Cửa sổ định nghĩa thuộc tính mặt cắt cho bê tơng 32 Hình 3.14: Lựa đối tượng gán mặt cắt 33 Hình 3.15: Cửa sổ Edit Section Assignment 33 Hình 3.16: Cửa sổ Create Instance 34 Hình 3.17: Liên kết bê tông đệm thép 34 Hình 3.18: chọn phương pháp tương tác bề mặt 35 Hình 3.19: lực phá hoại lớn 36 Hình 3.20: lượng phá hoại lớn 36 Hình 3.21: hệ số độ nhớt 37 Hình 3.22: Lựa chọn phương pháp tiếp xúc 37 Hình 3.23: Lựa chọn mặt chủ tiếp xúc 38 Hình 3.24: Lựa chọn mặt lệ thuộc tiếp xúc 38 Hình 3.25: ràng buộc cốt thép bê tơng có viscosity 38 Hình 3.26: Cửa sổ Edit Boundary Condition 40 Hình 3.27: Cửa sổ Global Seeds 40 Hình 3.28: Mơ hình thiết lập chia lưới 41 Hình 3.29: Thơng báo chia lưới 41 Hình 3.30: Mạng lưới phần tử hữu hạn dầm bê tông 41 Hình 3.31: Cửa sổ Edit Step 42 Hình 3.32: Cửa sổ Create Job 42 Hình 3.33: Cửa sổ Edit Job 43 Hình 3.34: Cửa sổ Job Manager 43 Hình 3.35: Cửa sổ Create Part Abaqus 44 Hình 3.36: Mơ hình hình học hai chiều cấu kiện bê tơng 45 Hình 3.37: Kích thước mơ hình hình học hai chiều cấu kiện bê tơng 45 xi Hình 3.38: Cửa số Edit Base Extrusion 46 Hình 3.39: Mơ hình ba chiều cấu kiện dầm bê tông 46 Hình 3.40: Mơ hình hai chiều cấu kiện đệm thép 47 Hình 3.41: Mơ hình ba chiều cấu kiện đệm thép 47 Hình 3.42: Mơ hình hình học hai chiều cốt đai 48 Hình 3.43: Mơ hình hình học ba chiều cốt đai 48 Hình 3.44: Mơ hình hình học hai chiều cốt thép dọc 49 Hình 3.45: Mơ hình hình học ba chiều cốt thép dọc 49 Hình 3.46: giao diện 2D vị trí đục lỗ 50 Hình 3.47: Mơ hình hình học ba chiều dầm bê tơng đục lỗ 50 Hình 3.48: Xác định thông số vật liệu bê tông 51 Hình 3.49: Cửa sổ định nghĩa thuộc tính mặt cắt cho bê tơng 52 Hình 3.50: Cửa sổ định nghĩa thuộc tính mặt cắt cho cốt thép chịu lực 53 Hình 3.64: gán liên kết cho bê thông cốt thép 61 Hình 3.65: lựa chọn mặt chủ tiếp xúc 62 Hình 3.66: lựa chọn mặt tiếp xúc lệ thuộc 62 Hình 3.67: hồn thành gán ràng buộc cốt thép bê tông 62 Hình 3.68: Lựa chọn mặt chủ tiếp xúc 63 Hình 3.69: Lựa chọn mặt lệ thuộc tiếp xúc 63 Hình 3.70: ràng buộc cốt thép bê tông không viscosity 63 Hình 3.71: Ràng buộc cốt thép bê tông 64 Hình 3.72: Ràng buộc thép dầm bê tông 65 Hình 3.73: Cửa sổ Edit Boundary Condition 66 Hình 3.74: Cửa sổ Global Seeds 67 Hình 3.75: Mơ hình thiết lập chia lưới 67 Hình 3.76: Thơng báo chia lưới 67 Hình 3.77: Mạng lưới phần tử hữu hạn dầm bê tông 68 Hình 3.78: Cửa sổ Edit Step 68 Hình 3.79: Cửa sổ Create Job 69 xii Bảng 4.4: Tổng hợp kết Tải trọng thực nghiệm - mô bê tông SRCB Các giai đoạn làm việc Đàn hồi (max) Đàn dẻo (max) Thực nghiệm Tải trọng (kN) Mô Wire liên kết (Embedded) Tải trọng Sai số (kN) (%) Mô Solid liên kết(Tie) Tải trọng Sai số (kN) (%) Mô Solid liên kết (Viscosity) Tải trọng Sai số (kN) (%) 100 81.41 18.59 101.3 1.30 107.3 7.30 120 101.17 15.69 115.1 4.08 124.1 3.42 Bảng 4.5: Tổng hợp kết Chuyển vị thực nghiệm - mô bê tông SRCB Các giai đoạn làm việc Đàn hồi (max) Đàn dẻo (max) Thực Mô Wire nghiệm liên kết (Embedded) Chuyển vị Chuyển vị Sai số (mm) (mm) (%) Mô Solid liên kết(Tie) Chuyển vị Sai số (mm) (%) Mô Solid liên kết (Viscosity) Chuyển vị Sai số (mm) (%) 15.43 13.74 10.95 22.4 45.17 19.1 23.78 34.8 35 0.57 35 0.57 35 0.57 Dựa vào biểu đồ bảng số liệu tổng hợp ta dễ dàng nhận thấy mô dầm bê tông cốt thép sử dụng vật liệu bê tông xỉ: o Trường hợp 1b: Chúng ta sử dụng thép chịu lực sợi (Wire) cốt thép chịu lực “Embedded” vào bê tơng sai số giai đoạn phá hoại chuyển vị không lớn sai số tải trọng giai đoạn phá hoại tương đối lớn o Trường hợp 2b: Chúng ta sử dụng thép chịu lực vật thể (Solid) cốt thép chịu lực “Tie” vào bê tơng sai số giai đoạn phá hoại chuyển vị lại tương đối lớn sai số tải trọng giai đoạn phá hoại mức trung bình o Trường hợp 3b: Chúng ta sử dụng thép chịu lực vật thể (Solid) cốt thép chịu lực có đề cập tới bám dính khơng hồn hảo với bê tơng hàm “Viscosity” sai số giai đoạn phá hoại chuyển vị tải trọng mức trung bình Kết mơ dầm bê tông Xỉ đề cập tới bám dính khơng hồn hảo bê tơng cốt thép cịn chưa thật gần với thực nghiệm thơng số mơ hình kéo tuột truy xuất từ bê tơng Geopolymer chưa tương thích với bê tông Xỉ 81 4.4.4 Đánh giá kết mô dầm bê tông thường (RCB) Đối với mô dầm bê tông thường ta đưa biểu đồ so sánh giá trị tải trọng chuyển vị dầm, phần mềm Abaqus xuất kết biến dạng dầm để với giá trị tải trọng - biến dạng dầm kết hợp với kết thu từ thực nghiệm (bằng Strain gauge gán nhịp dầm) Kết so sánh trình bày qua biểu đồ bên với trường hợp trình bày mục 3.3.4.3 + Trường hợp 1c: so sánh Thực nghiệm Trường hợp mục 3.3.4.3 Hình 4.20: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô (Tie) bê tông RCB + Trường hợp 2c: so sánh Thực nghiệm Trường hợp mục 3.3.4.3 Hình 4.21: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô (Wire) bê tông RCB 82 + Trường hợp 3c: so sánh Thực nghiệm Trường hợp mục 3.3.4.3 Hình 4.22: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô (Viscosity) bê tông RCB Tổng hợp kết trường hợp mô bê tông Thường Từ so sánh kết thực nghiệm mô trường hợp vật liệu bê tơng thường ta có bảng tổng hợp kết bảng 4.6 bảng 4.7 Bảng 4.6: Tổng hợp kết Tải trọng thực nghiệm - mô bê tông RCB Các giai đoạn làm việc Đàn hồi (max) Đàn dẻo (max) Thực nghiệm Tải trọng (kN) Mô Wire Mô Solid liên kết liên kết(Tie) (Embedded) Tải trọng Sai số Tải trọng Sai số (kN) (%) (kN) (%) Mô Solid liên kết (Viscosity) Tải trọng Sai số (kN) (%) 85.61 77.04 10.01 79.44 7.21 84.68 1.09 94.64 88.2 6.80 85.8 9.34 95.77 1.19 Bảng 4.7: Tổng hợp kết Chuyển vị thực nghiệm - mô bê tông RCB Các giai đoạn làm việc Đàn hồi (max) Đàn dẻo (max) Thực nghiệm Chuyển vị (mm) Mô Wire Mô Solid Mô Solid liên kết liên kết liên kết(Tie) (Embedded) (Viscosity) Chuyển vị Sai số Chuyển vị Sai số Chuyển vị Sai số (mm) (%) (mm) (%) (mm) (%) 17.09 13.98 18.20 18.18 6.38 17.39 1.76 22.6 22.5 0.44 22.5 0.44 22.5 0.44 Dựa vào biểu đồ bảng số liệu tổng hợp ta dễ dàng nhận thấy mô dầm bê tông cốt thép sử dụng vật liệu bê tông Thường 83 o Trường hợp 1c: Chúng ta sử dụng thép chịu lực sợi (Wire) cốt thép chịu lực “Embedded” vào bê tơng sai số giai o đoạn phá hoại chuyển vị tải trọng giai đoạn phá hoại tương đối lớn o Trường hợp 2c: Chúng ta sử dụng thép chịu lực vật thể (Solid) cốt thép chịu lực “Tie” vào bê tơng sai số chuyển vị tải trọng giai đoạn phá hoại mức trung bình o Trường hợp 3c: Chúng ta sử dụng thép chịu lực vật thể (Solid) cốt thép chịu lực có đề cập tới bám dính khơng hồn hảo với bê tơng hàm “Viscosity” sai số giai đoạn phá hoại chuyển vị tải trọng thấp đường cong tải trọng – chuyển vị mô – thực nghiệm gần trùng Kết mô dầm bê tơng Thường đề cập tới bám dính khơng hồn hảo bê tơng cốt thép gần với thực nghiệm có sai số thấp so với thực nghiệm Ta kết luận hệ số mơ hình kéo tuột bê tơng Geopolymer có độ tương thích cao bê tơng thường khuyến cáo mô dầm bê tông cốt thép Thường nên đề cập tới bám dính khơng hồn hảo bê tơng cốt thép để kết mơ xác so với thực nghiệm 4.4.5 So sánh kết mô ba vật liệu khác Dựa vào biểu đồ so sánh thực nghiệm mô ba vật liệu khác hình 4.13 hình 4.19 Thì Chúng ta đề cập đến bám dính khơng hồn hảo bê tơng cốt thép thu kết mô bê tông Geopolymer sử dụng thép chịu kéo Ø14 bê tông thường sử dụng thép chịu kéo Ø16 tương đồng gần với kết thực nghiệm, có sai số thấp 5% Vì ta đưa kết luận: lực kéo tuột lớn tương ứng tnmax = 5.4E+007(N) lượng phá hoại GIC = 2890 (N.m) bê tông Geopolymer sử dụng cốt thép chịu kéo Ø14 tương thích với bê tơng thường sử dụng cốt thép chịu kéo Ø16 Tiếp theo dựa vào biểu đồ so sánh thực nghiệm mô ba vật liệu khác hình 4.13 hình 4.16 Thì Chúng ta đề cập đến bám dính khơng hồn hảo bê tơng cốt thép, thu kết mô bê tông Geopolymer bê tông Xỉ thép sử dụng thép chịu kéo Ø14 không tương đồng, kết mô bê tơng Xỉ thép có sai số chưa thật tốt 84 Ta đưa kết luận: lực kéo tuột lớn tương ứng lượng phá hoại tnmax = 5.4E+007(N) GIC = 2890 (N.m) bê tơng Geopolymer khơng tương thích với bê tơng Xỉ thép 85 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN, ĐÁNH GIÁ NGHIÊN CỨU VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 5.1 Kết luận đánh giá Qua kết nghiên cứu trình bày rút kết luận sau: Mơ tính tốn dầm bê tơng phần mềm Abaqus thay đổi thơng số tính toán thuận tiện, giảm giá thành thời gian nghiên cứu, cho kết nghiên cứu tương đối xác Bên cạnh đó, để đạt kết tính tốn xác nhất, người sử dụng phần mềm cần quản lý tốt nhân tốt ảnh hưởng đến kết tính tốn mơ hình vật liệu bê tơng, mơ hình vật liệu thép, tỉ lệ chia phần Trong nghiên cứu đề xuất việc mô dầm bê tông cốt thép nên thể hiển chi tiết ràng buộc bê tông cốt thép chịu lực, qua thể bám dính khơng hồn hảo bê tơng cốt thép, để nhằm mục đích có kết mơ xác so với kết thực nghiệm Thông qua kết tốn mơ ta nhận thấy thơng số mơ hình kéo tuột bê tơng Geopolymer đưa vào mô dầm bê tông cốt thép sử dụng vật liệu bê tơng Geopolymer có đề cập đến bám dính khơng hồn hảo cốt thép bê tơng cho kết xác so với kết thực nghiệm Các thông số mơ hình kéo tuột bê tơng Geopolymer tương thích với vật liệu bê tơng thường mơ phịng dầm bê tơng thường có đề cập đến bám dính khơng hồn hảo bê tơng cốt thép Nhưng vật liệu bê tơng Xỉ thơng số từ mơ hình kéo tuột có độ tương thích chưa cao dẫn đến kết cịn chưa gần với thực nghiệm dầm bê tông Xỉ thép 5.2 Hướng nghiên cứu Ta thấy có kết thí nghiệm kéo tuột bê tơng Geopolymer dễ dàng mơ lại phần mềm Abaqus Qua truy xuất giá trị độ nhớt, lực kéo tuột lớn nhất, lượng phá hủy lớn nhất… Các kết dễ dàng đưa vào việc mô dầm bê tông Geopolymer, đề cập sâu ràng buộc bê tông cốt thép chịu lực, nhằm thể rõ bám dính khơng hồn hảo bê tơng cốt thép, qua thu kết sai số mơ thực nghiệm thấp Cịn bê tơng Xỉ chưa có kết thí nghiệm kéo tuột để áp dụng vào việc mơ dầm bê tông Xỉ, kết mơ thực nghiệm cịn sai số 86 lớn Chính qua nghiên cứu có đề xuất hướng nghiên cứu thực thêm thí nghiệm kéo tuột loại vật liệu khác bê tơng Xỉ, để qua truy xuất hệ số thí nghiệm kéo tuột nhằm mục đích đưa vào mơ dầm bê tơng Xỉ để có kết mơ có sai số với kết thực nghiệm thấp 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dương Văn Dũng “Nghiên cứu ứng xử dầm bê tông Geopolymer cốt sợi sử dụng tro bay” Luận văn thạc sĩ Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp HCM, 2016 [2] Nguyễn Hồng Vũ “Ứng xử cấu kiện bê tông cốt thép cốt liệu xỉ thép” Luận văn thạc sĩ Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp HCM, 2015 [3] Nguyễn Tất Thành “Khảo sát mơ hình phá hoại dẻo dầm bê tơng xỉ thí nghiệm uốn ba điểm” Luận văn thạc sĩ Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp HCM, 2016 [4] Lê Quý Đức “Phân tích trường biến dạng dầm bê tông cốt thép chịu uốn phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số” Luận văn thạc sĩ Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp HCM, 2017 [5] B Engstrom Restraint cracking of reinforced concrete structures Chalmers University, pp 67-72, 2007 [6] Alaka Ghosh Modeling the bond stress at steel-concrete interface for uncorroded and corroded reinforcing steel BUET, Bangladesh, pp 16-21, 2000 [7] C Frederick and P Armstrong “A mathematical representation of the multiaxial Bauschinger effect” In: Materials at High Temperatures 24.1 (2007), pp 1-26 [8] M Jir´asek “Damage and smeared crack models” In: Numerical modeling of concrete cracking Springer, 2011, pp 1-49 [9] Stephen King, Tony Richards “Solving Contact Problems with Abaqus” In: DSUK Ltd, 2013 [10] Dimosthenis Floros Olafur Modelling and simulation of reinforced concrete beams Chalmers University, pp 30-35, 2013 [11] Qixin Du Finite Element Modelling of Steel/Concrete Bond for Corroded Reinforcement University of Ottawa Ottawa, Canada 2016 [12] Z P Baiant “Mechanics of distributed cracking” In: Appl Mech Rev 39.5 (1986), pp 675-705 [13] Alaka Ghosh Modeling the bond stress at steel-concrete interface for uncorroded and corroded reinforcing steel BUET, Bangladesh, pp 16-21, 2000 [14] G C Lykidis and K Spiliopoulos “3D solid finite-element analysis of cyclically loaded RC structures allowing embedded reinforcement slippage” In: Journal of structural engineering 134.4 (2008), pp 629-638 [15] TCXDVN 5574:2012 “Kết cấu bê tông bê tông cốt thép” – Tiêu chuẩn thiết kế NXB xây dựng [16] Các tính lý vật liệu dùng cho kết cấu bê tông cốt thép số tiêu chuẩn hành Intermet: http://www.ibst.vn/DATA/admin/Tapchi2011/Le%20Trung%20Phong4.2009.pd f 30/05/2016 [17] Phạm Đức Thiện, Tạ Tuấn Anh, Phan Đức Hùng Nghiên cứu bám dính bê tơng geopolymer cốt thép Tạp Chí Xây Dựng Việt Nam Số 8-2017, Trang 102-108 8-2017 [18] Hsu, L.S., & Hsu, C.-T.T (1994) Complete stress-strain behaviour of highstrength concrete under compression Magazine of Concrete Research, 46(169), pp 301-312,1994 [19] Eivind, Hognestad.: A Study of Combined Bending and Axial Load in Reinforced Concrete Members ENGINEERING EXPERIMENT STATION, University of Illinois, Urbana, November 1951 Bulletin Series No 399, ENGINEERING EXPERIMENT STATION, University of Illinois, Urbana, Vol 49, No 22 Bulletin Series No 399A, Vol 49, No 22 [20] Modeling Fracture and Failure with Abaqus In: Dassault systemes, lecture 2013 [21] Abaqus Analysis User Manual – Abaqus Version 6.8 (2008) Internet: http://bee-pg-031941:2080/v6.8/books/usb/default.htm, 03/05/2016 Mô dầm bê tơng cốt thép xét đến bám dính khơng hồn hảo bê tơng cốt thép dầm bị phá hoại Modelling of reinforced concrete beams take into consideration the imperfect bond steel with concrete when damaged concrete beam Lê Anh Thắng1,*, Phan Viết Đức Hoàng2 Nguyễn Sĩ Hùng Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Đại Học Lạc Hồng Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh *Email: thangla@hcmute.edu.vn Tóm Tắt: Khai thác sản xuất đá xây dựng vấn đề nóng bỏng Nó gây ô nhiễm, hủy hoại môi trường, làm tài nguyên thiên nhiên suy giảm Bên cạnh đó, phế liệu sản xuất ngành công nghiệp thép, xỉ thép, khơng ngừng gia tăng mặt khối lượng Chất thải gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường không xử lý cách Xỉ thay cho đá nghiền bê tông vấn đề nhiều người quan tâm, định hướng cho phát triển bền vững Để ước lượng ảnh hưởng lực bám dính vật liệu bê tông xỉ cốt thép cấu kiện thật, thí nghiệm uốn dầm bê tơng xỉ mơ mơi trường ABAQUS Mơ hình dầm chịu uốn có xét khơng xét bám dính bê tông xỉ cốt thép đánh giá thí nghiệm Căn vào kết phân tích, mơ hình dầm xỉ có xét đến khả bám dính bê tơng xỉ cốt thép cho kết gần với thực nghiệm Từ khóa: lực dính bám, bê tơng xỉ, mơ lực bám dính Giới thiệu Bê tông xỉ loại bê tông tương đối nặng so với bê tông thông thường Mức độ bền vững thân thiện với môi trường đánh giá mức chấp nhận Hiện nay, loại vật liệu nghiên cứu nhằm ứng dụng thay phần bê tông truyền thống, đảm bảo điều kiện mặt chịu lực giảm tác động đến môi trường phế thải công nghiệp Trong cấu kiện bê tông cốt thép, độ bám dính bê tơng thép đóng vai trị quan trọng tạo liên kết giúp cho bê tông cốt thép có làm việc chung Khả bám dính bê tơng cốt thép phụ thuộc vào loại bê tông nền, hàm lượng thành phần cấp phối, điều kiện dưỡng hộ bê tông, trạng thái bề mặt dọc theo biên cốt thép … Bài báo chủ yếu tập trung vào việc đánh giá kết mô xét không xét mơ hình dính bám vật liệu bê tơng xỉ cốt thép Mơ hình kiểm chứng thông qua thực nghiệm Thực nghiệm uốn dầm theo mô hình uốn ba điểm thực trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh Mẫu thí nghiệm dầm bê tơng xỉ kích thước lớn Giống nhiều nghiên cứu khác [1,2,3,4], mô thí nghiệm uốn dầm bê tơng xỉ thực mơi trường ABAQUS Thí nghiệm uốn dầm bê tông xỉ thép 2.1 Thành phần cấp phối, thiết bị thí nghiệm Cấp phối bê tơng xỉ dùng cho thí nghiệm uốn dầm giới thiệu Bảng Thí nghiệm sử dụng LVDT (Linear Variable Displacement Transducer) để đo độ võng dầm, Hình 1a Dụng cụ ghi nhận số liệu thí nghiệm thể Hình 1b (b) (a) Hình Dụng cụ đo (a) LVDT (Linear Variable Displacement Transducer), (b) Máy ghi số liệu thực nghiệm Bảng Thành phần cấp phối mẫu dầm bê tông xỉ (1m3) Xi măng (kg) Cát (kg) Xỉ thép (kg) Nước (l) N/XM Phụ gia (ml) Rn (MPa) 411,7 687,1 1431,3 190 0,46 4,1 40,7 2.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm Các mẫu dầm bê tơng xỉ mẫu thử đúc thời điểm Mẫu dầm thí nghiệm thể Hình Dầm bê tơng có kích thước 3300 x 200 x 300 Các gối đỡ đặt cách đầu dầm 150 mm Cốt thép chịu kéo 5Ф14, diện tích tiết diện ngang As = 153.9mm Cốt thép cấu tạo, chịu nén, bố trí 2Ф12, diện tích tiết diện ngang As = 113.1 (mm2) Cốt thép đai bố trí suốt chiều dài dầm, Ф6a100, As= 28.3 mm2.Tải trọng tác dụng thẳng đứng dầm Các mẫu thử cường độ bê tơng hình khối vng 15x15x15cm tạo với cấp phối với dầm bê tông xỉ, thể minh họa Hình Kết khả chịu nén trung bình mẫu thử đạt Rn = 40,7(MPa) Hình Mẫu dầm thí nghiệm Hình Mẫu thí nghiệm kích thước 15x15x15 cm Mơ thí nghiệm 3.1 Mơ hình bê tơng Mơ hình Hsu – Hsu [5] chọn cho vật liệu bê tông Chúng dùng để mô ứng xử phi tuyến vật liệu bê tơng thơng qua hai mơ hình ứng xử vật liệu riêng biệt Một mơ hình cho vật liệu bê tông chịu kéo, cho bê tông chịu nén Chúng xây dựng dựa cường độ chịu nén bê tông, cu, thể Hình (a) (b) Hình Mơ hình vật liệu bê tơng (a) nhánh chịu kéo, (b) nhánh chịu nén 3.2 Mơ hình thép Mơ hình đàn dẻo lý tưởng chọn để mô ứng xử cốt thép [6], thể Hình Mơ hình xác định dựa vào thơng số thép modul đàn hồi Es, cường độ chịu kéo fy Hình Mơ hình vật liệu cốt thép 3.3 Mơ hình bám dính Mơ hình bám dính thể Hình Mơ hình xác định dựa ứng suất trượt lớn tnmax lượng G IC , tính diện tích vùng xậm màu [7] Hình Mơ hình bám dính 3.4 Loại phần tử Dầm bê tơng xỉ mơ hình 3D Sử dụng loại phần tử khối (Solid) C3D8R cho bê tông thép đệm Cốt thép mô loại phần tử T3D2 khơng xét đến bám dính bê tơng thép Khi xét bám dính cốt thép mô phần tử C3D8R Các loại phần tử có thư viện phần tử phần mềm ABAQUS [8] 3.5 Sự tương tác thành phần Các phần tử bê tông, thép chịu lực đệm thép xây dựng riêng lẻ Các phần tử làm việc chung đồng thời chịu lực thông qua ràng buộc Ràng buộc đệm thép bê tông khai báo liên kết “Tie” Ràng buộc phù hợp với giả thuyết trượt đệm thép bê tơng dầm chịu uốn Ràng buộc cốt thép chịu lực bê tông khảo sát thông qua hai trường hợp  Trường hợp 1: cốt thép chịu lực mơ tả loại phần tử “Wire”, liên kết dính chặt với dầm bê tông Đây trường hợp không xét đến độ dính bám cốt thép bê tông  Trường hợp 2: cốt thép chịu lực khai báo loại phần tử “Solid” Liên kết dính báo bê tông xỉ cốt thép theo mô hình mơ tả trên, mơ hình “Viscosity” Hình thức tiếp xúc thép bê tông mặt tiếp xúc, “Suface to Suface” Kết phân tích đánh giá Hình thể kết so sánh độ võng dầm hai trường hợp phân tích Hình 8a thể độ võng dầm tăng theo tải trọng uốn trường hợp khơng mơ hình lực dính bám bê tơng xỉ cốt thép Hình 8b thể độ võng dầm tăng theo tải trọng uốn trường hợp có mơ hình lực dính bám bê tơng xỉ cốt thép Các thông số vật liệu sử dụng mô bao gồm: cường độ nén bê tông Rb=40,7 MPa, modul đàn hồi bê tông Eb=28x103 MPa, Cường độ kéo cốt thép Rs=360 MPa, mô đun đàn hồi cốt thép Es=210x103 MPa, ứng suất trượt lớn tnmax =54 kN lượng GIC =2,89 kN.m Để dễ quan sát mức độ phù hợp mô thực nghiệm, giá trị tải trọng giai đoạn làm việc dầm tổng hợp đánh giá Bảng Tải trọng cuối giai đoạn tuyến tính tải trọng đạt trước đường thể mối liên hệ tải trọng uốn độ võng dầm bị uốn cong Tải phá hoại tải trọng cuối đường cong Sai số có trường hợp khơng xét tính bám dính thép bê tông xỉ 18,6 15,7% Sai số có trường hợp xét tính bám dính thép bê tơng xỉ 2,3 1,72% Vậy nói mơ hình dầm bê tơng xỉ xét đến bám dính cốt thép bê tông xỉ cho kết tốt hơn, tiệm cận với thực nghiệm có sai số thấp Thông số vật liệu đề nghị cho mơ hình bám dính thép bê tơng xỉ hợp lý (a) (b) Hình So sánh thực nghiệm mơ (a) khơng xét đến tính bám dính thép bê tơng xỉ (b) xét đến tính bám dính thép bê tơng xỉ Bảng So sánh giá trị tải trọng đạt Thực nghiệm Các giai đoạn làm việc Trường hợp mơ hình dính bám Trường hợp có mơ hình dính bám Tải trọng (kN) Tải trọng (kN) Sai số (%) Tải trọng (kN) Sai số (%) Cuối giai đoạn tuyến tính 100 81,4 18,6 102,3 2,30 Tải phá hoại 120 101,2 15,7 122,1 1,72 Kết luận Để nghiên cứu làm việc đồng thời bê tông xỉ cốt thép cấu kiện lớn, thí nghiệm uốn dầm bê tơng xỉ kích thước 3300 x 200 x 300 thực Dầm thí nghiệm mơ mơi trường ABAQUS Các mơ hình dầm có xét khơng xét đến ứng xử bám dính cốt thép bê tông xỉ đánh giá kết thực nghiệm Thơng số vật liệu cho mơ hình bám dính hai vật liệu đề xuất Kết so sánh cho thấy, mơ hình dầm chịu uốn có xét đến bám dính thép bê tơng xỉ cho kết gần với thực nghiệm Điều chứng tỏ, mơ hình xét đến bám dính thép bê tông xỉ mô làm việc thực dầm, thơng số mơ hình đề xuất hợp lý Lời cảm ơn Chúng trân thành cảm ơn thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật hỗ trợ hoàn thành báo Tài liệu tham khảo [1] Dimosthenis Floros Olafur Modelling and simulation of reinforced concrete beams Chalmers University, pp 30-35, (2013) [2] Alaka Ghosh Modeling the bond stress at steel-concrete interface for uncorroded and corroded reinforcing steel BUET, Bangladesh, pp 16-21, (2000) [3] Lin Y.H Vibration analysis of Timoshenko beams traversed by moving loads Journal of Marine Science and Technology (4), pp 25-35, (1994) [4] Qixin Du Finite Element Modelling of Steel/Concrete Bond for Corroded Reinforcement University of Ottawa Ottawa, Canada, (2016) [5] Wahalathantri, Thambiratnam, Chan Fwazia A material model for flexural crack simulation in reinforced concrete elements using abaqus In Proceedings of the International Conference on Engineering, Brisbane, pp 260-264, (2011) [6] Mien Van Tran, Chanh Van Nguyen, Toyaharu NAWA, Boonchai Stimannaithum, Properties of High Strength Concrete Using Steel Slag Coarse Aggregate, pp 72 – 75, (2012) [7] Modeling Fracture and Failure with Abaqus In: Dassault systemes, lecture (2013) [8] Abaqus Analysis User Manual – Abaqus Version 6.8 (2008) Retrieved November 5, 2010, from http://bee-pg-031941:2080/v6.8/book/usb/default.htm ... thép Các tính chất lý bê tông cốt thép tham khảo TCXDVN 5574:2012 “Kết cấu bê tông bê tông cốt thép? ?? [15-16] Cấp độ bền bê tông Khi thiết kế kết cấu bê tông bê tông cốt thép cần định tiêu chất... Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn dựa phần mềm phân tích mô cấu kiện bê tông cốt thép Abaqus để mô dầm bê tông cốt thép thể bám dính khơng hồn hảo bê tơng cốt thép. .. cấu kiện dầm bê tông cốt thép thường bê tông Geopolymer mô có tính đến bám dính khơng hồn tồn bê tông cốt thép cấu kiện bị phá hoại có gần với kết thực nghiệm hay khơng So sánh kết thu mô với kết