Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 27 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
27
Dung lượng
1,05 MB
Nội dung
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI LÂM THANH QUANG KHẢI NGHIÊNCỨUTRẠNGTHÁIỨNGSUẤTBIẾNDẠNGCỦAMÁIVỎTHOẢIBÊTÔNGCỐTTHÉPCONGHAICHIỀUDƯƠNGNHIỀULỚP CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP MÃ SỐ : 62.58.02.08 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2019 Luận án hoàn thành Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Thanh Huấn GS.TS Nguyễn Tiến Chương Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp trường tại: Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Vào hồi: .ngày tháng .năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án Thư viện quốc gia, Thư viện trường Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội DANH MỤC CÁC BÀI BÁO KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Lâm Thanh Quang Khải (2016), Một số phương pháp xác định trạngtháiứngsuấtbiếndạng kết cấu máivỏ mỏng bêtơngcốtthép Tạp chí xây dựng (ISSN 0866-0762) - Bộ xây dựng, số tháng 6/2016, trang (165-168) Lâm Thanh Quang Khải, Lê Thanh Huấn (2016), Khảo sát trạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏthoảinhiềulớp theo lý thuyết vỏ dị hướng theo sơ đồ lớp tương đương Tạp chí xây dựng (ISSN 0866-0762) - Bộ xây dựng, số tháng 8/2016, trang (190-194) Lâm Thanh Quang Khải, Lê Thanh Huấn, Nguyễn Tiến Chương (2016), Trạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏthoảiconghaichiềudương BTCT lớp với điều kiện biên khác Tạp chí xây dựng (ISSN 0866-0762) - Bộ xây dựng, số tháng 10/2016, trang (136-140) Lâm Thanh Quang Khải (2018), Nghiêncứutrạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏthoảibêtôngcốtthéphailớp thực nghiệm Tạp chí xây dựng (ISSN 0866-8762) - Bộ xây dựng, số tháng 3/2018, trang (58-61) Lam Thanh Quang Khai, Do Thi My Dung (2018), Stress-strain in multi-layer reinforced concrete doubly curved shell roof 15th World Conference On Applied Science, Engineering And Technology, 12/2018, India (ISBN: 978-81-939929-2-0) MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Trong tính tốn máivỏ mỏng bêtơngcốtthép (BTCT), với loại máivỏ mỏng như: vỏcong hay hai chiều, vỏ trụ, vỏ cầu…theo giải tích, phương pháp số, thực nghiệm Với máivỏconghaichiều loại vỏ đặc biệt thay đổi độ cong vỏ, loại kết cấu biên khác ảnh hưởng lớn đến ứngsuấtbiếndạngvỏ có cơng trình nghiêncứu loại kết cấu Một số nghiêncứu điển hình loại vỏconghai chiều, có nghiêncứu giải tích giới thiệu Vlasov [63], Lê Thanh Huấn [12][13][15][16][65], Ngô Thế Phong [21] Một số nghiêncứu phương pháp số: Ahmad cộng [27], Nguyễn Hiệp Đồng [9][11], Harish cộng [40], Stefano cộng [60] Một số nghiêncứu thực nghiệm Lê Thanh Huấn [65] nghiêncứu Meleka cộng [51], Sivakumar [59]… Tuy nhiên thực tế sử dụng loại máivỏconghaichiều Việt Nam ngồi lớpbêtơngvỏ chịu lực có lớp khác bên lớp chống thấm, lớp chống nóng hay lớp gia cường, gia cố sửa chữa vỏ tạo nên kết cấu vỏnhiềulớp Trong nghiêncứu giải tích giới thiệu Ambarsumian [26][66], Lê Thanh Huấn [68], An-dray-ep Nhi-me-ropski [69] với giả thiết lớpvỏ dính chặt nên đưa vỏnhiềulớp thành vỏlớp tương đương Ngoài nghiêncứuvỏ composite lớp hay nghiêncứu dao động hay ổn định vỏ, nghiêncứuvỏnhiềulớp giới thiệu tác giả Rao [56], Mohan [50], Nguyen Dang Quy cộng [52], Ferreira cộng [34], Francesco cộng [35] Tuy nhiên nghiêncứu chưa thật rõ ràng đầy đủ tính tốn trạngtháiứngsuấtbiến dạng, khả tách trượt lớpvỏ phức tạp tính tốn Tuy nhiên tính tốn kết cấu máivỏ mỏng BTCT lớp hay nhiềulớp tồn nhiều vấn đề cần nghiêncứu giải như: Phải giải hệ phương trình vi phân bậc cao không dễ dàng cho biết rõ trạngtháiứngsuấtlớpmái vỏ, chưa có nhiềunghiêncứu thực nghiệm loại máivỏ BTCT lớp hay nhiều lớp… Từ tham khảo nguồn tài liệu ngồi nước có nghiêncứuứng xử máivỏ BTCT nhiều lớp, khả tách trượt lớpmáivỏthoảinhiềulớp thực nghiệm có sử dụng lớpbêtôngcốt sợi kim loại phân tán lớpvỏ Vì vậy, tác giả thấy cần thiết nghiêncứu đề tài: "Nghiên cứutrạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏthoảibêtôngcốtthépconghaichiềudươngnhiều lớp" để làm sáng tỏ vấn đề vỏnhiềulớp thiết thực, vừa có ý nghĩa khoa học, vừa có ý nghĩa thực tiễn 2 Mục tiêu nghiêncứuNghiêncứuứngsuấtbiếndạngmáivỏthoải BTCT conghaichiềudươnghailớpNghiêncứu ảnh hưởng tham số đến ứngsuấtbiếndạngmáivỏthoảihailớp xem xét khả tách trượt lớp Đối tượng phạm vị nghiêncứu Đối tượng nghiên cứu: máivỏthoải BTCT conghaichiềudươnghailớp mặt vuông Phạm vi nghiên cứu: nghiêncứutrạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏthoảibêtôngcốtthéphailớp tác động tải trọng phân bố giai đoạn trước bêtông xuất vết nứt, trường hợp vỏ có chiều dày khơng đổi Phương pháp nghiêncứuNghiêncứu lý thuyết kết hợp phân tích phần mềm Sap2000 mơ số ANSYS Nghiêncứu thực nghiệm tiến hành với vỏ làm vật liệu thật bêtôngcốtthép Các phương pháp tổng hợp, phân tích so sánh để đánh giá kết Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: luận án góp phần làm sáng tỏ ứngsuấtbiếndạng khả tách trượt lớpvỏdạng kết cấu máivỏthoảibêtôngcốtthépconghaichiềudươngnhiềulớp Ý nghĩa thực tiễn: toán máivỏthoảiconghaichiềudương làm vật liệu BTCT nhiềulớp chịu tải trọng sử dụng, với cách tính tốn thực nghiệm mơ số, luận án rút số nhận xét mặt kỹ thuật nên có ý nghĩa thực tiễn Kết cấu luận án Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, kiến nghị phần phụ lục Luận án trình bày gồm chương, nội dung cụ thể chương sau: Chương 1: Tổng quan nghiêncứumáivỏthoảibêtôngcốtthépconghaichiều Chương 2: Lý thuyết tính máivỏthoải BTCT conghaichiềudươngnhiềulớp Chương 3: Nghiêncứutrạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏthoảibêtôngcốtthéphailớp thực nghiệm Chương 4: Nghiêncứutrạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏthoảihailớp mô số khảo sát tham số Những đóng góp mới luận án Đóng góp kết nghiêncứu thực nghiệm ứng xử máivỏthoảiconghaichiềudươnghailớpbêtôngbêtôngcốt sợi thép phân tán, thông qua việc xây dựng biểu đồ: biến dạng, ứng suất, nội lực, độ võng, quan hệ tải trọng - biếndạng trượt Đánh giá mức độ liên kết lớpvỏ đến giai đoạn trước bêtông xuất vết nứt Trên sở nghiêncứu thực nghiệm, mô số ứng dụng phần mềm ANSYS, rút kết luận máivỏthoảiconghaichiềudương làm lớp vật liệu bêtông không bị trượt, có khả làm việc mơ hình vỏlớp tương đương với điều kiện biên tải trọng phù hợp Sử dụng mơ hình xây dựng, nghiêncứu ảnh hưởng tham số vỏ đến trạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏ thoải, gồm: bề dày lớp, vị trí lớpbêtơng sợi, hàm lượng sợi bêtông… PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊNCỨUMÁIVỎTHOẢIBÊTÔNGCỐTTHÉPCONGHAICHIỀU 1.1 Tổng quan nghiêncứu lý thuyết thực nghiệm máivỏthoảibêtôngcốtthépconghaichiều lớp 1.1.1 Các nghiêncứu lý thuyết 1.1.1.1 Các nghiêncứu giải tích Để giải toán máivỏthoải BTCT, Vlasov [63] thiết lập hệ phương trình vi phân với hàm ứngsuất chuyển vị cần tìm w chịu tải trọng tác dụng thẳng đứng qx, y : 2 4 w w w k1 k 2 D 2 qx, y x y x x y y 2w 4 4 4 2w 0 Eh k k x x x y y y (1.1) Trên sở đó, Lê Thanh Huấn [15][65], Bai cốp V.N [67] dùng phương pháp điểm (bán giải tích) để giải hệ phương trình Vlasov tìm giá trị nội lực, ứngsuấtvỏthoảiconghaichiềudương mặt hình chữ nhật cho điều kiện biên khác Ngoài để giải hệ phương trình Vlasov, Ngơ Thế Phong [21] dùng phương pháp chuỗi lượng giác kép Navier, chuỗi lượng giác đơn Lévi, phương pháp lý thuyết mô men tổng quát chịu tải trọng phân bố để xác định giá trị nội lực mô men uốn cho vỏcong 1.1.1.2 Các nghiêncứu theo phương pháp số a) Phương pháp xấp xỉ liên tiếp Bản chất phương pháp giải phương trình vi phân bậc tổng quát có dạng: wi wi wi wi 2w w 2w w w n wi i i i i i i 1 p Phương pháp xấp xỉ liên tiếp tác giả Nguyễn Hiệp Đồng [9][10][11] sử dụng luận án tiến sĩ báo đăng nước b) Phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp dùng phần tử kiểu phẳng: dùng phần tử tam giác phẳng, phần tử tứ giác phẳng trình bày đầy đủ tài liệu: Richard [55], Lee cộng [49] Phương pháp dùng phần tử vỏ cong: nhằm tiệm cận tốt hình học kết cấu vỏ, phân tích dùng phần tử vỏ cong, có nhiều tài liệu trình bày đầy đủ: [31][36][66] Nhờ ứng dụng phương pháp PTHH, với hỗ trợ phương tiện máy tính, nhiềudạng kết cấu vỏ mỏng nhiều tác giả nước nghiêncứu phát triển, như: Bandyopadhyay cộng [29] phân tích uốn cong kết cấu vỏconghaichiều Các trường chuyển vị làm xấp xỉ đa thức Đỗ Đức Duy [8], Đặng Văn Hợi [18], Trần Anh Tú [17] làm sáng tỏ thêm ứngsuấtbiếndạngmáivỏthoảiconghai chiều, giải toán phức tạp mà trước gần chưa có lời giải tác động nhiệt độ khơng khí, ảnh hưởng kết cấu biên… Hyuk Chun Noh [39] nghiêncứu khả giới hạn kết cấu vỏ mỏng bêtơngcốtthép quy mơ lớn, có xét đến phi tuyến hình học phi tuyến vật liệu vỏ Nilophar cộng [53] sử dụng phương trình giải Vlasov để tính tốn nội lực mơ men uốn cho vỏthoảiconghaichiềudương Harish cộng [40] nghiêncứuứngsuấtbiếndạngvỏbêtôngconghaichiều phần mềm Sap2000 chịu tải trọng phân bố cho vỏ Evy Verwimp cộng [33] dự đoán tượng uốn congvỏ mỏng bêtôngcốt lưới dệt, xem xét ảnh hưởng đến tải trọng tới hạn phi tuyến tính hình học phi tuyến vật liệu vỏ Ngồi nghiêncứuứngsuấtbiếndạng vỏ, Stefano [60] nghiêncứu phương pháp thiết kế nhằm giảm thiểu việc sử dụng vật liệu vỏ hình dạng vỏ, điều kiện biên, tải trọng… 1.1.2 Các nghiêncứu thực nghiệm Lê Thanh Huấn [65] nghiêncứuứngsuấtbiếndạngvỏthoảiconghaichiềudương mặt hình vng với mơ hình vật liệu kính hữu Gần Meleka cộng [51] thực để đánh giá việc sửa chữa tăng cường cho vỏbêtôngcốtthép với lỗ hở vật liệu sợi thủy tinh gia cố polymer (GFRP) Sivakumar cộng [59] nghiêncứuứngsuất chuyển vị vỏcong với mặt chữ nhật, độ vồng đỉnh vỏ 80mm, dầm biên 40×50mm, với độ dày vỏ 20mm 25mm Jeyashree cộng [45] nghiêncứuứngsuất chuyển vị vỏthoải mặt hình vng conghaichiều kích thước 68×68cm chịu tải trọng tập trung đỉnh vỏ Tương tự, Praveenkumar cộng [54] nghiêncứu chuyển vị tải trọng vỏconghaichiều kích thước 110×110cm, chiều cao đỉnh vỏ 9cm với độ dày 20cm 25cm Nhận xét chung nghiêncứu lý thuyết thực nghiệm vỏ lớp: nghiêncứu lý thuyết hay thực nghiệm máivỏthoảiconghaichiều dừng lại loại máivỏthoải lớp, chưa đề cập đến dạng kết cấu vỏnhiềulớp Vì luận án tiếp tục tập trung vào nghiêncứumáivỏthoảiconghaichiềunhiềulớp 1.2 Tổng quan nghiêncứu lý thuyết thực nghiệm máivỏthoảibêtôngcốtthépconghaichiềunhiều lớp Từ hệ phương trình Vlasov, Ambarsumian [26] xây dựng lý thuyết vỏnhiềulớp dị hướng cho toán vỏ mỏng xem tản lý thuyết cho nghiêncứuvỏnhiềulớp Ambarsumian đến kết luận lớp làm việc giai đoạn đàn hồi, không trượt lên cho phép ta khơng cần thiết xem xét ứngsuấtbiếndạnglớp riêng biệt Rao [56] xây dựng ma trận độ cứng cho vỏthoải dị hướng nhiềulớp mặt chữ nhật, trạngtháiứngsuấtbiếndạngvỏ tính dựa bề mặt trung gian vỏ Sau này, Lê Thanh Huấn [14][68] nghiêncứu dựa vào lý thuyết vỏnhiềulớp dị hướng Ambarsumian tiếp tục xây dựng cho toán máivỏthoải BTCT conghaichiềudươngnhiềulớp với giả thiết lớp dính chặt Năm 2001, An-dray-ep Nhi-me-rop-ski [69] cơng bố cơng trình nghiêncứuvỏnhiềulớp dị hướng, chịu uốn, ổn định dao động với cách tiếp cận khác với lý thuyết vỏ Ambarsumian Các phương trình cân liên tục viết dạng tense Trong nghiêncứu Carrera [30] nghiêncứuvỏnhiều lớp, nhiên nghiêncứu lý thuyết chung, chưa đề cập đến khả tách trượt lớpvỏ Francesco cộng [35] nghiêncứuvỏthoảiconghaichiềudương nằm đàn hồi Winkler-Pasternak phương pháp sai phân tổng quát Hiện từ nhiều nguồn tài liệu nước nước ngồi chưa tìm thấy cơng trình nghiêncứu thực nghiệm ứng xử máivỏthoải có xem xét khả tách trượt lớpmáivỏconghaichiềudươngnhiềulớp vật liệu BTCT với kích thước lớn Để làm sáng tỏ ứngsuấtbiếndạngmáivỏthoải BTCT conghaichiềudươngnhiềulớp xem xét khả tách trượt lớp Luận án đưa nội dung nghiêncứu sau 1.3 Các nội dung cần nghiêncứu luận án Nghiêncứutrạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏthoảinhiềulớp theo lời giải giải tích theo lời giải phương pháp PTHH thông qua phần mềm Sap2000 Nghiêncứutrạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏthoảihailớp thực nghiệm Nghiêncứutrạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏthoảihailớp mô số Nghiêncứu ảnh hưởng bề dày lớp, vị trí lớpbêtơng sợi đến trạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏthoải xem xét khả tách trượt lớpvỏ mô số CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH MÁIVỎTHOẢIBÊTƠNGCỐTTHÉPCONGHAICHIỀUDƯƠNGNHIỀULỚP 2.1 Các khái niệm ứng dụng máivỏ mỏng 2.1.1 Các khái niệm máivỏ mỏng Máivỏ mỏng bêtôngcốt thép: loại máibêtôngcốtthép tạo mặt cong hay hai chiều, có chiều dày hv a (với 500 a : chiều dài cạnh ngắn) [15] Máivỏthoảiconghai chiều: Máivỏ BTCT conghaichiều gọi thoải độ dốc điểm mặt vỏ so với mặt phẳng đáy không 180 tỉ số độ vồng f lớn (chiều cao từ tâm mặt chứa góc tới đỉnh mái vỏ) cạnh ngắn f [15] a 2.1.2 Phạm vi ứng dụng ưu điểm máivỏ mỏng Máivỏ mỏng BTCT: sử dụng rộng rãi cơng trình xây dựng Máivỏ mỏng BTCT dạng kết cấu khơng gian có ưu điểm [15]: Phù hợp với cơng trình độ lớn, khơng gian lớn khơng có cột trung gian So sánh với phương án sử dụng kết cấu phẳng có độ, máivỏ mỏng có trọng lượng thân giảm 20-30% Tạo nên công trình kiến trúc có hình dáng phong phú, ấn tượng nhờ mặt cong quy mô lớn máivỏ 2.1.3 Máivỏthoảiconghaichiều xây dựng ngồi nước Bảng 2.1: Các cơng trình máivỏthoảiconghaichiều xây dựng TT Tên cơng trình Cơng trình Wiesbaden Vị trí xây Kích thước dựng mặt Đức 3030m Dày vỏ 9cm Năm hoàn thành 1931 Nhà máy cao su Brynmawr Anh 18.925.9m 9cm 1951 Chợ Smithfield Poultry Anh 38.168.5m 7.6cm 1963 Hội trường Đại học Quốc Gia HN Việt Nam 1818m 7cm 1996 2.2 Lý thuyết tính máivỏthoảiconghaichiềudương lớp 2.2.1 Hệ phương trình Vlasov [63] 2 4 w w w k1 k 2 D 2 qx, y x y x y y x 2w 4 4 4 2w 0 Eh k k x x x y y y (2.5) Có nhiều phương pháp giải hệ phương trình vi phân bậc (2.5), nhiên không hẳn đơn giản Phức tạp chỗ, máivỏthoải BTCT, phải tìm hai hàm w cho chúng vừa thoả mãn hệ phương trình (2.5) lại vừa thoả mãn điều kiện biên khác 2.2.2 Tính tốn vỏ theo trạngthái phi mô men 2.2.2.1 Dùng chuỗi lượng giác kép Navier [21] Nội lực phi mô men vỏ xác định theo công thức (2.7): N1 N2 16q2 mk 2 16q 2 m n nk m n n mx ny sin sin 2 a b m k n y x m mx ny sin sin 2 a b m k n y x (2.7) 2.2.2.2 Dùng chuỗi lượng giác đơn Lévi [21] Nội lực phi mô men vỏ xác định theo công thức (2.9): N1 N2 4qR 4qR Ch y nChn b sin n x n 1 Ch y n 1 Chn b sin n x n n (2.9) 2.2.2.3 Dùng phương pháp điểm (bán giải tích) Tùy thuộc vào u cầu sử dụng cơng trình kết cấu biên có dạng khác nhau, kết cấu dàn phẳng, dầm, tường dãy cột, trụ góc Bai cốp V.N [67] Lê Thanh Huấn [15][65] đưa trường hợp sử dụng lý thuyết phi mô men 2.2.3 Tính tốn vỏ theo trạngthái mơ men 2.2.3.1 Tính tốn vỏ theo lý thuyết hiệu ứngbiên [15][21] a) Khi vỏ liên kết khớp với kết cấu biên: 10 Chuyển vị thẳng đứng (độ võng): 16qR12 w EhC m n mn 2 2 m1.3 n1, sin m n sin a b (2.40) Mô men uốn: 2 m n 16qR1h M C m1.3 n1,3 m 2 2 m n 16qR1h M C m1.3 n1,3 m 2 2 P1 R1 n F2 m n 2 2 a h mn m n sin sin a b P1 R1 m F2 m n 2 2 a h mn m n sin sin a b Ví dụ 2.1: Máivỏthoảiconghaichiềudương có kích thước mặt hình vng a=b=36m, bán kính cong R1=R2=1.25a Lớp I: lớpbêtơng có chiều dày hI=10cm, B25, mô đun đàn hồi EI=315000kG/cm2 Lớp II: lớpbêtông lưới thép B20, chiều dày hII=4cm, EII=265000kG/cm2 Hệ số Poisson v=0.2 Tải trọng, kể trọng lượng thân hoạt tải mái lấy 500kG/m2 Tính nội lực, ứngsuất độ võng máivỏthoải với biên hệ dàn khớp Giải: Hình 2.14 Biểu đồ nội lực, ứng suất, độ võng vỏlớp theo giải tích [68] 2.4.1.2 Lời giải phương pháp PTHH thông qua phần mềm Sap2000 a) Xây dựng mô hình kết cấu máivỏthoải 11 Hình 2.18 Biểu đồ nội lực độ võng vỏlớp theo giải tích Sap2000 Ghi chú: nét đỏ: theo lời giải giải tích [68]; nét xanh: theo lời giải Sap2000 Nhận xét: Nội lực chênh lệch từ 11.8% đến 31%, độ võng chênh lệch từ 12% đến 21% Đối với kết cấu BTCT, kết cấu biên đa dạng có độ cứng khác nhau, ảnh hưởng đáng kể đến trạngtháiứngsuấtbiếndạng loại kết cấu vỏ Nhằm làm sáng tỏ trạngtháiứngsuấtbiếndạng vùng biên ảnh hưởng số lớp vỏ, tác giả tiến hành tính toán máivỏthoảilớp với hai điều kiện biên: ngàm khớp sau: 2.4.2 Máivỏthoải lớp 2.4.2.1 Trạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏthoảilớp với điều kiện biên tựa khớp a) Lời giải giải tích Ví dụ 2.2: Máivỏthoảiconghaichiềudương BTCT mặt hình vng a=b=36m, R1=R2=45m, gồm có lớp sau: lớp (dưới cùng) bêtông B25 dày h1=3cm, E1 315000kG / cm2 ; lớp dày h2=19cm, E2 141750kG / cm2 ; lớpbêtông B25 dày h3=3cm, E3 315000kG / cm2 ; lớpbêtông B20 dày h4=5cm, E4 264915kG / cm2 ; lớp (trên cùng) bêtơng B5 có chiều dày h5=2cm, E5 10710kG / cm2 Hệ số Poisson v=0.2 Tải trọng, kể trọng lượng thân hoạt 12 tải mái lấy 500kG/m2 Tính nội lực ứngsuấtmáivỏthoải với biên hệ dàn khớp Hình 2.20 Biểu đồ nội lực ứngsuấtvỏlớpbiên khớp theo giải tích [68] b) Lời giải phương pháp PTHH thông qua phần mềm Sap2000 Hình 2.22 Biểu đồ nội lực vỏlớpbiên khớp theo giải tích Sap2000 Nhận xét: “Sự phân phối ứngsuấtvỏnhiềulớp tùy thuộc vào số lớp mô đun đàn hồi lớp”, điểm mà chưa đánh giá rõ ràng máivỏthoảinhiềulớp BTCT 2.4.2.2 Trạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏthoảilớp với điều kiện biên ngàm a) Lời giải giải tích Như phương pháp giải tích, việc dùng hàm chuỗi lượng giác kép sin , sin khơng phù hợp b) Lời giải phương pháp PTHH thơng qua phần mềm Sap2000 13 Hình 2.25 Biểu đồ nội lực, ứngsuất độ võng vỏlớpbiên ngàm theo Sap2000 Nhận xét: Nội lực N vị trí gần biên với điều kiện biên ngàm nhỏ so với điều kiện biên khớp, nội lực N lớn so với điều kiện biên khớp Kết cho thấy ảnh hưởng điều kiện biênvỏ lớn 2.5 Nhận xét Qua giá trị nội lực ứngsuấtvỏ cho thấy: “sự phân phối ứngsuấtvỏnhiềulớp tùy thuộc vào số lớp mô đun đàn hồi lớp” Kết nội lực, ứngsuất độ võng theo lời giải giải tích theo lời giải Sap2000 phù hợp nên sử dụng theo lý thuyết vỏlớp tương đương để xác định ứngsuấtbiếndạngvỏ với tải trọng phù hợp CHƯƠNG 3: NGHIÊNCỨUTRẠNGTHÁIỨNGSUẤTBIẾNDẠNGCỦAMÁIVỎTHOẢIBÊTÔNGCỐTTHÉPHAILỚP BẰNG THỰC NGHIỆM 3.1 Mục tiêu nội dung nghiêncứu thực nghiệm 3.1.1 Mục tiêu nghiêncứu thực nghiệm a) Khảo sát khả làm việc lớpbêtơng có cấp độ bền khác b) Xây dựng biểu đồ: biến dạng, ứng suất, nội lực, độ võng, quan hệ tải trọng - biếndạng trượt vỏ 3.1.2 Nội dung nghiêncứu thực nghiệm Gồm: Thiết kế thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, đánh giá xử lý kết thí nghiệm 14 3.2 Cơ sở thiết kế mẫu mơ hình thí nghiệm 3.2.1 Cơ sở thiết kế mẫu Trong nghiêncứu lý thuyết [26][66][68] giả thiết lớpmáivỏ dính chặt mà chưa nói rõ cho trường hợp kết cấu biên nào? tải trọng giới hạn bao nhiêu? 3.2.2 Thiết lập mô hình thí nghiệm cho ḷn án - Do mơ hình máivỏ BTCT tương đối lớn cách tạo hình thí nghiệm cho máivỏnhiềulớp phức tạp tốn nhiều thời gian, qua mô ANSYS cho thấy với kích thước mặt 33m mẫu đủ khả phản ứng nhạy cảm với tải trọng chất lên - Trong điều kiện sử dụng máivỏ Việt Nam lớp bên máivỏlớp chịu lực chính, lớpbêtơng chống thấm, cách nhiệt có cấp độ bền thấp nằm bên vỏ Trong trường hợp sửa chữa vỏnghiêncứu mô số với lớp BTS nằm lớpbêtông thường 3.3 Thiết kế chế tạo mẫu thí nghiệm 3.3.1 Vật liệu - Bêtơng B20 (M250) cho lớpbêtông thường B30 (M400) cho lớpbêtôngcốt sợi - Sợi thép (0.5-L30mm): sợi thép đáp ứng tiêu chuẩn ASTM A820-01 [23], tỷ lệ hướng sợi từ 50 đến 100 đáp ứng ACI 544.1R-1996 [22] 3.3.2 Mẫu thí nghiệm Hình 3.2 Thiết kế máivỏthoải 33m thí nghiệm 3.3.3 Mục đích, loại vị trí dán strain gage - Mục đích dán strain gage (tenzomet điện trở): đo biếndạng bề mặt bêtôngcốtthép lớp, từ xác định ứngsuất nội lực vị trí dán - Loại strain gage thiết bị đo biến dạng: sử dụng strain gage loại BX120-30AA, dạng dài 30mm, rộng 3mm, điện trở Rgage=120, hệ số gage=2.081% Sử dụng thiết bị đo biếndạng 15 strain gage Data loger TDS-530 (30 kênh), Data loger TDS-601 (10 kênh) Viện KHCN xây dựng IBST Strain Indicator P-3500, chuyển kênh SB10 (10 kênh) - Vị trí dán strain gage: từ kết tính tốn sơ kết mô phần mềm ANSYS - Phương pháp dán: [48] 3.3.4 Chế tạo mẫu thí nghiệm Các bước thực sau: - Bước 1: gia cơng ván khn theo hình dạngmáivỏthoảiconghaichiềudương - Bước 2: đổ bêtônglớp 1, bêtông sợi thép với hàm lượng sợi thépbêtông 2%, - Bước 3: tiếp tục gia côngcốtthép gia cường biên, dán strain gage lên thép giữa, strain gage hàn với dây điện chống nhiễu dẫn khỏi vị trí vỏ 3.3.5 Bảo dưỡng mẫu: theo TCVN 8828-2011 [5] 3.4 Thí nghiệm tiêu lý vật liệu 3.4.1 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bêtông: TCVN 3118-1993 [1] 3.4.2 Thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi bêtơng: TCVN 5726-1993 [2] 3.4.3 Thí nghiệm kéo thép Trong vỏ khơng bố trí thép chịu lực vỏ nên khơng thí nghiệm kéo thép 3.5 Thí nghiệm máivỏthoảibêtôngcốtthép lớp 3.5.1 Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm e) Vị trí dán strain gage mặt f) Vị trí dán strain gage mặt 16 g) Dán strain gage théplớp h) Dán strain gage théplớp Hình 3.11 Vị trí dán strain gage lên vỏ 3.5.2 Tiến hành thí nghiệm: tiến hành sau: Bước 1: công tác chuẩn bị, Bước 2: Lắp đặt kiểm tra thiết bị đo, Bước 3: Bắt đầu thí nghiệm 3.5.3 Kết thí nghiệm máivỏthoải lớp Hình 3.15 Quan hệ tải trọng biếndạng trượt vỏ Nhận xét: biếndạng trượt (Hình 3.15) cấp tải 611kG/m2 4.310-5, nhỏ so với biếndạng tương đối cực hạn bêtông cu=3.510-3 Xem biênvỏbiếndạng trượt lớp nhỏ bỏ qua, nghĩa chốt thép liên kết lớpvỏ chưa phát huy tác dụng Hình 3.16 Biếndạnglớpvỏ 17 Hình 3.17 Ứngsuấtlớpvỏ Hình 3.18 Nội lực Nx, Ny vỏ Hình 3.19 So sánh kết ứngsuất độ võng EXP SAP Nhận xét: ta thấy vị trí bên vỏ có giá trị chênh lệch ứngsuất không đáng kể thực nghiệm Sap2000 3.6 Nhận xét Các lớpmáivỏthoải không trượt lên nhau, làm việc với kết cấu nhiều lớp, sử dụng mơ hình vỏlớp tương đương chất tải phù hợp CHƯƠNG 4: NGHIÊNCỨUTRẠNGTHÁIỨNGSUẤTBIẾNDẠNGCỦAMÁIVỎTHOẢIHAILỚP BẰNG MÔ PHỎNG SỐ VÀ KHẢO SÁT THAM SỐ 4.1 Giới thiệu phần mềm ANSYS nội dung nghiêncứu 4.1.1 Giới thiệu sơ lược phần mềm ANSYS Trình tự giải tốn kết cấu cơng trình phần mềm ANSYS gồm bước sau phân thành nhóm: xử lý số liệu, tính tốn xử lý kết tính tốn 18 4.1.2 Các nội dung nghiêncứu mô số - Xây dựng mơ hình PTHH cho máivỏthoảihailớp thí nghiệm - Hồn thiện mơ hình PTHH việc điều chỉnh thông số đầu vào từ kết thí nghiệm vật liệu bêtơng thường, bêtơng sợi sợi thép 4.2 Lựa chọn mơ hình hóa cốtthép sợi phân tán bêtơng Để mơ hình hóa cốtthép sợi bêtông, người ta sử dụng mô hình gồm: mơ hình phân tán, mơ hình nhồi (embeded) mơ hình rời rạc (discrete) [24][32] Như nghiêncứu này, cốtthép sợi phân tán bêtơng nên sử dụng mơ hình phân tán (smeared) hợp lý 4.3 Lựa chọn mơ hình hóa vết nứt bêtông Hiện vết nứt bêtông mô hình hóa theo haidạng là: mơ hình rời rạc (discrete) mơ hình phân tán (smeared) [38] Trong nghiêncứu này, ta chọn mơ hình phân tán (smeared) cho vết nứt bêtông 4.4 Lựa chọn mô hình tiếp xúc giữa lớp bêtơng Trong tính tốn sử dụng phần tử tiếp xúc (Interface element) phần tử lớp mỏng (Thin-layer element) để mô mặt tiếp xúc trượt lớpbêtông khác [19] 4.5 Xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn cho máivỏ 4.5.1 Phần tử mơ hình Phần tử mô bêtông: phần tử SOLID65 Phần tử tiếp xúc: mô kiểu phần tử TARGE170 cho tiếp xúc 3D Bề mặt vật mơ hình hóa kiểu phần tử CONTA173 4.5.2 Chia lưới cho mô hình Nguyên tắc chia lưới phải đảm bảo phần tử phải chung nút với nhau, ta chia theo bề dày vỏ với lớp (ESIZE,ALL,H1) chia lưới tự (MSHKEY,0) với hình dạng lưới chia theo khối tứ diện 3D (MSHAPE,1,3D) 4.5.3 Điều kiện biên tải trọng tác dụng Vỏ liên kết cứng với dầm congbiên Tải trọng tác dụng phân bố lên mặt vỏ nút lưới khối tứ diện (NSLA,R,1), lực nén P phân bố mặt vỏ (SF,ALL,PRES,P) 4.6 Mơ hình vật liệu 4.6.1 Mơ hình vật liệu bêtơng 19 Hình 4.10 Đườngcongứngsuấtbiếndạng bê tông kéo nén trục [28] 4.6.1.1 Mơ hình ứngsuấtbiếndạngbêtơng chịu nén Qua khảo sát mơ hình ứngsuấtbiếndạngbêtơng chịu nén trình bày kết ứngsuấtbiếndạngbêtông thí nghiệm (Hình 3.9), ta thấy kết thí nghiệm phù hợp với mơ hình Kachlakev 4.6.1.2 Mơ hình ứngsuấtbiếndạngbêtông chịu kéo Mô hình định nghĩa sẵn ANSYS (Hình 4.15) [24] 4.6.2 Tiểu chuẩn phá hoại bêtông Tiêu chuẩn phá hoại Willam Warnke sử dụng nghiêncứu định nghĩa ANSYS Bêtông bị nứt bị nén vỡ thỏa mãn phương trình (4.10) [64] 4.7 Thơng số đầu vào cho mơ hình Trong ANSYS để nhập thơng số đầu vào cho phần tử bêtông SOLID65, ta phải nhập thông số sau đây: Hệ số truyền lực cắt vết nứt mở , Hệ số truyền lực cắt vết nứt đóng C , Ứngsuất nứt kéo trục f r , Ứngsuất nén vỡ trục f C' , Hệ số giảm yếu nứt kéo (mặc định chọn 0.6), Mô đun đàn hồi EC ,7 Hệ số Poisson, Đườngcong quan hệ ứngsuấtbiếndạngbêtông 4.8 Kết nghiêncứu giữa thí nghiệm mơ số 4.8.1 Độ võng vỏ Hình 4.17 Độ võng phương pháp 20 4.8.2 Ứngsuấtvỏ Hình 4.18 Ứngsuất phương pháp 4.8.3 Độ võng ứngsuấtmáivỏ cấp tải bắt đầu bêtông xuất vết nứt Giai đoạn bắt đầu bêtông xuất vết nứt: cấp tải P=14kN/m2=1400 kG/m2, ứngsuất 13.38kG/cm2 vỏ xuất vết nứt chạy dọc theo biênlớp BTS dưới, độ võng lớn đỉnh vỏ 0.17mm 4.8.4 Nhận xét Kết phân tích cho thấy mơ hình PTHH phù hợp với thí nghiệm phần mềm khác (Sap2000) Nên sử dụng mơ hình ANSYS để khảo sát ảnh hưởng bề dày lớp, vị trí lớpbêtơng sợi đến ứngsuấtbiếndạngvỏ khả tách trượt lớp 4.9 Khảo sát tham số ảnh hưởng đến ứngsuấtbiếndạngmáivỏ mô số 4.9.1 Tham số bề dày lớp a) Độ võng vỏ trường hợp khảo sát b) Ứngsuất x c) Ứngsuất y Hình 4.22 Độ võng ứngsuất trường hợp khảo sát 21 4.9.2 Tham số vị trí lớp bêtơng sợi a) Độ võng vỏ trường hợp trường hợp b) Ứngsuất x c) Ứngsuất y Hình 4.23 Độ võng ứngsuất trường hợp trường hợp 4.9.3 Khảo sát trượt lớp máivỏthoải Bảng 4.7: Kết tính tốn ứngsuất tiếp lớn BTS 2cm nằm dưới BTS 3cm nằm lớp BTT 3cm lớp BTT 2cm Ứngsuất tiếp max 0.094MPa 0.069MPa Ứngsuất pháp tương ứng 0.346MPa 0.276MPa Thành phần ứngsuất Nhận xét: Khi vỏ chịu tác dụng tải trọng phân bố đỉnh vỏ vng góc với mặt vỏ có xảy tượng trượt lớpmáivỏ Sau chịu tác dụng tải trọng, vị trí tiếp xúc hailớpvỏ có chênh lệch biếndạng tương đối hailớp 110-3 nhỏ nhiềubiếndạng tương đối giới hạn bêtông cu = 3.510-3 4.10 Trạngtháiứngsuấtbiếndạngmáivỏthoải 3636m a) Ứngsuất độ võng vỏ trường hợp xét phi tuyến vật liệu 22 a) Khi bê tông bắt đầu nứt b) Khi bê tông bắt đầu phá hoại Hình 4.26 Ứngsuấtvỏ hàm lượng sốt sợi thép thay đổi a) Khi bê tông bắt đầu nứt b) Khi bê tông bắt đầu phá hoại Hình 4.27 Độ võng vỏ hàm lượng sốt sợi thép thay đổi b) So sánh ứngsuất độ võng vỏ phân tích tuyến tính phi tuyến vật liệu a) Khi bê tơng bắt đầu nứt b) Khi bê tông bắt đầu phá hoại Hình 4.28 Ứngsuấtvỏ phân tích tuyến tính phi tuyến a) Khi bê tơng bắt đầu nứt b) Khi bê tông bắt đầu phá hoại Hình 4.29 Độ võng vỏ phân tích tuyến tính phi tuyến 23 c) Trượt lớpvỏ Bảng 4.12: Kết tính tốn trượt hàm lượng sợi thép thay đổi Giá trị Hàm lượng sợi 0% Hàm lượng sợi 8% Ứngsuất tiếp max 0.408MPa 0.389MPa Ứngsuất pháp tương ứng 1.705MPa 1.774MPa Tải trọng gây trượt 900 kG/m2 950 kG/m2 Nhận xét: Khi chưa vượt qua tải trọng gây trượt lớpvỏ khơng xảy tượng trượt, tính tốn máivỏthoải sử dụng lý thuyết vỏlớp tương đương 4.11 Nhận xét Qua khảo sát lớp cho thấy biếndạng trượt bé, bỏ qua nên đưa lý thuyết vỏlớp tương đương chất tải phù hợp Ngồi nghiêncứu mơ số máivỏthoải thí nghiệm, luận án mở rộng tốn nghiêncứu với máivỏthoải nhịp lớp vật liệu phi tuyến KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Luận án thiết kế, chế tạo thí nghiệm mơ hình vỏ kích thước lớn 3×3m làm vật liệu bêtôngbêtôngcốt sợi thép phân tán vốn thường thực mơ hình nhỏ vật liệu chuyển đổi Đánh giá mức độ liên kết lớpvỏ Đã thực tính tốn mơ số máivỏthoải thực nghiệm phần mềm ANSYS Tiến hành so sánh kết mô số với kết tính phần mềm Sap2000 kết thực nghiệm để đánh giá thông số mô phỏng, từ có sở để khảo sát thơng số lớp đánh giá mức độ trượt lớp với Qua thực nghiệm tính tốn mơ số xác định tải trọng gây trượt Khi chưa vượt qua tải trọng gây trượt lớpvỏ không xảy tượng trượt, tính tốn máivỏthoải sử dụng lý thuyết vỏlớp tương đương II Kiến nghị - Kiến nghị: ▪ Khi tải trọng tác dụng lên vỏ với tải trọng thân hoạt tải mái thay hồn tồn cốtthép loại máivỏconghaichiềunhiềulớp sử dụng lớpbêtôngcốt sợi thép Khi tải trọng tác dụng vượt qua máivỏthoải bị nứt, cần bố trí thép cấu tạo cốtthép sợi 24 ▪ Khi tính tốn thiết kế vỏ, ngồi vị trí gần biên có ứngsuấtbiếndạng phức tạp cần xem xét vị trí đỉnh vỏ góc vỏ ▪ Có thể sử dụng lý thuyết vỏlớp tương đương với điều kiện biên tải trọng phù hợp - Hướng phát triển đề tài: ▪ Các nghiêncứu phát triển cho máivỏ có lỗ hở loại máivỏ mỏng khác như: máivỏ cầu, máivỏ trụ, máivỏconghaichiều âm , cho tốn nhiệt, gió , loại điều kiện biên khác ▪ Nghiêncứu xây dựng phương trình tổng quát chứa tham số bề dày vỏ ảnh hưởng đến trạngtháiứngsuấtbiếndạng vỏ, hay nghiêncứu xây dựng phương trình chứa tham số nhịp vỏ ... vị nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: mái vỏ thoải BTCT cong hai chiều dương hai lớp mặt vuông Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng mái vỏ thoải bêtông cốt thép hai lớp. .. quan nghiên cứu mái vỏ thoải bêtông cốt thép cong hai chiều Chương 2: Lý thuyết tính mái vỏ thoải BTCT cong hai chiều dương nhiều lớp Chương 3: Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng mái vỏ thoải. .. Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng mái vỏ thoải hai lớp thực nghiệm Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng mái vỏ thoải hai lớp mô số Nghiên cứu ảnh hưởng bề dày lớp, vị trí lớp