ò [B]T [D]{e th} d
4.1.3. Các thí nghiệm kiểm chứng kết quả của mô phỏng ANSYS
4.1.3.1. Thí nghiệm dầm thép không bọc bảo vệ (Bristish Steel Corporation và Swinden Laboratories [43])
Mẫu thí nghiệm là dầm thép cán nóng, tiết diện chữ I 254x146mmx43kg/m đỡ bản sàn bê tông nhẹ dày 130mm, rộng 645mm. Sàn bê tông là cấu kiện không chịu lực, được hàn vào bản cánh trên của dầm thép. Dầm hai đầu khớp, nhịp L=4000mm; được thí nghiệm chịu tác động của lửa theo 3 mặt, tải trọng tính toán được lấy bằng 50% tải trọng tới hạn trong điều kiện nhiệt độ thường. Giá trị và cách thức tác động tải trọng được thể hiện trên hình 4.5.
96
Hình 4.5. Mô hình thí nghiệm dầm
97
Hình 4.7. Kết quả so sánh nhiệt độ tại điểm F1 (bản cánh dưới), F3 (bản cánh trên) theo thí nghiệm và theo mô phỏng ANSYS
Hình 4.8. Kết quả so sánh nhiệt độ tại điểm W1 (bản bụng) theo thí nghiệm và theo mô phỏng ANSYS
98
Hình 4.9. Kết quả so sánh độ võng dầm theo thí nghiệm và theo mô phỏng ANSYS
Các kết quả trên hình 4.7; 4.8; 4.9 cho thấy số liệu thu được từ mô phỏng
ANSYS khá hợp lý với các số liệu thu được từ thí nghiệm. Tại thời điểm t=27 phút, độ võng giữa dầm theo kết quả thí nghiệm Dtn=150mm; theo mô phỏng ANSYS
DANSYS =123mm; chênh lệch 18%.
4.1.3.2. Thí nghiệm cột thép chèn gạch (Bristish Steel Corporation và Swinden Laboratories - thí nghiệm số 51 [39])
Mẫu thí nghiệm là cột thép cán nóng, tiết diện chữ I 203x203mm được bảo vệ theo hình thức chèn gạch ở một bản cánh và chèn tấm tường toàn bộ bản bụng, cao 2680mm. Cột hai đầu khớp theo các phương được thí nghiệm chịu tác động của lửa tác động lên 1 mặt bản cánh không bảo vệ, tải trọng tính toán là tải trọng tập trung P
= 843,3KN đặt tại đỉnh cột. Sơ đồ và vị trí các điểm đo nhiệt độ trên cột được thể hiện trên hình 4.10.
99
Hình 4.10. Sơ đồ và vị trí các điểm đo nhiệt độ trên cột thép chèn gạch
Hình 4.11. Kết quả so sánh nhiệt độ tại điểm F1-3 (bản cánh), F4-6 (bản cánh) theo thí nghiệm và theo mô phỏng ANSYS
100
Hình 4.12. Kết quả so sánh nhiệt độ tại điểm W1-3 (bản bụng), W4-6 (bản bụng) theo thí nghiệm và theo mô phỏng ANSYS
Hình 4.13. Kết quả so sánh chuyển vị ngang của cột theo thí nghiệm và theo mô phỏng ANSYS
So với kết quả của ví dụ mục 4.1.3.1, số liệu thu được từ mô phỏng ANSYS có sự chênh lệch với các số liệu thu được từ thí nghiệm. Cụ thể như sau:
101
- Bản cánh tiếp xúc trực tiếp với lửa F4-6, tại thời điểm t=39 phút, nhiệt độ theo kết quả thí nghiệm TF4-6tn=786oC; theo mô phỏng ANSYS TF4-6ANSYS =778oC; chênh lệch 1,5%.
- Bản cánh không tiếp xúc trực tiếp với lửa F1-3, tại thời điểm t=48 phút, nhiệt độ theo kết quả thí nghiệm TF1-3n=159oC; theo mô phỏng ANSYS TF1-3ANSYS
=112oC; chênh lệch 29,5%.
- Bản bụng W1-3, tại thời điểm t=57 phút, nhiệt độ theo kết quả thí nghiệm TW1-
3tn=284oC; theo mô phỏng ANSYS TW1-3ANSYS =197oC; chênh lệch 30,5%.
- Bản bụng W4-6, tại thời điểm t=39 phút, nhiệt độ theo kết quả thí nghiệm TW4-
6tn=515oC; theo mô phỏng ANSYS TF4-6ANSYS =569oC; chênh lệch 22,7%.
- Chuyển vị ngang của cột phát triển nhanh hơn theo mô phỏng, cột bị phá hoại ở thời điểm t=57 phút (trong khi theo thí nghiệm cột bị phá hoại ở thời điểm t=63 phút); theo kết quả thí nghiệm Dtn=-83,5mm; theo mô phỏng ANSYS DANSYS =- 104mm; chênh lệch 24,5%.
Có thể giải thích một số nguyên nhân dẫn đến kết quả này như sau:
+ Có sự sai lệch giữa các đặc tính cơ nhiệt của vật liệu tường gạch và tấm tường giữa thí nghiệm và mô phỏng.
+ Trong quá trình chịu lực, nghiên cứu sinh chỉ mô phỏng riêng lẻ cấu kiện cột, không xét đến ảnh hưởng độ cứng của tường gạch và tấm tường chèn bản bụng cột, nên khi nhiệt độ càng cao thì mức độ biến dạng trong mô phỏng của cột càng phát triển mạnh, dẫn đến thời gian phá hoại sớm hơn so với thí nghiệm.
Tuy nhiên, các dạng biểu đồ thu được từ kết quả thí nghiệm và mô phỏng vẫn tương đồng nhau, độ chênh lệch lớn nhất khoảng 30% nên vẫn có thể đánh giá được độ tin cậy trong các kết quả thu được từ bài toán mô phỏng số trong ANSYS.