CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.6 Mô phỏng cấu kiện bằng phần mềm Abaqus
2.6.2 Mục đích của việc mơ phỏng
Để so sánh với thực nghiệm ứng xử uốn của cấu kiện sàn bê tông cốt thép Geopolymer, sử dụng phần mềm ABAQUS CAE 2017 để mơ phỏng lại q trình uốn của sàn bê tông cốt thép Geopolymer. Sử dụng các giá trị về ứng suất, biến dạng, hệ số Poission và Module đàn hồi làm hệ thống số liệu đầu vào.
Đồng thời kiểm tra tính chính xác của phần mềm, giúp tối ưu hóa q trình thí nghiệm. Bằng cách mơ phỏng, dự đốn kết quả trước khi thí nghiệm có thể giúp giảm bớt số mẫu cần tạo, tiết kiệm thời gian, chi phí.
Sau khi tiến hành thiết lập các bước mô phỏng sàn bê tông geopolymer trên phần mền Abaqus, từ những thơng số tính chất: bê tơng geopolymer, cốt thép trong sàn. Kết quả xuất ra từ mơ hình so sánh với kết quả thu được từ thí nghiệm thực tế được thí nghiệm tại phịng thí nghiệm Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Đánh giá sự chính xác từ sự mơ phỏng thơng qua các thiết lập thông số cho phần mền Abaqus. Vì phần mềm Abaqus là phần mềm mô phỏng sàn bê tông tương đối thân thiện và dễ dàng thay đổi các thơng số tính tốn. Bên cạnh đó, để đạt được kết quả tính tốn từ mơ phỏng chính xác nhất, người sử dụng phần mền Abaqus cần phải quản lý tốt những nhân tố có thể ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng.
Việc mô phỏng được sử dụng các thông số đầu vào của cấu kiện dầm sử dụng cho cấp phối 1 (CP01) để so sánh, đánh giá độ võng của cấu kiện sàn giữa thực nghiệm, mơ phỏng và tính tốn lý thuyết.
2.6.3 Mơ phỏng cấu kiện bằng phần mềm Abaqus
2.6.3.1 Loại phần tử trong Abaqus
Trong đề tài này, phần tử C3D8 trong thư viện vật liệu của phần mềm Abaqus được sử dụng để rời rạc mơ hình. Phần tử C3D8 là dạng phần tử khối 3 chiều, 8 nút tuyến tính được gán cho phần tử bê tơng.
Hình 2.14. Phần tử tuyến tính khối lập phương 8 điểm nút C3D8
Các thanh cốt thép có thể được mơ hình hóa bằng mơ hình phần tử dạng khối (Solid), dạng dầm (Beam) hoặc dạng thanh (Truss), … Đề tài sử dụng mơ hình phần tử dạng thanh (Truss) là T3D2 để mô phỏng thép. Các thanh thép được nhúng vào phần bê tông giúp tăng độ cứng cho kết cấu với giả thiết bám dính với bê tơng là tuyệt đối, đảm bảo sự tương tác toàn vẹn giữa bê tông và thép. Số liệu đầu vào của dạng phần tử này diện tích mặt cắt ngang và khơng cần định nghĩa cụ thể tiết diện hình học mặt cắt.
Hình 2.15. Phần tử T3D2 sử dụng cho mơ phỏng cốt thép
2.6.3.2 Xây dựng cấu kiện
Mơ tả kích thước hình học: Định nghĩa kích thước cấu kiện và vị trí cấu kiện nằm trên hệ trục tọa độ xyz.
Hình 2.16. Mơ hình 3D cấu kiện sàn kích thước 3000×1000×100 (mm)
Hình 2.18. Hệ lưới cốt thép sàn
Hình 2.19. Lắp ghép hệ lưới thép vào bên trong cấu kiện sàn bê tông
2.6.3.3 . Định nghĩa các thông số vật liệu
Định nghĩa: Loại vật liệu, các hệ số về cường độ chịu nén, khối lượng riêng, cường độ chịu kéo, nén và hệ số Poission cũng như Module đàn hồi của vật liệu.
Các thông số vật liệu bê tơng Geopolymer được chọn và tính tốn để đưa vào phần mềm Abaqus như sau:
Từ kết quả chịu nén của mẫu đối chứng sàn đã thí nghiệm, tính được cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo và mô đun đàn hồi.
Hệ số Poisson được lấy theo kết quả thí nghiệm các nghiên cứu tương tự trước đây. Ta được kết quả như bảng:
Bảng 0-2. Thông số vật liệu bê tông Geopolymer khai báo trong phần mềm Abaqus
Đặc tính vật liệu Ký hiệu Giá trị
Module đàn hồi (MPa) Ec 22421
Cường độ nén bê tông (MPa) fcm 18.71
Cường độ kéo uốn (MPa) fct 4.43
Hệ số Poission 0.19
Shear coefficient for open crack t 0.2
Shear coefficient for closed crack t 0.4
Đối với vật liệu là cốt thép thì các thơng số vật liệu thép trong phần mềm Abaqus được khai báo như sau:
Bảng 0-3: Thông số vật liệu đưa vào phần mềm
Mô đun đàn hồi 2,0e5 MPa
Hệ số poisson 0,3
2.6.3.4 .Định nghĩa các thuộc tính mặt cắt
Để định nghĩa thuộc tính mặt cắt tiết diện, sử dụng cụ Create Section trên vùng công cụ, xuất hiện cửa số Create Section như hình 2.21. Trong hộp thoại này Name (tên tiết diện mặt cắt ngang), Category (đối tượng mô phỏng trong trường hợp này sử dụng đối tượng Solid), Type (tính chất mặt cắt sử dụng Homogeneous). Định nghĩa Truss tương tự cho tấm đệm thép.
Hình 2.21 Định nghĩa thuộc tính mặt cắt
2.6.3.5 Chia đối tượng và định nghĩa các ràng buộc giữa cốt thép và bê tông
Từ module trên thanh môi trường, lựa chọn công năng Interation để tiến hành định nghĩa quan hệ ràng buộc giữa mơ hình. Để thuận tiện cho việc định nghĩa ràng buộc bê tông và các tấm đệm, sử dụng lệnh Partition Cell để tiến hành chia các đối tượng thành khối như hình
Hình 2.22 Mơ hình sau khi chia các đối tượng
Sử dụng chức năng Create Contraint trên thanh công cụ, xuất hiện cửa sổ Create Contraint trong của sổ này Name (tên loại ràng buộc), Type (loại ràng buộc do cốt thép chịu lực và cốt đi theo loại nhúng nên sử dụng Embedded). Sau đó chọn thép cần ràng buộc.
Hình. 2.23 Hồn thành ràng buộc giữa cốt thép và bê tông
2.6.3.6 Đặt tải lên hệ thanh truyền lực
Mơ hình sàn bê tơng cốt thép geopolymer để có thể gán tải trọng lên sàn, cần phải tạo một điểm đặt lực ảo để gán tải trọng cho sàn. Điểm đó làm điểm tự chọn và phải các mặt trên lớp đệm thép. Vì vậy, cần gán ràng buộc giữa điểm này và sàn bê tông cốt thép. Trong trường hợp này, chúng ta sử dụng loại ràng buộc Coupling.
Để tạo điểm gán tải trọng, sử dụng công cụ Create Reference Point trong modul Interaction, vùng thông báo sẽ hiển thị “Select point to act as reference point”.
Hình 2.24 Đặt lực ảo RP-1 và RP-2 lên hai thanh truyền tải ở vị trí L/3 của sàn
2.6.3.7 . Định nghĩa tải trọng và điều kiện biên
Trong phần thí nghiệm sàn bê tông geopolymer trong thực nghiệm, tải trọng tác dụng trên dầm là tải trọng theo quy luật thời gian. Vì vậy, cần phải tạo quy luật tải trọng theo thời gian cho sàn khi tác dụng tải. Ta sử dụng quy luật gia tải là kết quả mối quan hệ giữa lực gia tải (kN) và thời gian (theo giây) trong thí nghiệm thực tế để áp dụng cho mơ phỏng.
Hình 2.26 Tạo quy luật gia tải bằng cơng cụ Edit Boundary Condition
Định nghĩa điều kiện biên, sử dụng công cụ Creat Boundary Condition trong Modul Load, thiết lập tương tự với định nghĩa tải trọng.
Hình 2.27 Cơng cụ quản lý Boundary Condition
2.6.3.8 .Chia lưới cho cấu kiện sàn
2.6.3.9 Thiết lập các bước phân tích
Từ thanh cơng cụ module trên thanh môi trường, lựa chọn chức năng Job để tiến hành phân tích.
Hình 2.29 Cửa sổ Edit Job
Từ thanh menu Job trên thanh menu, lựa chọn Manager. Sau khi chọn xuất hiện cửa sổ Job Manager như Hình 2.29. Nhấn Submit có thể thấy dưới Status trong cửa sổ lần lượt chuyển qua các giai đoạn Submited (giao diện phân tích), Running (q trình phân tích), cuối cùng là Completed (hồn thành phân tích). Nhấn Results (phân tích kết quả) phần mền sẽ tự động chuyển sang modul Visualization.
Hình 2.30 Cửa sổ Job Manager