4.2.11. Liờn kết giữa gối đỡ, gối gia tải với dầm bờ tụng
Cần tạo sự liờn kết giữa gối đỡ và gối gia tải với dầm bờ tụng cốt thộp (như mụ hỡnh thực nghiệm). Giả thiết cỏc gối tựa dớnh chặt với dầm bờ tụng theo phương đứng. Để thể hiện điều này, sử dụng loại ràng buộc Tie tại cụng cụ Create Constraint trong module Interaction. Vựng thụng bỏo tiếp tục hiển thị “Select region for master type”, nhấn Surface, vựng hiển thị tiếp tục hiển thị “Select region for master Surface”, đưa chuột chọn vựng tiếp xỳc dầm bờ tụng của tấm thộp, nhấn Done. Vựng hiển thị tiếp tục hiển thị “Choose the slave type”, nhấn Surface, dựng chuột chọn phần tiếp xỳc tấm thộp của dầm bờ tụng. Nhấn Done. Xuất hiện cửa sổ Edit Constraint, chấp nhận
cỏc mặc định, nhấn OK. Hoàn thành việc ràng buộc giữa tấm thộp và dầm bờ tụng hiển thị như hỡnh sau:
Hỡnh 4.15. Liờn kết giữa gối đỡ với dầm bờ tụng.
4.2.12. Định nghĩa tải trọng và điều kiện biờn
Từ Modul trờn thanh mụi trường, lựa chọn chức năng Load để định nghĩa tải trọng và điều kiện biờn.
- Định nghĩa tải trọng
Trong phần thớ nghiệm dầm bờ tụng trong thực nghiệm, tải trọng tỏc dụng trờn dầm là tải trọng theo thời gian. Vỡ vậy, cần phải tạo quy luật tải trọng theo thời gian cho dầm khi tỏc dụng tải.
Thiết lập quy luật tải trọng, vào Tool – Amplitudes – Create, xuất hiện cửa sổ Create Amplitudes, nhấn Continue, xuất hiện cửa sổ Edit Amplitudes, tiến hành nhập quy luật tải theo thời gian. Nhấn OK để hoàn thành.
Gỏn tải trọng cho dầm: Theo nghiờn cứu của Wahalathantri và cộng sự [57] đề xuất sử dụng phương phỏp gỏn tải trọng cho dầm bằng chuyển vị cho kết quả hội tụ hơn so với phương phỏp gỏn tải lực. Vỡ vậy, trong phạm vi nghiờn cứu, Luận văn sử dụng phương phỏp gỏn tải trọng bằng chuyển vị cho dầm thay vỡ gỏn lực.
Sử dụng cụng cụ Create Boundary Condition trong module Load. Trong của sổ này,nhập tờn tải trọng Name, Step (bước thiếp lập), Category (loại đối tượng gỏn), Type for Select Step (sử dụng chuyển vị - Displacement), nhấn Continue. Vựng thụng bỏo hiển thị “Select regions for the Boundary Condition”, dựng chuột chọn điểm đặt lỳc tạo phần ràng buộc, nhấn Done. Xuất hiện cửa sổ Edit Boundary Condition. Tiến hành nhập giỏ trị chuyển vị thu được từ thớ nghiệm. Nhấn OK.
Hỡnh 4.16. Cửa sổ Edit Boundary Condition.
- Định nghĩa điều kiện biờn
Sử dụng cụng cụ Create Boundary Condition trong module Load. Trong phần này thiếp lập tương tự đối với phần định nghĩa tải trọng. Tuy nhiờn trong cửa sổ Edit Boundary Condition, chọn chuyển vị bằng 0.
4.2.13. Chia lưới cho cấu kiện dầm
Sử dụng cụng cụ Mesh từ modul trờn thanh mụi trường - Environment. - Thiết lập lưới và chia lưới
Để thiếp lập lưới cho cấu kiện dầm, sử dụng cụng cụ Seed Part. Xuất hiện cửa sổ Global Seeds như Hỡnh 4.17. Chọn Approximate global size = 50 (kớch thước chia lưới), nhấn Apply. Sau khi hoàn thành thiết lập hiển thị như hỡnh sau:
Hỡnh 4.17. Cửa sổ Global Seeds.
Phõn chia lưới cho cấu kiện dầm, sử dụng cụng cụ Mesh Part trờn thanh cụng cụ Mesh. Chọn đối tượng, nhấn Yes, dựa vào định nghĩa ở phần thiết lập trờn, mụ hỡnh sẽ tự động chia đối tượng như đó thiết lập.
Hỡnh 4.18. Mạng lưới phần tử hữu hạn dầm cao BTCT
4.2.14. Thiết lập cỏc bước phõn tớch
Sử dụng chức năng Step trờn thanh Modul. Xuất hiện cửa sổ Create Step. Trong cửa sổ này, đặt tờn (Name), Procedure type (loại phõn tớch - Static), chọn Continue.
Xuất hiện cửa sổ Edit Step như hỡnh 4.19, trong của sổ này, chọn Time Period (chu kỳ thời gian), nhấn OK.
Hỡnh 4.19. Cửa sổ Edit Step
4.2.15. Cụng tỏc phõn tớch
Từ thanh cụng cụ Modul trờn thanh mụi trường, lựa chọn chức năng Job để tiến hành phõn tớch.
- Định nghĩa cụng tỏc phõn tớch
Sử dụng biểu tượng (Create Job) trờn thanh cụng cụ. Trong cửa sổ này, đặt Name (tờn cụng tỏc phõn tớch), chọn Continue. Xuất hiện cửa sổ Edit Job, chấp nhận cỏc tựy chọn phõn tớch mặc định, nhấn OK. Hoàn thành cỏc bước định nghĩa cụng tỏc phõn tớch.
Hỡnh 4.21. Cửa sổ Edit Job
- Giao diện phõn tớch
Từ thanh menu Job trờn thanh Menu, chọn Manager. Nhấn Submit cú thể thấy trong tab Status trong cửa sổ Job Manager lần lượt chuyển qua cỏc giai đoạn Submited (giao diện phõn tớch), Running (quỏ trỡnh phõn tớch), cuối cựng là Completed (hoàn thành phõn tớch). Nhấn Results (phõn tớch kết quả) phần mềm sẽ tự động chuyển sang modul Visualization để thụng bỏo kết quả phõn tớch.
4.3. Kết quả mụ phỏng và so sỏnh giữa kết quả mụ phỏng với kết quả nghiờn cứu thực nghiệm: thực nghiệm:
4.3.1. Hướng nghiờn cứu so sỏnh:
Sau khi tiến hành thiết lập cỏc bước mụ phỏng dầm chuyển trờn phần mềm ABAQUS. Kết quả mụ phỏng được so sỏnh với kết quả từ thực nghiệm tại Phũng thớ nghiệm Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chớ Minh.
Trong phạm vi nghiờn cứu, Luận văn trỡnh bày hai hướng so sỏnh chớnh là: (1) Sử dụng mụ hỡnh số vật liệu bờ tụng thụng thường để thiết lập mụ phỏng cho bờ tụng cốt sợi ở mức gia cường sợi thộp từ 1% đến 3% (theo một số nghiờn cứu, tớnh chất bờ tụng thường và bờ tụng cốt sợi gần tương đương nhau). Trong phần này, sẽ đưa ra so sỏnh sai số về giỏ trị chuyển vị tại vị trớ giữa dầm của mụ hỡnh mụ phỏng và thực nghiệm. Từ đú, kết luận về khả năng cú thể dựng mụ hỡnh số vật liệu bờ tụng thụng thường cho mụ phỏng bờ tụng cốt sợi thộp được hay khụng, nếu sử dụng được thỡ sai số là bao nhiờu.
(2) Theo kết quả thực nghiệm thu được, quỏ trỡnh gia tải được dừng ở chuyển vị dầm tương đối nhỏ (do cụng suất giới hạn của thiết bị gia tải). Ngoài ra, dầm chuyển là bộ phận quan trọng trong kết cấu cụng trỡnh nờn được khuyến nghị khống chế chuyển vị ở mức thấp nhất cú thể. Trong phạm vi nghiờn cứu của Luận văn, giỏ trị chuyển vị giới hạn được tham khảo theo tiờu chuẩn Eurocode 2 [60], được lấy bằng L/360 để đỏnh giỏ sự chờnh lệch giữa kết quả mụ phỏng và thực nghiệm.
4.3.2. Kết quả mụ phỏng dầm cao:
Bảng 4.3. Số liệu lực - chuyển vị mụ phỏng dầm cao BTCT thụng thường Dầm BTCT thụng thường Dầm BTCT thụng thường Chuyển vị (mm) Lực (kN) 0 0.000 3,092052 230,652 3,865284 287,605 5,025636 367,690 5,129112 374,454 5,1678 376,989 5,225892 380,782 5,2476 382,192 5,24796 382,225 5,248416 382,275 5,248188 382,294 5,248456 382,321 5,248456 382,321 5,92962528 430
Hỡnh 4.24. Biểu đồ quan hệ lực – chuyển vị dầm cao BTCT thụng thường
Qua biểu đồ Hỡnh 4.24, cú thể thấy rằng, sử dụng mụ hỡnh số Hsu – Hsu mụ phỏng cho bờ tụng cốt thộp thụng thường và mụ hỡnh đàn dẻo lý tưởng của thộp
0 100 200 300 400 500 0 1 2 3 4 5 6 7 Tả i trọn g (kN ) Chuyển vị (mm) Thực Nghiệm Mụ phỏng
cho kết quả mụ phỏng hội tụ tốt so với thực nghiệm. Cụ thể tại vị trớ chuyển vị 5mm, độ lệch lớn nhất giữa mụ phỏng và thực nghiệm chỉ là 0,81%.
Bảng 4.4. Số liệu lực – chuyển vị mụ phỏng dầm cao BTCT 1% sợi thộp
Dầm gia cường 1% SỢI THẫP
Chuyển vị (mm) Lực (kN) 0 0.000 3,001548 248,669 3,751932 310,145 4,877472 395,221 5,299548 424,208 5,932584 465,457 6,169992 480,884 6,192264 482,329 6,194364 482,465 6,194364 482,465 6,1938 482,459 6,193896 482,469 6,193896 482,469
Hỡnh 4.25. Biểu đồ quan hệ lực – chuyển vị dầm cao BTCT 1% sợi thộp
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 1 2 3 4 5 6 Tả i t rọng (kN ) Chuyển vị (mm) Thực nghiệm Mụ phỏng
Qua biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị dầm chuyển bờ tụng cốt thộp với hàm lượng 1% sợi thộp trong Hỡnh 4.25, cho thấy, trong giai đoạn dầm BTCT làm việc chưa xuất hiện vết nứt thỡ kết quả giữa mụ phỏng và thực nghiệm chờnh lệch nhau lớn nhất ở tải trọng 200 kN với độ lệch khoảng 8%. Tại vị trớ chuyển vị giới hạn 5mm, kết quả chờnh lệch giữa mụ phỏng và thực nghiệm là 1,75%.
Bảng 4.5. Số liệu lực – chuyển vị mụ phỏng dầm cao BTCT 2% sợi thộp
Dầm gia cường 2% SỢI THẫP
Chuyển vị (mm) Lực (kN) 0 0.000 2,50124 236,075 3,12655 294,485 4,06448 374,576 5,47133 480,254 5,60289 489,708 5,80028 503,891 5,80143 503,975 5,80315 504,100 5,80381 504,147 5,8039 504,156 5,8039 504,156 0 100 200 300 400 500 600 0 1 2 3 4 5 6 Tả i t rọng (kN ) Chuyển vị (mm) Thực nghiệm Mụ phỏng
Trong trường hợp dầm cao BTCT sử dụng bờ tụng cú hàm lượng cốt sợi 2% cho kết quả sai số giữa mụ phỏng và thực nghiệm lớn hơn so với dầm chuyển bờ tụng cốt thộp thụng thường và hàm lượng 1%. Cụ thể, trong giai đoạn làm việc chưa xuất hiện vết nứt độ lệch lớn nhất của mụ phỏng và thực nghiệm tại mức tải trọng 200 kN là 14,1%. Tại vị trớ chuyển vị giới hạn 5mm độ lệch lớn nhất giữa mụ phỏng và thực nghiệm là 6,96%.
Bảng 4.6. Số liệu lực – chuyển vị mụ phỏng dầm cao BTCT 3% sợi thộp
Dầm gia cường 3% SỢI THẫP Chuyển vị (mm) Lực (kN) 0 0 1,25062 131,293 2,50124 262,306 4,37719 442,738 5,00256 495,415
Hỡnh 4.27. Biểu đồ quan hệ lực – chuyển vị dầm cao BTCT 3% sợi thộp
Biểu đồ Hỡnh 4.27 cho thấy dầm chuyển bờ tụng cốt thộp với bờ tụng được gia cường 3% cốt sợi thộp cú kết quả giữa thực nghiệm và mụ phỏng cú độ lệch
0 100 200 300 400 500 600 0 1 2 3 4 5 6 Tả i t rọng (kN ) Chuyển vị (mm) Thực nghiệm Mụ phỏng
lớn hơn so với cỏc trường hợp khỏc. Cụ thể, trong giai đoạn làm việc chưa xuất hiện vết nứt độ lệch giữa mụ phỏng và thực nghiệm là 16,7% và tại vị trớ chuyển vị giới hạn 5mm kết quả giữa mụ phỏng và thực nghiệm chờnh lệch nhau khoảng 11,3%.
Từ những kết quả phõn tớch ở trờn, cú thể thấy được rằng, khi hàm lượng cốt sợi gia cường trong bờ tụng cốt thộp tăng thỡ độ chờnh lệch giữa kết quả mụ phỏng và thực nghiệm cũng tăng. Với hàm lượng cốt sợi tăng từ 1% đến 3% thỡ mụ phỏng số sử dụng mụ hỡnh Hsu - Hsu cho bờ tụng và mụ hỡnh đàn dẻo lý tưởng của thộp cho kết quả chờnh lệch giữa mụ phỏng và thực nghiệm trong khoảng từ 1,75% đến 11,3%. Nhỡn chung, cú thể kết luận rằng: Sử dụng mụ hỡnh số phỏt triển cho vật liệu bờ tụng thụng thường để mụ phỏng cho tớnh chất của bờ tụng cốt sợi với hàm lượng sợi thộp từ khoảng 1% đến 3% là cú thể chấp
nhận được.
Tuy nhiờn, kết quả so sỏnh trờn cũng chỉ ra rằng: Khi được gia cường sợi thộp, ứng xử của BTCT và cấu kiện BTCT cú gia cường sợi thộp cú sự khỏc biệt so với BTCT thụng thường. Sự khỏc biệt này ngày càng tăng và trở nờn đỏng kể khi hàm lượng sợi thộp tăng. Do đú, trong định hướng nghiờn cứu tiếp theo cần cú sự điều chỉnh cỏc thụng số, mụ hỡnh đầu vào của ABAQUS để cú kết quả mụ phỏng sỏt với thực nghiệm hơn, nhất là đối với cỏc cấu kiện BTCT được gia cường hàm lượng thộp cao, cú thể lờn đến 5% về khối lượng.
Ngoài ra, trong kết quả mụ phỏng, khi chịu uốn 3 điểm, vựng chịu ứng suất cao nhất (thể hiện bằng cỏc màu vàng cam và xanh nhạt trong Hỡnh 4.23) là vựng “hỡnh nan quạt” hướng từ điểm đặt lực tỏa về 2 bờn gối tựa. Kết quả mụ phỏng này phự hợp với thực nghiệm ghi nhận trờn dầm cao BTCT cú và khụng cú gia cường bằng sợi thộp.
4.4. Ứng dụng mụ hỡnh mụ phỏng một dầm chuyển trong cụng trỡnh thực tế
Dựa vào kết quả so sỏnh giữa mụ phỏng và thực nghiệm ở phần trờn, mụ phỏng cho kết quả hội tụ tương đối tốt so với thực nghiệm. Do đú, Luận văn phỏt triển từ mẫu mụ hỡnh thực nghiệm để ứng dụng mụ phỏng dầm chuyển của một cụng trỡnh thực tế. Đú là dầm chuyển sử dụng tại tầng 2 của cụng trỡnh Bệnh viờn Đa khoa Hoàn Mỹ Sài Gũn (địa chỉ số 60 - 60A đường Phan Xớch Long, phường 1, quận Phỳ Nhuận, Thành phố Hồ Chớ Minh). Quy mụ thực tế của cụng trỡnh và vị trớ sử dụng dầm chuyển như Hỡnh 4.28.
Hỡnh 4.28. Cụng trỡnh Bệnh viện Đa khoa Hoàn Mỹ Sài Gũn
Cụng trỡnh Bệnh viện đa khoa Hoàn Mỹ Sài Gũn – cơ sở Phan Xớch Long cú diện tớch khuụn viờn 8.800 m2, quy mụ 02 hầm, trệt và 12 lầu. Dầm chuyển được sử dụng tại lầu 2 của cụng trỡnh cú kớch thước L x H x B = 13 x 1.6 x 1.3
(m) để vượt nhịp, sử dụng vật liệu BTCT thụng thường, truyền tải từ hệ thống cột phớa trờn xuống múng, tạo khoảng thụng thủy rộng cho sảnh đún của cụng trỡnh.
Sử dụng phương phỏp và cỏc số mụ phỏng đó nờu, Luận văn xõy dựng mụ hỡnh mụ phỏng cho dầm chuyển cụng trỡnh Bệnh viện đa khoa Hoàn Mỹ Sài Gũn như sau:
Hỡnh 4.29. Xõy dựng mụ hỡnh tớnh toỏn dầm chuyển thực tế
Hỡnh 4.31. Tiến hành chia lưới để phõn tớch cấu kiện dầm chuyển
Hỡnh 4.32. Kết quả phõn tớch mụ hỡnh tớnh toỏn dầm chuyển thực tế
Nội dung so sỏnh, đỏnh giỏ chủ yếu trong phần này là xem xột mức độ hiệu quả về khả năng chịu lực của dầm chuyển khi giả định ứng dụng bờ tụng cốt sợi thộp thay thế cho BTCT thụng thường trong kết cấu dầm chuyển tại cụng trỡnh thực tế Bệnh viện Đa khoa Hoàn Mỹ Sài Gũn.
Tiờu chớ đỏnh giỏ là sử dụng tải trọng đó thiết kế cho cụng trỡnh thực tế xuất ra từ phần mềm Etabs để xỏc định chuyển vị bằng phần mềm ABAQUS thụng qua mụ phỏng dầm chuyển BTCT thụng thường. Từ đú, thay đổi tớnh đặc
tớnh thụng số của bờ tụng thụng thường bằng bằng bờ tụng cú hàm lượng gia cường sợi thộp 3% theo khối lượng. Trờn cơ sở đú, đỏnh giỏ tăng khả năng chịu tải của dầm chuyển gia cường sợi thộp ứng với chuyển vị tại tải trọng thiết kế đó xỏc định ở mụ phỏng dầm BTCT thụng thường.
Hỡnh 4.33. Kết quả lực dọc tỏc dụng lờn dầm chuyển xuất ra từ Etabs (kN)
Hỡnh 4.34. Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị dầm chuyển thực tế
0.000 2000.000 4000.000 6000.000 8000.000 10000.000 0 10 20 30 40 Tả i t rọng (kN ) Chuyển vị (mm) 0% Sợi thộp 3% Sợi thộp
Qua biểu đồ Hỡnh 4.34 cú thể thấy rằng, giai đoạn làm việc đàn hồi tuyến tớnh của dầm chuyển gần như khụng cú sự khỏc biệt giữa dầm chuyển sử dụng bờ tụng thường và bờ tụng cốt sợi với hàm lượng 3%. Tuy nhiờn, sau giai đoạn làm việc đàn hồi tuyến tớnh, ở mức tải trọng từ 3.000 kN trở lờn, dầm chuyển BTCT thụng thường cú xu hướng phỏt triển chuyển vị nhanh hơn hẳn so với dầm chuyển được gia cường 3% sợi thộp.
Ngoài ra, khi ứng dụng bờ tụng cốt sợi với hàm lượng 3% cho kết cấu dầm chuyển thỡ tải trọng cực hạn của dầm theo mụ phỏng tăng lờn đỏng kể, cụ thể là khoảng 36,3% so với việc sử dụng BTCT thụng thường.
Tại tải trọng thiết kế, chuyển vị của dầm chuyển BTCT thụng thường là 7,24 mm. Khi sử dụng bờ tụng cốt sợi với hàm lượng 3% thỡ khả năng chịu tải của dầm chuyển tại mức chuyển vị này tăng từ 3.630 kN thành 4.228 kN, tương ứng tỷ lệ tăng khoảng 16,47%. Với giả định cỏc thụng số khỏc khụng thay đổi, cú thể nhận xột rằng, do kết cấu dầm chuyển được thiết kế để đỡ tải trọng truyền xuống từ 10 tầng bờn trờn, do đú kết quả tăng khả năng chịu tải 16,47% này cú thể xem tương đương với khả năng chịu thờm tải của khoảng 1,5 tầng nữa. Ngoài ra, cũn cú những hiệu quả khỏc trong việc hạn chế xuất hiện và phỏt triển vết nứt trong kết cấu dầm chuyển và cục bộ tại cỏc vị trớ đặt tải, nếu sử dụng BTCT gia cường bằng sợi thộp để thay thế cho BTCT thụng thường. Điều này cho thấy hiệu quả của việc sử dụng BTCT gia cường bằng sợi thộp trong kết cấu dầm chuyển BTCT.
CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1. Kết luận:
Kết cấu dầm chuyển BTCT với những đặc điểm về cấu tạo hỡnh học và khả năng chịu lực được sử dụng trong cỏc kết cấu nhà cao tầng BTCT, đỏp ứng được cỏc yờu cầu về mặt cụng năng, cú thể là giải phỏp tốt trong một số trường hợp đũi hỏi cần hệ kết cấu chuyển vượt nhịp lớn giữa khu trờn và khu dưới trong tũa nhà.