Phân tích ứng xử nút dầm - vách bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẰN HỮU ANH PHÂN TÍCH ỨNG XỬ NÚT DẦM - VÁCH BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG NGANG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2017 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học 1:TS TRẰN CAO THANH NGỌC Cán hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS NGUYỄN MINH LONG Cán chấm nhận xét 1: TS CAO VĂN VUI Cán chấm nhận xét 2: TS LÊ TRUNG KIÊN Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM Ngày 21 tháng 08 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS TRẦN VĂN MIỀN TS HÒ HỮU CHỈNH TS CAO VĂN VUI TS LÊ TRUNG KIÊN TS ĐINH THỂ HƯNG Xảc nhận Chủ tịch Hội đồng đảnh giá luận văn Trường Khoa quản lý chuyên ngành sau khỉ luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS TRẦN VĂN MIỀN PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng 06 năm 2017 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN HỮU ANH MSHV: 13210125 Ngày, tháng, năm sinh: 19-05-1989 Nơi sinh: Quảng Trị Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN Mã số: 60 58 02 08 I TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ NÚT DẦM - VÁCH BÊ TƠNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG NGANG II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Xây dựng mơ hình dự đốn khả kháng cắt khảo sát ảnh hưởng hàm lượng cốt thép đai phạm vi nút lực dọc đến khả kháng cắt nút dầm - vách bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang phương pháp giàn ảo - Mô khảo sát ảnh hưởng lực dọc đến khả chịu lực nút dầm -Vách bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang phương pháp phần tử hữu hạn III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 16-01-2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHỆM VỤ: 18-06-2017 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1: TS TRẦN CAO THANH NGỌC V.2 HỌ VÀ TÊN CÁN Bộ HƯỚNG DẪN 2: PGS.TS NGUYỄN MINH LONG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS TRẦN CAO THANH NGỌC PGS.TS NGUYỄN MINH LONG CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGÀNH TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS BÙI CÔNG THÀNH PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM LỜI CÁM ƠN Để hồn thành luận văn này, trước hết tơi xin trân trọng gởi lời cảm ơn đến tất quý Thầy (Cơ) Bộ mơn Cơng Trình, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng trường ĐH Bách Khoa TPHCM, người truyền đạt cho kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt thời gian học tập trường Bằng tất lòng, tơi xin gửi đến người thân gia đình, đến vợ, bạn bè, đồng nghiệp lời cám ơn tình cảm chân thành nhất, người khuyến khích, hỗ trợ, động viên, tạo điều kiện cho tơi theo hết khóa học thạc sĩ hoàn thành luận văn Xin gởi lời cám ơn sâu sắc đến TS Trần Cao Thanh Ngọc PGS.TS Nguyễn Minh Long người tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình làm luận văn Xin chân thành cám ơn! BẢN TÓM TẮT Luận văn sử dụng phương pháp chống giằng (còn gọi giàn ảo) phương pháp Phần tử hữu hạn để phân tích, mơ ứng xử nút dầm - vách bê tông cốt thép (BTCT) chịu tải trọng ngang Trong đó, mơ hình chống giằng có kể đến tương thích biến dạng mơ hình chống mơ hình chống - giằng Tác giả so sánh kết mơ hình tính tốn thực nghiêm, sau thay đổi yếu tố để khảo sát ảnh hưởng cốt thép đai phạm vi nút lực dọc đến ứng xử nút dầm - vách Nội dung luận văn bao gồm: - Phần Mở đầu (Giới thiệu lỷ chọn đề tài, mục tiêu, phương pháp, đốỉ tượng phạm vỉ nghiên cứu, ỷ nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu) - Chương 1: Tổng quan đề tài nghiên cứu (Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng xử nút dầm - vách giới nước) - Chương 2: Phương pháp mơ hình giàn ảo (Giới thiệu lỷ thuyết tính mơ hình giàn ảo, xây dựng công thức xác định sức khảng cẳt nút dầm vách có kể đến tương thích biến dạng mơ hình chống mơ hình chống - giằng So sảnh kết công thức với kết thực nghiệm Khảo sát ảnh hưởng thép đai phạm vỉ nút lực dọc trục đến khả khảng cẳt nút cách cung cấp cấp lực dọc từ đến 0.3.Ag.f’c Sử dụng mơ hình giàn ảo xây dựng trên, áp dụng cho nút dầm vách cỏ cấu tạo tương tự, thay đổi tỷ lệ hai cạnh vách) - Chương 3: Phương pháp phần tử hữu hạn ị Sử dụng phần mềm Abaqus để mơ phòng nút dầm - vách bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang Lập biểu đổ quan hệ lực - chuyển vị ngang mơ hình thực nghiệm để so sảnh Khảo sát ảnh hưởng lực dọc trục cách cung cấp cấp lực dọc từ đến 0.3.Ag.f’c Sử dụng mơ hình phần tủ hữu hạn xây dựng trên, ảp dụng cho nút dầm vách có cấu tạo tương tự, thay đoi tỷ lệ hai cạnh vách) - Chương 4: Kết luận kiến nghị ABSTRACT In this thesis, the author uses the strut and tie model method and the finite element method to analyze and simulate the behavior of reinforced concrete beamwall joint subjected to horizontal loading In particular, the strut and tie model includes the compatibility of deformation between the strut model and the struss model The author compares the results between caculation model to experimental model, then the author changes some factors to investigate the impact of the transverse reinforcement in area of joints and the axial forces to the behavior of the beam-wall joints The content of the thesis includes: - Introduction (Introduce reasons, purposes, methods, objects and the scope as well as s cientific and research significance of the thesis) - Chapter 1: Background of the thesis (Literature review of the behavior of beam - wall joint In the world and in our country) - Chapter 2: The strut and tie model method (Introduce the theory of strut and tie model, build the formula for determining the beam-wall joint's shear strength resistance including the deformation compatibility of the strut model and the struss model Comparing the theoretical results with experimental results Investigating the effect of joint transverse reinforcement and axial forces on the shear strength resistance of the joints by providing vertical forces from to 0.3 Ag.f’c Using the struss and tie model developed above, applied to similarly shaped beam-wall joint, varying the two sides of the wall) - Chapter 3: The finite element method (Using Abaqus software to simulate reinforced concrete beam - wall joint subjected to the horizontal loading Making line charts to illustrate the correlation between force - horizontal displacement of model and experiment in order to compare Investigating the effect of axial forces by providing vertical forces from to 0.3.Ag.f’c Using the finite element model developed above, applied to similarly shaped beam-wall joint, varying the two sides of the wall) - Chapter 4: Conclusions and recommendations LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Trần Hữu Anh, xin cam đoan với HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SỸ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA cơng trình nghiên cứu khoa học tơi thực hiện, sử dụng tài liệu tham khảo có ghi phần tài liệu tham khảo với hướng dẫn TS Trần Cao Thanh Ngọc PGS.TS Nguyễn Minh Long Nếu có tác giả đứng tranh chấp đề tài nghiên cứu khoa học này, xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước HỘI ĐỒNG Tp HCM, ngày 22 tháng 06 năm 2017 Người cam đoan Trần Hữu Anh MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN NGHIÊN cứu 1.1 Sơ lược nghiên cứu ứng xử nút dầm-cột ố 1.2 Nghiên cứu ứng xử nút dầm - vách 1.3 Nghiên cứu ứng xử nút dầm - cột nước 13 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH GIÀN ẢO 18 2.1 Lý thuyết giàn ảo cho nút 18 2.1.1 Phân tích lực nút 18 2.1.2 Trình bày cơng thức tính 19 2.1.3 Mơ hình chống - giằng 19 2.1.4 Mơ hình chống 20 2.2 Ví dụ kiểm chứng lý thuyết giàn ảo cho nút BTCT chịu tải ngang 23 2.2.1 Thông số đầu vào 23 2.2.2 Kết tính tốn 25 2.3 Khảo sát biến số 26 2.3.1 Tải trọng đứng 26 2.3.2 Hàm lượng thép đai 28 2.4 Khảo sát mơ hình giàn ảo cho nút dầm - vách với tỷ lệ khác 28 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 31 3.1 Mô hình phần tử, ràng buộc, điều kiện biên, điều kiện tải trọng, phi tuyến vật liệu 31 3.1.1 Phần tử khối 31 HVTH: Trần Hữu Anh_13210125 3.1.2 Phần tử 32 3.1.3 Ràng bu ộc 32 3.1.4 Điều kiện biên 34 3.1.5 Điều kiện tải trọng 35 3.1.6 Phi tuyến vật liệu 35 3.2 Mơ hình vật liệu 36 3.2.1 Mơ hình phá hoại bê tơng 36 3.2.2 Bê tông 38 3.2.3 Cốt thép 41 3.3 Phương pháp giải 41 3.3.1 Giải toán phi tuyến Abaqus 42 3.3.2 Bước, bước tăng tải, bước lặp (Steps, increments, and iterations) 42 3.3.3 Sự hội tụ (convergence) 43 3.4 Mô số kiểm chứng tính xác kết mô với kết thực nghiệm 45 3.4.1 Thơng số hình học 46 3.4.2 Thông số vật liệu 47 3.4.3 Mô Abaqus 6.14.5 48 3.4.4 So sánh kết 49 3.5 Khảo sát ảnh hưởng tải trọng đứng đến ứng xử nút 53 3.6 Khảo sát mơ hình PTHH cho nút dầm - vách với tỷ lệ khác 56 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 4.1 Kết luận 59 HVTH: Trần Hữu Anh_13210125 41 Luận vãn thạc sĩ tính Thay vậy, tìm lời giải cách cho tải trọng hàm theo thời gian tăng dần thời gian để thu ứng xử phi tuyến Do đó, Abaqus chia mơ thành nhiều bước tăng tải theo thời gian (time increment) tìm phương trình cân gần thời điểm kết thúc bước tăng tải Thông thường Abaqus/Explicit cần nhiều bước lặp để xác định lời giải gần cho bước tăng tải 3.3.2 Bước, bước tăng tải, bước lặp (Steps, increments, and iterations) Q trình thực mơ gồm hay nhiều bước Người dùng định nghĩa bước, chọn phương pháp phân tích, tải trọng, yêu cầu liệu đầu Tải trọng khác nhau, điều kiện biên, phương pháp phân tích yêu cầu liệu đầu bao gồm bước Ví dụ: Bước 1: Gán điều kiện biên, tương tác ràng buộc Bước 2: Gán ngoại lực tác dụng Bước 3: Thực phân tích xuất kết Mỗi bước tăng tải phần bước Trong phân tích phi tuyến, bước chia thành nhiều bước tăng tải để dễ dàng thu lời giải phi tuyến Người dùng đề nghị độ lớn bước tăng tải ban đầu, Abaqus tự động chọn kích thước bước tăng tải Kết thúc bước tăng tải, kết cấu gần cân xuất kết Một bước lặp phép thử để tìm lời giải cân ttong bước tăng tải HVTH: Trần Hữu Anh_13210125 42 Luận vãn thạc sĩ Nếu mơ hình khơng cân kết thúc bước lặp, Abaqus thử bước lặp khác Với bước lặp, lời giải có từ Abaqus gần với phương trình cân hơn; nhiên, q trình lặp dẫn đến khơng hội tụ-có nghĩa bước lặp lúc xa trạng thái cân Lúc Abaqus hủy trình lặp phép thử để tìm lời giải khác với bước tăng tải nhỏ 3.3.3 Sự hội tụ (convergence) Xét ngoại lực p tác dụng vào vật thể nội lực I nút vật thể Hình 3.9