Sự khác biệt giữa phân tích tuyến tính và phân tích phi tuyến nằm ở chỗ: phân tích tuyến tính không xét ảnh hưởng qua lại giữa các tác nhân nội lực như lực dọc ảnh hưởng lên mô men uốn t
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - roQro PHẠM THÁI § PHÂN TÍCH PHI TUYẾN KHUNG THÉP NỬA CỨNG ẵ $ $ SỬ DỤ• NG PHƯƠNG PHÁP VÙNG DẺO (7 (7 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH roQro PHẠM THÁI PHÂN TÍCH PHI TUYẾN KHUNG THÉP NỬA CỨNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP VÙNG DẺO Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số chuyên ngành: 58 02 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN PHÚ CƯỜNG TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC GIẤY XÁC NHẬN Tôi tên là: PHẠM THÁI Ngày sinh: 12/08/1995 Nơi sinh: Đăklăk Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Mã học viên: 1885802080018 Tôi đồng ý cung cấp tồn văn thơng tin luận văn tốt nghiệp hợp lệ quyền cho Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh kết nối tồn văn thông tin luận văn tốt nghiệp vào hệ thống thông tin khoa học Sở Khoa học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh Ký tên PHẠM THÁI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Ý KIẾN CHO PHÉP BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC sĩ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN PHÚ CƯỜNG Học viên thực hiện: PHẠM THÁI Lớp: MCON018A Ngày sinh: 12/08/1995 Nơi sinh: ĐăkLăk Tên đề tài: Phân Tích Phi Tuyến Khung Thép Nửa Cứng Sử Dụng Phương Pháp Vùng Dẻo Ý kiến giáo viên hướng dẫn việc cho phép học viên PHẠM THÁI bảo vệ luận văn trước Hội đồng: Thành phổ Hồ Chí Minh, ngày J'.ồ., tháng năm 2023 Người nhận xét TS NGUYỄN PHÚ CƯƠNG i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu đề tài: “Phân Tích Phi Tuyến Khung Thép Nửa Cứng Sử Dụng Phương Pháp Vùng Dẻo” cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn thầy TS Nguyễn Phú Cường Số liệu kết tính tốn từ mơ hình ABAQUS trình bày phân tích tơi thực hồn tồn trung thực, mới, tơi chưa thấy nơi trình bày chi tiết vấn đề tơi nghiên cứu Tác giả PHẠM THÁI ii LỜI CẢM ƠN Trong q trình hồn thành luận văn này, ngồi cố gắng thân, em nhận nhiều giúp đỡ, hỗ trợ tận tình thầy cô giáo, bạn bè người thân gia đình Lời đầu tiên, xin gửi lời kính trọng biết on sâu sắc đến Thầy Tiến sĩ Nguyễn Phú Cường, anh Thạc sĩ Nguyễn Văn Thường, người ln sát cánh, nhiệt tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ tơi suốt q trình thực hoàn thành đề tài Bản thân tơi xin bày tỏ lịng biết on đến thầy cô, giảng viên Khoa Xây Dựng Khoa Sau Đại học Trường Đại học Mở TP.HCM truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm chuyên môn, đặc biệt hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập, nghiên cứu trường Tôi xin cám on Bộ Giáo Dục Đào Tạo Việt Nam hỗ trợ phần kinh phí nghiên cứu, phần nhỏ kinh phí trích từ đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp Bộ mang mã số đề tài B2023-MBS-03 giúp đề tài hồn thành cách hiệu Mặc dù nổ lực để thực hồn thành luận văn này, nhung với hiểu biết hạn chế thời gian nghiên cứu có hạn, luận văn khơng tránh khỏi sai sót định, học viên kính mong Quý Thầy Cô bạn bè thông cảm đóng góp ý kiến để học viên bổ sung hoàn thiện luận văn Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết on sâu sắc đến gia đình, bạn bè, người ln bên tơi động viên, khuyến khích tơi suốt q trình học tập hoàn thành đề tài tưong lai sau Tp HCM, Ngày 10 tháng 03 năm 2023 Học viên iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn tập trung nghiên cứu tượng vật lý phi tuyến phức tạp kết cấu khung thép Hiệu ứng bậc (phi tuyến hình học) xét đến nghiên cứu Ứng xử không đàn hồi vật liệu thép giả thuyết đàn dẻo lý tưởng Liên kết dầm nối với cột xét đến cách thay phần tử lò xo xoay kỹ thuật mô phần tử hữu hạn dùng phần tử connector Abaqus, ứng xử mơ men góc xoay lị xo đường cong phi tuyến Đường quan hệ ứng xử mơ men góc xoay thể lại qua hàm tốn học thơng qua mơ hình tham số Kishi-Chen, mơ hình hàm mũ Lui-Chen, … Ba loại phần tử thư viện Abaqus dùng nghiên cứu phần tử Wire/beam, shell, solid Phần tử dầm cột chia nhỏ thành nhiều phần tử để xét đến chảy dẻo phần dầm cột (vùng dẻo) Ứng suất dư xét đến nghiên cứu cho trường hợp dùng phần tử shell solid Phần mềm Abaqus dùng để tiến hành nghiên cứu Tác giả khảo sát qua ví dụ Chương để khảo sát ứng xử phi tuyến Một số kết phân tích so sánh với cơng bố quốc tế uy tín nhằm kiểm chứng lại độ xác kỹ thuật mô đắn dùng phần mềm PTHH Abaqus Ứng xử phi tuyến khung thép học viên nghiên cứu chi tiết dùng ba loại phần tử hữu hạn Abaqus (Wire/Beam, Shell, Solid) Kết đạt nhìn bao quát ứng xử thật Kết cấu khung thép, đặc biệt việc sử dụng phần mềm Abaqus phân tích nâng cao kết cấu khung thép, giúp người nghiên cứu hiểu rõ ứng xử thực kết cấu thép thực tế thiết kế thực hành iv ABSTRACT This thesis focuses on the study of physical and nonlinear complex phenomena of steel frame structures The second-order effect (Geometric nonlinearity) is considered in this study The material behavior of steel is assumed to be perfectly plastic The connection between beam and column is also considered by replacing the rotational spring element with finite element connector technique in Abaqus, and the nonlinear moment-rotation curve of the spring is taken into account The moment- rotation relationship is expressed mathematically using the 3-parameter model of Kishi-Chen, the exponential model of Lui-Chen, etc Three types of elements in the Abaqus library, namely wire/beam, shell, and solid elements, are used in this study The beam-column element is divided into many small elements to consider the local plastic deformation (plastic zone) of the beam and column The residual stress is also considered in this study for the case of using shell and solid elements The Abaqus software is used to conduct this study The author examines four examples in Chapter to investigate nonlinear behavior Some of the analysis results are compared with reputable international publications to verify the accuracy and correctness of the finite element modeling using Abaqus The nonlinear behavior of steel frames is studied in detail using all three types of Abaqus finite elements (wire/beam, shell, and solid) The results achieved provide a more comprehensive understanding of the actual behavior of steel frame structures, especially the use of advanced Abaqus analysis for steel frame structures, which helps researchers understand the actual behavior of steel structures in practice and in design v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II TÓM TẮT LUẬN VĂN III DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VIII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ X CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 GIỚI THIỆU 1.2 XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU .2 1.2.1 Phân tích phi tuyến 1.2.2 Phi tuyến hình học (Geometry Nonlinearity) 1.2.3 Phi tuyến vật liệu (Material Nonlinearity) 1.2.4 Phi tuyến liên kết (Connection Nonlinearity) .7 1.2.5 Sự khơng hồn hảo hình học (Geometry Imperfection) 1.2.6 Ứng suất dư (Residual Stress) .8 1.2.7 Vùng Panel (Panel Zone) 12 CHƯƠNG TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 13 2.1 CÁC NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI 13 2.2 CÁC NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM 16 2.3 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN 18 CHƯƠNG PHÂN TÍCH PHI TUYẾN KHUNG THÉP .20 3.1 NGUỒN GỐC CHÍNH CỦA PHI TUYẾN .20 vi 3.2 CÁC CẤP ĐỘ PHÂN TÍCH 20 3.3 PHƯƠNG PHÁP VÙNG DẺO (Plastic zone method) 22 3.4 MƠ HÌNH VẬT LIỆU VÀ SỰ SAI LỆCH HÌNH HỌC 23 3.4.1 Mơ hình vật liệu thép 23 3.4.2 Sự sai lệch hình học 24 3.5 CÁC MƠ HÌNH LIÊN KẾT NỬA CỨNG 24 3.5.1 Mơ hình ba thông số (Kishi – Chen) 25 3.5.2 Mơ hình hàm mũ Chen Lui (Exponential Model) .27 3.5.3 Mơ hình bốn thông số (Richard – Abbott Model) .28 3.6 MƠ HÌNH LIÊN KẾT LỊ XO XOAY CHIỀU 29 3.6.1 Các thành phần kết nối tịnh tiến 34 3.6.2 Các thành phần kết nối quay 35 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 4.1 PHẦN MỀM ABAQUS 37 4.1.1 Đơn vị Abaqus 37 4.1.2 Các phần tử Abaqus 37 4.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 4.2.1 Quy trình nghiên cứu 44 4.2.2 Mơ phân tích cho khung thép điển hình 44 4.2.3 Mơ bước phân tích đặc biệt cho khung thép 66 4.3 PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN PHI TUYẾN KẾT CẤU 69 4.3.1 Phân tích chu kỳ trực tiếp 69