CHƯƠNG 3 : THIẾT LẬP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG
3.3. Các bước mơ hình hóa dầm bê tông trên phần mền ABAQUS
3.3.8.1. Định nghĩa công tác phân tích
Sử dụng biểu tượng (Create Job) trên thanh công cụ, xuất hiện cửa sổ như hình 3.79. Trong cửa sổ này, Name (tên cơng tác phân tích), sau khi đặt tên công tác phân tích chọn Continue. Phần mền sẽ xuất hiện cửa sổ Edit Job như hình 3.80, chấp nhận các phân tích nhấn OK. Hồn thành các bước định nghĩa cơng tác phân tích.
Hình 3.79: Cửa sổ Create Job.
Hình 3.80: Cửa sổ Edit Job.
3.3.8.2. Giao diện phân tích.
Từ thanh menu Job trên thanh menu, lựa chọn Manager. Sau khi chọn xuất hiện cửa sổ Job Manager như hình 3.81. 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 ( hoàn thành phân tích). Nhấn Results
(phân tích kết quả) phần mền sẽ tự động chuyển sang modul Visualization.
Hình 3.81: Cửa sổ Job Manager. 3.3.9. Một số chú ý khi thiết lập phân tích mơ hình.
Sau khi hồn thành các bước thiết lập mơ hình như đã trình bày ở phần trên. Tiến hành kiểm tra mơ hình bằng Data Check trong hộp thoại Job Manager để kiểm tra các sai sót thiếp lập. Để tránh một số sai sót trong q trình thiết lập, trong phần này đưa ra các chú ý cần tránh trong quá trình thiết lập để có thể chạy được mơ hình.
+ Đối với đối tượng dầm bê tông được chia ở công cụ Mesh, nhưng đối với cốt thép nên chia trực tiếp trong khi xác định đối tượng.
+ Phải kiểm tra tài ngun máy tính có thể đủ để chạy được mơ hình, tránh trường hợp máy không đủ khả năng chạy được.
+ Tất cả đối tượng đều được quản lý phần cây mơ hình của phần mềm, tránh trường hợp xóa trực tiếp đối tượng trong môi trường làm việc có thể đối tượng được xóa nhưng tính chất vẫn cịn sẽ ảnh hưởng kết quả mơ phỏng và không chạy được mô phỏng.
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ SO SÁNH THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH MƠ PHỎNG DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP
4.1. Hướng nghiên cứu và so sánh.
Sau khi tiến hành thiết lập các bước mô phỏng dầm bê tông trên phần mềm Abaqus, từ những thơng số tính chất: bê tông thường, bê tông xỉ, bê tông Geopolymer cốt thép trong dầm. 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. Trong phần này, trình bày hai hướng so sánh chính là:
Đánh giá sự chính xác từ sự mơ phỏng thông qua các thiết lập thông số cho phần mềm Abaqus . Vì phần mềm Abaqus là phần mềm mô phỏng dầm bê tông cốt thép 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 mềm Abaqus cần phải quản lý tốt những nhân tố có thể ảnh hưởng đến kết quả mơ phỏng. Trong nghiên cứu này thì đưa ra một số tác nhân có thể ảnh hưởng nhiều đến kết quả như: Mơ hình vật liệu, Mơ hình thép, Mơ hình của độ nhớt giữa bê tông và cốt thép (những tham số này có thể ảnh hưởng đến kết quả mơ phỏng). Sau khi mô phỏng so sánh kết quả từ mô phỏng kết hợp với thực nghiệm sẽ đề xuất mơ hình độ nhớt ( bê tơng và cốt thép) và tỉ lệ chia hợp lý nhất, để cho kết quả chính xác nhất.
4.2. Kết quả mơ phỏng kéo tuột của thép.
Hình 4.2: Kết quả mơ phỏng kéo tuột thép Ø12
Hình 4.3: Kết quả mơ phỏng kéo tuột thép Ø16
Hình 4.4: Kết quả mơ phỏng kéo tuột thép Ø20 4.3. Kết quả mô phỏng dầm bê tơng bê tơng.
Hình 4.6: Kết quả mơ phỏng dầm GRCB.
Hình 4.7: Kết quả mơ phỏng dầm SRCB.
Hình 4.8: Kết quả mơ phỏng dầm RCB. 4.4. Đánh giá kết quả của mơ hình mơ phỏng.
4.4.1. Đánh giá kết quả mô phỏng kéo tuột.
- Trong phần này, để so sánh sự chính xác của mơ phỏng sự làm việc trong thí nghiệm kéo tuột của bê tông Geopolymer. Nghiên cứu này đưa ra mơ hình số vật liệu bê tơng
phỏng tính chất ứng xử vật liệu bê tơng. Cùng với đó, nghiên cứu cũng đưa ra hai mơ hình số vật liệu thép: Mơ hình đàn dẻo lý tưởng (SEPL) và mơ hình cải tiến mơ hình đàn dẻo (IEPL) để mơ phỏng tính chất ứng xử cốt thép trong mơ phỏng. Từ mơ hình số vật liệu bê tơng Geopolymer và mơ hình số vật liệu thép. Nghiên cứu này sẽ có 3 trường hợp tương ứng với 3 loại thép để so sánh với thực nghiệm. Qua đó, nội suy truy xuất được kết quả của thép gân Ø14 để áp dụng vào mô phỏng dầm Geopolymer.
Trường hợp 1:
Hình 4.9: Kết quả so sánh mô phỏng – thực nghiệm kéo tuột thép Ø12
+ Trường hợp 3:
Hình 4.11: Kết quả so sánh mơ phỏng – thực nghiệm kéo tuột thép Ø20
Từ các kết quả của những thí nghiệm kéo tuột trên ta nội suy ra được các thông số lực kéo lớn nhất, năng lượng phá hoại và hệ số độ nhớt của thép Ø14 để đưa vào áp dụng trong mô phỏng dầm bê tông Geopolymer.
Ta nhập các giá trị của lực kéo lớn nhất của ba loại thép Ø12, Ø16, Ø20 vào biểu đồ và nội suy ra lực kéo lớn nhất của thép Ø14
Hình 4.13: Biểu đồ nội suy năng lượng phá hủy GIC
Sau khi nội suy các giá trị trên ta có bảng kết quả các giá trị lực kéo lớn nhất, năng lượng phá hoại và hệ số độ nhớt của thép Ø14 như dưới đây.
Bảng 4.1: Kết quả nội suy các giá trị cho thép Ø14
Loại thép lực
Lực kéo lớn nhất max
n
t (N)
Năng lượng phá hoại
IC G (N.m) Hệ số độ nhớt Ø12 3.4E+007 1680 1.E10-4 Ø16 7.4E+007 4060 1.E10-4 Ø20 1.27E+008 8960 1.E10-4 Ø14 5.4E+007 2890 1.E10-4
4.4.2. Đánh giá kết quả mô phỏng dầm bê tông Geopolymer (GRCB).
Đối với mô phỏng dầm bê tông Geopolymer ta đưa ra các biểu đồ so sánh giá trị tải trọng - chuyển vị giữa dầm, phần mềm Abaqus có thể xuất được kết quả biến dạng giữa dầm để có thể với giá trị tải trọng - biến dạng giữa dầm kết hợp với kết quả thu được từ thực nghiệm (bằng Strain gauge gán ở giữa nhịp dầm). Kết quả so sánh được trình bày qua các biểu đồ bên dưới với các trường hợp được trình bày trên mục 3.3.4.3.
+ Trường hợp 1a: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 3 tại mục 3.3.4.3.
Hình 4.14: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô phỏng (Wire) bê tông GRCB
+ Trường hợp 2a: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 2 tại mục 3.3.4.3.
+ Trường hợp 3a: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 1 tại mục 3.3.4.3.
Hình 4.16: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô phỏng (Viscosity) bê tông GRCB
Tổng hợp kết quả các trường hợp mô phỏng của bê tông Geopolymer
Từ các so sánh kết quả thực nghiệm mô phỏng cả 3 trường hợp của vật liệu bê tơng Geopolymer ta có các bảng tổng hợp kết quả như bảng 4.2 và bảng 4.3 dưới đây.
Bảng 4.2: Tổng hợp kết quả Tải trọng giữa thực nghiệm - mô phỏng bê tông GRCB Các giai
đoạn làm việc
Thực
nghiệm liên kết (Embedded) Mô phỏng Wire Mô phỏng Solid liên kết(Tie) liên kết (Viscosity) Mô phỏng Solid Tải trọng
(kN) Tải trọng (kN) Sai số (%) Tải trọng (kN) Sai số (%) Tải trọng (kN) Sai số (%) Đàn hồi
(max) 110 98.5 10.45 100.5 8.64 106.3 3.36 Đàn dẻo
(max) 130 113.4 12.77 109.2 16.00 130.5 0.38 Bảng 4.3: Tổng hợp kết quả Chuyển vị giữa thực nghiệm - mô phỏng bê tông GRCB
Các giai đoạn làm
việc
Thực
nghiệm liên kết (Embedded) Mô phỏng Wire Mô phỏng Solid liên kết(Tie) liên kết (Viscosity) Mô phỏng Solid Chuyển vị (mm) Chuyển vị (mm) Sai số (%) Chuyển vị (mm) Sai số (%) Chuyển vị (mm) Sai số (%) Đàn hồi (max) 20.14 19.05 5.41 25.2 25.12 21.5 6.75 Đàn dẻo (max) 35.5 35 1.41 35 1.41 35 1.41
Dựa vào các biểu đồ và các bảng số liệu tổng hợp ta có thể dễ dàng nhận thấy khi mô phỏng dầm bê tông cốt thép sử dụng vật liệu bê tông Geopolymer:
o Trường hợp 1a: Chúng ta sử dụng thép chịu lực là sợi (Wire) và cốt thép chịu lực được “Embedded” vào bê tơng thì sai số ở các gia đoạn phá hoại của chuyển vị không quá lớn nhưng sai số về tải trọng ở các giai đoạn phá hoại tương đối lớn.
o Trường hợp 2a: Chúng ta sử dụng thép chịu lực là vật thể (Solid) và cốt thép chịu lực được “Tie” vào bê tơng thì sai số của chuyển vị và tải trọng ở các giai đoạn phá hoại đều tương đối cao.
o Trường hợp 3a: Chúng ta sử dụng thép chịu lực là vật thể (Solid) và cốt thép chịu lực có đề cập tới sự bám dính khơng hồn hảo với bê tơng bằng hàm “Viscosity” thì sai số ở các giai đoạn phá hoại của chuyển vị và tải trọng cũng ở tương đối thấp và khá gần với thực nghiệm.
Kết quả mô phỏng dầm bê tông Geopolymer khi đề cập tới sự bám dính khơng hồn hảo giữa bê tơng và cốt thép rất gần với thực nghiệm và có sai số khơng lớn so với thực nghiệm. Ta có thể kết luận và khuyến cáo khi mô phỏng dầm bê tông cốt thép Geopolymer chúng ta nên đề cập tới sự bám dính khơng hồn hảo giữa bê tơng và cốt thép để kết quả mơ phỏng chính xác nhất so với thực nghiệm.
4.4.3. Đánh giá kết quả mô phỏng dầm bê tông Xỉ (SRCB).
Đối với mô phỏng dầm Xỉ ta đưa ra các biểu đồ so sánh giá trị tải trọng - chuyển vị giữa dầm, phần mền Abaqus có thể xuất được kết quả biến dạng giữa dầm để có thể với giá trị tải trọng - biến dạng giữa dầm kết hợp với kết quả thu được từ thực nghiệm (bằng Strain gauge gán ở giữa nhịp dầm). Kết quả so sánh được trình bày qua các biểu đồ dưới với các trường hợp được trình bày trên mục 3.3.4.3.
+ Trường hợp 2b: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 2 tại mục 3.3.4.3.
Hình 4.18: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô phỏng (Tie) bê tông SRCB
+ Trường hợp 3b: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 1 tại mục 3.3.4.3.
Hình 4.19: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô phỏng (Viscosity) bê tông SRCB
Tổng hợp kết quả các trường hợp mô phỏng của bê tông xỉ
Bảng 4.4: Tổng hợp kết quả Tải trọng giữa thực nghiệm - mô phỏng bê tông SRCB Các giai đoạn làm việc Thực nghiệm Mô phỏng Wire liên kết (Embedded) Mô phỏng Solid liên kết(Tie) Mô phỏng Solid liên kết (Viscosity) Tải trọng
(kN) Tải trọng (kN) Sai số (%) Tải trọng (kN) Sai số (%) Tải trọng (kN) Sai số (%)
Đàn hồi
(max) 100 81.41 18.59 101.3 1.30 107.3 7.30 Đàn dẻo
(max) 120 101.17 15.69 115.1 4.08 124.1 3.42 Bảng 4.5: Tổng hợp kết quả Chuyển vị giữa thực nghiệm - mô phỏng bê tông SRCB
Các giai đoạn làm
việc
Thực
nghiệm liên kết (Embedded) Mô phỏng Wire Mô phỏng Solid liên kết(Tie) liên kết (Viscosity) Mô phỏng Solid
Chuyển vị (mm) Chuyển vị (mm) Sai số (%) Chuyển vị (mm) Sai số (%) Chuyển vị (mm) Sai số (%) Đàn hồi (max) 15.43 13.74 10.95 22.4 45.17 19.1 23.78 Đàn dẻo (max) 34.8 35 0.57 35 0.57 35 0.57 Dựa vào các biểu đồ và các bảng số liệu tổng hợp ta có thể dễ dàng nhận thấy khi mơ phỏng dầm bê tông cốt thép sử dụng vật liệu bê tông xỉ:
o Trường hợp 1b: Chúng ta sử dụng thép chịu lực là sợi (Wire) và cốt thép chịu lực được “Embedded” vào bê tơng thì sai số ở các giai đoạn phá hoại của chuyển vị không quá lớn nhưng sai số về tải trọng ở các giai đoạn phá hoại tương đối lớn.
o Trường hợp 2b: Chúng ta sử dụng thép chịu lực là vật thể (Solid) và cốt thép chịu lực được “Tie” vào bê tơng thì sai số ở các giai đoạn phá hoại của chuyển vị lại tương đối lớn trong khi sai số về tải trọng ở các giai đoạn phá hoại cũng ở mức trung bình.
o Trường hợp 3b: Chúng ta sử dụng thép chịu lực là vật thể (Solid) và cốt thép chịu lực có đề cập tới sự bám dính khơng hồn hảo với bê tơng bằng hàm “Viscosity” thì sai số của các giai đoạn phá hoại của chuyển vị và tải trọng cũng ở mức trung bình.
Kết quả mô phỏng dầm bê tông Xỉ khi đề cập tới sự bám dính khơng hồn hảo giữa bê tông và cốt thép còn chưa thật gần với thực nghiệm nhất có thể là do các thơng số của mơ hình kéo tuột được truy xuất từ bê tơng Geopolymer chưa tương thích với bê tơng Xỉ.
4.4.4. Đánh giá kết quả mô phỏng dầm bê tông thường (RCB).
Đối với mô phỏng dầm bê tông thường ta đưa ra các biểu đồ so sánh giá trị tải trọng - chuyển vị giữa dầm, phần mềm Abaqus có thể xuất được kết quả biến dạng giữa dầm để có thể với giá trị tải trọng - biến dạng giữa dầm kết hợp với kết quả thu được từ thực nghiệm (bằng Strain gauge gán ở giữa nhịp dầm). Kết quả so sánh được trình bày qua các biểu đồ bên dưới với các trường hợp được trình bày trên mục 3.3.4.3.
+ Trường hợp 1c: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 3 tại mục 3.3.4.3.
Hình 4.20: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô phỏng (Tie) bê tông RCB
+ Trường hợp 2c: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 2 tại mục 3.3.4.3.
+ Trường hợp 3c: so sánh Thực nghiệm và Trường hợp 1 tại mục 3.3.4.3.
Hình 4.22: Biểu đồ so sánh thực nghiệm – Mô phỏng (Viscosity) bê tông RCB
Tổng hợp kết quả các trường hợp mô phỏng của bê tông Thường
Từ các so sánh kết quả thực nghiệm mô phỏng cả 3 trường hợp của vật liệu bê tông thường ta có các bảng tổng hợp kết quả như bảng 4.6 và bảng 4.7 dưới đây.
Bảng 4.6: Tổng hợp kết quả Tải trọng giữa thực nghiệm - mô phỏng bê tông RCB Các giai đoạn làm việc Thực nghiệm Mô phỏng Wire liên kết (Embedded) Mô phỏng Solid liên kết(Tie) Mô phỏng Solid liên kết (Viscosity) Tải trọng (kN) Tải trọng (kN) Sai số (%) Tải trọng (kN) Sai số (%) Tải trọng (kN) Sai số (%) Đàn hồi (max) 85.61 77.04 10.01 79.44 7.21 84.68 1.09 Đàn dẻo (max) 94.64 88.2 6.80 85.8 9.34 95.77 1.19 Bảng 4.7: Tổng hợp kết quả Chuyển vị giữa thực nghiệm - mô phỏng bê tông RCB Các giai đoạn làm việc Thực nghiệm Mô phỏng Wire liên kết (Embedded) Mô phỏng Solid liên kết(Tie) Mô phỏng Solid liên kết (Viscosity) Chuyển vị (mm) Chuyển vị (mm) Sai số (%) Chuyển vị (mm) Sai số (%) Chuyển vị (mm) Sai số (%) Đàn hồi (max) 17.09 13.98 18.20 18.18 6.38 17.39 1.76 Đàn dẻo (max) 22.6 22.5 0.44 22.5 0.44 22.5 0.44 Dựa vào các biểu đồ và các bảng số liệu tổng hợp ta có thể dễ dàng nhận thấy khi mô phỏng dầm bê tông cốt thép sử dụng vật liệu bê tông Thường.
o Trường hợp 1c: Chúng ta sử dụng thép chịu lực là sợi (Wire) và cốt thép chịu lực được “Embedded” vào bê tơng thì sai số ở các giai
o đoạn phá hoại của chuyển vị và tải trọng ở các giai đoạn phá hoại đều tương đối lớn.
o Trường hợp 2c: Chúng ta sử dụng thép chịu lực là vật thể (Solid) và cốt thép chịu lực được “Tie” vào bê tơng thì sai số của chuyển vị và tải trọng ở các giai đoạn phá hoại đều ở mức trung bình.
o Trường hợp 3c: Chúng ta sử dụng thép chịu lực là vật thể (Solid) và cốt thép chịu lực có đề cập tới sự bám dính khơng hồn hảo với bê tơng bằng hàm “Viscosity” thì sai số ở các giai đoạn phá hoại của chuyển vị và tải trọng cũng rất thấp và đường cong tải trọng – chuyển vị của mô phỏng – thực nghiệm gần như trùng nhau.
Kết quả mô phỏng dầm bê tông Thường khi đề cập tới sự bám dính khơng hồn hảo giữa bê tơng và cốt thép rất gần với thực nghiệm và có sai số rất thấp so với thực nghiệm. Ta có thể kết luận các hệ số của mơ hình kéo tuột của bê tơng Geopolymer có độ tương thích khá cao đối với bê tông thường và khuyến cáo khi mô phỏng dầm bê tông cốt thép Thường chúng ta nên đề cập tới sự bám dính khơng hồn hảo giữa bê tơng