Nghiên cứu ứng xử của tấm btct chịu tải trọng nhiệt độ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - HUỲNH LỮ TÂN NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA TẤM BTCT CHỊU TẢI TRỌNG NHIỆT ĐỘ Chuyên ngành: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Mã số ngành: 60.58.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2007 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS CHU QUỐC THẮNG Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2007 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày tháng năm 2007 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HUỲNH LỮ TÂN Ngày, tháng, năm sinh: 05-03-1977 Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng – Công nghiệp Phái: Nam Nơi sinh: Phú Yên Mã HV: 02105515 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng xử BTCT chịu tải trọng nhiệt độ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát ứng xử tĩnh học (ứng suất, chuyển vị khả chịu lực) BTCT tác dụng nhiệt độ theo 02 mơ hình vật liệu đẳng hướng trực hướng có kể đến tác dụng cốt thép Khảo sát tác động nhiệt độ lên ứng xử tĩnh học BTCT chịu tải trọng phân bố Khảo sát ảnh hưởng thời gian tác dụng nhiệt lên ứng xử BTCT chịu tác động nhiệt độ III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/ 02 /2007 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/ 07 /2007 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS CHU QUỐC THẮNG CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH PGS.TS CHU QUỐC THẮNG Nội dung đề cương Luận văn Thạc só Hội đồng Chuyên ngành thông qua Ngày tháng năm 2007 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Sau năm học tập nghiên cứu truyền đạt kiến thức hướng dẫn nhiệt tình Thầy, Cơ Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh tơi hồn thành Luận văn hồn tất chương trình đào tạo Thạc sĩ Nhà trường Trước tiên, xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Chu Quốc Thắng tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm q báu giúp tơi hồn thành Luận văn Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng truyền đạt cho kiến thức quý báu suốt thời gian học tập trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo quan nơi công tác, anh chị em đồng nghiệp tất người bạn giúp đỡ, động viên, cổ vũ suốt thời gian học tập Sau cùng, xin cảm ơn người thân gia đình tốt đẹp nhất, hy sinh thầm lặng dành cho tôi, giúp vượt qua khó khăn để có thành cơng ngày hơm i TĨM TẮT LUẬN VĂN Tác động nhiệt độ lên kết cấu BTCT thông qua hai dạng: biến đổi nhiệt độ theo chiều dày biến đổi nhiệt độ thân tấm, tạo ứng xử học dạng tải trọng tác dụng lên Luận văn tập trung vào việc xây dựng mơ hình vật liệu trực hướng cho BTCT có kể đến tác dụng cốt thép ứng xử học BTCT Bằng việc đưa lời giải cho trường hợp chữ nhật biên tựa cố định chịu tải trọng ngang phân bố tải trọng nhiệt độ đồng thời, tác giả xây dựng tảng lý thuyết ứng dụng cho việc tính tốn kết cấu mơ hình vật liệu trực hướng tổng qt đồng với mơ hình vật liệu đẳng hướng trường hợp xem ứng xử vật liệu theo phương vng góc Thơng qua việc lập trình tính tốn với hỗ trợ phần mềm Matlab, luận văn tập trung khảo sát dạng tác động nhiệt độ ví dụ cụ thể Kết tính tốn với đặc trưng hình học tác dụng cốt thép phân bố ứng suất cải thiện khả chịu nhiệt độ đáng kể Đồng thời, hai dạng tác động nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến ứng xử tĩnh học BTCT chịu tải trọng ngang yếu tố thời gian tác dụng nhiệt độ tác động lớn đến ứng xử thay đổi dạng tác động nhiệt Sau cùng, việc tính tốn trường hợp cụ thể cho BTCT, luận văn tập trung làm rõ đánh giá mức vai trò nhiệt độ tác dụng lên kết cấu BTCT chịu tải trọng phân bố vai trò tác dụng cốt thép ứng xử tĩnh học chịu nhiệt độ ii ABSTRACT Thermal loading applies on reinforced concrete plate (RCP) structures by two ways: temperature variation across the plate thickness and temperature variation of the plate Two effects make mechanic action like a loading applied on the RCP This thesis focuses on establishing orthotropic material model using for RCP in which the effectiveness of steel bars on mechanic actions of RCP are included By solving the problem for simply support rectangular plate supporting distribute uniform load and thermal loading simultaneously, author builded theory foundation and applied in solving plate structures by using general orthotropic material model that may turn back to isotropic model in case the act of material according two perpendicular direction alike By buiding a program using Matlab sofware, the thesis focuses on investigating the influence of temperature with determinate problem The result pointed out that beside geometric property, the effect of steel bars in distributing stress and improving thermal capability are considerable Together, two forms of thermal loading make large effect on the static act of RCP support to transver load and the effectiveness of time of temperature action also make large effect by the transformation of thermal action forms After all, by solving many case of thermal effect, the thesis will concentrate to make clearly and evaluate properly the affection of temperature on RCP structures support to transver load and the effect of steel bars in static act of plates under thermal load iii MỤC LỤC Chương 1: Mở đầu 1.1 Tổng quan 1.2 Tác động nhiệt độ lên BTCT .3 1.3 Mục tiêu luận văn .3 1.4 Nội dung, phạm vi phương pháp nghiên cứu .4 1.4.1 Phạm vi phương pháp nghiên cứu 1.4.2 Nội dung luận văn .4 Chương 2: Các sở lý thuyết 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Sơ lược lịch sử lý thuyết 2.1.2 Ứng xử tổng quát mỏng biến dạng nhỏ 2.1.3 Quan hệ biến dạng - độ cong 2.1.4 Ứng suất nội lực 10 2.1.5 Phương trình vi phân chủ đạo độ võng 13 2.1.6 Các điều kiện biên chu vi 14 2.2 Mơ hình vật liệu cho BTCT 15 2.2.1 Định luật Hooke tổng quát 15 2.2.2 Vật liệu đàn hồi trực hướng 16 2.2.3 Vật liệu đàn hồi đẳng hướng .19 2.2.4 Bài toán ứng suất phẳng 20 2.2.5 Mơ hình vật liệu cho BTCT .22 2.2.5.1 Bài toán trực hướng .22 2.2.5.2 Các hệ số độ cứng cho BTCT 24 2.3 Cơ sở lý thuyết truyền nhiệt 25 2.3.1 Những khái niệm dẫn nhiệt 25 2.3.2 Bài tốn dẫn nhiệt khơng ổn định .26 2.3.3 Bài tốn dẫn nhiệt khơng ổn định phẳng .27 2.3.4 Xác định phân bố nhiệt BTCT theo thời gian 28 iv Chương 3: Phân tích ứng suất chuyển vị BTCT chịu tác động nhiệt độ 30 3.1 Ứng suất chuyển vị chịu tác động nhiệt độ 30 3.1.1 Bài toán trực hướng tổng quát 30 3.1.2 Tấm đẳng hướng chịu tải trọng nhiệt độ 32 3.1.2.1 Tấm chữ nhật biên tựa chịu nhiệt độ phân bố theo chiều dày 33 3.1.2.2 Tấm chữ nhật biên ngàm chịu nhiệt độ phân bố theo chiều dày .35 3.1.3 Tấm trực hướng chữ nhật biên tựa chịu nhiệt độ phân bố theo chiều dày 35 3.1.4 Tấm chữ nhật chịu gia tăng nhiệt độ 37 3.2 Tác động thời gian dẫn nhiệt lên ứng xử BTCT 39 3.3 Tấm BTCT chịu tải trọng ngang tải trọng nhiệt độ đồng thời 39 3.3.1 Tấm BTCT chữ nhật biên tựa chịu tải trọng ngang phân bố tải trọng nhiệt độ biến thiên theo chiều dày 39 3.3.2 Tấm BTCT chữ nhật biên ngàm chịu tải trọng ngang phân bố tải trọng nhiệt độ biến thiên theo chiều dày 41 3.3.3 Tấm BTCT chịu tải trọng ngang gia tăng nhiệt độ 41 Chương 4: Phân tích tốn ổn định chịu tải trọng nhiệt độ 42 4.1 Ổn định chịu tác động nhiệt độ 42 4.1.1 Phương trình ổn định trực hướng tổng quát 42 4.1.2 Nhiệt độ gia tăng tới hạn chữ nhật biên tựa 46 4.1.3 Chênh lệch nhiệt độ tới hạn chữ nhật biên tựa 49 4.2 Ổn định chịu tác dụng tải trọng ngang tải trọng nhiệt độ đồng thời 51 Chương 5: Các ví dụ tính tốn 52 5.1 Chương trình tính chữ nhật biên tựa chịu tải trọng nhiệt độ 52 5.2 Khảo sát tác động chênh lệch nhiệt độ bề mặt lên BTCT 53 v 5.2.1 Khảo sát ảnh hưởng phân bố cốt thép đến làm việc chịu tác động chênh lệch nhiệt độ bề mặt 53 5.2.2 Khảo sát ảnh hưởng chênh lệch nhiệt độ đến làm việc chịu tải trọng ngang phân bố 55 5.2.3 Khảo sát ảnh hưởng chiều dày chịu tác động chênh lệch nhiệt độ bề mặt .57 5.2.4 Khảo sát khả chịu lực chịu tác động chênh lệch nhiệt độ bề mặt 58 5.3 Khảo sát tác động gia tăng nhiệt độ lên kết cấu BTCT 62 5.3.1 Khảo sát ảnh hưởng phân bố cốt thép đến làm việc chịu tác động gia tăng nhiệt độ 62 5.3.2 Khảo sát ảnh hưởng gia tăng nhiệt độ BTCT chịu tải trọng ngang 63 5.3.3 Khảo sát khả chịu lực chịu gia tăng nhiệt độ .65 5.4 Khảo sát tác động nhiệt độ lên kết cấu BTCT có điều kiện biên khác 69 5.4.1 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện biên đến làm việc chịu chênh lệch nhiệt độ bề mặt 69 5.4.2 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện biên đến làm việc chịu gia tăng nhiệt độ 70 5.4.3 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện biên đến khả chịu nhiệt độ .70 5.5 Khảo sát BTCT chữ nhật chịu tác động nhiệt độ theo thời gian 71 5.5.1 Khảo sát với liên kết biên gối tựa cạnh .73 5.5.2 Khảo sát với liên kết biên ngàm cạnh 74 5.5.3 Khảo sát trường hợp giảm nhiệt độ tức thời 76 Chương 6: Kết luận Kiến nghị 80 6.1 Kết luận 80 6.2 Phương hướng nghiên cứu 81 Tài liệu tham khảo 82 Phụ lục .84 vi Chương Chương Mở đầu MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan Kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) kết cấu ứng dụng từ lâu dễ dàng bắt gặp hầu hết loại cơng trình dân dụng, cơng nghiệp, giao thơng, thủy lợi, quốc phịng Hầu hết kết cấu BTCT sử dụng để chịu tải trọng phân bố theo phương vng góc với trục như: sàn nhà, sàn xưởng sản xuất, sàn mái, bể chứa, mặt cầu, hầm trú ẩn Tuy nhiên, thực tế kết cấu nói chung BTCT nói riêng làm việc điều kiện thay đổi liên tục môi trường nhiệt độ, độ ẩm, ngồi khả chịu tải trọng, kết cấu chịu tác động đáng kể ứng suất phát sinh tác động môi trường làm việc mà tác động biến đổi nhiệt độ đáng kể Một tính chất học đặc trưng vật liệu tính biến dạng theo trường nhiệt độ vật thể Với vật thể tự có thay đổi trường nhiệt độ vật thể có xu hướng biến dạng dài theo phương mà không bị cản trở, nhiên vật thể chịu điều kiện ràng buộc định liên kết biến dạng (hay chuyển vị) bị ngăn cản, phản lực phát sinh liên kết nguyên nhân tạo nên ứng suất bên vật thể Thành phần ứng suất biến đổi tùy thuộc vào tính chất vật liệu, tốc độ biến thiên trường nhiệt độ, điều kiện liên kết biên, hình dạng kích thước kết cấu Hơn nữa, ứng xử học vật liệu độ dẫn nhiệt, môđun đàn hồi, hệ số giãn nở nhiệt biến đổi theo trường nhiệt độ Kết thành phần ứng suất bên kết cấu thay đổi mà thay đổi vượt ứng suất giới hạn vật liệu dẫn đến phá hoại kết cấu Trong thực tế thiết kế kết cấu BTCT nói chung kết cấu BTCT nói riêng, ngoại trừ kết cấu làm việc môi trường chịu nhiệt độ hay mơi trường có độ ổn định nhiệt cao, kết cấu BTCT thường thiết kế chịu tải trọng học theo điều kiện làm việc mà kể đến thay đổi nhiệt độ môi trường nơi kết cấu làm việc Một nguyên nhân khiến nhà thiết Trang Chương Các ví dụ tính tốn Phân bố chênh lệch nhiệt độ gia tăng nhiệt độ theo thời gian hình đây: Hình 5.5.2 Chênh lệch nhiệt độ bề mặt gia tăng nhiệt độ theo thời gian 5.5.1 Khảo sát với liên kết biên gối tựa cạnh Tấm chịu tải trọng ngang phân bố p0 = 500daN/m2 Thời gian khảo sát từ bắt đầu nung nóng Kết độ võng, ứng suất mặt trên, mặt mặt trung bình cho bảng sau: Thời gian Độ võng w Ứng suất Ứng suất Ứng suất mặt mặt trung bình σt σd σtb (h) 1/12 (5 ph) 1/6 (10 ph) 1/4 (15 ph) 1/2 (30 ph) 3/4 (45 ph) (daN/cm2) (daN/cm2) (daN/cm2) -33.15 33.15 0.00 -37.02 35.92 -0.55 -40.27 35.04 -2.61 -43.51 33.27 -5.12 -51.84 26.70 -12.57 -58.83 19.79 -19.52 -65.18 13.03 -26.07 (cm) 0.442 0.353 0.321 0.302 0.278 0.277 0.283 Trang 73 Chương Các ví dụ tính toán 0.311 0.336 0.355 0.372 0.385 -87.09 -104.86 -119.31 -131.06 -140.62 -11.02 -30.61 -46.55 -59.50 -70.04 -49.06 -67.74 -82.93 -95.28 -105.33 Bảng 5.5.2 Chuyển vị ứng suất biên tựa theo thời gian Biến đổi độ võng lớn theo thời gian hình 5.5.3: Hình 5.5.3 Độ võng biên tựa theo thời gian 5.5.2 Khảo sát với liên kết biên ngàm cạnh Tấm chịu tải trọng ngang phân bố p0 = 500daN/m2 Thời gian khảo sát từ bắt đầu nung nóng Kết độ võng, ứng suất mặt trên, mặt mặt trung bình cho bảng sau: Trang 74 Chương Các ví dụ tính tốn Thời gian Độ võng w Ứng suất Ứng suất Ứng suất mặt mặt trung bình σt σd σtb (h) 1/12 (5 ph) 1/6 (10 ph) 1/4 (15 ph) 1/2 (30 ph) 3/4 (45 ph) (daN/cm2) (daN/cm2) (daN/cm2) -15.89 15.89 0.00 -8.15 7.05 -0.55 -7.26 2.03 -2.61 -7.92 -2.33 -5.12 -13.17 -11.97 -12.57 -20.03 -19.02 -19.52 -27.09 -25.06 -26.07 -52.75 -45.36 -49.06 -73.71 -61.77 -67.74 -90.75 -75.11 -82.93 -104.61 -85.95 -95.28 -115.88 -94.77 -105.33 (cm) 0.138 0.138 0.138 0.138 0.138 0.138 0.138 0.138 0.138 0.138 0.138 0.138 Bảng 5.5.3 Chuyển vị ứng suất biên ngàm theo thời gian Ứng suất mặt trên, mặt theo thời gian hình đây: Hình 5.5.4 Ứng suất theo thời gian Trang 75 Chương Các ví dụ tính tốn 5.5.3 Khảo sát trường hợp giảm nhiệt độ tức thời Xét BTCT biên tựa sau nắng nóng, nhiệt độ đạt giá trị Bảng 5.5.1 Giả sử bất ngờ giảm nhiệt độ mặt tác nhân hấp thu nhiệt đối lưu nước chảy mặt (do mưa bất ngờ chẳng hạn) Lúc này, hệ số tỏa nhiệt đối lưu mặt α =4000 W/m2 oC [7,9] Thời gian (phút) 5s 15s 30s 10 Nhiệt độ mặt (z=t) 59.19 26.16 26.09 26.00 25.87 25.68 25.57 25.50 25.45 25.41 25.38 25.35 25.33 25.32 Nhiệt độ Nhiệt độ mặt (z=t/2) (z=0) 56.80 55.97 52.94 53.76 53.49 54.15 54.16 54.61 55.05 55.23 55.66 55.76 55.45 55.91 54.85 55.95 54.10 55.95 53.30 55.93 52.49 55.87 51.72 55.78 50.97 55.64 50.27 55.46 Bảng 5.5.4 Phân bố nhiệt theo thời gian sau tỏa nhiệt Trường nhiệt độ theo bước thời gian: 5s, 15s, 30s, phút, phút 10 phút Hình 5.5.5 Ta thấy thời gian tức thời tác động hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước mặt lớn khoảng thời gian bé nên có tượng dao động nhiệt tắt dần Sau khoảng thời gian phút tượng khơng cịn nữa, phân bố nhiệt trở trạng thái ổn định Do hệ số tỏa nhiệt nhỏ nên nhiệt độ nửa biến đổi chậm so với nhiệt độ nửa Trang 76 Chương Các ví dụ tính tốn Hình 5.5.5 Phân bố nhiệt theo thời gian tức thời Kết phân tích ứng suất, chuyển vị theo thời gian kể từ lúc giảm nhiệt mặt cho bảng sau: Thời gian (phút) 5s 15s 30s 10 Chênh Gia tăng lệch nhiệt nhiệt độ độ bề mặt (oC) 3.22 -27.61 -28.06 -28.61 -29.36 -30.08 -30.34 -30.45 -30.51 -30.52 -30.49 -30.42 -30.31 -30.15 (oC) 31.80 27.94 28.49 29.16 30.05 30.66 30.45 29.85 29.10 28.30 27.49 26.72 25.97 25.27 Độ võng (cm) 0.385 0.930 0.938 0.947 0.961 0.973 0.978 0.980 0.981 0.981 0.981 0.979 0.977 0.975 Ứng suất Ứng suất Ứng suất mặt mặt trung bình (daN/cm2) -70.04 -77.67 -79.80 -82.38 -85.83 -88.35 -87.80 -85.91 -83.45 -80.80 -78.12 -75.49 -72.96 -70.53 (daN/cm2) -140.62 -107.40 -108.93 -110.78 -113.24 -114.81 -113.91 -111.87 -109.34 -106.67 -104.03 -101.49 -99.11 -96.90 (daN/cm2) -105.33 -92.53 -94.36 -96.58 -99.54 -101.58 -100.86 -98.89 -96.40 -93.73 -91.07 -88.49 -86.04 -83.72 Bảng 5.5.5 Chuyển vị ứng suất điểm theo thời gian Trang 77 Chương Các ví dụ tính tốn Biến đổi ứng suất sau tản nhiệt : Hình 5.5.6 Biến đổi ứng suất theo thời gian sau tản nhiệt Để thấy rõ tác động tức thời giảm nhiệt tỏa nhiệt đối lưu ta xét trường ứng suất tự cân theo trường biến đổi nhiệt độ: Ứng suất điểm biến đổi nhiệt độ gây là: σΔTz =− αE ΔT với ΔTz biến đổi nhiệt độ điểm khảo sát so với nhiệt độ tham 1−ν z chiếu Chọn nhiệt độ tham chiếu nhiệt độ mặt trung bình trước giảm nhiệt: T0 = 56.80 oC Trường ứng suất theo chiều dày Hình 5.5.7 Trang 78 Chương Các ví dụ tính tốn Hình 5.5.7 Biến đổi ứng suất nhiệt tức thời theo thời gian Trường ứng suất cân với ứng suất nén mặt tấm chịu ràng buộc liên kết chịu tải trọng (Bảng 5.5.5) Nếu tự trường ứng suất tạo vết nứt biên ứng suất biên vượt giới hạn chịu kéo bêtơng Kết phân tích tương tự kết TS.Đỗ Kiến Quốc [7] cho BTCT biên tự Điều cho thấy BTCT có liên kết khống chế chuyển vị biên chịu biến đổi ứng suất tức thời tốt so với tự vậy, có liên kết biên chịu biến đổi nhiệt độ lặp lặp lại tốt tự Tuy nhiên, gia tăng nhiệt độ ứng suất nén liên kết biên tạo lớn nên nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu gia tăng nhiệt độ đáng kể Trang 79 Chương Chương Kết luận Kiến nghị KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Qua khảo sát tính cụ thể ví dụ Chương thể nhìn tổng quát tác động nhiệt độ dạng tải trọng lên làm việc BTCT Cả hai dạng tác động nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến ứng xử tĩnh học BTCT tác động lớn đến làm việc bình thường chịu tải trọng ngang, đồng thời kết tính tốn dạng chiều tác động nhiệt có ý nghĩa định đến tổng biến dạng phân bố ứng suất Việc xây dựng mơ hình vật liệu trực hướng cho BTCT có kể đến tác động cốt thép ứng xử học BTCT việc đưa lời giải cho trường hợp chữ nhật biên tựa cố định chịu tải trọng ngang phân bố tải trọng nhiệt độ đồng thời, xây dựng tảng lý thuyết vững ứng dụng rộng rãi cho việc tính tốn kết cấu mơ hình vật liệu trực hướng nói chung đồng với mơ hình vật liệu đẳng hướng trường hợp xem ứng xử theo phương vng góc Kết tính tốn với đặc trưng hình học tác dụng cốt thép phân bố ứng suất cải thiện khả chịu nhiệt độ đáng kể, với việc phân tích ứng suất nhiệt gây việc tính tốn theo mơ hình vật liệu có kể đến ảnh hưởng cốt thép tránh thiếu sót thiết kế cấu tạo kết cấu có chịu tác động nhiệt độ Qua việc tính tốn ví dụ cụ thể cho BTCT có đặc trưng vật liệu, hình học hay gặp thực tế cho thấy thời gian tác dụng nhiệt có ảnh hưởng lớn lên ứng xử với nhiệt độ môi trường biến đổi liên tục nước ta phạm vi biên độ biến thiên nhiệt thông thường, kết cấu BTCT tiếp xúc trực tiếp với mơi trường hồn tồn bị phá hoại ứng suất nhiệt tổng ứng suất chiều ứng suất nhiệt chiều với ứng suất tải trọng tác dụng Trang 80 Chương Kết luận Kiến nghị 6.2 Phương hướng nghiên cứu Do hạn chế thời gian, luận văn trình bày hai dạng điều kiện biên thông dụng cho chữ nhật biên tựa cố định biên ngàm mà chưa đề cập đến số dạng điều kiện biên khác Trong thực tế, kết cấu thường làm việc chung với kết cấu khung (như hệ khung sàn BTCT toàn khối chẳng hạn) nên chắn hệ kết cấu tổng thể có ứng xử khác với kết cấu rời rạc theo điều kiện biên lý tưởng Để đánh giá vai trị nhiệt độ làm việc bình thường kết cấu tuổi thọ cơng trình cần có nghiên cứu sâu vấn đề Trong phạm vi nghiên cứu, luận văn đề cập đến ứng xử tĩnh học kết cấu BTCT tác động nhiệt độ mà chưa đề cập đến ứng xử động học tác dụng nhiệt độ tác động có chu kỳ nhiệt độ lên kết cấu Về mặt lý thuyết, kết luận văn dựa sở lý thuyết mỏng biến dạng nhỏ (tấm Kirchhoff), khối lượng tính tốn lớn thời gian hồn thành luận văn có hạn nên tác giả chưa có điều kiện nghiên cứu so sánh với kết tính theo lý thuyết dày (tấm Reissner – Mindlin) Một tính chất vật liệu BTCT đặc trưng vật liệu module đàn hồi E, hệ số Poission, hệ số giãn nở nhiệt biến đổi theo nhiệt độ mà phạm vi thời gian kiến thức bị giới hạn, luận văn chưa đề cập đến Trang 81 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ansel C Ugural, Stresses in Plates and Shells, Second Edition The McGraw Hill Companies,USA, 1999 [2] A.S Usmani, J.M Rotter, S Lamont, A.M Sanad, M Gillie, Fundamental principles of structural behaviour under thermal effects, Fire Safety Journal 36 (2001) 721–744 [3] A Mossavarali, Gh Peydaye Saheli, M R Eslami, Thermoelastic Buckling Of Isotropic And Orthotropic Plates With Imperfections, Journal of Thermal Stresses, 23:853-872, 2000 [4] C.G Bailey, Efficient arrangement of reinforcement for membrane behaviour of composite floor slabs in fire conditions, Journal of Constructional Steel Research 59 (2003) 931–949 [5] Chu Quốc Thắng, "Bài giảng môn học kết cấu vỏ" [6] Donald R Pitt, Leighton E Sissom, Theory and Problems of Heat transfer, The McGraw - Hill Book Company,Singapore, 1983 [7] Đỗ Kiến Quốc, Bùi Thanh Tâm, Ứng suất nhiệt vấn đề nứt dột mái bêtông cốt thép, Công nghệ 5-1994 (tr.27-28) [8] E.J Ruggiero, Modeling and Control of SPIDER Satellite Components, Doctor of Philosophy In Mechanical Engineering, Blacksburg, Virginia, July 29, 2005 [9] Hồng Đình Tín, Cơ sở Truyền nhiệt, Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2002 [10] J.N Reddy, Mechanics of Laminated composite Plates and Shells - Theory and Analysis, Second Edition CRC Press,USA, 2003 [11] L H You, Thermal stress distributions in axisymmetrically orthotropic fiberreinforced composites with multilayered interfaces,Journal Of Materials Science 38 (2003) 2963 – 2970 Trang 82 Tài liệu tham khảo [12] Manuel Stein, Load and Deformations of Buckled Rectangular Plates, NASA Technical Report R-40, USA, 1959 [13] Nguyễn Hoài Sơn, Đỗ Thanh Việt, Bùi Xn Lâm- Ứng dụng Matlab tính tốn kỹ thuật Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh-2000 [14] Stephen P Timoshenko, S.Woinowsky-Krieger, Theory of Plates and Shells, Second Edition The McGraw - Hill Book Company,Inc, 1987 [15] Stephen P Timoshenko, James M Gere, Theory of Elastic Stability, Second Edition The McGraw - Hill Book Company,Inc, 1961 [16] Trịnh Văn Quang, Kỹ thuật Nhiệt, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005 [17] V N Maksimenko and E G Podruzhin, Fundamental Solutions In Problems Of Bending Of Anisotropic Plates, Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, Vol 44, No 4, pp 564-570, 2003 [18] V V Meleshko, Superposition Method In Thermal-Stress Problems For Rectangular Plates, International Applied Mechanics, Vol 41, No 9, 2005, p.101117 [19] Won Young Yang, Wenwu Cao, Tae-Sang Chung, John Morris, Applied Numerical Methods Using MATLAB, John Wiley & Sons, Inc, 2005 Trang 83 Phụ lục PHỤ LỤC Mã nguồn chương trình Navier-Plates viết phần mềm Matlab: % CHUONG TRINH TINH TAM CHU NHAT BIEN TUA CO DINH CHIU TAI TRONG NHIET DO % THEO MO HINH VAT LIEU TRUC HUONG SU DUNG DANG NGHIEM NAVIER clc clear all disp('CHUONG TRINH TINH TAM CHU NHAT TUA DON CHIU TAI TRONG NHIET DO') disp(' -') disp('Don vi luc: kgf; Don vi chieu dai: cm; nhiet do: oC') disp(' -') disp('MOI BAN NHAP VAO CAC SO LIEU DE TINH TOAN :') disp(' -') disp('Khai bao cac dac trung vat lieu:') E=input('Module dan hoi cua Betong E:'); Es=input('Module dan hoi cua cot thep Es:'); nuy=input('He so Poission cua betong:'); alpha=input('He so dan no nhiet cua betong:'); disp(' ') disp('Khai bao cac dac trung hinh hoc:') a=input('Chieu rong tam (cm) a=:'); b=input('Chieu dai tam (cm) b=:'); t=input('Chieu day tam (cm) t=:'); disp(' ') disp('Khai bao cac dac trung cot thep:') muyx=input('Ham luong cot thep theo phuong x(%):'); muyy=input('Ham luong cot thep theo phuong y(%):'); as=input('Khoang cach tu tam thep den mat ngoai (cm):'); ns=Es/E; % ty so mdule dan hoi disp(' -') disp('Khai bao cac du lieu tai trong:') disp('(Huong duong xuong duoi)') deltaT=input('Chenh lech nhiet hai be mat (oC):'); gtT=input('Gia tang nhiet tam (oC):'); p0=input('Tai phan bo deu(kg/cm2):'); disp(' -') disp('Khai bao cac du lieu khao sat su hoi tu cua bai toan:') m1=input('So hang m:'); n1=input('So hang n:'); format short; bn=10; % buoc luoi o vuong toa theo hai phuong % TINH TOAN CAC HE SO Dx=(E/(1-nuy^2))*(t^3/12+(ns-1)*(t/2-as)^2*(muyx*t/100));% Do cung theo x Dy=(E/(1-nuy^2))*(t^3/12+(ns-1)*(t/2-as)^2*(muyy*t/100));% Do cung theo y Dxy=nuy*sqrt(Dx*Dy); % Do cung theo xy Gxy=(1-nuy)/2*sqrt(Dx*Dy); % Module dan hoi truot H=sqrt(Dx*Dy); % he so cung Ex=(1-nuy^2)*Dx*12/t^3; % Module dan hoi tuong duong theo phuong x Ey=(1-nuy^2)*Dy*12/t^3; % Module dan hoi tuong duong theo phuong y Mtx=(alpha*Dx*deltaT*(1+nuy))/t; % moment nhiet theo phuong x Mty=(alpha*Dy*deltaT*(1+nuy))/t; % moment nhiet theo phuong y Mt=(alpha*(Ex+Ey)*deltaT*t^2)/24; % moment tai nhiet trung binh % CHIA LUOI TOA DO x=[0:bn:a]; % chia luoi bn (cm) phuong x y=[0:bn:b]; % chia luoi bn (cm) phuong y z=[-t/2:0.5:t/2]; % chia luoi 0.5 (cm) phuong z Trang 84 Phụ lục [X,Y]=meshgrid(x,y); % Vector toa diem luoi % TINH DO VONG TAM -W=0; % vong ban dau vong lap for m=1:2:m1 for n=1:2:n1 W=W-(16*Mt/((1nuy)*pi^4))*sin(m*pi*X/a).*sin(n*pi*Y/b)*((m/a)^2+(n/b)^2)/(m*n*(Dx*(m/a) ^4+2*H*(m/a)^2*(n/b)^2+Dy*(n/b)^4)) +(16*p0/pi^6)*sin(m*pi*X/a).*sin(n*pi*Y/b)/(m*n*(Dx*(m/a)^4+2*H*(m/a)^2*( n/b)^2+Dy*(n/b)^4)); end end Wmax=max(max(W)); % Do vong lon nhat tam WA=W(a/(2*bn)+1,b/(2*bn)+1); % Do vong tai chinh giua tam % TINH MOMENT UON VA UNG SUAT Mx=Mtx; % Moment Mx dau vong lap for m=1:2:m1 for n=1:2:n1 Mx=Mx-(16*Mt/((1nuy)*pi^2))*sin(m*pi*X/a).*sin(n*pi*Y/b)*((m/a)^2+(n/b)^2)*(Dx*(m/a)^2+Dx y*(n/b)^2)/(m*n*(Dx*(m/a)^4+2*H*(m/a)^2*(n/b)^2+Dy*(n/b)^4)) +(16*p0/pi^4)*sin(m*pi*X/a).*sin(n*pi*Y/b)*(Dx*(m/a)^2+Dxy*(n/b)^2)/(m*n* (Dx*(m/a)^4+2*H*(m/a)^2*(n/b)^2+Dy*(n/b)^4)); end end Mxmax=max(max(Mx)); % Moment Mx lon nhat tam Mxmin=min(min(Mx)); % Moment Mx nho nhat tam MAx=Mx(a/(2*bn)+1,b/(2*bn)+1); % Mx tai chinh giua tam % sigmaX=-(Ex+nuy*Ey)*alpha*gtT/(1-nuy^2); % Ung suat nhiet phan bo deu theo x sigmaAx=MAx*12*z/t^3+sigmaX; % ung suat tai chinh giua tam theo phuong x sigmaAxmax=max(sigmaAx); % ung suat lon nhat theo phuong x sigmaAxmin=min(sigmaAx); % ung suat nho nhat theo phuong x % My=Mty; % Moment My dau vong lap for m=1:2:m1 for n=1:2:n1 My=My-(16*Mt/((1nuy)*pi^2))*sin(m*pi*X/a).*sin(n*pi*Y/b)*((m/a)^2+(n/b)^2)*(Dxy*(m/a)^2+D y*(n/b)^2)/(m*n*(Dx*(m/a)^4+2*H*(m/a)^2*(n/b)^2+Dy*(n/b)^4)) +(16*p0/pi^4)*sin(m*pi*X/a).*sin(n*pi*Y/b)*(Dxy*(m/a)^2+Dy*(n/b)^2)/(m*n* (Dx*(m/a)^4+2*H*(m/a)^2*(n/b)^2+Dy*(n/b)^4)); end end Mymax=max(max(My)); % Moment My lon nhat tam Mymin=min(min(My)); % Moment My nho nhat tam MAy=My(a/(2*bn)+1,b/(2*bn)+1); % My tai chinh giua tam % sigmaY=-(Ey+nuy*Ex)*alpha*gtT/(1-nuy^2); % Ung suat nhiet phan bo deu theo y sigmaAy=MAy*12*z/t^3+sigmaY; % tinh ung suat tai chinh giua tam theo phuong y sigmaAymax=max(sigmaAy); % ung suat lon nhat theo phuong y Trang 85 Phụ lục sigmaAymin=min(sigmaAy); % ung suat nho nhat theo phuong y % TINH ON DINH NHIET DO CHO TAM -A11=(E/(1-nuy^2))*t; A22=(E/(1-nuy^2))*t; A12=(nuy*E/(1-nuy^2))*t; c1=(A11+A12)*alpha; c2=(A12+A22)*alpha; c3=c2^2*Dx^2-2*c1*c2*Dx*Dxy-4*c1*c2*Dx*Gxy+c1^2*Dx*Dy; c4=(-c1*Dx+sqrt(c3))/(c1*Dy); % -tinh gia tang nhiet toi han -if (c3>0)&(c3>c1^2*Dx^2) gtTcr=(pi/b)^2*(Dx*c4^2+2*(Dxy+2*Gxy)*c4+Dy)/(c1*c4+c2); gtTcr=(pi/a)^2*(Dx*c4^2+2*(Dxy+2*Gxy)*c4+Dy)/(c4*(c1*c4+c2)); else gtTcr=pi^2*(Dx*(1/a)^4+2*(Dxy+2*Gxy)*(1/(a^2*b^2))+Dy*(1/b^4))/(alpha*((A 11+A12)*(1/a^2)+(A12+A22)*(1/b^2))); end % -tinh chenh lech nhiet toi han -DeltaTcr=2*gtTcr; %Chenh lech nhiet toi han % - XUAT KET QUA RA MAN HINH -disp(' ') disp(' KET QUA TINH TOAN -') disp(' ') disp(' CHUYEN VI ') disp(' ') fprintf(' Do vong lon nhat la : %f cm \n',Wmax) fprintf(' Do vong tai giua tam la : %f cm \n',WA) disp(' ') disp(' NOI LUC: -') disp(' ') fprintf(' Mx lon nhat la : %f kg.cm/cm \n',Mxmax) fprintf(' Mx nho nhat la : %f kg.cm/cm \n',Mxmin) fprintf(' Mx tai giua tam la : %f kg.cm/cm \n',MAx) disp(' ') fprintf(' My lon nhat la : %f kg.cm/cm \n',Mymax) fprintf(' My nho nhat la : %f kg.cm/cm \n',Mymin) fprintf(' My tai giua tam la : %f kg.cm/cm \n',MAy) disp(' ') disp(' UNG SUAT TAI GIUA TAM: ') disp(' ') fprintf(' Ung suat lon nhat theo x la : %f kg/cm2 \n',sigmaAxmax) fprintf(' Ung suat nho nhat theo x la : %f kg/cm2 \n',sigmaAxmin) fprintf(' Ung suat trung binh theo x la : %f kg/cm2 \n',sigmaX) disp(' ') fprintf(' Ung suat lon nhat theo y la : %f kg/cm2 \n',sigmaAymax) fprintf(' Ung suat nho nhat theo y la : %f kg/cm2 \n',sigmaAymin) fprintf(' Ung suat trung binh theo y la : %f kg/cm2 \n',sigmaY) disp(' ') disp(' KHA NANG CHIU NHIET DO: ') disp(' ') fprintf(' Nhiet gia tang toi han la : %f oC \n',gtTcr) fprintf(' Nhiet chenh lech be mat toi han la : %f oC \n',DeltaTcr) disp(' END OF REPORT -') Trang 86 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG: Họ tên: Huỳnh Lữ Tân Ngày, tháng, năm sinh: 05/03/1977 Nơi sinh: Phú Yên Địa liên lạc: 02A Lý Tự Trọng, Phường 7, Thành phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên Điện thoại: 057.851375 – 0913.451755 Email: tansxd@yahoo.com.vn – huynhlutan@gmail.com Quá trình đào tạo: Từ 09/1995 – 01/2000: Học đại học Trường Đại Học Kiến Trúc TP Hồ Chí Minh, chuyên ngành Xây dựng dân dụng – công nghiệp, hệ quy Tốt nghiệp danh hiệu kỹ sư xây dựng tháng 01 năm 2000 Từ 09/2005 đến nay: Học cao học chuyên ngành Xây dựng dân dụng công nghiệp Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Q trình cơng tác: Từ 08/2000 đến nay: Cơng tác Sở Xây dựng tỉnh Phú Yên, chuyên viên Tháng 05/2007 bổ nhiệm làm Giám định viên tư pháp lĩnh vực xây dựng tỉnh Phú Yên ... 35 3.1.4 Tấm chữ nhật chịu gia tăng nhiệt độ 37 3.2 Tác động thời gian dẫn nhiệt lên ứng xử BTCT 39 3.3 Tấm BTCT chịu tải trọng ngang tải trọng nhiệt độ đồng thời 39 3.3.1 Tấm BTCT chữ... sau nhiệt độ tăng lên khoảng 260oC Trang 29 Chương Phân tích ứng suất chuyển vị BTCT chịu tác động nhiệt độ Chương PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ CHUYỂN VỊ CỦA TẤM BTCT CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT ĐỘ 3.1 Ứng. .. tác động biến đổi nhiệt độ theo thời gian thời điểm khảo sát 3.3 Tấm BTCT chịu tải trọng ngang tải trọng nhiệt độ đồng thời Từ phương trình vi phân (3.12) ta thấy, tải trọng nhiệt độ quy tải trọng