Phần tử bê tông.
Trong phân tích sự làm việc của kết cấu BTCT bằng ANSYS, mô hình bê tông có vai trò quan trọng. Để mô hình hóa phần tử bê tông, phần tử SOLID65 được lựa chọn. Phần tử SOLID65 là phần tử khối gồm tám nút với ba bậc tự do tại mỗi nút theo phương x, y, z. Tính chất quan trọng của phần tử này là cho phép định nghĩa vật liệu phi tuyến xét
được nứt (theo ba phương), nén vỡ, biến dạng dẻo và từ biến, dùng để mô tả vật liệu bê tông có chưa hàm lượng cốt thép.
Hình 2. 6 Dạng hình học của phần tử SOLID65[Internet].
Phần tử cốt thép.
Trong ANSYS, phần tử LINK180 được lựa chọn để mô hình hóa cho cốt thép. Phần tử gồm hai nút, mỗi nút có 03 bậc tự do theo các phương x, y, z. Phần tử này làm việc kéo, nén một phương, có khả năng biến dạng dẻo do vậy thích hợp để mô phỏng cốt
thép.
Hình dạng hình học, vị trí các nút và hệ tọa độ của phần tử như trình bày ở hình vẽ sau:
Hình 2. 7 Dạng hình học của phần tử link 180[Internet]..
Mô hình phần tử cốt thép trong bê tông.
Có ba mô hình khác nhau để mô hình hóa cốt thép trong cấu kiên BTCT bằng mô hình PTHH: mô hình smeared (phân tán), mô hình embeded (nhồi), mô hình discrete (rời rạc).
Mô hình “smeared” (phân tán): Cốt thép được giả thiết là phân tán vào các phần tử bê tông theo một góc định hướng cho trước. Phương pháp này cho phép chia lưới PTHH cốt thép dưới dạng một miền đều chạy dọc theo các phần tử bê tông. Để có thể
xem bê tông và cốt thép là một vật liệu tổ hợp bê tông-thép thì cần giả thiết lực dính bám giữa chúng là hoàn toàn.
Hình 2. 8 Mô hình Smeared[Internet]..
Mô hình “embeded”: Các phần tử cốt thép được liên kết vs các phần tử bê tông tại các nút, và chuyển vị của cốt thép tương thích với phần tử bê tông. Khi hàm lượng cốt thép lớn hơn thì mô hình này rất hiệu quả. Tuy nhiên, khi đó làm tăng thời gian tính toán.
Đồng thời việc định nghĩa điểm có đồng chuyển vị giữa bê tông và thép khiến mô hìnhhóa trở nên phức tạp nên mô hình này ít được sử dụng. Đây là mô hình có lực bám dínhhoàn toàn giữa bê tông và cốt thép.
Hình 2. 9 Mô hình Embeded[Internet]..
Mô hình “discrete”: Cốt thép được mô hình hóa bằng phần tử thanh rời rạc có liên kết chốt ở 2 đầu, thông qua nút chung của phần tử bê tông và cốt thép. Vì thế, việc khảo
lựcbán dính giữa bê tông và cốt thép là hoàn toàn, thì ở mô hình này có thể xét được sự
trượt của chúng. Nhược điểm của mô hình này là việc chia lưới bô tông và cốt thép phụ
thuộc lẫn nhau, đồng thời cũng như mô hình “embeded” mô hình này không xét được thể
tích chiếm chỗ của cốt thép trong bê tông.
Hình 2. 10 Mô hình Discrete[Internet]..
Trong phân tích PTHH của kết cấu bê tông, có ba mô hình được dùng để mô hình hóa vết nứt trong bê tông: mô hình nứt đơn (discrete), mô hình nứt phân tán (smeared) vàmô hình nứt gãy (fracture).
- Mô hình “discrete” được giới thiệu bởi Ngo và Scordelis, các viết nứt được mô hình bằng cách tách các nút của lưới PTHH, để tạo ra một mô hình vết nứt rời rạc. Với mô hình này, độ cứng của cấu kiện sẽ thay đổi trong quá trình hình thành vết nứt thông qua việc thay đổi tính chất hình học của từng phần tử.
- Mô hình “discrete” được giới thiệu bởi Ngo và Scordelis, các viết nứt được mô hình bằng cách tách các nút của lưới PTHH, để tạo ra một mô hình vết nứt rời rạc. Với mô hình này, độ cứng của cấu kiện sẽ thay đổi trong quá trình hình thành vết nứt thông qua việc thay đổi tính chất hình học của từng phần tử.
- Mô hình “Smeared” được giới thiệu bởi Rashid , mô hình này xem biến dạng liên tục tại vết nứt được phận tán vào trong phân tử bê tông nên kích thước hình học của phần tử không bị thay đổi. Khi đó, ứng xử của bê tông khi nứt sẽ phụ thuộc vào hình dạng nhánh giảm của đường cong ứng suất – biến dạng khi chịu kéo.
Tùy theo mục đích phân tích mà ta lựa chọn mô hình vết nứt phù hợp. Trong phân tích nếu quan tâm đến ứng xử tổng thể của kết cấu, quan hệ ứng xử giữa tải trọng vàchuyển vị, mà không quá quan tâm đến hình dạng vết nứt thực và ứng suất cục bộ thì môhình vết nứt “Smeared” là hợp lí. Ngược lại nếu quan tâm đến các ứng xử cục bộ, khảo sát chi tiết ứng xử mà bê tông có và không có liên kết với cốt thép, thì mô hình “discrete” là hợp lí. Còn những bài toán mà trong đó sử dụng lí thuyết là cơ học phá hủy thì mô hìnhvết nứt “fracture” là ưu tiên lựa chọn. Nói chung đối với các bài toán áp dụng trong ngành kỹ thuật mà liên quan về mặt cấu trúc thì mô hình vết nứt “Smeared” bao giờ cũng đượcchọn.
Hình 2. 11 Các mô hình nứt bê tông[Internet]..