NGHIÊN cứu TRẠNG THÁI làm VIỆC của dầm CHỮ t CHỊU cắt

GVHD: Nguyễn Xuân Huy Mục lục LỜI CẢM ƠN .2 PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ .3 I.Tính cấp thiết đề tài II.Mục tiêu đề tài .3 III.Đối tượng nghiên cứu đề tài IV.Phương pháp nghiên cứu V.Ý nghĩa đề tài PHẦN II: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA DẦM CHỮ T CHỊU CẮT.5 Sự làm việc cấu kiện chịu cắt chữ T Tính dầm T theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Phương pháp pháp phần tử hữu hạn(Finite element method-FEM) .9 1.Nội dung phương pháp PTHH .9 2.Mô hình hóa rời rạc kết cấu 10 3.Chuyển vị nút lực nút 11 4.Phương trình phương pháp phần tử hữu hạn vật rắn 12 5.Một số lưu ý mô hình hoá tính toán kết cấu sử dụng chương trình PTHH 13 6.Phần mềm ATENA 14 So sánh kết 16 PHẦN 2: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 26 Nghiên cứu khoa học sinh viên Page GVHD: Nguyễn Xuân Huy LỜI CẢM ƠN Trước hết chúng em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải tạo điều kiện cho chúng em thực đề tài này,đặc biệt hướng dẫn nhiệt tình thầy Nguyễn Xuân Huy,giáo viên gợi ý đề tài trực tiếp hướng dẫn giúp chúng em học tập nghiên cứu ,hoàn thành đề tài thời gian qui định Được hướng dẫn thầy, chúng em nghiên cứu vấn đề quan tâm, phát huy hết kiến thức học từ ghế giảng đường đọc nhiều tài liệu bổ ích cần thiết cho trình học nghiên cứu Qua chúng em, chân thành cảm ơn góp ý sâu sắc, giúp đỡ tận tình thầy chuyên môn giúp chúng em hoàn thành đề tài Hà Nội,ngày 15 tháng năm 2012 SVTH: Trần Đăng Khoa Nguyễn Bá Đạt Lớp : Kết cấu xây dựng K50 Nghiên cứu khoa học sinh viên Page GVHD: Nguyễn Xuân Huy PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ I Tính cấp thiết đề tài Cùng với tiến khoa học kỹ thuật, đất nước trình hội nhập, kéo theo xu không ngừng phát triển kinh tế khoa học kĩ thuật Trong lời dạy Hồ Chí Minh có câu “Giao thông mạch máu tổ chức, giao thông tốt việc dễ dàng, giao thông xấu việc đình trệ” Đảng nhà nước quan tâm đầu tư đến lĩnh vực giao thông mà cụ thể xây dựng sở hạ tầng công trình giao thông nói chung Hiện tương lai nước ta xây dựng nhiều công trình xây dựng lớn mang tầm vóc quốc tế (Cầu Mỹ thuận, cầu Bãi Cháy, Cầu thủ thiêm, tòa nhà saigonPearl, cụm tòa nhà Sunrigth city …) Quá trình tính toán phân tich nội lực, thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 hay ACI dễ dàng tính xác, sai khác tiêu chuẩn thực tế việc đáng phải bàn cân nhắc Việc phân tích nội lực kết cấu công trình nói chung l vấn đề có tính chất định để đảm bảo chất lượng cho công trình Phân tích kết cấu định đến tới an toàn khai thác sử dụng tính kinh tế công trình Kết đạt phân tích giá trị nội lực chuyển vị kết cấu tác dụng tải trọng, tổ hợp tải trọng số liệu đầu vào cho toán thiết kế kết cấu Đây trình phân tích, tính toán phức tạp tốn nhiều thời gian, có giả thiết đưa nhằm giảm bớt tính phức tạp toán việc dẫn đến sai số lớn, không phản ánh hết làm việc thực tế kết cấu Do thiết kế người ta thường thiết kế với hệ số an toàn lớn dẫn tới lãng phí Ngày nay, với trợ giúp máy tính, mà đặc biệt việc ứng dụng giả thiết phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử hữu hạn công việc mô hình hóa phân tích kết cấu trở nên nhanh chóng tương đối xác Hiện có số phần mềm phân tích tính toán tiếng Atena, Respond… Với Atena có đặc điểm bậc chương trình khác như: Khả mô hình hóa kết cấu, giao diện tốc độ tính toán, nhập xuất liệu, khả phân tích II Mục tiêu đề tài Như phân tích trên, việc xác định trị số nội lực từ bắt đầu đặt tải dầm bị phá hoại có ý nghĩa quan trọng việc thiết kế kết cấu , mục tiêu đề tài là: - Mô hình hóa không gian 3D kết cấu để xem làm việc Nghiên cứu khoa học sinh viên Page GVHD: Nguyễn Xuân Huy Nghiên cứu chênh lệch tiêu chuẩn thực tế.(phương pháp phần tử hữu hạn chia nhỏ kết cấu độ xác cao III Đối tượng nghiên cứu đề tài Với mục tiêu đối tượng nghiên cứu tiến hành mô hình hóa không gian kết cấu chương trình dầm mặt cắt chữ T IV Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu nghiên cứu sở lý thuyết, tính toán, hướng dẫn sử dụng phần mềm ví dụ tham khảo tài liệu tiếng anh trang web http://www.cervenka.cz V Đưa nhận xét tính xác tiêu chuẩn Ý nghĩa đề tài Về mặt kĩ thuật: Hiểu rõ kết cấu trình thiết kế, khắc phục nhược điểm trình tính toán với giải pháp trước - Kiểm tra tính an toàn tiêu chuẩn hành Nghiên cứu khoa học sinh viên Page GVHD: Nguyễn Xuân Huy PHẦN II: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA DẦM CHỮ T CHỊU CẮT Sự làm việc cấu kiện chịu cắt chữ T Trong thực tế phá hủy uốn thường xảy nhiều kết cấu bê tông ứng suất trước có đủ thời gian cảnh báo phá hoại kết cấu xảy Tuy nhiên phá hủy cắt tượng phá hủy đột ngột Trong kết cấu bị phá hủy hoàn toàn khoảng thời gian ngắn.Khi kết cấu đột ngột chịu tác dụng tải trọng lớn tải trọng động đất , tải trọng đâm xe hay tải trọng va tàu thuyền, mà tải trọng vượt sức kháng cắt kết cấu, kết cấu bị hư hỏng dạng phá hủy cắt tổ hợp cắt uốn gây ra.Do tượng phá hủy cắt thường nguy hiểm, gây mát lớn người tài sản.Do cần xem xét cách cẩn thận thiết kế kết cấu bê tông cốt thép Khi thiết kế dầm bê tông cốt thép tính duyệt theo điều kiện cường độ momen, tính duyệt cường độ lực cắt mang ý nghĩa quan trọng.Thông thường có hai thành phần tham gia chịu cắt dầm bao gồm : bê tông cốt thép(cốt thép dọc chịu kéo , cốt thép đai, cốt thép xiên uốn xiên lên từ cốt thép dọc chịu kéo) Lực cắt có ảnh hưởng đến tiết diện nghiêng, vết nứt nghiêng xuất đoạn dầm có lực cắt lớn, thường gần phạm vi gối tựa chỗ có lực tập trung lớn.Qua quan sát dầm làm việc phá hoại, cho ta thấy tiết diện nghiêng tiết diện thẳng vuông góc xuất ba giai đoạn trạng thái ứng suất biến dạng:trước hình thành vết nứt nghiêng, sau hình thành vết nứt nghiêng trước dầm bị phá hoại tiết diện nghiêng Hình Ứng suất kéo gây vết nứt nghiêng, dầm bị phá hoại theo phương vết nứt nghiêng Nghiên cứu khoa học sinh viên Page GVHD: Nguyễn Xuân Huy Hình Dầm bị phá hoại bê tông bị ép vỡ ứng suất nén Sau hình thành vết nứt nghiêng bê tông cốt thép tách thành mảnh liên kết với bê tông chịu nén phía vết nứt cốt thép dọc cốt thép đai, cốt thép xiên vùng chịu kéo cắt qua vết nứt Trong hình phân tố A1, A2 nằm mặt cắt a-a A1 nằm A2 nằm trục trung hòa Hình 3Sự phân bố ứng suất dầm chữ T Nghiên cứu khoa học sinh viên Page GVHD: Nguyễn Xuân Huy Nếu bê tông chưa nứt coi vật liệu đồng nhất, đẳng hướng thành phần ứng suất pháp f ứng suất tiếp v phân tố xác định theo công thức sau f =My/I v =VAy / Ib Trong đó: M V momen uốn lực cắt mặt cắt a-a I momen quán tính mặt cắt a-a A diện tích mặt cắt qua trọng tâm phần tử b bề rộng mặt cắt y la khoảng cách từ trọng tâm diện tích A đến trục trung hòa y khoảng cách từ phần tử đến trục trung hòa Trạng thái làm việc phận kết cấu phụ thuộc vào ứng suất f1 f2 Tính dầm T theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Hình Sự phân bố ứng suất dầm chữ T Dầm có mặt cắt chữ T đổ bê tông liền khối, có chiều dài 3.4 m Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Giả sử chiều cao có hiệu mặt cắt : d=(0.8÷0.9)h mm ' Hệ số β1 xác định theo tiêu chuẩn ACI sau:Vì f c =30MPa nên β1 = 0.85 − 0.05* ( f c' − 28) (30 − 28) = 0.85 − 0.05 * = 0.835 7 Nghiên cứu khoa học sinh viên Page GVHD: Nguyễn Xuân Huy Hình Cấu tạo mặt cắt ngang dầm Diện tích trung bình mặt cắt ngang Ag = beff * h f + (h − h f )* bw Xác định vị trí trục trung hòa yt = beff * h f *( h − h f / 2) + (h − h f ) * bw *((h − h f ) / 2) Ag Momen quán tính tiết diện nguyên Ig = beff * h3f 12 + beff * h f *(h − hf − yt ) + bw *(h − h f )3 12 + bw *(h − h f )*( − h − hf + yt ) Cường độ chịu kéo uốn bê tông f r = 0.63* f c' = 0.63* 30 = 3.45MPa fc = Ứng suất kéo bê tông là: Để mặt cắt chưa bị nứt Ma yt Ig f c ≤ 0.8 * f r ↔ Ma yt ≤ 0.8*3.45 Ig Nghiên cứu khoa học sinh viên Page GVHD: Nguyễn Xuân Huy Phương pháp pháp phần tử hữu hạn(Finite element method-FEM) Phương pháp phần tử hữu hạn coi phương pháp có hiệu để giải toán học môi trường liên tục nói chung phân tích kết cấu công trình nói riêng ATENA chương trình phân tích kết cấu dựa tảng phương pháp phần tử hữu hạn Trong báo cáo trình bày khái niệm phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) việc ứng dụng phương pháp ATENA Nội dung phương pháp PTHH Nội dung phương pháp phần tử hữu hạn là: để tính toán kết cấu với cấu tạo bất kỳ, chia kết cấu thành số hữu hạn phần tử riêng lẻ nối với số hữu hạn điểm nút riêng lẻ Hình Mô hình phần tử hữu hạn hệ dàn không gian Sự biến dạng tổng thể kết cấu thể thông qua biến dạng lưới nút hay tập hợp chuyển vị nút riêng biệt Tính liên tục cấu kiện liên kết cấu kiện với thể qua liên kết phần tử thông qua nút Liên kết kết cấu thể điều kiện biên nút hay độ tự nút Các tác động lên kết cấu tất lên kết cấu quy đổi nút Việc chia lưới phần tử nút, mô tả liên kết, điều kiện biên cần tương thích với kết cấu thực tế, đảm bảo điều mô hình phần tử hữu hạn làm việc giống hay gần giống với kết cấu thực tế Việc tính toán mô hình PTHH trước hết phân tích trạng thái làm việc tổng thể kết cấu từ theo điều kiện liên kết tìm trạng thái làm việc phần tử hữu hạn Nghiên cứu khoa học sinh viên Page GVHD: Nguyễn Xuân Huy Trạng thái làm việc phần tử phụ thuộc vào quan hệ ứng suất biến dạng phần tử quan hệ nội lực chuyển vị nút phần tử Quan hệ biểu độ cứng phần tử, mà với mẫu phần tử ta xác định nhờ giải toán học Trạng thái làm việc kết cấu thể thông qua làm việc nút Các nút liên hệ với thông qua phần tử nối chúng, từ điều kiện nối tiếp phần tử độ cứng phần tử xác định quan hệ nút Đó quan hệ chuyển vị nút nội lực tác dụng từ phần tử lên nút Từ điều kiện cân nội lực nút, ta thiết lập hệ phương trình biểu diễn mối quan hệ chuyển vị nút với lực tác dụng nút Trong hệ phương trình biểu diễn quan hệ có thành phần biết lực nút hay chuyển vị nút, từ ta tìm thành phần lại chưa biết Mô hình hóa rời rạc kết cấu Ý tưởng phương pháp PTHH tính toán kết cấu coi vật thể liên tục tổ hợp nhiều phần tử liên kết với số hữu hạn điểm, gọi nút Các phần tử hình thành gọi phần tử hữu hạn Ví dụ:một kết cấu chia phần tử tam giác, phần tử có nút, nút có bậc tự 1 e Quan niệm gần đúng, thay kết cấu thực (hệ liên tục) số hữu hạn phần tử người ta coi lượng bên mô hình thay phải lượng kết cấu thực Đối với hệ kết (giàn, khung) phẳng không gian số hữu hạn dầm hợp thành Do người ta lấy phần tử làm phần tử mô hình cho kết cấu Điểm liên kết PTHH gọi nút Với kết cấu tấm, vỏ vật thể khối không trực quan hệ Người ta thường dùng loại phần tử sau: • Kết cấu phẳng: phần tử hình tam giác, phần tử hình chữ nhật, phần tử hình tứ giác Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 10 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Gọi {Fi} véctơ thành phần lực nút i của phần tử chứa nút thứ i, nút phải thỏa măn điều kiện cân nút i: Quan hệ lực nút chuyển vị nút phần tử biểu diễn biểu thức sau đây: {F }e =[ K ]{δ}e Trong đó: {F}: véc tơ lực nút phần tử, chứa tất thành phần lực nút phần tử {δ }: véc tơ chuyển vị nút phần tử, chứa tất thành phần chuyển vị nút phần tử [K]: ma trận độ cứng phần tử, phụ thuộc vào đặc trưng hình học học phầntử vật liệu Ma trận [K] thiết lập sở nguyên lý cực tiểu theo lý thuyết Kirchhoff Mindlin-Reissner Trong phương pháp PTHH giả thiết rằng: chuyển vị nút phần tử xác định trạng thái biến dạng phần tử đó, tức dùng chuyển vị nút để biểu thị trạng thái biến dạng kết cấu Mặt khác, kết cấu chịu tác dụng ngoại lực (lực momen uốn) Phương pháp PTHH giả thiết ngoại lực truyền qua nút Như vậy, nội lực PTHH biểu thị lực mômen tập trung nút, gọi lực nút Như vậy, biết giá trị lực nút tính phân bố nội lực PTHH Phương trình phương pháp phần tử hữu hạn vật rắn Phương pháp PTHH phương pháp tổng quát phương pháp phân tích kết cấu Về bản, phương pháp PTHH chia không gian liên tục kết cấu thành tập hợp phần tử (miền nhỏ) có tính chất hình học học đơn giản kết cấu thực Các phần tử liên kết với thông qua điểm nút Điều kiện liên tục (tương thích) chuyển vị biến dạng thỏa mãn thông qua nút Thông thường ẩn phương pháp PTHH chuyển vị nút đượ tính toán thông qua phương trình cân (1) Phương trình phương pháp PTHH: M U (''t ) + C.U (' t ) + K U (t ) = F(t ) (1) M, K, C: Ma trận độ cứng, ma trận khối lượng, ma trận cản kết cấu Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 12 GVHD: Nguyễn Xuân Huy U (''t ) , U (' t ) , U ( t ) , F(t ) Véc tơ gia tốc, vận tốc, chuyển vị nút véc tơ tải trọng thay đổi theo thời gian Các ma trận độ cứng, khối lượng, ma trận cản ma trận vuông đối xứng, chúng ghép từ ma trận tương ứng Trường hợp phân tích tĩnh (Static Analysis): F(t ) = F Phương trình (1) trở thành: K.U=F (2) Giải hệ phương trình (2) tìm tất thành phần chuyển vị nút, sau Tính nội lực ứng suất cho phần tử Trường hợp phân tích tần số dao động riêng (Eigen value Annalysis): Khi tải trọng zero, bỏ qua lực cản môi trường lúc kết cấu dao động điều hòa chuyển vị hệ có dạng: U = U sin(ωt ) U '' = −U ω2 sin(ωt ) −U ω sin(ω t ) + K U sin(ω t ) = { 0} ( K − ω M ).U = { 0} Giải phương trình (4) cho giá trị riêng véc tơ riêng từ tính tần số riêng (eigen frequencies) dạng dao động riêng (mode shape) tương ứng Một số lưu ý mô hình hoá tính toán kết cấu sử dụng chương trình PTHH Như nêu trên, mô hình hóa kết cấu trình vận dụng kiến thức sở học, phương pháp phân tích kết cấu thuật giải để mô tả làm trực quan hóa ứng xử vật lý kết cấu Trong việc mô hình hóa kết cấu, khó khăn mà người kỹ sư hay gặp phải không nắm cách rõ ràng làm việc theo phương diện vật lý kết cấu điều kiện biên, mô hình vật liệu, giả thuyết tính toán nên không xây dựng mô hình phân tích thích hợp Một khó khăn khác không hiểu rõ ứng xử dạng phần tử khác nhau, tính công cụ nên không lựa chọn phần tử cách đắn Ứng dụng Phương pháp Phần tử hữu hạn thường dùng toán Cơ học (cơ học kết cấu, học môi trường liên tục) để xác định trường ứng suất biến dạng vật thể.Ngoài ra, phương pháp phần tử hữu hạn dùng vật lý học để giải phương trình sóng, vật lý plasma, toán truyền nhiệt, động lực Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 13 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Phần mềm ATENA ATENA – Giải pháp phần mềm cho phân tích, kiểm tra nứt kết cấu BTCT BTCT DƯL mô hình 3D, mang lại cho người kỹ sư dễ dàng tối ưu hóa giải pháp thiết kế kích thước hình học, cốt thép phận kết cấu từ giảm thiểu tối đa sai sót hồ sơ thiết kế so với thực tế chịu lực kết cấu tối ưu hóa kết cấu, đảm bảo yêu cầu an toàn khai thác kết cấu Các mô hình phần tử sử dụng phần phềm ATENA: · 2D Isoparametric elements, quadrilateral, triangular Axisymmetrical elments · 3D solid elements: tetrahedron, brick, wedge Low- and high-order Shells (layered) Beams (fiber) · Truss elements for reinforcement · Spring supports · External cable elements · Interface, gap Các mô hình vật liệu: · • Mô hình hóa Bê Tông 2D SBETA cho bê tông cường độ cao SFRC: phát triển vết nứt, nhóm vết nứt, lượng gây phá hoại bê tông bị hóa mềm,phá hoại nén theo Kupfer, tham biến trì lực cắt,sự giảm cường độ bê tông bị nứt (2D SBETA concrete model, also for high strength and SFRC: smeared cracks, crack-band, fractureenergy-based softening, Kupfer’s compressive failure, variable shear retention, strength reduction of cracked concrete · Mô hình hóa 3D vết nứt bê tông dẻo dựa định luật Menetrey-Willam: phát triển vết nứt, lượng gây phá hoại bê tông bị hóa mềm, phá họai giòn, tùy biến chức người sử dụng, thông số thay đổi (3D fracture-plastic concrete model based Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 14 GVHD: Nguyễn Xuân Huy on Menetrey-Willam law: smeared cracks, fracture-energy based softening, nonassociated plasticity, user defined functions, variable parameters.) · Vật liệu cốt có tính tuyến tính đa tuyến tính Cốt có dính bám (Reinforcement bilinear and multi-linear.Reinforcement with bond.) · Định luật Von Mises tính dẻo kim loại (Von Mises plasticity for metals) · Quy tắc dẻo Drucker-Prager dòng kết hợp / tách biệt cho đá đất (Drucker-Prager plasticity with associated / non-associated flow rule for rock and soil.) · Bê tông Bazant M4 (Bazant M4 microplane concrete.) · Chu trình cốt liệu (Reinforcement cyclic.) · Giao diện định pháp luật tài liệu Mohr-Coulomb (Interface with Mohr-Coulomb material law.) · Đàn hồi đẳng hướng (Isotropic elastic.) · Đàn hồi không tuyến tính (Non-linear springs.) · Sự phụ thuộc vào nhiệt độ (Temperature dependent (Fire) · Co ngót từ biến (theo tiêu chuẩn ACI) · Lưu thông nhiệt (Transport of heat) · Sự mỏi bê tông chịu kéo (Fatigue of concrete in tension) ATENA – Giải pháp phần mềm cho phân tích, kiểm tra nứt kết cấu BTCT BTCT DƯL mô hình 3D, mang lại cho người kỹ sư dễ dàng tối ưu hóa giải pháp thiết kế kích thước hình học, cốt thép phận kết cấu từ giảm thiểu tối đa sai sót hồ sơ thiết kế so với thực tế chịu lực kết cấu tối ưu hóa kết cấu, đảm bảo yêu cầu an toàn khai thác kết cấu Các mô hình tải trọng: · Load cases: body forces, loading forces, supports, prescribed deformations, temperature, shrinkage, pre-stressing · Load steps: combination of load cases, solution methods · Arbitrary load history in steps, non-proportional, cyclic, dynamic · Construction process Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 15 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Lý thuyết phân tích • • Người giải trực tiếp Newton-Raphson Tiếp tuyến yếu tố dự đoán độ cứng đàn hồi phần phương trình Ngôn ngữ English | Czech | Chinese | Russian So sánh kết Ví dụ 1.1 Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Giả sử chiều cao có hiệu mặt cắt : d=(0.8÷0.9)h=280(mm) ' Hệ số β1 xác định theo tiêu chuẩn ACI sau:Vì f c =30MPa nên β1 = 0.85 − 0.05* ( f c' − 28) (30 − 28) = 0.85 − 0.05 * = 0.835 7 Diện tích trung bình mặt cắt ngang Ag = 300*75 + (350 − 75)*150 = 63750(mm ) Xác định vị trí trục trung hòa yt = 300 *75*(350 − 75 / 2) +150 * 275*137.5 = 199.26(mm) 63750 Momen quán tính tiết diện nguyên Ig = 300 * 753 75 150 * 2753 275 + 350* 75* (350 − −199.26) + +150 * 275* ( − +199.26) 12 12 Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 16 GVHD: Nguyễn Xuân Huy = 0.7645*109 ( mm ) Cường độ chịu kéo uốn bê tông f r = 0.63* f c' = 0.63* 30 = 3.45MPa Ứng suất kéo bê tông là: Để mặt cắt chưa bị nứt ↔ fc = Ma yt Ig f c ≤ 0.8 * f r Ma yt ≤ 0.8*3.45 Ig ↔ Ma ≤ 0.8*3.45* I g yt = 0.8*3.45*103 *0.7645*109 *10 −12 = 10.58kNm 199.26*10 −3 max max Vậy với M =10.58kNm làm mặt cắt nứt Q 1.2 =14.12kN Tính theo ATENA Định nghĩa thuộc tính Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 17 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Vẽ dầm cần tính toán thông qua việc mô tả dũ liệu cần thiết phần mềm Định nghĩa loại vật liệu Bố trí cốt thép gia cường cho kết cấu Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 18 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Cách đặt tải Bố trí lưới Dùng monitoring point để quan sát chuyển vị, biến dạng nội lực Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 19 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Kết Kết chương trình đưa Giá trị tải trọng : -9.947E-02MN Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 20 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Ví dụ 2.1 Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Giả sử chiều cao có hiệu mặt cắt : d=(0.8÷0.9)h=280(mm) ' Hệ số β1 xác định theo tiêu chuẩn ACI sau:Vì f c =30MPa nên β1 = 0.85 − 0.05* ( f c' − 28) (30 − 28) = 0.85 − 0.05 * = 0.835 7 Diện tích trung bình mặt cắt ngang Ag = 300*75 + (350 − 75)*100 = 50000(mm ) Xác định vị trí trục trung hòa yt = 300*75* (350 − 75 / 2) +100* 275*137.5 = 216.25(mm) 50000 Momen quán tính tiết diện nguyên Ig = 300* 753 75 100 * 2753 275 + 300 * 75* (350 − − 216.25) + +100 * 275* ( − + 216.25) 12 12 = 0.5628*109 ( mm ) Cường độ chịu kéo uốn bê tông f r = 0.63* f c' = 0.63* 30 = 3.45MPa Ứng suất kéo bê tông là: Để mặt cắt chưa bị nứt fc = Ma yt Ig f c ≤ 0.8 * f r Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 21 GVHD: Nguyễn Xuân Huy ↔ Ma yt ≤ 0.8*3.45 Ig ↔ Ma ≤ 0.8*3.45* I g yt = 0.8*3.45*103 *0.5628*109 *10−12 = 7.183kNm 216.25*10−3 max max Vậy với M =7.183MPa làm mặt cắt nứt Q 2.2 =9.577KN Tính theo ATENA Giá trị tải trọng : -2.510E-02 MN Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 22 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Ví dụ 3.1 Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Giả sử chiều cao có hiệu mặt cắt : d=(0.8÷0.9)h=280(mm) ' Hệ số β1 xác định theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 sau:Vì f c =30MPa nên β1 = 0.85 − 0.05* ( f c' − 28) (30 − 28) = 0.85 − 0.05 * = 0.835 7 Tiết diện tính toán quy đổi(coi ta tính dầm giữa) Diện tích tam giác chỗ vát bầu dầm S1 = 15* 25 = 187.5(mm ) Chiều dày bầu dầm : h1qd = h1 + 2S1 2*187.5 = 75 + = 82.5(mm) b1 − bw 100 − 50 Diện tích trung bình mặt cắt ngang Ag = 300*75 + 50*185 + 82.5*100 = 40000( mm ) Xác định vị trí trục trung hòa Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 23 GVHD: Nguyễn Xuân Huy yt = 300 *75* (350 − 75 / 2) + (350 − 75 − 82.5) *50 *178.75 +100 *82.5* 41.25 = 227.3(mm) 40000 Momen quán tính tiết diện nguyên Ig = 300 * 753 75 50 *192.53 + 300 * 75* (350 − − 227.3) + + 50 *192.5* (82.5 + 96.25 − 227.3) 12 12 + 100*82.53 +100*82.5* (227.3 − 82.5 / 2) 12 = 0.5165 *109 ( mm ) Cường độ chịu kéo uốn bê tông f r = 0.63* f c' = 0.63* 30 = 3.45MPa Ứng suất kéo bê tông là: Để mặt cắt chưa bị nứt ↔ fc = Ma yt Ig f c ≤ 0.8 * f r Ma yt ≤ 0.8*3.45 Ig ↔ Ma ≤ 0.8*3.45* I g yt = 0.8*3.45*103 *0.5165*109 *10 −12 = 6.272kNm 227.3*10−3 max max Vậy với M =6.272kNm làm mặt cắt nứt Q 3.2 =8.36 kN Tính theo ATENA Giá trị tải trọng V=-1.131E-02 MN quan sát thấy bước Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 24 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Bảng tổng kết Bảng so sánh sức kháng cắt(kN) Ví dụ Ví dụ Ví dụ Tiêu chuẩn PPPTHH(ATENA) 22TCN272-05 14.12 99.47 9.577 25.1 8.36 11.31 Nghiên cứu khoa học sinh viên Chênh lệch 85% 61.8% 26% Page 25 GVHD: Nguyễn Xuân Huy PHẦN 2: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Thông qua trình nghiên cứu tính toán ví dụ Tính toán thiết kế kết cấu ATENA Việc sử dụng ATENA để tính toán thiết kế cho kết tương đối xác tiện lợi trình sử dụng Trên sở phân tích ta thấy tiêu chuẩn 22TCN272-05 an toàn việc thiết kế Tiêu chuẩn có nhiều ưu điểm đưa kiến nghị công ty,kỹ sư thiết kế, nhà trường, sinh viên nên áp dụng cách hợp lý bổ sung cho tiêu chuẩn hoàn thiện Trong trình thực đề tài, hạn chế mặt tài liệu kinh nghiệm thực tế nên đề tài chúng em dừng lại việc tính toán ví dụ chương trình Chỉ nghiên cứu số loại dầm cần phân tích tính toán ATENA tính theo số ví dụ theo kết cấu bê tông cốt thép phần 1_TS Ngô Đăng Quang cách tính tay, so sánh kết chương trình cách tính tay sai số tương đối lớn dừng lại ví dụ đơn giản, Hướng nghiên cứu tiến hành tính toán so sánh kết với công trình thực tế chương trình tính toán tiếng khác! Huớng phát triển đề tài thời gian tới kết hợp với chương trình MIDAS CIVIL, RM để so sánh kết tính.Vì phần mềm MIDAS CIVIL, RM sử dụng rộng rãi Tài liệu tham khảo trình thực đề tài: • Kết cấu bê tông cốt thép-TS Ngô Đăng Quang– Nhà xuất GTVT • Kết cấu bê tông dự ứng lực TS Ngô Đăng Quang– Nhà xuất GTVT • Phần Help chương trình ATENA • Web: http://www.cervenka.cz Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 26 [...]... n t trong m t phần t [K]: là ma trận độ cứng của phần t , phụ thuộc vào đặc trưng hình học và cơ học của phầntử và của v t liệu Ma trận [K] có thể được thi t lập trên cơ sở nguyên lý cực tiểu thế năng hoặc theo lý thuy t của Kirchhoff hoặc của Mindlin-Reissner Trong phương pháp PTHH giả thi t rằng: các chuyển vị t i n t trong m t phần t sẽ xác định trạng thái biến dạng của phần t đó, t c là có thể... véctơ các thành phần lực t i n t i của của phần t chứa n t thứ i, t i n t này phải thỏa măn điều kiện cân bằng của n t i: Quan hệ giữa các lực n t và các chuyển vị n t trong m t phần t có thể biểu diễn bằng biểu thức sau đây: {F }e =[ K ]{δ}e Trong đó: {F}: là véc t lực n t của phần t , chứa t t cả các thành phần lực n t trong m t phần t {δ }: là véc t chuyển vị n t của phần t , chứa t t cả các thành... Nghiên cứu khoa học sinh viên Chênh lệch 85% 61.8% 26% Page 25 GVHD: Nguyễn Xuân Huy PHẦN 2: K T LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Thông qua quá trình nghiên cứu và t nh toán các ví dụ T nh toán thi t kế k t cấu bằng ATENA Việc sử dụng ATENA để t nh toán thi t kế cho k t quả t ơng đối chính xác và tiện lợi trong quá trình sử dụng Trên cơ sở phân t ch trên ta thấy tiêu chuẩn 22TCN272-05 r t an toàn trong việc thi t. .. phần mềm cho phân t ch, kiểm tra n t k t cấu BTCT và BTCT DƯL trên mô hình 3D, mang lại cho người kỹ sư dễ dàng t i ưu hóa các giải pháp thi t kế kích thước hình học, c t thép của các bộ phận k t cấu t đó giảm thiểu t i đa các sai s t của hồ sơ thi t kế so với thực t chịu lực của k t cấu và t i ưu hóa k t cấu, đảm bảo yêu cầu an toàn trong khai thác của k t cấu Các mô hình t i trọng: · Load cases:... t ch t nh toán bằng ATENA và t nh theo m t số ví dụ theo quyển k t cấu bê t ng c t thép phần 1_TS Ngô Đăng Quang bằng cách t nh tay, so sánh k t quả giữa chương trình và cách t nh tay thì sai số t ơng đối lớn nhưng chỉ dừng lại ở những ví dụ đơn giản, Hướng nghiên cứu tiếp theo là tiến hành t nh toán so sánh k t quả với công trình thực t và các chương trình t nh toán nổi tiếng khác! Huớng ph t triển của. .. vị n t để biểu thị trạng thái biến dạng của k t cấu M t khác, khi k t cấu chịu t c dụng của ngoại lực (lực và momen uốn) Phương pháp PTHH giả thi t rằng các ngoại lực này được truyền qua n t Như vậy, nội lực trong PTHH có thể biểu thị bằng lực và mômen t p trung ở n t, gọi là lực n t Như vậy, nếu bi t được giá trị các lực n t thì có thể t nh được sự phân bố của nội lực trong PTHH đó 4 Phương trình... ) , F (t ) Véc t gia t c, vận t c, chuyển vị n t và véc t t i trọng thay đổi theo thời gian Các ma trận độ cứng, khối lượng, ma trận cản đều là các ma trận vuông đối xứng, chúng được ghép t các ma trận t ơng ứng của t ng Trường hợp phân t ch t nh (Static Analysis): F (t ) = F Phương trình (1) trở thành: K.U=F (2) Giải hệ phương trình (2) t m t t cả các thành phần chuyển vị t i các n t, sau đó T nh... BTCT DƯL trên mô hình 3D, mang lại cho người kỹ sư dễ dàng t i ưu hóa các giải pháp thi t kế kích thước hình học, c t thép của các bộ phận k t cấu t đó giảm thiểu t i đa các sai s t của hồ sơ thi t kế so với thực t chịu lực của k t cấu và t i ưu hóa k t cấu, đảm bảo yêu cầu an toàn trong khai thác của k t cấu Các mô hình phần t sử dụng trong phần phềm ATENA: · 2D Isoparametric elements, quadrilateral,... đề t i trong thời gian t i sẽ k t hợp với chương trình MIDAS CIVIL, RM để so sánh k t quả t nh.Vì phần mềm MIDAS CIVIL, RM được sử dụng r t rộng rãi T i liệu tham khảo trong quá trình thực hiện đề t i: • K t cấu bê t ng c t thép-TS Ngô Đăng Quang– Nhà xu t bản GTVT • K t cấu bê t ng dự ứng lực TS Ngô Đăng Quang– Nhà xu t bản GTVT • Phần Help của chương trình ATENA • Web: http://www.cervenka.cz Nghiên. .. diện định của pháp lu t các t i liệu Mohr-Coulomb (Interface with Mohr-Coulomb material law.) · Đàn hồi đẳng hướng (Isotropic elastic.) · Đàn hồi không tuyến t nh (Non-linear springs.) · Sự phụ thuộc vào nhi t độ (Temperature dependent (Fire) · Co ng t và t biến (theo tiêu chuẩn ACI) · Lưu thông nhi t (Transport of heat) · Sự mỏi của bê t ng khi chịu kéo (Fatigue of concrete in tension) ATENA – Giải ... Huy PHẦN II: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA DẦM CHỮ T CHỊU C T Sự làm việc cấu kiện chịu c t chữ T Trong thực t phá hủy uốn thường xảy nhiều k t cấu bê t ng ứng su t trước có đủ thời gian cảnh... phần t hữu hạn làm việc giống hay gần giống với k t cấu thực t Việc t nh toán mô hình PTHH trước h t phân t ch trạng thái làm việc t ng thể k t cấu t theo điều kiện liên k t tìm trạng thái làm. .. xu t ba giai đoạn trạng thái ứng su t biến dạng:trước hình thành v t n t nghiêng, sau hình thành v t n t nghiêng trước dầm bị phá hoại ti t diện nghiêng Hình Ứng su t kéo gây v t n t nghiêng, dầm