Phân tích mất ổn định của sàn composite gồm bê tông và tấm gấp nếp khi chịu tải nén trong mặt phẳng sàn: luận văn thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** TRẦN MINH TUẤN Trần Minh Tuấn KỸ THUẬT XÂY DỰNG PHÂN TÍCH MẤT ỔN ĐỊNH CỦA SÀN COMPOSITE GỒM BÊ TÔNG VÀ TẤM GẤP NẾP KHI CHỊU TẢI NÉN TRONG MẶT PHẲNG SÀN Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng KHOÁ 2016 Đồng Nai – Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** Trần Minh Tuấn PHÂN TÍCH MẤT ỔN ĐỊNH CỦA SÀN COMPOSITE GỒM BÊ TÔNG VÀ TẤM GẤP NẾP KHI CHỊU TẢI NÉN TRONG MẶT PHẲNG SÀN Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8580201 Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Ngọc Phúc Đồng Nai – Năm 2019 LỜI CẢM ƠN Sau hai năm đào tạo Trường Đại học Lạc Hồng, với lịng biết ơn kính trọng, tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, khoa Sau đại học thuộc Trường Đại học Lạc Hồng Giáo sư, P Giáo sư, Tiến sĩ nhiệt tình giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tác giả suốt trình học tập nghiên cứu thực Luận văn Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy TS Nguyễn Ngọc Phúc, người thầy trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tác giả suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Đồng thời, tác giả xin cám ơn thầy khoa Kỹ thuật cơng trình Trường Đại học Lạc Hồng, thầy ThS Nguyễn Đình Dư, Công ty cổ phần xây lắp Sonacons – nơi tác giả công tác đồng hành tác giả suốt thời gian học tập thực luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến gia đình hỗ trợ kinh phí để tác giả thực ước mơ, nâng cao lực thân Tuy có nhiều cố gắng, Luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Tác giả kính mong Q thầy giáo hội đồng khoa học, Chuyên gia, người quan tâm đến đề tài tiếp tục có ý kiến đóng góp, giúp đỡ để đề tài hồn thiện Một lần xin chân thành cám ơn! Tác giả luận văn Trần Minh Tuấn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung, số liệu, kết nêu luận văn trung thực cơng trình nghiên cứu thân, chưa công bố cơng trình khác Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Trần Minh Tuấn TĨM TẮT LUẬN VĂN Phân tích ổn định kết cấu đề tài thú vị thu hút nhiều nhà nghiên cứu nước giới Trong cơng trình xây dựng, đặc biệt cơng trình thép, với đặc tính thép chịu lực cao nên tiết diện thường mảnh, ổn định dễ xảy ổn định kết cấu thép yêu cầu công tác thiết kế Trong luận văn này, tác giả tập trung phân tích đánh giá ổn định chịu tải ngang độ võng kết cấu sàn, phận cơng trình kết cấu thép, sàn cơng trình thông thường cấu tạo từ nếp gấp bên khối bê tông bên Phần mềm ANSYS sử dụng nghiên cứu phương pháp tính có tảng phương pháp phần tử hữu hạn MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Lời cam đoan Tóm tắt luận văn Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu 1 Đặt vấn đề Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SÀN COMPOSITE GỒM BÊ TÔNG VÀ TẤP NẾP GẤP 1.1 Giới thiệu 1.2 Tình hình sử dụng sàn composite gồm bê tơng gấp nếp cơng trình xây dựng 1.2.1 Cơng trình nhà xưởng - xây dựng công nghiệp .4 1.2.2 Cơng trình nhà cao tầng – cơng trình dân dụng 1.3 Cấu tạo sàn liên hợp bê tông nếp gấp 10 1.4 Tình hình nghiên cứu phương pháp tính ổn định sàn composite gồm bê tông nếp gấp thép 10 1.5 Các phương pháp tính 13 1.5.1 Sử dụng phương pháp giải tích 13 1.5.1 Sử dụng phương pháp số 13 1.6 Nhận xét chương 14 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 2.1 Lý thuyết đàn hồi 15 2.1.1 Các khái niệm 15 2.1.2 Các mơ hình lý thuyết 16 2.2 Lý thuyết mỏng cổ điển Kirchhoff 15 2.2.1 Giả thiết Kirchhoff .17 2.2.2 Phướng trình động học 17 2.2.3 Quan hệ mômen ứng suất .20 2.2.4 Quan hệ lực cắt ứng suất trượt 22 2.2.5 Tấm vừa chịu lực ngang vừa chịu lực tác dụng mặt trung bình 23 2.3 Lý thuyết mỏng độ võng lớn (Lý thuyết von Kármán) 28 2.3.1 Giả thiết mỏng độ võng lớn .28 2.3.2 Các mối quan hệ mỏng độ võng lớn 30 2.3.3 Tấm mỏng độ võng lớn vừa chịu lực ngang vừa lực tác dụng mặt trung bình .30 2.4 Khái niệm ổn định 35 2.4.1 Khái niệm 35 2.4.2 Các tiêu chuẩn ổn định 36 2.5 Bài toán ổn định 39 2.5.1 Phương trình toán ổn định độ võng nhỏ có chiều dày khơng đổi 39 2.5.2 Năng lượng biến dạng 40 2.5.3 Các điều kiện biên chữ nhật 42 2.6 Các phương pháp xác định lực tới hạn 43 2.6.1 Phương pháp giải tích 43 2.6.2 Phương pháp lượng (Phương pháp Ritz) 43 2.5.3 Phương pháp Boobnov-Galerkin 45 2.7 Tính tốn ổn định chữ nhật độ võng nhỏ có chiều dày khơng đổi 46 2.7.1 Ổn định chữ nhật có bốn cạnh tựa đơn 46 2.7.2 Ổn định chữ nhật có hai cạnh ngàm, hai cạnh tựa 48 2.7.3 Ổn định chữ nhật có bốn cạnh ngàm 49 2.8 Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 50 2.8.1 Khái niệm chung phương pháp PTHH 50 2.8.2 Các dạng phần tử 51 2.8.3 Nguyên tắc chia lưới 53 2.9 Nhận xét chương 53 Chương 3: KẾT QUẢ TÍNH TỐN 55 3.1 Giới thiệu 55 3.2 Kết tính tốn 55 3.2.1 Tính tốn khả kháng ổn định gấp nếp .56 3.2.1.1 Ảnh hưởng số chu kỳ nc 56 3.2.2 Tính tốn khả kháng ổn định sàn composite gồm bê tông gấp nếp 59 3.2.3 Tính tốn độ võng gấp nếp .62 3.2.3.1 Ảnh hưởng số chu kỳ nc 63 3.2.3.2 Ảnh hưởng số chu kỳ nc 66 3.2.4 Tính tốn độ võng sàn composite gồm bê tơng gấp nếp 66 3.3 Kết luận chương 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 Kết luận 72 Kiến nghị 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG Số bảng biểu Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Tên bảng Thông số vật liệu bê tông thép Ảnh hưởng số chu kỳ nc đến khả bị ổn định thép gấp nếp Ảnh hưởng số chu kỳ nc đến lực tới hạn ổn định sàn bê tông – thép gấp nếp Trang 56 58 61 Ảnh hưởng góc nghiêng α độ võng gấp nếp Bảng 3.4 Bảng 3.5 Xét trường hợp có chu kỳ nếp gấp, chịu tải phân bố ngàm cạnh Độ võng lớn (đơn vị: [mm]) kết cấu liên hợp sàn bê tông – thép gấp nếp ứng với trường hợp chịu tải khác 66 68 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ [ Số hình Hình 1.1 Tên hình Tấm gấp nếp lắp dựng ván khuôn để đổ bê tơng Trang Hình 1.2 Hình 1.3 Thi cơng lắp dựng sàn composite tải cạo nhà bê tông Công trình nhà xưởng có sàn composite 5 Hình 1.4 Phối cảnh cơng trình nhà xưởng Nam Long Hình 1.5 Hình 1.6 Sàn composite đươc sử dụng khối hành Đổ bê tơng sàn composite khối hành 7 Hình 1.7 Cơng trình nhà cao tầng kết cấu thép hệ sàn liên hợp Cơng trình nhà cao tầng kết cấu thép hệ sàn liên hợp hình Hình 1.8 Hình 1.10 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 dáng kỳ dị Cơng trình Nguyễn Ngọc Vũ, cơng trình Việt Nam sử dụng hệ kết cấu thép sàn liên hợp Cấu tạo sàn liên hợp bê tông – nếp gấp thép Trạng thái ứng suất phẳng Sự lý tưởng hố tính tốn hai phương Q trình biến dạng mặt trung bình Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Trạng thái ứng suất moment uốn Trạng thái ứng suất trượt lực cắt Phương trình cân phân tố 21 23 24 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Trạng thái cân phân tố Độ võng phân tố dxdy Quan hệ độ dãn dài tương đối toàn phần Quan hệ biến dạng trượt chuyển vị u v Trạng thái cân trạng thái cân ổn định Mơ hình động học 26 27 31 33 36 38 Hình 2.13 46 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 3.1 Hình 3.2 Tấm chữ nhật cạnh tựa đơn chịu tải trọng mặt trung bình Tấm chữ nhật cạnh tựa cạnh ngàm chịu tải trọng mặt trung bình Tấm chữ nhật cạnh ngàm chịu tải trọng mặt trung bình Phần tử tam giác tứ giác tốn Mơ hình kết cấu liên hợp sàn bê tông - thép gấp nếp Minh họa chu kỳ gấp nếp dạng hình thang [1] Hình 3.3 Mơ hình gấp nếp chịu nén mặt phẳng trung bình 57 Hình 1.9 Hình 2.14 10 11 15 16 18 48 49 52 56 57 59 a) b) c) d) e) (Nguồn: Tác giả tự thực với phần mềm Ansys) Hình 3.5 Hình dáng mode ổn định thứ theo số chu kỳ: a) nc = b) nc = c) nc = d) nc = e) nc = Hình 3.5 trình bày hình dáng mode ổn định thứ (mode tương ứng) với lực nén nhỏ nhất, tức lực tới hạn ghi Bảng 3.2 gấp nếp theo số 60 chu kỳ Có khác biệt rõ rệt phẳng (nc = 0) gấp nếp hình dáng ổn định Với phẳng, tượng ổn định xảy toàn cục, với gấp nếp, ổn định xảy cục Khi số chu kỳ tăng lên, tượng cục thể rõ Kết giúp giải thích quan sát Bảng 3.2 Nếp gấp đóng vai trị gân tăng cứng Khi số nếp gấp tăng lên, khoảng cách tự (khu vực dễ xảy ổn định) theo phương x giảm xuống, dẫn đến lực tới hạn tăng lên Tuy nhiên, số chu kỳ dày, khoảng cách tự theo phương x lại nhỏ so với phương y phương z Khi đó, việc tăng số chu kỳ khơng cịn ý nghĩa việc củng cố khả kháng ổn định gấp nếp 3.2.2 Tính tốn khả kháng ổn định sàn composite gồm bê tông gấp nếp Kết cấu liên hợp sàn bê tông – thép gấp nếp minh họa Hình 3.1 Tấm thép gấp nếp mô tả phần tử vỏ (Shell) nút – Quad4, khối bê tông bên được biểu diễn phần tử khối (Solid) bậc với 20 nút – Hex20 Kích thước thép giống trình bày Mục 4.1 Lớp bê tơng có chiều dày 5cm, kể từ mặt trung bình thép Bề mặt liên kết bê tông thép giả thiết lý tưởng khơng bị phá vỡ suốt q trình chịu lực biến dạng Lưới phần tử chia với kích thước 0.015 m Sau chia lưới, tổng số phần tử vào khoảng 16000 phần tử Hình 3.6 trình bày thống kê chất lượng phần tử Toàn phần tử có chất lượng từ 0.7 trở lên, với mức trung bình tồn mơ hình 0.90 Như vậy, lưới chia đạt yêu cầu đó, kết tính tốn phần tử hữu hạn có độ tin cậy Mơ hình phần tử hữu hạn kết cấu cho Hình 3.7, với số chu kỳ gấp nếp thép nc = 61 (Nguồn: Tác giả tự thực với phần mềm Ansys) Hình 3.6 Thống kê chất lượng phần tử lưới chia (Nguồn: Tác giả tự thực với phần mềm Ansys) Hình 3.7 Mơ hình phần tử hữu hạn kết cấu sàn bê tông – thép gấp nếp với số chu kỳ nếp gấp nc = Tương tự khảo sát Mục 3.2.1, sàn nén lực nén mặt phẳng sàn bốn mặt xung quanh ràng buộc (Nguồn: Tác giả tự thực với phần mềm Ansys) Hình 3.8 Mode ổn định thứ sàn bê tông – thép gấp nếp với số chu kỳ nếp gấp nc = 62 Có thể dự đốn rằng, có thêm khối bê tơng bên trên, nên bề dày chung kết cấu tăng lên rõ rệt (hơn cm) so với có thép lượn sóng (bề dày 0.00635 m) Do khả kháng ổn định kết cấu sàn tốt Thật vậy, kết tính tốn trình bày Bảng 3.3 cho thấy lực tới hạn ổn định tăng rõ rệt (hơn 10 lần) so với có thép gấp nếp Mặt khác, ảnh hưởng số chu kỳ nếp gấp khơng cịn đáng kể lực tới hạn ứng với trường hợp số chu kỳ nc = 4, 6, xấp xỉ Hình dáng mode ổn định (mode 1) sàn thể ổn định tồn cục, xem Hình 3.88, thay cục khảo sát riêng thép gấp nếp Bảng 3.3 Ảnh hưởng số chu kỳ nc đến lực tới hạn ổn định sàn bê tông – thép gấp nếp nc Lực tới hạn 1.68 x 108 N 1.67 x 108 N 1.69 x 108 N (Nguồn: Tác giả tự thực với phần mềm Word 2010) Lưu ý rằng, kết thu dựa giả thiết: bề mặt liên kết bê tông thép lý tưởng Do đó, đối chiếu mục 3.2.1 3.2.2, ta hình dung sau: sàn liên hợp bê tông – thép gấp nếp chịu nén mặt phẳng thép phần có nguy ổn định cao Vì vậy, để chống ổn định sàn, cần tập trung vào biện pháp chống ổn định cho thép Việc sử dụng thép gấp nếp nhìn chung cho hiệu cao so với sử dụng thép phẳng với hai tác dụng: tăng lực tới hạn ổn định (nghĩa kháng ổn định tốt hơn) tượng ổn định xảy cục tồn cục phẳng Lí nếp gấp đóng vai trị gân tăng cứng góp phần giảm bớt khoảng cách tự bề mặt Để tăng cường độ cứng tăng cường khả chống ổn định kết cấu sàn, ta tạo thêm nếp gấp phụ thép, minh họa Hình 3.9 Bên cạnh đó, để chống trượt, cần thêm chốt để củng cố liên kết bê tông thép 63 (Nguồn: Tác giả tự thực với phần mềm Autocad) Hình 3.9 Kết cấu sàn bê tơng – thép gấp nếp, thép bên cạnh nếp cịn có thêm nếp phụ 3.2.3 Tính tốn độ võng gấp nếp Trong kết cấu sàn liên hợp bê tông – gấp nếp gấp nếp cấu phần quan trọng khả chịu uốn kết cấu Trước tiên, ta khảo sát độ võng gấp nếp, qua đánh giá ảnh hưởng thơng số hình học nếp gấp đến khả chịu uốn Hình 3.29 biểu diễn chu kỳ gấp nếp Trong đó, l chiều dài dọc theo nửa chu kỳ nếp gấp; f chiều cao nếp gấp; α góc nghiêng cạnh hình thang; c hình chiếu l theo phương ngang (phương x) (Nguồn: Nguyễn Ngọc Minh 2019) Hình 3.10 Minh họa chu kỳ gấp nếp dạng hình thang Xét gấp nếp với thông số sau: 64 Chiều dài a = 0.9144 m, chiều rộng b = a, bề dày h = 0.00635 m Tham số hình học nếp gấp: f = 0.0127 m, α = 45o Tham số vật liệu: E = 210 GPa, ν = 0.3 Ở ví dụ này, độ võng khảo sát điều kiện ngàm cạnh (CCCC) chịu tải áp lực 𝑞(𝑥, 𝑦) = 𝑞0 , với 𝑞0 = 1000 N/m2 Các kết tính tốn thực phần mềm ANSYS, với kích thước phần tử khoảng 0.01 m 3.2.3.1 Ảnh hưởng số chu kỳ nc Sự phân bố giá trị độ võng ứng với số chu kỳ nc = biểu diễn Hình 3.11, đối chiếu với trường hợp phẳng Trong hai trường hợp, độ võng đạt lớn vị trí (tọa độ L/2, W/2) Với phẳng, độ võng lớn w = 1.798 x 10-4 [m], lớn nhiều so với w = 1.109 x 10-5 [m] gấp nếp với nc = Mặt khác, nếp gấp đóng vai trị gân gia cường làm tăng độ cứng làm tính đẳng hướng Độ võng gấp nếp Hình 3.11a giảm 10 lần so với trường hợp phẳng Hình biểu diễn chi tiết độ võng dọc theo đường thẳng qua tâm ứng với số chu kỳ nc = 6: đường thẳng y = L/2 đường thẳng x = W/2 a) b) (Nguồn: Tác giả tự thực với phần mềm Ansys) 65 Hình 3.11 Bài tốn 4.1.2: Biểu diễn phân bố độ võng (đơn vị: [m]), với hai trường hợp: a) Tấm phẳng b) Tấm gấp nếp với số chu kỳ nc = a) b) (Nguồn: Tác giả tự thực với phần mềm Ansys) Hình 3.12 Đồ thị độ võng dọc theo trục đối xứng qua tâm tấm, ứng với số chu kỳ nc = 6, với: a) Trục y = L/2 b) Trục x = W/2 Hình trình bày đồ thị biểu diễn biến thiên độ võng lớn (vị trí điểm tấm) theo số chu kỳ Kết cho thấy độ võng giảm dần số chu kỳ tăng từ đến 3, sau tăng dần tiếp tục tăng số chu kỳ Khi số chu kỳ nc = độ võng đạt nhỏ nhất, tức độ cứng đạt lớn 66 (Nguồn: Tác giả tự thực với phần mềm Ansys) Hình 13 Đồ thị biểu diễn độ võng lớn theo số chu kỳ 3.2.3.2 Ảnh hưởng góc nghiêng α Độ võng lớn gấp nếp với chu kỳ, chịu điều kiện tải phân bố ngàm cạnh trình bày mục 4.1, ứng với ba góc nghiêng α liệt kê Bảng 3.4 Dữ liệu cho thấy độ võng có xu hướng giảm góc α tăng Trong đó, độ võng giảm nhanh α tăng từ 30o lên 45o giảm chậm lại α tăng từ 45o lên 60o Bảng 3.4 Ảnh hưởng góc nghiêng α độ võng gấp nếp Xét trường hợp có chu kỳ nếp gấp, chịu tải phân bố ngàm cạnh α = 30o 0.01506 mm α = 45o α = 60o 0.0117 mm 0.0162 mm (Nguồn: Tác giả tự thực phần mềm Word 2010) 3.2.3 Tính tốn độ võng sàn composite gồm bê tơng gấp nếp Mơ hình sàn liên hợp bê tơng – thép gấp nếp minh họa Error! Reference source not found Tấm gấp nếp biểu diễn phần tử vỏ (Shell) nút – Quad4 - lớp bê tông biểu diễn phần tử khối (Solid) 20 nút – Hex20 Kích thước thép tương tự mô tả Mục 4.1 Bề dày lớp bê tơng cm tính từ mặt sàn đến đỉnh thép gấp nếp Liên kết thép khối bê tông giả 67 thiết lý tưởng không bị phá vỡ trình chịu tải Kích thước chia phần tử xấp xỉ 0.015 m Tổng số phần tử sau chia lưới xấp xỉ 16000 phần tử với chất lượng phần tử trung bình 0.90 (giá trị 1.0 tốt 0.0 xấu nhất) Thông số cho thấy lưới chia phần tử hữu hạn đạt yêu cầu thế, kết tính tốn có độ tin cậy Đồ thị thống kê chất lượng phần tử trình bày Hình 3.13 (Nguồn: Tác giả tự thực với phần mềm Ansys) Hình 3.14 Thống kê chất lượng phần tử lưới chia Ba trường hợp tải áp lực tác dụng lên bề mặt (trục z Hình 3.110) khảo sát: a) Tải phân bố đều, b) Tải phân bố đối xứng c) Tải phân bố phản đối xứng, với tổng độ lớn lực tác động lên bề mặt ba trường hợp 836,12736 [N] Hình minh họa ba trường hợp tải khảo sát Sàn chịu ngàm cạnh a) b) c) (Nguồn: Tác giả tự thực với phần mềm Ansys) Hình 3.15 Minh họa ba dạng chịu tải a) Tải phân bố b) Tải phân bố đối xứng c) Tải phân bố phản đối xứng 68 Bảng 3.5 Độ võng lớn (đơn vị: [mm]) kết cấu liên hợp sàn bê tông – thép gấp nếp ứng với trường hợp chịu tải khác Tải phân bố Tải phân bố đối Tải phân bố phản xứng đối xứng 0.0026541 0.0026542 0.00087307 0.0020169 0.0020164 0.00076798 0.0020326 0.0020308 0.00077544 0.0020499 0.0020483 0.00080016 (Nguồn: Tác giả tự thực phần mềm Word 2010) Số chu kỳ nc = nc = nc = nc = 0,003 Chuyển vị (mm) 0,0025 0,002 Tải phân bố 0,0015 Tải phân bố đối xứng 0,001 Tải phân bố phản xứng 0,0005 0 10 Số chu kỳ Hình 3.16 Độ võng lớn (đơn vị: [mm]) kết cấu liên hợp sàn bê tông – thép gấp nếp ứng với trường hợp chịu tải khác Dữ liệu Bảng Hình 3.16 cho thấy với ba trường hợp chịu tải độ võng lớn có xu hướng tăng theo số chu kỳ nếp gấp thép Kết tương đồng với quan sát Mục 4.1.1 Tuy nhiên ảnh hưởng số chu kỳ nếp gấp kết cấu sàn liên hợp khơng nhiều với trường có thép gấp nếp Lưu ý: trường hợp nc = có nghĩa thép phẳng, khơng có nếp gấp 69 (Nguồn: Tác giả tự thực với phần mềm Ansys) Hình 3.17 Phân bố độ võng (trái) ứng suất tương đương (phải) sàn chịu tải phân bố với số chu kỳ nc = Đơn vị độ võng [m], đơn vị ứng suất [Pa] Hình 3.18 Phân bố độ võng (trái) ứng suất tương đương (phải) sàn chịu tải đối xứng với số chu kỳ nc = Đơn vị độ võng [m], đơn vị ứng suất [Pa] 70 (Nguồn: Tác giả tự thực với phần mềm Ansys) Hình 3.19 Phân bố độ võng (trái) ứng suất tương đương (phải) sàn chịu tải phản đối xứng số chu kỳ nc = Đơn vị độ võng [m], đơn vị ứng suất [Pa] Hình thể ảnh hưởng lớp bê tơng, thuộc tính kết cấu sàn liên hợp gần với trường hợp đẳng hướng trực hướng Tuy nhiên độ cứng sàn tăng cường đáng kể nhờ có thép gấp nếp mỏng So với khơng có thép, độ võng sàn giảm 30% Tấm thép gấp nếp thành phần chịu lực kết cấu giá trị ứng suất tập trung thép Trong đó, ứng suất lớp bê tơng khơng đáng kể Hình Hình thể độ võng ứng suất tương đương kết cấu sàn liên hợp (nc = 4) chịu tải đối xứng tải phản đối xứng 3.3 Kết luận chương Nghiên cứu xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn (FEM) phần mềm ANSYS, phục vụ cho tính tốn ổn định sàn liên hợp bê tông – thép gấp nếp chịu nén mặt phẳng sàn Mặc dù thép sử dụng với mục đích gia cường cho bê tông chịu uốn, bề dày mỏng, thép cấu phần dễ xảy ổn định sàn chịu nén Vì vấn đề chống ổn định cần phải quan tâm thiết kế Kết tính tốn rằng, so với phẳng gấp nếp có khả chống ổn định tốt nhiều Sự tốt thể qua hai nội dung: • Lực tới hạn ổn định gấp nếp cao so với phẳng • Hiện tượng ổn định gấp nếp xảy cục thay tồn cục phẳng Để đánh giá chi tiết ảnh hưởng thơng số hình học nếp gấp, thiết kế cần thực toán tối ưu khảo sát đầy đủ độ cứng lẫn khả chống ổn định 71 Ngoài ra, Nghiên cứu thực mơ hình hóa sàn liên hợp bê tông – thép gấp nếp chịu uốn theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), sở phần mềm ANSYS Khảo sát thực với trường hợp có gấp nếp trường hợp sàn bê tông – gấp nếp Trong kết cấu sàn bê tơng – thép chịu uốn thép thành phần chịu lực chính, việc khảo sát đáp ứng thép cần thiết Kết cho thấy gấp nếp chịu uốn tốt so với phẳng Tương tự, sàn bê tông – thép gấp nếp chịu uốn tốt so với sàn bê tông – thép phẳng Sở dĩ nếp gấp đóng vai trị gân tăng cứng giúp cải thiện khả chịu lực Thơng số hình học nếp gấp có ảnh hưởng đến độ cứng thép Tính tốn mơ hình phần tử hữu hạn thể độ võng có xu hướng giảm số chu kỳ nếp gấp tăng từ đến 4, độ cứng giảm dần số chu kỳ tiếp tục tăng Tương tự, góc nghiêng nếp gấp có ảnh hưởng Khi góc nghiêng tăng từ 30o đến 45o, độ cứng tăng lên, sau giảm dần góc nghiêng tiếp tục tăng từ 45o đến 60o Như vậy, việc lựa chọn thơng số hình học cho đạt độ cứng tốt cần thiết Để làm điều đó, cần thực tốn tối ưu tham số thiết kế Đây chủ đề thú vị cho nghiên cứu 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN - Qua khảo sát, kết cho thấy gấp nếp chịu uốn tốt phẳng đồng thời tăng khả chống ổn định - Thơng số hình học nếp gấp có ảnh hưởng đến độ cứng sàn Cụ thể số chu kỳ bước sóng có ảnh hưởng nhiều đến độ cứng sàn, tăng số chu kỳ từ đến độ cứng tăng, nhiên độ cứng giảm tiếp tục tăng số chu kỳ Tương tự góc nghiên tăng từ 300 đến 450 độ cứng tăng, cịn vượt q độ cứng giảm - Qua phân tích trên, người thiết kế cần lựa chọn nếp gấp thị tường cho tối ưu với yêu cầu thiết kế đặt Nếu cơng trình cần khối lượng lớn, người thiết kế lựa chọn tham số hình học thích hợp để đặt hàng sản xuất KIẾN NGHỊ - Cần phân tích thêm nhiều dạng nếp gấp có hình dạng khác nhau, kiểu nếp gấp khác nhau, bờ dày, góc nghiên… để tìm kiểu hình học tối ưu khả chống uốn tăng khả chống ổn định - Cần khảo sát thêm liên kết nếp gấp khối bê tơng bên Vì liên kết có ảnh hưởng đến làm việc chung sàn Để làm việc này, cần có mơ hình thí nghiệm thực tế với nhiều mẫu khác Song song với việc mơ số máy tính để đánh giá liên kết - Cuối cùng, cần mô sàn việc chung với hệ kết cấu toàn nhà chịu tải ngang để đánh giá xác giá trị lực tới hạn ổn định xảy vị trí trước, sàn hay cột dầm Đồng thời thấy độ võng sàn chuyển vị tổng thể công trình TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N Nguyen-Minh, N Tran-Van, T Bui-Xuan and T Nguyen-Thoi, "Static analysis of corrugated panels using homogenization models and a cell-based smoothed mindlin plate element (CS-MIN3)," Frontiers of Structural and Civil Engineering, vol 13, no 2, pp 251-272, 2019 [2] Ansel C.Ugural, Stresses in Plates and Shells, McGraw-Hill Book Company, 1999 [3] António F Mateus, Joel A Witz, Post-Buckling of Corroded Steel plates: A Comparative Analysis [4] Chu Quốc Thắng, Tài Liệu Tấm – Vỏ Dành Cho Giảng Dạy Học Viên Cao Học Ngành Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp, Trường ĐHBK Tp Hồ Chí Minh, 1996 [5] Chuen-Yuan Chia, Nonlinear Analysis of Plates, McGraw-Hill International Book Company [6] Duance Hanselman, Bruce Littlefield, Mastering Matlab 5: A Comprehensive Tutorial and Reference, Prentice Hall Upper Saddle River, New Jersey 07458, 1998 [7] Đào Huy Bích, Ổn Định Phi Tuyến Vỏ Thoải Composite Lớp Có Độ Cong Gauss Bất Kỳ, Tuyển Tập Cơng Trình Khoa Học Hội Nghị Cơ Học Vật Gắn Biến Dạng Toàn Quốc Lần Thứ VI Hà Nội 11/1999 [8] Đào Huy Bích, Hanoi National University, Non-Linear Analysis of Laminated Plates, Vietnem Journal of Mechanics, NCST of Vietnam Vol 24, 2002, No pp (197208) [9] Đào Văn Dũng, Bài Toán Ổn Định Thứ Hai Bản Mỏng Theo Lý Thuyết Qua Trình Biến Dạng Đàn-Dẻo Với Liệu Nén Được, Tuyển Tập Cơng Trình Khoa Học Hội Nghị Cơ Học Vật Gắn Biến Dạng Toàn Quốc Lần Thứ VI Hà Nội 11/1999 [10] El Naschie M.S, A note on The Crotti-Engesser Energy Theorem, Int.J.Mech.Eng.Educ, 1987 [11] Elishakoff I., Li Y., Starners J.M, Non-Classical Problem in the Theory of Elastic Stability, Cambridge University Press, 2001 [12] Gin Boay Chai, Buckling of Generally Laminated Composite Plates With Various Edge Support Conditions, School of Mechanical and Production Engineering, Nanyang Technological University, Nanyang Avenue, Singapore 2263, Pepublic of Singapore Composite Structure 29 (1994), pp299-310 [13] Hai NGUYEN, Effect of boundary conditions on the dynamic instability and responses of rectangular plates, Département De Génie Mécanique École Polytechnique, Université De Montréal, 1987 ... kết cấu bên nên dễ bị ổn định Do đó, đề tài ? ?Phân tích ổn định sàn composite gồm bê tông gấp nếp chịu tải nén mặt phẳng sàn? ?? đề xuất Mục tiêu nghiên cứu Phân tích lực tới hạn sàn ổn định giai...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** Trần Minh Tuấn PHÂN TÍCH MẤT ỔN ĐỊNH CỦA SÀN COMPOSITE GỒM BÊ TÔNG VÀ TẤM GẤP NẾP KHI CHỊU TẢI NÉN TRONG MẶT PHẲNG SÀN Chuyên ngành: Kỹ... bao gồm thép nếp gấp bên lớp bê tông bên Tấm thép nếp gấp bên khơng thay cho bê tơng chịu kéo mà cịn đóng vai trị ván khn đổ bê tơng Khi bê tông chưa ninh kết, nếp gấp chịu hoàn toàn tải tọng trọng