Đánh giá ứng xử của dầm ống thép nhồi bê tông chịu tải lặp
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH
GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu
- Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về ống thép nhồi bề tông
Một số tiết diện CFST thường được sử dụng trên thực tế như: ống thép tròn nhồi bê tông CHS (circular hollow section), ống thép vuông nhồi bê tông SHS (Square hollow section), ống thép hình chữ nhật nhồi bê tông RHS (rectangular hollow section) như Hình 1.1. Từ các kết quả đạt được tác giả đã đưa ra kết luận, tỉ số độ mảnh của ống thép ngoài (Do/to), tỉ số độ mảnh của ống thép trong (Di/ti), và tỉ số giữa đường kính ống thép trong và ống thép ngoài (Di/Do) ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu uốn của cấu kiện CFDST. Năm 2016, Dkalomenos và cộng sự [29] đã tiến hành nghiên cứu những lợi ích mà cột CFST đem lại, để cải thiện hơn nữa khả năng tiêu tán năng lượng, tăng cường độ và độ cứng của cột CFT tác giả đã tiến hành thực nghiệm trên 7 mẫu cột hình vuông và tròn được chế tạo bằng thép thông thường và thép cường độ siêu cao chịu tải trọng nén dọc trục không đổi và tải trọng uốn theo chu kỳ với chu kỳ lần lượt là 2 và 20.
Kết quả thí nghiệm cho thấy đối với các cột được tạo nên từ vật liệu thép cường độ siêu cao, khi chịu tải trọng uốn theo chu kỳ so với các cột CFT sử dụng vật liệu thép thông thường, thì khả năng biến dạng đàn hồi cao hơn, độ bền cao hơn, so với các mẫu hình tròn thì các mẫu hình vuông cho độ ổn định cao hơn, ống thép không bị gãy do sự phát triển của hiện tượng oằn cục bộ.
![Hình 1.2 SEG Plaza ở Shenzhen, Trung Quốc [4]](https://media.store123doc.com/figures/003/408/hinh-seg-plaza-o-shenzhen-trung-quoc-3408213.webp)
CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Mô hình vật liệu của thép
Dưới tác dụng của tải trọng lặp thì ứng xử dẻo của vật liệu có thể được đánh giá bằng cách xem xét ứng xử của vật liệu dưới các chu kỳ kéo và nén một trục [35]. Hệ số suy giảm kí hiệu là d được định nghĩa là hệ số suy giảm mô đun cát tuyến so với mô đun đàn hồi ban đầu tại thời điểm nhất định và được trình bày theo phương trình 2.11 được lấy theo Milad và cộng sự theo tài liệu số [36]. Phương trình 2.13 thể hiện tổng ứng suất trên một phân tố sẽ bao gồm cả ứng suất nén và kéo, vì vậy khi tính hệ số suy giảm ta sẽ cho cả hai trường hợp kéo và nén.
Đến đoạn từ A đến C là sau giai đoạn đàn hồi thì biến dạng dư inc trong bê tông tích lũy tăng dần khi đó đặc trưng vật liệu của bê tông không còn được nguyên vẹn. Khi thép chịu tải trọng lặp thì thép vẫn giữ được đặc trưng vật liệu của thép, khi đó giá trị mô đun đàn hồi sẽ được giữ nguyên trong quá trình tăng tải và dỡ tải. Khi bề mặt trong của ống thép và bề mặt xung quanh của bê tông tiếp xúc nhau dưới tác dụng của 4 điểm uốn, thì hai bề mặt sẽ trượt lên nhau để mô tả hiện tượng này ta.
Giá trị ứng suất cắt τcrit được định nghĩa là một phần của áp lực tiếp xúc p giữa các bề mặt, khi giá trị ứng suất vượt quá giá trị τcrit thì hai bề mặt bắt đầu trượt lên nhau. Các phần tử trong ABAQUS thường được dùng để phân tích ứng suất bao gồm: phần tử khối, phần tử vỏ, phần tử dầm, phần tử khối cứng, phần tử màng, phần tử vô hạn, phần tử trụ và một số phần tử đặc biệt (lò xo, cản, khối lượng). Ý nghĩa các kí tự của phần tử khối được thể hiện như sau: C đại diện cho phần tử ứng suất/chuyển vị, 3D biểu hiện cho không gian 3 chiều, 8 biểu thị số nút trong một phần tử và R đại diện cho phương pháp tích phân giản lượt dùng trong quá trình phân tích.
Thành phần bê tông và ống thép được khai báo với phần tử khối có thể biến dạng trong khi đó các điểm uốn được khai báo với dạng tuyệt đối cứng, nghĩa là các phần tử khối sẽ không bị biến dạng trong quá trình gia tải. Để đơn giản hóa trong việc đánh giá sự phân bố ứng suất trong quá trình phân tích cũng như dễ dàng trong việc so sánh cường độ ứng suất trong các trường hợp tải trọng khác nhau và tạo điều kiện cho việc dự đoán hư hỏng của vật liệu thì khái niệm ứng suất tương đương Von–Mises được đưa vào để sử dụng.
PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
- Phân tích kết quả mô phỏng của dầm CFST được thí nghiệm .1 Phân tích ứng xử của dầm CFST chịu tải lặp
Trong đó, đường nét liền thể hiện giá trị biến dạng tại điểm A, nét đứt thể hiện biến dạng tại điểm B và nét chấm gạch thể hiện giá trị tại điểm C. Trong đó, đường nét liền thể hiện giá trị biến dạng tại điểm A, nét chấm gạch thể hiện biến dạng tại điểm B, và nét đứt thể hiện giá trị tại điểm C. Tại vị trí B và C bê tông không chịu được kéo nên bị phá hủy, do đó đường cong ứng suất không còn giữ được hình dạng giống đường cong ứng xử tải trọng – chuyển vị.
Ứng suṍt kộo tập trung tại thớ dưới và ứng suất nén tập trung tại thớ trên, phần bụng tại hai điểm đặt lực bị mất ổn định cục bộ ít hơn tại vùng giữa, nguyên nhân vì áp lực truyền từ điểm đặt tải đến phần bụng có độ lệch tâm ít hơn so với phần bụng tại giữa nhịp. Trong đó, đường nét liền thể hiện giá trị biến dạng tại điểm A, nét chấm gạch thể hiện biến dạng tại điểm B và nét đứt thể hiện giá trị tại điểm C. Trong đó, đường nét liền thể hiện giá trị biến dạng tại điểm A, nét gạch đứt thể hiện biến dạng tại điểm B và nét chấm gạch thể hiện giá trị tại điểm C.
Tại điểm B và C bê tông không chịu được ứng suất kéo nên bê tông bị phá hủy, do đó đường cong ứng suất không giống đường cong ứng xử tải trọng – chuyển vị. Trong đó, đường nét liền thể hiện giá trị biến dạng tại điểm A, nét chấm gạch thể hiện biến dạng tại điểm B và nét gạch đứt thể hiện giá trị tại điểm C. Tại điểm B và C bê tông không chịu được ứng suất kéo nên bê tông bị phá hủy, do đó đường cong ứng suất không giống đường cong ứng xử tải trọng – chuyển vị.
Trong đó, đường nét liền thể hiện giá trị biến dạng tại điểm A, nét gạch đứt thể hiện biến dạng tại điểm B và nét chấm gạch thể hiện giá trị tại điểm C. Tại điểm B và C bê tông không chịu được ứng suất kéo nên bê tông bị phá hủy, do đó đường cong ứng suất không giống đường cong ứng xử tải trọng – chuyển vị. Trong đó, đường nét liền thể hiện giá trị biến dạng tại điểm A, nét gạch đứt thể hiện biến dạng tại điểm B và nét chấm gạch thể hiện giá trị tại điểm C.
Tại điểm B và C bê tông không chịu được ứng suất kéo nên bê tông bị phá hủy, do đó đường cong ứng suất không giống đường cong ứng xử tải trọng – chuyển vị.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Luận văn này đã thực hiện khảo sát ứng xử của dầm CFST có tiết diện vuông. Do đó, ứng xử của dầm CFST cần được nghiên cứu thêm cho các trường hợp khác như tiết diện chữ nhật, tiết diện có dầm cao lớn, … Ngoài ra, tải lặp cũng có thể điều khiển bằng lực thay vì điều khiển bằng chuyển vị trong luận văn này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Han et al, "Test and mechanics model for concrete-filled SHS stub columns, columns and beam-columns," Steel and Composite Structures, pp. Aval et al, "Comprehensive composite inelastic fiber element for cyclic analysis of concrete – filled steel tube columns," Journal of Engineering Mechanics, vol. Liew et al, Design of Steel-Concrete Composit Structure Using High- Strengh Materials, Woodhead Publishing Series in Civil and Structural Engineering, 2021.
Shanmugasundaram, "Flexural behaviour of concrete- filled steel hollow sections beams," Journal of civil engineering and management, pp. Tao et al, "Nonlinear analysis of concrete-filled square stainless steel stub columns under axial compression," Journal of Constructional Steel Research, vol. Hassanein et al, "Experimental investigation of cementitious material- filled square thinwalled steel beams," Thin-Walled Structures, vol.
Elchalakani et al, "Concrete-filled steel circular tubes subjected to constant amplitube cyclic pure bending," Engineering Structures, vol. Skalomenos et al, "Experimental Behavior of Concrete-Filled Steel Tube Columns Using Ultrahigh-Strength Steel," Journal of Structural Engineering, vol. Chakrabarti, "Modeling of concrete for nonlinear analysis Using Finite Element Code ABAQUS," International Journal of Compute Applications, vol.
Li et al, "Flexural behavior of high strength concrete filled high strength square steel tube," Journal of Constructional Steel Research, vol. Nguyễn, "Nghiên cứu dự báo sức chịu tải tới hạn của cấu kiện cột ống thép nhồi bê tông có tiết diện hình chữ nhật bằng mạng nơ ron nhân tạo," The Transport and Communications Science Journal, pp.