Phân tích phi tuyến đàn hồi nhiệt của vòm liên hợp thép bê tông dưới tác động của nhiệt độ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM TRẦN ĐÌNH DUY PHÂN TÍCH PHI TUYẾN ĐÀN HỒI NHIỆT CỦA VÒM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT ĐỘ Chuyên ngành : Xây dựng dân dụng Công nghiệp Mã số ngành : 60.58.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HCM, THÁNG 08 NĂM 2011 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN LUẬN VĂN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN THỊ HIỀN LƯƠNG Cán chấm nhận xét 1: ……………………………………… Cán chấm nhận xét 2: ……………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 01 tháng 10 năm 2011 i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc _ ^] _ PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ ^] _ Tp Hồ Chí Minh, ngày…29…tháng…08…năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN ĐÌNH DUY Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 28-11-1983 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng công nghiệp MSHV: 09210191 1- TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH PHI TUYẾN ĐÀN HỒI NHIỆT CỦA VỊM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TƠNG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT ĐỘ 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Trên sở quan hệ ứng suất – biến dạng – chuyển vị, phân tích tương tác lớp thành phần vòm kết cấu liên hợp thép – bê tơng - Dựa vào phương trình cân tĩnh học vịm, xác định phương trình nội lực, từ thiết lập phương trình vi phân cho chuyển vị theo phương tiếp tuyến dọc theo mặt cắt ngang vịm Giải phương trình vi phân thu chuyển vị tương đối theo phương tiếp tuyến - Xác định phương trình độ lệch theo phương bán kính, thành phần phản lực đầu liên kết - Kiểm tra lại kết tính tốn phần mềm Abaqus - Kết luận đánh giá tính xác mơ hình tính tốn 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01-01-20111 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 28-08-2011 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TS NGUYỄN THỊ HIỀN LƯƠNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TRƯỞNG BAN QL CHUYÊN NGÀNH PGS TS NGUYỄN THỊ HIỀN LƯƠNG ii Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN LỜI CẢM ƠN Qua tháng với cố gắng thân với hướng dẫn tận tình PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lương đến tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ với đề tài “Phân tích phi tuyến đàn hồi nhiệt vịm kết cấu liên hợp thép – bê tông tác động nhiệt độ” Thời gian làm luận văn khoảng thời gian quý báu để tác giả hệ thống lại kiến thức mình, hồn thiện kỹ nghiên cứu khoa học, tạo tiền đề cho trình nghiên cứu sau tốt Vì thời gian có hạn, trình độ chun mơn cịn hạn chế đề tài tác giả nghiên cứu mẻ nên cũng cịn số tồn định Kính mong q thầy, bạn góp ý để tác giả hồn thiện đề tài nghiên cứu Tác giả xin chân thành cảm ơn cô PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lương tận tình hướng dẫn, góp ý để tác giả hoàn thành tốt luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy, cô Khoa Kỹ thuật xây dựng tận tình truyền đạt kiến thức khoa học quý báu; thầy, cô Phịng Đào tạo sau đại học tận tình hướng dẫn, giúp đỡ học vụ trình học tập trường Cảm ơn bạn học viên cao học nhiệt tình trao đổi, góp ý để tác giả nắm vững kiến thức mở mang thêm hiểu biết Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2011 Học viên Trần Đình Duy iv MỤC LỤC  MỤC LỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN vii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ x Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử hình thành nghiên cứu trước 1.2 Nhiệm vụ luận văn 1.3 Bố cục luận văn Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Đặc điểm kết cấu liên hợp thép – bê tông 2.1.1 Các giải pháp cấu tạo cho kết cấu liên hợp .7 2.1.2 Nguyên tắc thiết kế kết cấu liên hợp 2.2 Giả thiết tính tốn vịm kết cấu liên hợp 2.3 Phân tích tương tác lớp vật liệu 11 Chương 3: PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN NỘI LỰC VÀ CHYỂN VỊ 19 3.1 Trường hợp 1: Vòm chịu tác dụng lực phân bố cường độ q dọc theo phương đứng 19 3.2 Trường hợp 2: Vòm chịu tác dụng lực phân bố dạng tam giác đối xứng qua trục y .24 3.3 Kiểm tra theo điều kiện bền ứng suất 28 Chương 4: KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI CỦA CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC CỦA VÒM KẾT CẤU LIÊN HỢP CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT ĐỘ 30 4.1 Trường hợp vòm chịu tác dụng lực phân bố cường độ q theo phương thẳng đứng .30 4.1.1 Khảo sát toán cụ thể để kiểm chứng công thức .30 v MỤC LỤC  4.1.2 Khảo sát thay đổi thành phần chuyển vị nội lực thay đổi yếu tố tác động 36 4.1.2.1 Chuyển vị theo phương bán kính 36 4.1.2.2 Chuyển vị theo phương tiếp tuyến 39 4.1.2.3 Sự thay đổi nội lực 42 4.2 Trường hợp vòm chịu tác dụng tải trọng dạng tam giác đối xứng qua trục y theo phương đứng .44 4.2.1 Khảo sát toán cụ thể để kiểm chứng công thức .44 4.2.2 Khảo sát thay đổi thành phần chuyển vị nội lực thay đổi yếu tố tác động 49 4.2.2.1 Chuyển vị theo phương bán kính 49 4.2.2.2 Chuyển vị theo phương tiếp tuyến 52 4.2.2.3 Sự thay đổi nội lực 55 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 5.1 Kết luận chung 57 5.2 Kiến nghị hướng phát triển đề tài .58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 63 vi Các ký hiệu sử dụng luận văn CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Ký hiệu α ε tα ε mα ε θα ε eα ε er ε slip κ yα yr u v R yα ℑ λα Tα ( y ) Tt Ts Tb h1 h2 ∇1 ∇2 δ ij σα σr η Ec η Es Ec Es E1 E2 Mô tả Chỉ số ký hiệu lớp thành phần Biến dạng tổng mặt cắt ngang lớp Biến dạng màng Biến dạng nhiệt chế độ nhiệt ℑ gây Biến dạng học lớp thành phần Biến dạng học lớp gia cường Biến dạng trượt tương đối lớp thành phần Độ cong Vị trí trọng tâm mặt cắt lớp thành phần Vị trí trọng tâm mặt cắt lớp gia cường Chuyển vị theo phương tiếp tuyến Chuyển vị theo phương bán kính Bán kính vịm Vị trí trục trung hịa lớp thành phần Chế độ nhiệt Hệ số giãn nở nhiệt lớp thành phần Hàm phi tuyến nhiệt độ Nhiệt độ lớp Nhiệt độ mặt tiếp xúc lớp Nhiệt độ lớp thấp bên vòm Chiều dày lớp bê tông Chiều dày tiết diện thép Gradient nhiệt bê tông Gradient nhiệt thép Định thức Kronecker Ứng suất lớp thành phần Ứng suất lớp gia cường Tỷ số kinh nghiệm modul đàn hồi bê tông Tỷ số kinh nghiệm modul đàn hồi thép Modul đàn hồi bê tông nhiệt độ bình thường Modul đàn hồi thép nhiệt độ bình thường Modul đàn hồi bê tơng nhiệt độ T Modul đàn hồi thép nhiệt độ T vii Các ký hiệu sử dụng luận văn Nα Nr Nℑ N int ζ (s) Mℑ M int ks A,B τ u0 Astud D EAα , EBα , EIα EA, EB, EI , χ β1 , β , β ψ ,ψ ,ψ γ1, γ , γ , μ θ M0 V0 H0 ν (s) k0α , k Lα r0α , rLα ηcc η ys η yr f cc f cc f sy f sy f ry f ry τ mid Lực dọc lớp thành phần Lực dọc lớp gia cường Lực dọc trục chế độ nhiệt ℑ gây Tồng nội lực dọc trục mặt cắt ngang vòm Độ lệch theo phương s Moment uốn chế độ nhiệt ℑ gây Tổng moment uốn mặt cắt ngang vòm Độ cứng đàn hồi chốt nối Các hệ số kinh nghiệm cho chốt nối chịu nhiệt độ Cường độ chịu cắt chốt nối nhiệt độ mơi trường Diện tích mặt cắt ngang chốt nối Đường kính chốt nối Đặc trương tiết diện lớp thành phần nhiệt độ cao Đặc tính học tồn mặt cắt ngang nhiệt độ cao Các biểu thức thu gọn Góc đo từ đỉnh vịm theo phương s Moment đầu gối tựa bên trái Phản lực theo phương đứng đầu gối tựa bên trái Phản lực theo phương ngang đầu gối tựa bên trái Độ lệch theo phương bán kính Độ cứng lị xo đầu gối tựa lớp thành phần Độ cứng lò xo xoay đầu gối tựa lớp thành phần Tỷ số kinh nghiệm cường độ chịu nén bê tông Tỷ số kinh nghiệm cường độ chịu kéo thép Tỷ số kinh nghiệm cường độ chịu kéo lớp gia cường Cường độ chịu nén bê tông nhiệt độ môi trường Cường độ chịu nén bê tông nhiệt độ T Cường độ chịu kéo thép nhiệt độ môi trường Cường độ chịu kéo thép nhiệt độ T Cường độ chịu kéo lớp gia cường nhiệt độ môi trường Cường độ chịu kéo lớp gia cường nhiệt độ T Ứng suất tiếp vị trí vòm viii Danh mục bảng  DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 – Hệ số kinh nghiệm theo nhiệt độ A, B 18 Bảng 4.1 – So sánh chuyển vị theo phương bán kính (Trường hợp 1) 35 Bảng 4.2 – So sánh phản lực gối tựa bên trái vòm (Trường hợp 1) 35 Bảng 4.3 – Chuyển vị lớn theo phương bán kính (Trường hợp 1) 36 Bảng 4.4 – Biến dạng trượt lớn thép bê tông (Trường hợp 1) 39 Bảng 4.5 - So sánh chuyển vị theo phương bán kính (Trường hợp 2) 48 Bảng 4.6 – So sánh phản lực gối tựa bên trái vòm (Trường hợp 2) 48 Bảng 4.7 – Chuyển vị lớn theo phương bán kính (Trường hợp 2) 49 Bảng 4.8 – Biến dạng trượt lớn thép bê tông (Trường hợp 2) 52 ix   Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 – Các tiết diện cột liên hợp thép – bê tông Hình 2.2 – Kết cấu sàn liên hợp sử dụng tơn sóng .8 Hình 2.3 – Kết cấu sàn liên hợp lắp ghép Hình 2.4 – Cấu tạo mặt cắt ngang kết cấu liên hợp Hình 2.5 – Sơ đồ làm việc vòm kết cấu liên .11 Hình 2.6 – Mặt cắt ngang điển hình – Chế độ nhiệt – Biểu đồ biến dạng tổng 12 Hình 3.1 – Sơ đồ phận tích nội lực vịm liên hợp chịu tác dụng lực phân bố theo phương thẳng đứng .20 Hình 3.2 – Sơ đồ phân tích nội lực vịm liên hợp chịu tác dụng lực phân bố tam giác theo phương đứng 24 Hình 4.1 – Chuyển vị theo phương bán kính (Trường hợp 1) 32 Hình 4.2 – Chuyển vị theo phương tiếp tuyến (Trường hợp 1) 33 Hình 4.3 – Chuyển vị theo phương bán kính so sánh với Abaqus (Trường hợp 1) 35 Hình 4.4 – Chuyển vị theo phương bán kính - ∇ s = 0.6∇ c , ( μ L )0 = 100, Θ = 300 (Trường hợp 1) 37 Hình 4.5 – Chuyển vị theo phương bán kính - ∇ s = 0.6∇ c , ( μ L )0 = 1, Θ = 300 (Trường hợp 1) 37 Hình 4.6 – Chuyển vị theo phương bán kính - ∇ s = 0.2∇ c , ( μ L )0 = 100, Θ = 300 (Trường hợp 1) 38 Hình 4.7 – Chuyển vị theo phương bán kính - ∇ s = 0.2∇ c , ( μ L )0 = 1, Θ = 300 (Trường hợp 1) 38 x Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN > > > > > > AXIAL DEFLECTION AT CONCRETE SECTION HVTH: Trần Đình Duy MSHV:09210191 Trang 74 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN > > > > > > INPUT DATA > > > > > > > > > > > > HVTH: Trần Đình Duy MSHV:09210191 Trang 75 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN > > > > > > > > > > > > > > > > HVTH: Trần Đình Duy MSHV:09210191 Trang 76 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN > > > > > > > > > > > > > > > > > HVTH: Trần Đình Duy MSHV:09210191 Trang 77 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN > > > > > > > > > > > > > > > HVTH: Trần Đình Duy MSHV:09210191 Trang 78 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN > > > > > FORMULATION & BCs > > > > > > > > > > > > > > > > > > > HVTH: Trần Đình Duy MSHV:09210191 Trang 79 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN > > > > > > > > > > > > > > > HVTH: Trần Đình Duy MSHV:09210191 Trang 80 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN > > HVTH: Trần Đình Duy MSHV:09210191 Trang 81 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN > > > HVTH: Trần Đình Duy MSHV:09210191 Trang 82 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN > HVTH: Trần Đình Duy MSHV:09210191 Trang 83 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN > > > > > > > > > HVTH: Trần Đình Duy MSHV:09210191 Trang 84 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN > > > > > > > > > > Mơ hình phần mềm phần tử hữu hạn Abaqus: ** ** PARTS ** *Part, name=Part-1 *End Part ** ** ASSEMBLY ** *Assembly, name=Assembly ** *Instance, name=Part-1-1, part=Part-1 *End Instance ** *End Assembly ** ** MATERIALS ** *Material, name=Steel *Density 7820., HVTH: Trần Đình Duy MSHV:09210191 Trang 85 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN *Elastic 1.768e+11, 0.3,300 *Expansion 1.1e-05, ** ** STEP: Step-1 ** *Step, name=Step-1, nlgeom=YES *Static 1., 1., 1e-05, ** ** BOUNDARY CONDITIONS ** ** Name: BC-1 Type: Symmetry/Antisymmetry/Encastre *Boundary _PickedSet10, ENCASTRE ** ** LOADS ** ** Name: Load-1 Type: Line load *Dload _PickedSet8, PY, -30000 ** ** PREDEFINED FIELDS ** ** Name: Predefined Field-1 Type: Temperature *Temperature _PickedSet9, 300., 300 ** ** OUTPUT REQUESTS ** *Restart, write, frequency=0 ** ** FIELD OUTPUT: F-Output-1 ** *Output, field *Node Output CF, RF, U, UR, UT, V, VR, VT *Element Output, directions=YES LE, PE, PEEQ, PEMAG, S *Contact Output CDISP, CSTRESS ** HVTH: Trần Đình Duy MSHV:09210191 Trang 86 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN ** HISTORY OUTPUT: H-Output-1 ** *Output, history, variable=PRESELECT *End Step HVTH: Trần Đình Duy MSHV:09210191 Trang 87 Luận văn Thạc sĩ ngành XDDD&CN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: TRẦN ĐÌNH DUY Phái: Nam Ngày sinh: 28-11-1983 Nơi sinh: Bình Định Địa liên lạc: 37 Huỳnh Thúc Kháng – Thành phố Quy Nhơn – Tỉnh Bình Định Điện thoại liên lạc: 0983 462 872 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO - Từ 2002 đến 2007: Sinh viên Khoa Kỹ thuật xây dựng - Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh - Từ 2008 đến 2009: Học viên lớp Bồi dưỡng sau đại học ngành XDDD&CN Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh - Từ 2009 đến 2011: Học viên cao học ngành XDDD&CN – Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC - Từ 2007 đến 2008: Nhân viên thiết kế - Công ty tư vấn chuyển giao công nghệ Trường Đại học Thủy lợi – Chi nhánh miền Nam - Từ 2008 đến 2010: Nhân viên Công ty TNHH Xây dựng Thương mại Trung Sơn - Hiện nay: Nhân viên Trung tâm Quy hoạch Kiểm định xây dựng Bình Định iii ... modul đàn hồi bê tông Tỷ số kinh nghiệm modul đàn hồi thép Modul đàn hồi bê tơng nhiệt độ bình thường Modul đàn hồi thép nhiệt độ bình thường Modul đàn hồi bê tông nhiệt độ T Modul đàn hồi thép nhiệt. .. nội lực vòm kết cấu liên hợp chịu tác động nhiệt độ Chương KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI CỦA CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC CỦA VÒM KẾT CẤU LIÊN HỢP CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT ĐỘ Hiện kết cấu liên hợp thép – bê tông. .. TÀI: PHÂN TÍCH PHI TUYẾN ĐÀN HỒI NHIỆT CỦA VỊM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT ĐỘ 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Trên sở quan hệ ứng suất – biến dạng – chuyển vị, phân tích tương tác