(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu mô phỏng ứng xử bê tông xỉ thép bằng phương pháp phần tử rời rạc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN XUÂN KHÁNH NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ỨNG XỬ BÊ TÔNG XỈ THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ RỜI RẠC NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 60580208 SKC005818 Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN XUÂN KHÁNH NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ỨNG XỬ BÊ TÔNG XỈ THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ RỜI RẠC NGÀNH: KĨ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG & CƠNG NGHIỆP - 60580208 Hướng dẫn khoa học: TS Trần Văn Tiếng Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN XUÂN KHÁNH NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ỨNG XỬ BÊ TÔNG XỈ THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ RỜI RẠC NGÀNH: KĨ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG & CƠNG NGHIỆP - 60580208 Hướng dẫn khoa học: TS Trần Văn Tiếng Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGUYỄN XUÂN KHÁNH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12/10/1993 Nơi sinh: Đồng Nai Quê quán: Nam Định Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: C12 KP3 Long Bình Tân, Biên Hoà, Đồng Nai Điện thoại: 0966.936.308 E-mail: nguyenxuankhanh75@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo: từ 2006 đến 2011 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thiết kế kỹ thuật chung cư cao cấp Hoàng Long – Thảo Điền Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: năm 2011 Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: TS Võ Minh Thiện Thạc sỹ : Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo: từ 2016 đến 2018 Nơi học (trường, thành phố): trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu mô ứng xử bê tông xỉ thép phương pháp phần tử rời rạc i Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: ngày 03/05/2018 trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Người hướng dẫn: TS Trần Văn Tiếng Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …/… đến …/ … Tại (trường, viện, nước): Tên luận án: Người hướng dẫn: Ngày & nơi bảo vệ: Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh văn cấp độ B1 khung Châu Âu Học vị học hàm chức vụ kỹ thuật thức cấp; số ngày & nơi cấp: III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 2016 đến 2017 IV CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ: (Ký tên, đóng dấu) II LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng 04 năm 2018 Nguyễn Xuân Khánh III LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Trần Văn Tiếng giúp đỡ, hướng dẫn cung cấp thông tin cần thiết để tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa Xây Dựng trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Xin cảm ơn tất bạn bè, người thân gia đình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Vì kiến thức thời gian thực luận văn thạc sĩ có hạn nên khơng tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tơi mong đóng góp q thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng năm 2018 Nguyễn Xuân Khánh IV TÓM TẮT Hiện nay, giới xỉ thép ứng dụng để thay phần cốt liệu bê tông, ứng xử thực nghiệm loại bê tông nhiều tác giả nghiên cứu Tuy nhiên, để tính tốn mơ số loại bê tơng vấn đề cịn bỏ ngõ Trong nghiên cứu này, tác giả mô số ứng xử bê tông xỉ thép phương pháp phần tử rời rạc Phương pháp phần tử rời rạc cổ điển đề xuất Cundall & Strack (1979) Nhiều cấp phối bê tông xỉ đưa vào mơ phỏng, kết mơ mẫu thí nghiệm số so sánh với kết thực nghệm Kết mô thực nghiệm cho thấy hai kết gần tương đồng với Kết cho thấy tỷ lệ ứng suất nén kéo bê tông xỉ thép gần xấp xỉ với bê tông thường Phương pháp phần tử rời rạc cho ta quan sát vết nứt hướng phát triển vết nứt cách trực quan q trình mơ Từ nghiên cứu cho thấy, khả luật ứng xử mô ứng xử bê tơng xỉ thép, bên cạnh cho thấy khả phát triển luật ứng xử để mô cấu kiện sử dụng bê tông xỉ thép V Hình 3.13 Đường quan hệ σ1-ε1 thí nghiệm nén 3.8.2.2 Kết mơ thí nghiệm kéo Kết mơ thí nghiệm kéo trục chưa thể so sánh với kết thực nghiệm mẫu bê tơng Hình 3.14 thể đường quan hệ ứng suất dọc trục biến dạng dọc trục (σ1-ε1) thí nghiệm số Từ kết mơ cho ta σ max,kéo ≈ 5e Pa thí nghiệm kéo σmax,nén ≈ 3e Pa thí nghiệm nén So sánh tỷ lệ σ max,kéo σmax,nén nhận thấy khả chịu kéo bê tông xỉ thép thấp nhiều so với khả chịu nén Điều cho thấy khả chịu kéo bê tông xỉ thép thấp bê tơng thường tỷ lệ bê tông thường xấp xỉ khoảng 10 bê xỉ thép 1/16 5e6 max,nen 3e 16 max,keo Tương tự cấp phối XT01, việc xác định cường độ chịu kéo dọc trục mẫu thực nghiệm công thức gián tiếp có sai số định, lý dẫn đến sai số cường độ chịu kéo mẫu số mẫu thực nghiệm Ở giai đoạn bê tông đạt 28 ngày tuổi cường độ chịu kéo uốn Rku=6.16 MPa[2], cường độ chịu kéo dọc trục tính theo cường độ chịu kéo uốn Rkx=3.57 MPa[2], kết mô số σmax,kéo = MPa 27 Hình 3.14 Đường quan hệ σ1-ε1 thí nghiệm kéo 3.8.2.3 Sự phát triển vết nứt sát vết nứt Tương tự cấp phối XT01, việc sử dụng mơ hình phần tử rời rạc cho phép quan sát vết nứt xãy mẫu thí nghiệm số Hình 3.16 thể vết nứt mẫu số thí nghiệm với cấp phối XT02, quan sát vị trí điểm B đồ thị (σ1-ε1) Hình 3.15 Các vết nứt vết nứt nghiêng phù hợp với vết nứt quan sát mẫu bê tơng thí nghiệm thực nghiệm [2] Các vết nứt mẫu số hình thành đứt gãy tương tác DE Kết hình ảnh từ thí nghiệm mơ cho phép quan sát hình dạng vết nứt, hướng lan truyền vết nứt Tuy nhiên, chưa đánh giá vết nứt hình thành liên kết phần tử sigma (Pa) rời rạc có kích thước lớn hay tương tác phần tử có kích thước nhỏ B eps (%) Hình 3.15 Đường quan hệ σ1-ε1 điểm B q trình mơ 28 Hình 3.16 Vết nứt quan sát điểm B đường quan hệ Hình 3.17 thể vị trí dạng vết nứt mẫu số mơ thí nghiệm kéo Hướng vết nứt nằm ngang, vị trí vết nứt mơ thí nghiệm kéo tương đối hợp lí đối so với vật liệu bị phá hoại chịu kéo Hình 3.17 Mẫu thí nghiệm bị phá huỷ thí nghiệm kéo 3.8.3 Kết mô số cấp phối XT03 3.8.3.1 Kết thí nghiệm nén: Kết mơ thí nghiệm nén trục so sánh với kết thực nghiệm mẫu bê tơng[2] Hình 3.18 thể đường quan hệ ứng suất dọc trục biến dạng dọc trục (σ1-ε1) thí nghiệm số thực nghiệm Kết mô số sát đường thực nghiệm giai đoạn ε = 0% đến ε = 0.0005% Khi đạt tới ứng suất cực đại, ứng xuất cực đại mơ số thực nghiệm có chênh lệch Cường độ chịu nén cấp phối XT03 thời điểm 28 ngày R b=38.47 MPa[2], mẫu thí nghiệm số mô σmax,nén ≈ 38MPa, chênh lệch nhỏ với độ xác khoảng 98% so với thực nghiệm Sau đạt giá trị cực đại đường thí 29 nghiệm số thể giai đoạn suy bền sau đỉnh, thí nghiệm thực nghiệm chưa chưa ghi nhận giá trị cực hạn, nên chưa thể đánh độ xác mô giai đoạn Kết thể biểu đồ cho thấy giá trị ε = 0.0005% đường quan hệ thực nghiệm bị gãy khúc đột ngột, điều q trình ghi nhận số liệu bị nhiễu Điều dẫn đến xuất sai số đường quan hệ mô số đường thực nghiệm Nhìn chung kết mơ số đạt độ xác tương đối so với thực nghiệm Hình 3.18 Đường quan hệ σ1-ε1 thí nghiệm nén 3.8.3.2 Kết thí nghiệm kéo: Tương tự hai cấp phối XT01, XT02, kết mơ thí nghiệm kéo trục chưa thể so sánh với kết thí nghiệm kéo mẫu bê tơng Hình 3.19 thể đường quan hệ ứng suất dọc trục biến dạng dọc trục (σ1-ε1) thí nghiệm số Kết mô cho ta σmax,kéo ≈ 6e Pa So sánh tỷ lệ σmax,kéo σmax,nén nhận thấy khả chịu nén bê tông xỉ thép lớn nhiều so với khả chịu kéo Bên cạnh đó, điều cho thấy khả chịu kéo bê tông xỉ thép thấp bê tông thường tỷ lệ xấp xỉ khoảng bê tơng xỉ thép 1/15.7 max,keo max,nen 30 Tương tự cấp phối XT01, XT02 việc xác định cường độ chịu kéo dọc trục mẫu thực nghiệm công thức gián tiếp có sai số định, lý dẫn đến chênh lệch cường độ chịu kéo mẫu số mẫu thực nghiệm Ở giai đoạn bê tông đạt 28 ngày tuổi cường độ chịu kéo mẫu thực nghiệm uốn Rku= 6.45 MPa[2], cường độ chịu kéo mẫu thực nghiệm tính theo cường độ chịu kéo uốn Rkx= 3.74 MPa[2], kết mô số σmax,kéo ≈ MPa Hình 3.19 Đường quan hệ σ1-ε1 thí nghiệm kéo 3.8.3.3 Sự phát triển vết nứt: Việc sử dụng mơ hình phần tử rời rạc cho phép quan sát vết nứt xảy mẫu thí nghiệm số Hình 3.21 thể vết nứt mẫu số thí nghiệm với cấp phối XT03, quan sát vị trí điểm C đồ thị (σ1-ε1) Hình 3.20 Các vết nứt vết nứt xiên phù hợp với vết nứt quan sát mẫu bê tơng thí nghiệm thực nghiệm [2] Các vết nứt mẫu số hình thành đứt gãy tương tác DE Kết hình ảnh việc mơ cho phép quan sát hình dạng vết nứt, hướng lan truyền vết nứt Tuy nhiên, chưa đánh giá vết nứt hình thành liên kết phần tử rời rạc có kích thước lớn hay tương tác phần tử có kích thước nhỏ 31 sigma (Pa) C eps (%) Hình 3.20 Đường quan hệ σ1-ε1 điểm C trình mơ Hình 3.21 Vết nứt quan sát điểm C đường quan hệ Hình 3.22 thể vị trí dạng phá hoại mơ thí nghiệm kéo Hướng vết nứt nằm ngang, vị trí vết nứt mơ thí nghiệm kéo tương đối hợp lí vật liệu bị phá hoại chịu kéo Hình 3.22 Đường quan hệ σ1-ε1 thí nghiệm kéo 32 3.8.4 Nhận xét chung kết mô số ba cấp phối Thí nghiệm kéo thực nghiệm bê tông xỉ thép chưa thực hiện[2], khả mơ hình phần tử rời rạc mô ứng xử kéo bê tông xỉ thép chưa kiểm chứng Đối với thí nghiệm nén dọc trục, giai đoạn đàn hổi tuyến tính đường quan hệ σ1-ε1 từ kết mô số có xuất sai số với thực nghiệm giá trị tương đối nhỏ Khi so sánh khả chịu nén mẫu số σ max,nén cường độ chịu nén từ kết thực nghiệm R b gần Khi xét tỷ lệ σmax,kéo σmax,nén ba cấp phối trình bày trên, nhận thấy tỷ lệ ln bé so với bê tông thường Quan sát vết nứt từ kết mô trực quan, quan sát xự xuất vết nứt, hướng lan truyền vết nứt q trình mơ tồn vết nứt kết thúc mơ 33 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Qua kết mơ trình bày trên, mơ hình phần tử rời rạc dùng để mô số ứng xử bê tông xỉ thép đáng khích lệ rút kết luận sau: Dựa mơ hình ứng xử bê tông đề xuất nghiên cứu trước đây, luận văn hiệu chỉnh mơ hình áp dụng cho mơ ứng xử bê tông xỉ thép Kết mô so sánh với kết thực nghiệm thí nghiệm nén đơn cho thấy khả mơ hình ứng xử rời rạc mà nghiên cứu áp dụng Khi mô số bê tông xỉ thép, thông số đầu vào lấy từ kết thực nghiệm gồm: module đàn hồi, hệ số poission, khối lượng thể tích Quá trình hiệu chuẩn thực cho thơng số σ T, φ, điền nàu làm giảm thông số cho mơ hình, giúp việc tính tốn số trở nên đơn giản đạt độ xác cao Phương pháp mơ quan sát xự xuất vết nứt, hướng lan truyền vết nứt q trình mơ tồn vết nứt kết thúc mô Kết mô số đạt độ xác tương đối so với thực nghiệm, đường quan hệ σ1-ε1 mô thực nghiệm có xuất sai số giá trị sai số tương đối nhỏ(