Nghiên cứu sử dụng tấm CFRP ( fiber reinforced polymer composites) để gia cường kết cấu dầm thép

Nghiên cứu sử dụng tấm CFRP ( fiber reinforced polymer composites) để gia cường kết cấu dầm thép Nghiên cứu sử dụng tấm CFRP ( fiber reinforced polymer composites) để gia cường kết cấu dầm thép Nghiên cứu sử dụng tấm CFRP ( fiber reinforced polymer composites) để gia cường kết cấu dầm thép Nghiên cứu sử dụng tấm CFRP ( fiber reinforced polymer composites) để gia cường kết cấu dầm thép

TÓM TẮT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TẤM CFRP ĐỂ GIA CƢỜNG KẾT CẤU DẦM THÉP Nhiệm vụ đề tài luận văn dự đoán khả tăng cƣờng tải trọng dầm thép sau gia cƣờng CFRP Trọng tâm luận văn xây dựng chƣơng trình mơ Abaqus vận dụng lý thuyết để dự đoán khả tăng cƣờng độ chịu lực dầm gia cƣờng xây dựng quy trình tính tốn Mơ hình Abaqus để phân tích ứng xử qua nhiều mơ hình có cấu trúc gia cƣờng khác sau chọn lọc tham số vật liệu gia cƣờng đem lại hiệu nhất, để áp dụng vào toán ứng dụng việc nghiên cứu đề tài nhằm tạo thêm cánh thức gia cƣờng đáng tin cậy đồng thời ứng dụng phần mềm nhằm giảm bớt khối lƣợng phịng thí nghiệm Phần cuối đề tài, trình bày việc kiểm nghiệm tính xác chƣơng trình thơng qua so sánh kết từ mơ hình phân tích số với kết lý thuyết đề xuất tham số hiệu vật liệu gia cƣờng CFRP kết cấu dầm thép Luận văn đƣợc bố cục thành phần sau đây: - Chƣơng 1: Tổng quan - Chƣơng 2: Ứng dụng Abaqus mơ tốn gia cƣờng cho dầm thép - Chƣơng 3: Khảo sát tham số - Chƣơng 4: Bài toán ứng dụng - Chƣơng 5: Kết luận kiến nghị vi ABSTRACT A PROJECT TO PROMOTE STEEL BEAM REINFORCED WITH CARBON FIBER REINFORCED POLYMER Mission of this graduation thesis is the estimation of the ability to increase load of steel beam with addition of CFRP plate The main purposes focus on building up a model of the ABAQUS then applying the theory to predict the ability to improve load of strengthened steel beam creating method for calculation ABAQUS model is used to analyze the numerous models with distinct structure for collecting the most effective data of different matter Then the data is applied in the created algorithm to establish the trusted method for enhancing as long as reducing amount of work in lab The end of this project targets on the review of the accuracy within the comparison of results those were gathered from theory method and model's data in term of the statistic of the enhanced steel beam with CFRP plate The graduation thesis is composed of five chapters: Chapter 1: Overview Chapter2: Application of ABAQUS in building up the algorithm Chapter 3: Examine the parameter Chapter4: Application problem Chapter5: Conclusion vii MỤC LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i LÝ LỊCH KHOA HỌC ii LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT .vi ABSTRACT vii A PROJECT TO PROMOTE STEEL BEAM REINFORCED WITH CARBON FIBER REINFORCED POLYMER vii CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc ngồi nƣớc 1.1.2.1 Nghiên cứu nƣớc 1.1.2.1 Nghiên cứu nƣớc 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 14 1.3 Phạm vi, nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 14 1.4 Vật liệu composite FRP 16 1.4.1 Cấu tạo đặc trƣng vật liệu composite CFRP 16 1.5 Kết luận chƣơng 17 CHƢƠNG 19 ỨNG DỤNG ABAQUS TRONG MƠ PHỎNG BÀI TỐN GIA CƢỜNG CFRP CHO DẦM THÉP 19 2.1 Tổng quan Abaqus 19 viii 2.2 Mơ tả thí nghiệm (Theo Talat Salama and Ahmed [17]) 19 2.2.1 Quy trình thực thí nghiệm 20 2.2.1.1 Chuẩn bị chi tiết mẫu 20 2.2.1.2 Quá trình chuẩn bị gia cƣờng 21 2.2.1.3 Thiết bị đo thông số thí nghiệm 24 2.2.1.4 Tiến hành thí nghiệm 25 2.2.1.5 Kết thí nghiệm 25 2.3 Mô Abaqus đối chiếu với kết thực nghiệm 27 2.3.1 Kỹ thuật lập mô hình 27 2.3.1.1 Các thành phần kết dính mơ hình vật liệu keo 28 2.3.1.2 Giới hạn bề mặt 29 2.3.2 Mô Abaqus từ kết thực nghiệm 30 2.3.2.1 Xây dựng mơ hình ba chiều dầm chữ I 30 2.3.2.2 Xây dựng mơ hình CFRP 32 2.3.3 Khai báo vật liệu 33 2.3.3.1 Khai báo vật liệu thép 33 2.3.3.2 Vật liệu CFRP 34 2.3.4 Gán vật liệu 37 2.3.4.1 Gán vật liệu cho phần tử dầm 37 2.3.4.2 Gán vật liệu cho phần tử CFRP 37 2.3.4 Ghép phần tử 38 2.3.5 Chia mắt lƣới cho đối tƣợng 39 2.3.6 Khai báo điều kiện biên 40 2.3.7 Khai báo bề mặt tƣơng tác 41 ix 2.3.8 Định nghĩa gán tải trọng 42 2.4 Phân tích kết 43 2.5 Đánh giá kết thí nghiệm mơ Abaqus 43 CHƢƠNG 48 PHÂN TÍCH THAM SỐ ẢNH HƢỞNG TRONG DẦM GIA CƢỜNG 48 3.1 Giới thiệu 48 3.2 Đối tƣợng mơ mơ hình 3D 48 3.3 Khảo sát tham số Abaqus 51 3.3.1 Khảo sát chiều dài gia cƣờng vị trí gia cƣờng 51 3.3.1.1 Dầm thép gia cƣờng CFRP mép dƣới cánh dƣới (dầm 4m) 51 3.1.1.2 Dầm thép gia cƣờng CFRP mép dƣới cánh dƣới (dầm 6m) 55 3.1.1.3 Dầm thép gia cƣờng CFRP mép dƣới cánh dƣới (dầm 8m) 57 3.1.1.3 Dầm thép gia cƣờng hai CFRP mép cánh dƣới –dầm (L=4m) 60 3.1.1.4 Dầm thép gia cƣờng hai CFRP mép cánh dƣới –dầm (L=8m) 62 3.1.1.5 Dầm thép gia cƣờng CFRP mép dƣới mép cánh dƣới - dầm (L=4m)63 3.1.1.6 Dầm thép gia cƣờng CFRP mép dƣới mép cánh dƣới - dầm (L=8m)65 3.1.1.7 Dầm thép gia cƣờng CFRP hai lớp mép dƣới cánh dƣới-dầm (L=4m) 68 3.1.1.8 Dầm thép gia cƣờng CFRP hai mép dƣới cánh dƣới-dầm (L=8m) 69 3.1.2 Khảo sát chiều rộng gia cƣờng 71 3.2 Kết luận số liệu khảo sát tham số 72 CHƢƠNG 74 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN GIA CƢỜNG CẤU KIỆN DẦM CHỮ I 74 4.1 Giới thiệu chƣơng 74 4.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 74 x 4.3 Bài toán ứng dụng 77 4.3.1 Tính tốn thiết kế dầm gia cƣờng 77 4.3.2 Tính tốn thiết kế dầm khơng gia cƣờng 82 4.4 Kiểm tra mô ABAQUS so sánh kết với lý thuyết 84 CHƢƠNG V 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 5.1 Kết luận: 89 5.2 Kiến nghị 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 xi DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1: Vị trí gia cƣờng CFRP sơ đồ kết cấu 20 Hình 2: Làm phẳng bề mặt CFRP 21 Hình 3:Thoa keo Epoxy bề mặt đƣợc chuẩn bị 22 Hình 4: Dán gia cƣờng vào dầm thép 22 Hình 5: Cùm bề mặt tạo áp lực lên CFRP 23 Hình 6: Sơ đồ thí nghiệm, bố trí thiết bị đo 23 Hình 7: Kích thƣớc vị trí đo biến dạng 24 Hình 8: Dầm bị phá hủy kết thúc thí nghiệm 25 Hình 9: Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị dầm dầm 26 Hình 10: Định nghĩa tải trọng tập trung 28 Hình 11: Định nghĩa điều kiện biên vị trí gối cố định 28 Hình 12: Định nghĩa điều kiện biên vị trí gối di động 28 Hình 13: Ràng buộc hai bề mặt tƣơng tác 30 Hình 14: Cửa sổ Create Part 30 Hình 15: Mặt cắt ngang dầm chữ I 31 Hình 16: Cửa sổ Edit Base Extrusion 32 Hình 17: Mơ hình ba chiều dầm thép hình 32 Hình 18: Cửa sổ Create Part 32 Hình 19: Mơ hình CFRP 33 Hình 20: Mơ hình kê đặt lực 33 Hình 21: Hộp thoại Edit Material 34 Hình 22: Hộp thoại Edit Material 34 Hình 23: Hộp thoại Damage Evolution 35 xii Hình 24: Hộp thoại Damage Stabilization 36 Hình 25: Hộp thoại Elastic 37 Hình 26: Gán vật liệu cho phần tử dầm thép 37 Hình 27: Gán vật liệu cà chiều dày CFRP 38 Hình 28: Ghép phần tử 38 Hình 29: Mơ hình dầm gia cƣờng 39 Hình 30: Chia ô lƣới 39 Hình 31: Chia lƣới đối tƣợng 40 Hình 32: Định nghĩa điều kiện biên 40 Hình 33: Khai báo điều kiện biên 41 Hình 34: Liên bề mặt tiếp xúc 42 Hình 35: Liên kết chất kết dính 42 Hình 36: Khai báo gán tải trọng 43 Hình 37: Kết mơ hình phân tích 43 Hình 38: Biểu đồ tải trọng chuyển vị dầm gia cƣờng không gia cƣờng (kết từ phịng thí nghiệm) 44 Hình 39: Biểu đồ tải trọng chuyển vị dầm gia cƣờng khơng gia cƣờng (kết từ phịng mơ Abaqus) 45 Hình 40: Biểu đồ tải trọng chuyển vị phịng thí nghiệm mơ Abaqus 46 Hình 41: Biểu đồ tải trọng chuyển vị dầm gia cƣờng khơng gia cƣờng 46 Hình 1: Giá trị biểu đồ momen chịu tải tập trung tƣơng ứng với ba cấp gia cƣờng49 Hình 2: Sơ đồ cấu trúc gia cƣờng dầm thép hình chữ I 50 Hình 3: Mơ hình dầm thép gia cƣờng 52 Hình 4: Mơ hình dầm thép gia cƣờng CFRP môi trƣờng Abaqus 52 xiii Hình 5: Mơ hình ứng suất dầm thép gia cƣờng 52 Hình 6: Biểu đồ biểu diễn tải trọng chuyển vị dầm gia cƣờng 60% 53 Hình 7: Biểu đồ biểu diễn tải trọng chuyển vị dầm gia cƣờng 75% 54 Hình 8: Biểu đồ biểu diễn tải trọng chuyển vị dầm gia cƣờng 90% 54 Hình 9: Biểu đồ biểu diễn tải trọng chuyển vị ba dầm gia cƣờng 55 Hình 10: Mơ hình ứng suất dầm thép gia cƣờng 56 Hình 11: Biểu đồ biểu diễn tải trọng chuyển vị ba dầm gia cƣờng 60% - 75% 90% 56 Hình 12: Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị dầm gia cƣờng 60%, 75%, 90%58 Hình 13: Mơ hình dầm thép gia cƣờng CFRP môi trƣờng Abaqus 60 Hình 14: Mơ hình ứng suất dầm thép gia cƣờng 61 Hình 15: Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị ba dầm 60%, 75% 90% 61 Hình 16: Mơ hình ứng suất dầm thép gia cƣờng 62 Hình 17: Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị ba dầm gia cƣờng 60%, 75% 90% 63 Hình 18: Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị dầm 4m (60%,75%,90%) 64 Hình 19: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng chuyển vị dầm 4m gia cƣờng mép dƣới mép dƣới + mép cánh dƣới 60% 65 Hình 20: Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị dầm 8m (60%, 75%, 90%) 66 Hình 21: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng chuyển vị dầm 8m gia cƣờng mép dƣới mép dƣới + mép cánh dƣới 60% 67 Hình 22: Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị (60%,75%,90%) 68 Hình 23: Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị dầm gia cƣờng hai mép dƣới mép dƣới cánh dầm (75%) 69 Hình 24: Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị dầm 8m (60%, 75%, 90%) 70 xiv Hình 25: Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị dầm 4m bề rộng 50%, 75%, 100% 72 Hình 1: Mơ hình dầm thép đơn giản gia cƣờng CFRP 75 Hình 2: Sơ đồ thiết kế dầm đơn giản gia cƣờng CFRP 78 Hình 3: Sơ đồ kết cấu dầm đơn giản 83 Hình 4: Sơ đồ, mặt cắt dầm không gia cƣờng 84 Hình 5: Sơ đồ, mặt cắt dầm gia cƣờng CFRP 84 Hình 6: Mơ hình dầm thép gia cƣờng CFRP mơi trƣờng Abaqus 85 Hình 7: Biểu đồ ứng suất mơ hình 3D 85 Hình 8: Biểu quan hệ đồ ứng suất chuyển vị 86 xv ... kết cấu ban đầu Một số nghiên cứu sử dụng vật liệu CFRP ứng dụng kết hợp gia cƣờng với vật liệu thép để tăng cƣờng khả chịu lực kết cấu Một số lý đƣợc đƣa cho gia tăng sử dụng CFRP ứng dụng kết. .. liệu CFRP nên sử dụng cho công tác gia cƣờng kết cấu khả quan Tấm CFRP ứng dụng việc gia cƣờng ngành công nghiệp hàng khơng nhƣ sử dụng để gia cƣờng cho kết cấu có sử dụng hợp kim nhơm, thép. .. cƣờng CFRP mép dƣới cánh dƣới (dầm 8m) 57 3.1.1.3 Dầm thép gia cƣờng hai CFRP mép cánh dƣới ? ?dầm (L=4m) 60 3.1.1.4 Dầm thép gia cƣờng hai CFRP mép cánh dƣới ? ?dầm (L=8m) 62 3.1.1.5 Dầm thép gia