Es (GPa) ʋs ƒy (MPa)
205 0,3 400
4.2. Phõn tớch mụ phỏng ABAQUS
4.2.1. Xõy dựng cấu kiện dầm chuyển
Trờn vựng cụng cụ chọn biểu tượng (Create Part). Trong của số này khai bỏo cỏc mục Name (đặt tờn cấu kiện), Modeling Space (chọn đối tượng mụ phỏng 3D), Type (chọn loại phần tử biến dạng là phần tử Deformable), Base Feature (sử dụng dạng cấu kiện Solid, loại Extrusion, xấp xỉ phần tử 200). Nhấn Continue.
Hỡnh 4.1: Cửa sổ Create Part của dầm
Khởi tạo giao diện vẽ đồ họa hai chiều, nhấn biểu tượng (Create lines:
Rectangle (4 lines). Vựng thụng bỏo hiển thị Pick a starting corner for the rectangle or enter X Y (chọn điểm đầu tiờn của hỡnh chữ nhật hoặc nhập tọa độ X, Y), nhấn Enter.
Màn hỡnh xuất hiện điểm đầu của hỡnh chữ nhật, hiển thị Pick the opposite corner for
the rectangle or enter X Y (chọn điểm thứ hai của hỡnh chữ nhật hoặc nhập tọa độ),
nhấn Enter để kết thỳc thao tỏc vẽ mặt cắt dọc dầm. Trong bước này, ưu tiờn khai bỏo bằng cỏch nhập tọa độ X,Y để dễ quản lý và thuận tiện thao tỏc cỏc bước tiếp theo.
Hỡnh 4.2: Mụ hỡnh hỡnh học hai chiều cấu kiện dầm
Chọn (Select the entity to dimension), kớch chọn (Sketch the section
Cửa sổ Edit Base Extrusion trong mục Depth nhập chiều cao của dầm, chọn
OK để đúng cửa sổ.
Hỡnh 4.3.Cửa sổ Edit Base Extrusion
Hỡnh 4.4. Mụ hỡnh ba chiều của dầm.
4.2.2. Xõy dựng gối tựa và gối gia tải
Thực hiện tương tự với cấu kiện dầm chuyển đó được thực hiện ở trờn. 4.2.3. Xõy dựng cốt đai
Trờn vựng cụng cụ chọn biểu tượng (Create Part). Tại cửa sổ Create Part đặt tờn (Name), Modeling Space (sử dụng đối tượng mụ phỏng 3D), Type (loại phần tử Deformable), Base Feature (sử dụng dạng Wire, loại Planar).
Sau khi khởi động giao diện vẽ đồ họa hai chiều. Cỏc bước thực hiện tương tự đối với cấu kiện dầm.
Hỡnh 4.5. Mụ hỡnh hỡnh học hai chiều của cốt đai.
4.2.4. Xõy dựng cốt thộp dọc
Thực hiện tương tự như đối với cốt thộp đai. 4.2.5. Định nghĩa vật liệu
- Vật liệu bờ tụng
Trờn vựng cụng cụ sử dụng (Create Material). Trong cửa sổ Edit Material, đặt tờn cấu kiện (Name). Chọn Genera - Density, nhập giỏ trị Mass Density (khối lượng riờng bờ tụng). Chọn Mechanical - Elasticity - Elastic, trong cửa sổ Data nhập cỏc giỏ trị Young’s Modulus (hệ số Poisson của bờ tụng). Chọn Mechanical - Concrete Damaged Plasticity, trong mục Plasticity nhập thụng số mụ hỡnh phỏ hoại dẻo như Bảng 2.1. Trong mục Compressive Behavior nhập giỏ trị đường cong hệ ứng suất – biến dạng của miền bờ tụng chịu nộn như Hỡnh 2.14, tương tự trong mục Tensile Behavior nhập giỏ trị đường cong hệ ứng suất - biến dạng của miền bờ tụng chịu kộo như Hỡnh 2.16. Chọn OK, hoàn thành thiết lập thụng số cho bờ tụng.
Hỡnh 4.6. Xỏc định thụng số vật liệu bờ tụng.
- Vật liệu cốt thộp chịu lực
Trờn vựng cụng cụ sử dụng (Create Material). Trong cửa sổ Edit Material, đặt tờn cấu kiện (Name). Chọn General – Density, nhập giỏ trị Mass Density (khối lượng riờng thộp). Chọn Mechanical – Elasticity – Elastic, trong cửa sổ Data nhập giỏ trị Young’s Modulus (hệ số Poisson của thộp). Chọn Mechanical - Plasticity - Plastic, trong mục Plasticity nhập thụng số mụ hỡnh dẻo của thộp được trỡnh bày ở phần cơ sở lý thuyết, trong mục này nhập cỏc thụng số đường cong ứng suất - biến dạng của cốt thộp như Hỡnh 2.17. Nhấn OK, hoàn thành của sổ Edit Material của vật liệu thộp.
- Vật liệu của gối tựa và gối gia tải.
Thiết lập tương tự như cốt thộp chịu lực. 4.2.6. Định nghĩa thuộc tớnh mặt cắt ngang
- Bờ tụng
Sử dụng cụng cụ Create Section, xuất hiện cửa sổ Create Section. Đặt tờn tiết diện (Name), Category (đối tượng mụ phỏng, sử dụng đối tượng Solid), Type (tớnh
chọn thờm Material (vật liệu cho mặt cắt), cỏc lựa chọn khỏc sử dụng mặc định. Nhấn OK, hoàn thành định nghĩa cỏc thuộc tớnh mặt cắt. Định nghĩa tương tự cho gối tựa và gối gia tải.
Hỡnh 4.7. Cửa sổ định nghĩa thuộc tớnh mặt cắt cho bờ tụng
- Cốt thộp
Chọn biểu tượng (Create Section) trờn vựng thanh cụng cụ, đặt tờn mặt cắt (Name), Category (loại đối tượng, sử dụng đối tượng Beam), Type (loại phần tử, chọn Truss), cỏc thụng số khỏc chọn mặc định, nhấn Continue. Xuất hiện cửa sổ Edit Section, Material (vật liệu cốt thộp), Cross - Sectional Area (diện tớch mặt cắt ngang). Chọn OK để hoàn thành định nghĩa thuộc tớnh mặt cắt ngang cho cốt thộp. Định nghĩa tương tự cho cốt thộp đai.
Hỡnh 4.8. Cửa sổ định nghĩa thuộc tớnh mặt cắt cho cốt thộp.
4.2.7. Gỏn thuộc tớnh mặt cắt cho cấu kiện
Sử dụng chức năng Assign Section trờn vựng thanh cụng cụ, chọn đối tượng cần gỏn tiết diện trong vựng đồ họa, nhấn Done, xuất hiện cửa sổ Edit Section
Assignment. Trong mục Section (lựa chọn loại tiết diện), nhấn OK, hoàn thành định nghĩa gỏn thuộc tớnh. Thực hiện tương tự đối với cỏc cấu kiện Bờ tụng, cốt thộp chịu lực, gối tựa và gối gia tải.
Hỡnh 4.9. Cửa sổ Edit Section Assignment.
4.2.8. Định nghĩa lắp ghộp cấu kiện - Dầm bờ tụng - Dầm bờ tụng
Từ modul trờn thanh Mụi trường Enviroment, chọn Assembly. Sử dụng Instance Part trờn vựng thanh cụng cụ, xuất hiện cửa sổ Create Instance. Trong hộp thoại này, chọn Part (đối tượng lắp ghộp), Instance Type (loại đối tượng cần lắp ghộp). Nhấn OK để hoàn thành lắp ghộp đối tượng.
Hỡnh 4.10. Cửa sổ Create Instance
- Gối tựa và gối gia tải
Instance để di chuyển gối tựa và gối gia tải đỳng vào vị trớ mụ phỏng. Sau khi hoàn thành, nhấn Done và được mụ hỡnh như sau:
Hỡnh 4.11. Cửa sổ hoàn thành việc lắp ghộp bờ tụng, gối tựa và gối gia tải.
- Cốt thộp chịu lực
Sử dụng cụng cụ Instance Part trờn vựng thanh cụng cụ, xuất hiện cửa sổ Create Instance, Part (phần cấu kiện lắp ghộp), Instance Type (loại lắp ghộp đối tượng). Sử dụng phương phỏp này cho cả cốt thộp chịu lực và cốt đai. Chọn View - Assembly Display Option, cần hiển thị đối tượng nào để hiệu chỉnh thỡ đỏnh đấu vào đối tượng đú (sử dụng cụng cụ này để lắp ghộp chớnh xỏc từng đối tượng, trỏnh tỡnh trạng cỏc đối tượng bị che khuất khú thao tỏc). Sau khi thờm đủ cỏc đối tượng cần lắp ghộp, sử dụng cụng cụ Nhúm để nhúm cỏc thành phần khung thộp chịu lực (cốt đai và cốt chịu lực) thành một cấu kiện mới để dễ dàng theo tỏc. Sau đú, di chuyển nhúm cốt thộp vào vị trớ chớnh xỏc trong dầm bờ tụng. Kết quả thu được cuối cựng như sau:
Hỡnh 4.12. Hoàn thành việc lắp ghộp cỏc đối tượng.
4.2.9. Liờn kết giữa cốt thộp chịu lực và bờ tụng
Sử dụng chức năng Create Contraint trờn thanh cụng cụ. Trong của sổ này chọn Name (tờn loại ràng buộc), Type (loại ràng buộc do cốt thộp chịu lực và cốt đai theo loại nhỳng nờn sử dụng Embedded), nhấn Continue. Vựng thụng bỏo hiển thị “Select the embedded region”, lựa chọn thộp cần ràng buộc. Hiển thị “Select the method for host region”, nhấn nỳt Whole Model (gỏn toàn bộ đối tượng). Xuất hiện của sổ Edit Contraint. Sau đú, nhấn OK để thoỏt khỏi cửa sổ Edit Contraint, hoàn thành định nghĩa ràng buộc giữa cốt thộp và bờ tụng như hỡnh:
4.2.10. Liờn kết giữa điểm đặt lực và dầm bờ tụng
Để cú thể gỏn tải trọng lờn mụ hỡnh dầm bờ tụng cốt thộp, cần tạo một điểm đặt lực ảo để gỏn tải trọng cho dầm. Điểm đú là điểm tự chọn và phải cỏch mặt trờn lớp đệm thộp. Vỡ vậy, cần gỏn ràng buộc giữa điểm này và dầm bờ tụng cốt thộp. Trong trường hợp này, chỳng ta sử dụng loại ràng buộc Coupling.
Để tạo điểm gỏn tải trọng, sử dụng cụng cụ Create Reference Point trong modul Interaction, vựng thụng bỏo sẽ hiện thị “Select point to act as reference point – or enter X,Y,Z”, nhập tọa độ cần thiết. Kết thỳc lệnh nhấn Done. Sau khi hoàn thành hiển thị như hỡnh sau:
Hỡnh 4.14. Ràng buộc giữa điểm đặt lực và dầm bờ tụng.
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: