(Luận văn thạc sĩ) mô phỏng ứng xử liên kết cột ống thép nhồi bê tông với dầm bê tông ứng lực trước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ VĂN NHƯỢNG MÔ PHỎNG ỨNG XỬ LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Đà Nẵng – Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ VĂN NHƯỢNG MÔ PHỎNG ỨNG XỬ LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC Chuyên ngành: Kĩ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 8580201 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐÀO NGỌC THẾ LỰC Đà Nẵng – Năm 2019 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu lớp cao học K34.XDD, Khoa xây dựng dân dụng công nghiệp, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng, giảng dạy các thầy giáo khoa, giúp đỡ tận tình Ban chủ nhiệm Khoa các thầy cô Khoa, cố vấn hướng dẫn nhiệt tình Thầy giáo hướng dẫn khoa học, cộng với nỗ lực thân, tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp cao học với đề tài: “Mô ứng xử liên kết cột ống thép nhồi bê tông với dầm bê tông ứng lực trước” Tôi xin chân thành cảm ơn các cấp lãnh đạo Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng, Khoa xây dựng dân dụng công nghiệp các thầy cô giáo tập thể cán công nhân viên trường tạo điều kiện thuận lợi cho tơi quá trình học tập, nghiên cứu trường Tôi đặc biệt cảm ơn thầy giáo TS Đào Ngọc Thế Lực – Người có cơng lớn việc hướng dẫn khoa học, tận tình bảo tơi giúp tơi hồn thành tốt luận văn Tác giả luận văn HỒ VĂN NHƯỢNG LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bớ cơng trình khác Tác giả luận văn HỒ VĂN NHƯỢNG MÔ PHỎNG ỨNG XỬ LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC Học viên: HỒ VĂN NHƯỢNG Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD& CN Mã số: 8580201 Khóa: K34 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Trong các cơng trình nhà cao tầng, kết cấu cột ống thép nhồi bê tông (CFST) ngày sử dụng rộng rãi ưu điểm vượt trội so với cột bê tơng cốt thép (BTCT) truyền thống Do đó, kết hợp cột CFST với dầm bê tông ứng lực trước hay sàn phẳng BTCT tạo các hệ kết cấu có tính ứng dụng cao cho nhà cao tầng Trong trường hợp nhà có nhịp khung lớn mà kết cấu sàn phẳng không đáp ứng độ cứng ngang cho cơng trình giải pháp sàn có dầm bẹt xem hiệu (tăng độ cứng ngang hạn chế tăng chiều cao tầng so với dầm cao) Tuy nhiên, việc liên kết cột CFST với dầm bê tông ứng lực trước khá phức tạp, các nghiên cứu liên kết dừng lại việc đề xuất liên kết tiến hành thí nghiệm đánh giá độ tin cậy liên kết Luận văn trình bày quá trình mơ liên kết cột CFST với dầm bê tông ứng lực trước sử dụng phần mềm ABAQUS Kết mô so sánh với kết thí nghiệm với mục đích kiểm chứng xác việc mơ liên kết sử dụng ABAQUS Từ khóa – Cột ống thép nhồi bê tông; CFST; dầm bẹt BTCT; dầm bê tông ứng lực trước; liên kết; mô ABAQUS MODELING CONCRETE FILLED STEEL TUBE COLUMN WITH REINFORCED CONCRETE BAND BEAM CONNECTIONS USING ABAQUS SOFTWARE Abstract - In the high rise buildings, concrete filled steel tube (CFST) column structure are more widely used due to the advantages compared to the traditional reinforced concrete column Therefore, the combination of CFST column with prestressed concrete beam or reinforced concrete plate slab will create highly effective structural systems for high rise buildings In cases where the buildings have a large frame span but the plate slab structure does not provide enough horizontal stiffness for the building, the band beam solution is considered effective (increasing the horizontal stiffness and reducing the height of the floor compared to the beam high) However, the connection between the CFST column and the prestressed concrete beams is quite complex, most of current studies only foccus on proposing connection and carrying out the test This thesis presents the simulation of CFST column and prestressed concrete beam connecction using ABAQUS software The simulation results are then compared with the results of the experiment with the aim of verifying the accuracy of the simulation using ABAQUS Keywords – Concrete filled steel tube column; CFST; prestressed concrete beam; connection; simulation; ABAQUS MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài: Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến Bố cục đề tài CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG, DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC, LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI HỆ DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 1.1 TỔNG QUAN VỀ CỘT CFST 1.1.1 Cấu tạo cột CFST 1.1.2 Đặc điểm chịu lực cột CFST 1.1.3 Ưu điểm, nhược điểm cột ống thép nhồi bê tông 1.1.4 Các lĩnh vực áp dụng cột CFST 1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 10 1.2.1 Kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước 10 1.2.2 Cần thiết sử dụng bê tông ứng lực trước 10 1.2.3 Nguyên lý làm việc 11 1.2.4 Bê tông ứng lực trước căng trước 12 1.2.5 Bê tông ứng lực trước căng sau 13 1.3 LIÊN KẾT CỘT CFST VỚI DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 13 1.3.1 Nghiên cứu Nie (2008) [1] Bai (2008) [2] 14 1.3.2 Nghiên cứu Qing Jun Chen (2015) [3] 15 1.3.3 Nghiên cứu H.Y Yu (2013)[5] 16 1.4 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MÔ PHỎNG LIÊN KẾT GIỮA CỘT CFST VỚI DẦM BT ƯLT 18 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 18 CHƯƠNG - MÔ PHỎNG LIÊN KẾT GIỮA CỘT THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS 19 2.1 MÔ TẢ LIÊN KẾT GIỮA CỘT CFST VỚI DẦM BT ƯLT 19 2.2 MÔ PHỎNG LIÊN KẾT BẰNG ABAQUS 20 2.2.1 Giới thiệu phần mềm ABAQUS 20 2.2.2 Xây dựng mơ hình hình học cho liên kết 21 2.2.3 Mơ hình vật liệu ABAQUS 21 2.2.4 Tương tác các phần tử 27 2.3 CÁC BƯỚC MƠ HÌNH HĨA TRÊN PHẦN MỀM ABAQUS 29 2.3.1 Xây dựng cấu kiện: Từ module chọn Part 29 2.3.2 Khai báo đặc trưng vật liệu: Từ module chọn Property 33 2.3.3 Lắp ghép cấu kiện: Từ module chọn Assembly 39 2.3.4 Các bước phân tích: Từ module chọn Step 41 2.3.5 Tương tác các cấu kiện: Từ module chọn Interaction 42 2.3.6 Định nghĩa tải trọng điều kiện biên: Từ module chọn Load 48 2.3.7 Chia lưới cho cấu kiện mơ hình: Từ module chọn Mesh 51 2.3.8 Cơng tác phân tích: Từ module chọn Job 54 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 54 CHƯƠNG - PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 55 3.1 MƠ TẢ THÍ NGHIỆM 55 3.1.1 Chế tạo mẫu thí nghiệm 55 3.1.2 Tiến hành đổ bê tông mẫu: 56 3.1.3 Thí nghiệm xác định cường độ vật liệu: 57 3.1.4 Thiết bị thí nghiệm 59 3.1.5 Thiết lập, bố trí thi nghiệm 60 3.2 SO SÁNH KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM 63 3.2.1 So sánh đường cong tải trọng- chuyển vị đầu dầm 63 3.2.2 So sánh ứng xử dầm làm việc 63 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CFST : Ống thép nhồi bê tông BTCT : Bê tông cốt thép BT ƯLT : Bê tông ứng lực trước PPPTHH : Phương pháp phần tử hữu hạn PTVPTP : Phương trình vi phân phần f'c : Cường độ chịu nén bê tông fy : Cường độ chịu kéo cốt thép Ec : Môđun đàn hồi bê tông Es : Môđun đàn hồi cốt thép d : chiều cao làm việc dầm b : Bề rộng dầm a : Chiều cao vùng nén bê tông tw : Chiều dày thép hw : Chiều cao thép S : Mô men tĩnh tiết diện chữ nhật thép Ix : Mơ men quán tính trục x tiết diện chữ nhật thép DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Lựa chọn phần tử mô 21 Bảng 2.2 Thơng số mơ hình phá hoại dẻo 23 Bảng 2.3 Tương tác các cấu kiện mơ hình 29 Bảng 3.1 Kết thí nghiệm bê tơng 58 Bảng 3.2 Kết thí nghiệm cốt thép 58 Bảng 3.3 So sánh ứng xử mơ hình thí nghiệm với mơ hình ABAQUS .64 ... QUAN VỀ CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG, DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC, LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI HỆ DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 1.1 TỔNG QUAN VỀ CỘT CFST 1.1.1 Cấu tạo cột CFST... NGHIÊN CỨU VỀ MÔ PHỎNG LIÊN KẾT GIỮA CỘT CFST VỚI DẦM BT ƯLT 18 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 18 CHƯƠNG - MÔ PHỎNG LIÊN KẾT GIỮA CỘT THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC BẰNG... kết nêu luận văn trung thực chưa công bớ cơng trình khác Tác giả luận văn HỒ VĂN NHƯỢNG MÔ PHỎNG ỨNG XỬ LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC Học viên: HỒ VĂN NHƯỢNG