Phân tích ứng xử cột thép nhồi bê tông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ∞0∞ PHẠM ĐỨC DUY PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỘT THÉP NHỒI BÊ TÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Tai Lieu Chat Luong TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ∞0∞ PHẠM ĐỨC DUY PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỘT THÉP NHỒI BÊ TƠNG Chun ngành: Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số chuyên ngành: 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN PHÚ CƯỜNG TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020 LỜI CẢM ƠN Học viên chân thành cám ơn hỗ trợ tài tài trợ quỹ nghiên cứu khoa học Bộ Giáo Dục Đào Tạo (MOET) Việt Nam, (mã số B2019-MBS-01) Cũng nhờ kinh phí mà luận văn tiến hành thuận lợi Thêm nữa, học viên chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Phú Cường, người thầy tận tình hướng dẫn, truyền đạt nhiều kiến thức chun mơn thực tế q trình học viên thực luận văn tốt nghiệp Học viên gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy, cô giảng dạy lớp cao học Xây Dựng Dân Dụng Cơng Nghiệp khóa 2017-2020 Các thầy, truyền đạt kiến thức quý giá, tảng vững để học viên hồn thành luận văn tốt nghiệp Tiếp theo, học viên gửi lời cảm ơn đến tác giả trước nghiên cứu, công bố cung cấp tài liệu có liên quan đến luận văn để học viên tham khảo hoàn thành luận văn Cuối xin gửi lời biết ơn sâu sác đến cha mẹ anh chị quan tâm chăm sóc động viên Chân thành cám ớn ơn bạn học viên cao học Xây Dựng kích lệ tinh thần để hồn thành tốt khóa học Xin chân thành cảm ơn ! TP Hồ Chí Minh, ngày ……, tháng ……, năm …… Học viên PHẠM ĐỨC DUY -i- TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn tập trung nghiên cứu mơ hình vật liệu quan hệ ứng xử cột thép nhồi bê tông Một mô hình vật liệu bê tơng ( - ) đề xuất luận văn có xét đến tượng phi tuyến mặt vật liệu, ứng suất dư đặc biệt vỏ thép cột vuông Ứng suất ép ngang (fB) vỏ thép tác lên lõi bê tơng tính tốn cụ thể đề xuất công thức để xác định dựa phương pháp hồi quy đa biến với tham số như: tỷ số D/t-(Beq/t), cường độ bê tông (fc’), cường độ thép (fy) Kết hồi quy đánh giá 80 mẫu có đường cong lực biến dạng Sau đó, dự sở liệu 900 mẫu thí nghiệm từ cơng bố quốc tế từ phịng thí nghiệm nên tảng đánh giá kiểm chứng mơ hình thơng qua tỷ số Ntest/Nu Mơ hình đề so sánh với mơ hình nghiên cứu trước phát triển Các giá trị trị lực nén tới hạn (Nu) mơ hình làm tiền đề để so với giá trị dự đoán tiêu chuẩn hành, công thức đề xuất trước Một công thức đề xuất tính giá trị lực nén tới hạn cách xác dựa đóng góp lõi bê tông ống thép -ii- ABSTRACT Thesis focuses was research material models and behavioral in concrete-filled steel tube columns A new model of concrete materials ( - ) is proposed in the thesis considering effect such as geometrical nonlinearity, material nonlinearity, residual stress in steel The confining stress (fB) of the steel tube acting on the concrete core was calculated specifically and propose the formula to determine based on the multive regression method of parameters such as: ratio D / t- (Beq / t), concrete strength (fc), steel strength (fy) Regression results will evaluated on 80 test with load-displacement curve Database of more than 900 experimental samples from international publications and from laboratories is the foundation for evaluating and verifying the new model The results from new model was compared with previous research models, thereby showing the accuracy of the proposed model The ultimate load (Nu) of the models was compared with the predicted codes current standards and the previously proposed formulas A proposed formula to calculate load carrying capacity correctly based on the contributions of the concrete core and steel tubes -iii- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT luận văn ii ABSTRACT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii DANH MỤC BẢNG x Chương 1: TỔNG QUAN - 1.1 GIỚI THIỆU - - 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU - Tình hình nghiên cứu giới - Tình nghiên cứu nước - MỤC TIÊU VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU - 10 - 1.3 Mục tiêu nghiên cứu - 10 Hướng nghiên cứu - 11 CẤU TRÚC LUẬN VĂN - 11 - 1.4 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - 11 2.1 LÝ THUYẾT ĐÀN HỒI - 11 - 2.2 TENSOR ỨNG SUẤT - 11 - 2.3 TENSOR BIẾN DẠNG - 14 - Chương 3: MƠ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN - 16 3.1 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM THƯƠNG MẠI ABAQUS - 16 - 3.2 MƠ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN - 16 Mơ hình phần tử - 16 a) Phần tử khối – C3D8R - 16 -iv- b) Phần từ – S4R, CAX4 - 18 - c) So sánh phần tử - 20 Chia lưới phần tử - 22 Sự tương tác vỏ thép lõi bê tông - 23 Các điều kiện ban đầu - 23 - a) Điều kiện biên - 23 - b) Điều kiện tải trọng - 25 - 3.3 THUẬT TOÁN GIẢI PHI TUYẾN - 26 Bước, bước tăng tải bước lặp (Steep, Increments, Iterations) - 26 Sự hội tụ - 26 - Chương 4: MƠ HÌNH VẬT LIỆU - 30 4.1 CƠ CHẾ CHỊU LỰC CỦA CỘT CFST - 30 - 4.2 MƠ HÌNH VẬT LIỆU THÉP - 32 Mơ hình ứng suất – biến dạng vật liệu thép - 32 Ứng suất dư - 35 - 4.3 MƠ HÌNH VẬT LIỆU BÊ TƠNG - 36 Giới Thiệu Mơ Hình Bê Tơng Phá Hoại Dẻo - 36 a) Quan hệ ứng suất – biến dạng bê tông - 36 - b) Xác định bề mặt chảy dẻo - 37 - c) Xác định lượng phá hoại - 39 Xác định mơ hình vật liệu bê tơng - 39 - a) Xác định Ec  - 40 - b) Xác định tỷ số (bo / fc’) - 40 - c) Xác định Kc - 40 - -v- d) Xác định ψ - 42 - e) Xác định mơ hình ứng suất () - biến dạng () cho bêtông chịu nén - 44 f) Xác định mơ hình cho bêtơng chịu kéo - 51 Ứng suất – biến dạng thật (True) - 51 - Chương 5: KIỂM CHỨNG MƠ HÌNH - 52 5.1 DỮ LIỆU KIỂM CHỨNG - 52 - 5.2 KẾT QUẢ KIỂM CHỨNG - 54 Đánh giá khả lực nén tới hạn cột - 55 Đánh giá đường cong L-B - 59 - Chương 6: ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC THIẾT KẾ - 62 6.1 CÁC TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH - 62 - 6.2 CÁC CÔNG THỨC ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ THIẾT KẾ - 65 - 6.3 ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC THIẾT KẾ - 68 Cột thép nhồi bê tơng tiết diện trịn - 69 Cột thép nhồi bê tông tiết diện vuông - 75 - 6.4 ĐÁNH GIÁ CÔNG THỨC ĐỀ XUẤT - 80 - Chương 7: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ - 84 7.1 KẾT LUẬN - 84 - 7.2 KIẾN NGHỊ - 84 - TÀI LIỆU THAM KHẢO - 85 - -vi- DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ CHƯƠNG Hình 1.1 Mặt cắt tiết diện loại cột CFST - CHƯƠNG Hình 2.1 Vật thể thể tích V, bao bọc bề mặt S, chịu lực mặt fi lực khối bi - 12 Hình 2.2 Các vector ứng suất thể phân tố - 13 Hình 2.3 Phân tố tứ diện PABC xác định mối liên hệ vector – tensor ứng suất - 14 Hình 2.4 Trạng thái trước bị biến dạng vật thể - 15 CHƯƠNG Hình 3.1 Hệ tọa độ tổng thể hệ tọa độ tự nhiên phần tử C3D8 - 17 Hình 3.2 Hệ tọa độ tổng thể hệ tọa độ tự nhiên phần tử S4R - 19 Hình 3.3 So sánh mơ hình phần tử cho cột tiết diện tròn - 21 Hình 3.4 Mơ hình phần tử cho cột thép nhồi bê tông - 22 Hình 3.5 Các mặt đối xứng vị trí gia tải - 24 Hình 3.6 Ảnh hưởng điều kiện biên đến kết - 25 Hình 3.7 Ngoại lực nội lực vật thể - 27 Hình 3.8 Bước lặp – ABAQUS - 27 Hình 3.9 Bước lập thứ hai – ABAQUS - 28 CHƯƠNG Hình 4.1 Cơ chế truyền lực vỏ thép bê tơng cột CFST - 30 Hình 4.2 Ảnh hưởng hệ số nở hông hai vật liệu - 31 Hình 4.3 Ảnh hưởng mơ hình vật liệu thép - 33 Hình 4.4 Mơ hình ứng suất – biến dạng kết cấu thép - 34 Hình Phân bố ứng suất dư cho tiết diện - 36 Hình 4.8 Mơ hình phá hoại dẻo bê tơng - CDP - 37 Hình 4.9 Các bề mặt chảy dẻo mặt phẳng lệch tâm - 39 Hình 4.10 Tiêu chuẩn phá hoại dựa lượng tiêu tán - 39 Hình 4.11 Ảnh hưởng Kc - 41 -vii-