Ảnh hưởng của bố trí các thanh thép hình chữ I đến khả năng chịu lực của dầm thép - bêtông liên hợp

Bài viết Ảnh hưởng của bố trí các thanh thép hình chữ I đến khả năng chịu lực của dầm thép - bêtông liên hợp tác giả sẽ dùng phần mềm Abaqus để mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng của việc bố trí các thanh thép hình chữ I gia cường đến khả năng chịu lực của dầm cho 4 trường hợp, gồm 2 thanh thép hình giống và khác nhau nhưng có cùng tổng tiết diện ở các vị trí khác nhau trong mặt cắt ngang dầm.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 ẢNH HƯỞNG CỦA BỐ TRÍ CÁC THANH THÉP HÌNH CHỮ I ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM THÉP - BÊTÔNG LIÊN HỢP Vũ Thị Thu Thủy Khoa Cơng trình, Đại học Thủy lợi, email: thuy.kcct@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Hiện nay, kết cấu thép - bê tông liên hợp áp dụng rộng rãi giới nước cho lĩnh vực cầu đường, công trình kỹ thuật, đặc biệt nhà cao tầng Với kết cấu thép - bê tơng liên hợp có thép hình có tiêu chuẩn Eurocode AISC 2010, 2016, hay (Hội, 2006) đưa dẫn thiết kế Tuy nhiên, với kết cấu liên hợp có nhiều thép hình chưa có tiêu chuẩn đề cập tới, có số nghiên cứu thực nghiệm lẫn mô hình số Các tác giả Lin Chen nnk, 2015 hay Ying Qin nnk, 2017 nghiên cứu ứng xử tường liên hợp với nhiều thép hình Toản, 2015 trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm ứng xử dầm thép - bêtông liên hợp có chữ I đưa số đề xuất mơ hình thiết kế cho loại dầm từ kết thí nghiệm Hai tác giả Toản Thủy, 2016 sử dụng phần mềm Abaqus để mô làm việc dầm liên hợp kiểm định mơ hình với kết thực nghiệm Toản, 2015 Trong đó, việc bố trí hay vị trí thép hình tiết diện đặt để phát huy tối đa khả chịu lực kết cấu, lại chưa có nghiên cứu đánh giá Chính vậy, phạm vi báo này, tác giả dùng phần mềm Abaqus để mô đánh giá ảnh hưởng việc bố trí thép hình chữ I gia cường đến khả chịu lực dầm cho trường hợp, gồm thép hình giống khác có tổng tiết diện vị trí khác mặt cắt ngang dầm 62 PHẦN MỀM ABAQUS VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH Các phần mềm phân tích kết cấu dùng phương pháp phần tử hữu hạn thông dụng SAP2000, ANSYS hay Abaqus Trong Abaqus phần mềm mạnh mơ tả chi tiết thành phần kết cấu bêtông, cốt thép, thép hình riêng biệt lắp ráp chúng lại để tạo thành mơ hình 3D hồn chỉnh Đặc biệt Abaqus cho phép người tính mơ tả mơ hình vật liệu từ giai đoạn đàn hồi, chảy dẻo không đàn hồi phá hủy Thêm tác giả (Toản Thủy, 2016) sử dụng phần mềm để mơ hình hóa dầm thép - bêtơng liên hợp có nhiều thép hình Kết phù hợp mơ hình số với thí nghiệm cho thấy phần mềm Abaqus dùng làm công cụ hữu hiệu để mô cho trường hợp dầm Do đó, Abaqus lựa chọn để phân tích kế cấu dầm thép - bêtơng liên hợp nghiên cứu Sơ đồ dầm chọn dầm đơn chịu uốn phẳng với kích thước (mm) Hình Hình Sơ đồ dầm dùng nghiên cứu Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Chiều dài tính tốn dầm chọn Lo =10m Chiều dài thực dầm L=11m Tâm gối đỡ cách mép dầm 0,5m Hình Kích thước tiết diện ngang chọn bh=3555cm với tỉ lệ Lo /h=18 h/b=1,57 Bốn trường hợp tính tốn dầm thép-bê tơng liên hợp thể Hình 1) 2) 120 120 160 160 3) 4) 140 140 140 140 Bảng Các thông số thép Loại thép IPE S355  20  12 fy (MPa) 355 365 290 fu (MPa) 380 390 310 Es (GPa) 210 200 200 Kiểu phần tử bê tơng thép hình dạng khối (solid) C3D8R với điểm nút, chia dạng phân vùng, kích thước 50mm Kiểu phần tử thép dọc ϕ20 đai ϕ12 dạng bó (truss) T3D2 với điểm nút (vì chúng chịu lực theo phương dọc trục), kích thước 25mm Liên kết “embedded - nhúng” sử dụng cho thép ϕ12 ϕ20 với bê tông, “surface to surface - mặt với mặt” sử dụng cho thép hình bê tơng Để dễ kiểm soát phá hoại dầm, tải trọng tác dụng thay chuyển vị tập trung đặt nhịp dầm, tăng dần đến 100mm hướng xuống dưới, điểm A mặt phẳng cứng tuyệt đối dài 25cm, rộng bề rộng dầm (Hình 1) Mỗi trường hợp thực theo 300 bước gia tải KẾT QUẢ TÍNH TỐN Hình Mặt cắt ngang tiết diện dầm với vị trí khác thép hình Với tổng diện tích tiết diện chữ I trường hợp tương đối 33cm2 Thơng số đặc trưng hình học thép chữ I lấy theo thép hình IPE chuẩn châu Âu Các thép thường chọn giống cho trường hợp Thép đai 12 (1,13cm2 ) với bước đai 20cm thép dọc 20 có gờ (3,14cm2) góc cốt đai Hình 2, lớp bê tơng bảo vệ dày 5cm Các thông số vật liệu chọn sau: bê tông sử dụng để đúc dầm C30 theo tiểu chuẩn Eurocode với cường độ chịu nén đặc trưng bêtơng mẫu hình trụ tuổi 28 ngày fck =30MPa, cường độ chịu kéo trung bình fctm=2,9MPa, mơ hình vật liệu sử dụng Abaqus phi tuyến Thép hình IPE S355 thép thường có thơng số Bảng Trong fy giới hạn chảy, fu giới hạn bền Es mơđun đàn hồi thép 63 Hình biểu diễn mối quan hệ tải trọng tác dụng chuyển vị theo phương đứng điểm A trường hợp Nó cho thấy dầm thép - bêtơng liên hợp đặt chữ I nằm ngang (TH2, TH4) chịu lực tốt chữ I đặt đứng (TH1, TH3) Cụ thể TH2 (2 chữ I đặt nằm ngang, I120 I160 dưới) có khả chịu lực lớn tương ứng với đường liền cùng, TH3 (2 I140 đặt thẳng đứng) có khả chịu lực nhỏ ứng với đường chấm Đó trọng tâm nằm ngang gần với mép nén kéo nên chịu nhiều ứng suất nén, kéo so với trường hợp đặt đứng Thêm bê tông miền nén chịu lực với thép dọc thép chữ I phía trên, miền kéo bê tơng sớm bị nứt khơng tham gia vào q trình chịu lực, nên trường hợp chữ I bé đặt trên, chữ I to đặt hợp lý mặt chịu lực tiết kiệm thép Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Hình Đường cong quan hệ tải trọng tác dụng chuyển vị A (F~UA ) Hình cho thấy giai đoạn trình chịu lực Giai đoạn 1: Khi lực tác dụng F50kN chuyển vị A UA  4mm, dầm làm việc giai đoạn đàn hồi, trường hợp có ứng xử với đường quan hệ F~UA trùng (đây giai đoạn bêtông miền kéo chưa bị nứt); Giai đoạn 2: bêtông miền kéo bị nứt, 4mm