2.3 .Mơ hình vật liệu thép trong mô phỏng
3.3. Các bước mơ hình hóa dầm bê tông trên phần mền ABAQUS
3.3.1.5. Đục lỗ dầm bê tông
Thực hiện thao tác 2D
Trên vùng công cụ sử dụng biểu tượng (Create cut: extrude). Sau đó chọn mặt cần cắt để đục lỗ trên bê tông tương ứng với tiết diện và số lượng thanh thép dọc chịu lực như hình 3.46. Đối vùng đục lỗ tương ứng với cốt thép chịu kéo của bê tơng Geopolymer và bê tơng Xỉ thép thì đục lỗ đường kính Ø14, cịn bê tơng thường thì đường kính đục lỗ là Ø16.
Hình 3.46: giao diện 2D của vị trí đục lỗ
Vẽ hình ba chiều
Sau khi hồn thành khởi tạo mơ hình hai chiều. Nhấn nút Done trên vùng thông báo và chọn “Through all/ok”, mơ hình ba dầm bê tơng đục lỗ sau khi hồn thành cho như hình 3.47.
Hình 3.47: Mơ hình hình học ba chiều của dầm bê tơng đục lỗ 3.3.2. Định nghĩa vật liệu và thuộc tính mặt cắt.
Định nghĩa vật liệu và thuộc tính mặt cắt tương ứng với loại vật liệu đã được đề cập trong các thí nghiệm có kết quả sử dụng để mơ phỏng như phần 3.1.1.1 đã nêu
3.3.2.1. Định nghĩa vật liệu. Vật liệu bê tông. Vật liệu bê tông.
Trên vùng công cụ sử dụng (Create Material). Xuất hiện cửa sổ Edit Material, trong hộp thoại này Name (tên cấu kiện). Tiếp tục nhấn General – Density, trong cửa số này nhập giá trị Mass Density (khối lượng riêng bê tông). Tiếp tục lựa chọn
Mechanical – Elasticity – Elastic, trong cửa sổ Data nhập các giá trị Young’s
Modulus, hệ số poission của bê tông. Tiếp tục lựa chọn Mechanical – Concrete
Damaged Plasticity, trong mục Plasticity nhập thơng số mơ hình dẻo trình bày phần
3.1.3.3, trong mục Compressive Behavior nhập giá trị đường cong hệ ứng suất –
biến dạng của miền bê tông chịu nén như hình 3.51, tương tự trong mục Tensile Behavior nhập giá trị đường cong hệ ứng suất – biến dạng của miền bê tông chịu
kéo như hình 3.48. Cuối cùng chọn OK hồn thành thiếp lập thơng số cho vật liệu bê tơng.
Hình 3.48: Xác định thơng số vật liệu bê tông.
Vật liệu cốt thép chịu lực.
Trên vùng công cụ sử dụng (Create Material). Xuất hiện cửa sổ Edit Material, trong hộp thoại này Name (tên cấu kiện). Tiếp tục nhấn General – Density, trong cửa số này nhập giá trị Mass Density (khối lượng riêng thép). Tiếp tục lựa chọn
Mechanical – Elasticity – Elastic, trong cửa sổ Data nhập các giá trị Young’s
Modulus, hệ số poission của thép. Tiếp tục lựa chọn Mechanical – Plasticity -
Plastic, trong mục Plasticity nhập thơng số mơ hình dẻo trình bày phần 3.1.3.4,
trong mục này nhập các thông số đường cong hệ ứng suất - biến dạng của cốt thép. Kết thúc nhấn OK hoàn thành của số Edit Material.
Vật liệu thép đệm lực.
Thiết lập vật liệu cho thép đệm lực tương tự như đối với cốt thép chịu lực, nhưng thay đổi thông số vật liệu của thép đệm.
3.3.2.2. Định nghĩa thuộc tính mặt cắt. Bê tơng Bê tông
Để định nghĩa thuộc tính mặt cắt tiết diện sử dụng công cụ Create Section trên vùng công cụ, xuất hiện cửa số Create Section như hình 3.49. 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),
sau đó nhấn Continue. Xuất hiện cửa sổ Edit Section như hình 3.49 sau đó chọn thêm Material ( vật liệu cho mặt cắt), các lựa chọn khác sử dụng mặc định sau đó nhấn OK, hồn thành định nghĩa các thuộc tính mặt cắt như hình 3.49. Định nghĩa tương tự cho tấm đệm thép.
Hình 3.49: Cửa sổ định nghĩa thuộc tính mặt cắt cho bê tơng.
Cốt thép chịu lực (làm tương tự bê tông)
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 3.53. Trong hộp thoại này Name
sử dụng đối tượng Solid), Type (tính chất mặt cắt sử dụng Homogeneous), sau đó
nhấn Continue. Xuất hiện cửa sổ Edit Section như hình 3.50 sau đó chọn thêm Material ( vật liệu cho mặt cắt), các lựa chọn khác sử dụng mặc định sau đó nhấn OK, hồn thành định nghĩa các thuộc tính mặt cắt như hình 3.50. Định nghĩa tương tự cho tấm đệm thép.
Hình 3.50: Cửa sổ định nghĩa thuộc tính mặt cắt cho cốt thép chịu lực.
Cốt thép đai
Nhấn chọn biểu tượng (Create Section) trên vùng thanh công cụ, xuất hiện cửa sổ Create Section trong cửa sổ này: Name (tên thuộc tính mặt cắt), Category (loại đối tượng beam), Type (loại phần tử Truss), các thông số khác chọn mặc định, nhấn chọn Continue, xuất hiện cửa sổ như hình 3.51, Material (vật liệu lựa chon đúng vật liệu cho cốt thép), Cross-Sectional area (diện tích mặt cắt ngang). Chọn OK để hồn thành định nghĩa thuộc tính mặt cắt ngang cho cốt thép. Định nghĩa tương tự cho cốt thép đai.
Hình 3.51: Cửa sổ định nghĩa thuộc tính mặt cắt cho cốt thép đai.
3.3.2.3. Gán thuộc tính mặt cắt cho cấu kiện.
Gán thuộc tính mặt cắt cho cấu kiện sử dụng Assign Section trên vùng thanh cơng cụ, vùng thơng báo hiển thị như hình 3.52, chọn đối tượng cần gán tiết diện trong vùng đồ họa, nhấn Done, xuất hiện cửa sổ Edit Section Assignment như hình 3.53. Trong mục Section (lựa chọn loại tiết diện), sau đó nhấn OK, hồn thành định
nghĩa gán thuộc tính. Sử dụng tương tự đối với các cấu kiện Bê tông, cốt thép chịu lực, thép đệm.
Hình 3.52: Lựa đối tượng gán mặt cắt.
Hình 3.53: Cửa sổ Edit Section Assignment. 3.3.3. Định nghĩa lắp ghép cấu kiện.
3.3.3.1. Dầm bê tông
Từ modul trên thanh môi trường, lực chọn công năng Assembly. Sử dụng Instance Part trên vùng thanh cơng cụ, xuất hiện cửa sổ Create Instance như hình 3.54, trong hợp thoại này Part ( đối tượng đưa ra lắp ghép), Instance Type (loại đối tượng cần lắp ghép). Nhấn OK để hoàn thành lắp ghép đối tượng.
Hình 3.54: Cửa sổ Create Instance.
3.3.3.2. Đệm thép.
Để thêm đối tượng vào vùng lắp ghép thiết lập tương tự như đối với dầm bê tông. Sau thêm vào vùng làm việc. Sử dụng Translate Instance để di chuyển đệm thép đúng vào vị trí mơ phỏng. Sau khi hồn tất nhấn Done được như hình 3.55.
Hình 3.55: Cửa sổ sau khi hồn thành việc lắp ghép bê tông và đệm thép.
3.3.3.3. Cốt thép chịu lực.
Sử dụng công cụ Instance Part trên vùng thanh công cụ, xuất hiện cửa sổ Create Instance như hình 3.56, Part (phần cấu kiện lắp ghép), Instance Type (loại lắp ghép đối tượng). Sử dụng phương pháp này cho Cốt thép chịu lực và cốt đai. Tiếp theo đó vào View – Assembly Display Option, xuất hiện cửa sổ Assembly Display Option trong cửa sổ này cần xuất hiện đối tượng nào cần hiệu chỉnh thì đánh dấu vào đối tượng đó (sử dụng cơng cụ này để dễ dàng lắp ghép chính xác từng đối tượng tránh tình trạng các đối tượng bị che khuất khó thao tác). Sau khi tiến hành thêm đủ đối tượng cần lắp ghép vào vùng hoạt động. Để thuận tiện việc thao tác tiến hành, sử
dụng cơng cụ nhóm để nhóm các thành phần khung thép chịu lực (cốt đai và cốt chịu lực) thành một cấu kiện mới để dễ dàng thao tác trong quá trình thao tác. Cuối cùng tiến hành di chuyển nhóm cốt thép vào vị trí chính xác trong dầm bê tơng kết quả thu được cuối cùng như hình 3.56.
Hình 3.56: Hồn thành việc lắp ghép lưới thép
3.3.4. Định nghĩa ràng buộc.
Từ modul 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 Face: sketch” để tiến hành chia đối tượng dầm bê tông thành phần mặt như hình 3.57.
Hình 3.57: Mơ hình sau khi chia khối các đối tượng.
3.3.4.1. Ràng buộc giữa cốt thép đai và bê tông.
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), tiếp theo nhấn Continue, vùng thông báo hiển thị “Select the embedded region”, lựa chọn thép cần ràng buộc, vùng tiếp tục thông báo “Select the method for host region”, nhấn nút Whole Model (gán toàn bộ đối tượng) , xuất hiện của sổ Edit Contraint. Sau đó, nhấp OK để thốt khỏi cửa sổ Edit Contraint, hoàn thành định nghĩa ràng buộc giữa cốt thép và bê tơng như hình 3.58.
3.3.4.2. Ràng buộc giữa điểm đặt lực và dầm bê tơng.
Mơ hình dầm bê tơng cốt thép để có thể gán tải trọng lên dầm, cần phải tạo một điểm đặt lực ảo để gán tải trọng cho dầm. Điểm đó làm điểm tự chọn và phải thuộc mặt trên lớp đệm thép. Vì vậy, cần gán ràng buộc giữa điểm này và dầm 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 hiện thị “Select point to act as reference point – or enter X,Y,Z”, ta nhập tọa độ cần thiết. Kết thúc lệnh nhấn Done. Sau khi hồn thành hiển thị như hình 3.59.
Hình 3.59: Ràng buộc giữa điểm đặt lực và dầm bê tông.
3.3.4.3. Ràng buộc giữa thép chịu lực và dầm bê tông.
Ràng buộc giữa cốt thép chịu lực và bê tông là vấn đề quan trọng mà đề tài nghiên cứu này muốn đề cập tới. Trong các mơ phỏng của các nghiên cứu trước thì các tác giả thường sử dụng thép chịu lực là đối tượng sợi “Wire” và được mặc định gắn chặt “Embedded” vào bê tông và khơng đề cập tới tính nhớt “Viscosity” giữa bê tơng và cốt thép. Đề tài nghiên cứu này tính nhớt ‘Viscosity” được đề cập và vận dụng vào phân tích tính tốn trong liên kết giữa cốt thép chịu lực và bê tơng.
Đề tài sẽ mơ hình ba trường hợp khác nhau và các phương pháp thực hiện sẽ được thể hiện chi tiết dưới đây:
Trường hợp 1: Cốt thép chịu lực là đối tượng “Solid” và được liên kết với bê tông bằng hàm “Viscosity” thể hiện sự bám dính khơng hồn hảo giữa bê tơng và cốt thép.
Định nghĩa ràng buộc
Để định nghĩa ràng buộc giữa thép chịu lực và bê tông ta vào mục Create interaction property chọn Contact. Sẽ xuất hiện cửa sổ “Edit contact property”. Tiếp theo chọn Mechanical/Damaga và Mechanical/Cohesive behavior để chọn đặc tính liên kết:
Trong mục Cohesive behavier chọn các dòng trạng thái như hình 3.60 để chọn phương pháp tương tác bề mặt cũng như hệ số độ bền của liên kết hệ số được tham khảo từ thí nghiệm kéo tuột trên mục 2.4.
Hình 3.60: chọn phương pháp tương tác bề mặt
Trong mục Damaga chọn các dòng trạng thái để chọn lực tối đa, năng lượng phá hoại, và hệ số nhớt cho liên kết các hệ số được tham khảo từ thí nghiệm kéo tuột trên mục 2.4.
Đầu tiên: Lực kéo lớn nhất khi thép bắt đầu tuột được lấy tương ứng với lực phá hoại lớn nhất được tham khảo từ thí nghiệm kéo tuột như hình 3.61.
Hình 3.61: chọn lực kéo lớn nhất
Tiếp theo sự phát triển: Ta lựa chọn năng lượng phá hoại lớn nhất tương ứng với diện tích của vùng bị phá hoại được tham khảo thì biểu đồ trong thí nghiệm kéo tuột như hình 3.62.
Hình 3.62: chọn chọn năng lượng phá hoại lớn nhất
Sự ổn định: Ta lựa chọn hệ số của độ nhớt bằng với hệ số của độ nhớt được định nghĩa trong đặc trưng cả vật liệu bê tơng như hình 3.63.
Hình 3.63: chọn hệ số của độ nhớt
Gán ràng buộc cho bê tông và cốt thép
Trên thanh công cụ Interaction Chúng ta vào mục Create interaction khi cửa sổ Create interaction xuất hiện chúng ta lựa chọn Surface – to – surface để gán liên kết
cho bê thơng và cốt thép hình 3.64.
Hình 3.64: gán liên kết cho bê thông và cốt thép
Tiếp theo chúng ta lựa chọn mặt chủ tiếp xúc là các mặt được đục lỗ trên dầm bê tơng giống hình 3.65.
Hình 3.65: lựa chọn mặt chủ tiếp xúc
Sau đó chúng ta lựa chọn mặt tiếp xúc lệ thuộc trên các thanh thép chịu lực như hình 3.66.
Hình 3.66: lựa chọn mặt tiếp xúc lệ thuộc
Kết thúc việc gán ràng buộc giữa cốt thép và bê tông bằng cách nhấp vào “Ok”. Ràng buộc được thể hiển như hình 3.67.
Hình 3.67: hồn thành gán ràng buộc giữa cốt thép và bê tông
Trường hợp 2: Cốt thép chịu lực là đối tượng “Solid” và được liên kết với bê tông bằng hàm “Tie” Không đề cập tới hệ số nhớt giữa bê tơng và cốt thép qua đó coi như thép liên kết dính vào bê tơng.
Để định nghĩa và gán ràng buộc giữa thép chịu lực và bê tông ta vào mục “Create Constraint” chọn “Tie”. Ta sẽ chọn mặt chủ của liên kết là mặt tiếp xúc của bê tơng như hình 3.68.
Hình 3.68: Lựa chọn mặt chủ tiếp xúc
Tiếp theo ta chọn mặt lệ thuộc là mặt tiếp xúc của thép chịu lực như hình 3.69
Hình 3.69: Lựa chọn mặt lệ thuộc tiếp xúc
Kết thúc việc gán ràng buộc giữa cốt thép và bê tông bằng cách nhấp vào “Ok”. Ràng buộc được thể hiển như hình 3.70.
Trường hợp 3: Cốt thép chịu lực là đối tượng “Wire” và được liên kết với bê tông bằng hàm “Embedded” Không đề cập tới hệ số nhớt giữa bê tông và cốt thép qua đó coi như thép liên kết dính vào bê tơng
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), tiếp theo nhấn Continue, vùng thông báo hiển thị “Select the embedded region”, lựa chọn thép cần ràng buộc, vùng tiếp tục thông báo “Select the method for host region”, nhấn nút Whole Model (gán toàn bộ đối tượng) , xuất hiện của sổ Edit Contraint. Sau đó, nhấp OK để thốt khỏi cửa sổ Edit Contraint, hồn thành định nghĩa ràng buộc giữa cốt thép và bê tơng như hình 3.71.
Hình 3.71: Ràng buộc giữa cốt thép và bê tông.
3.3.4.4. Ràng buộc giữa tấm thép đệm và dầm bê tông.
Tấm thép đệm ở gối và ở nhịp khi chúng ta tạo chưa có sự liên kết với dầm. Vì vậy, chúng ta cần tạo sự liên kết giữa tấm thép đệm và dầm bê tông cốt thép (như bên ngoài thực nghiệm theo phương đứng), để dễ dàng tính tốn, giả thiết chúng dính chặt nhau theo phương đứng. Trong trường hợp này sử dụng loại ràng buộc Tie.
Để ràng buộc Tie, sử dụng công cụ Create Constraint trong modul Interaction, xuất hiện cửa sổ Create Constraint, lựa chọn phương thức Tie, nhấn Continue. Vùng thông báo tiếp tục hiển thị “Select region for master type” , tiếp theo nhấn nút
đưa chuột chọn vùng tiếp xúc dầm bê tông của tấm thép, nhấn Done. Vùng hiển thị tiếp tục hiển thị “Choose the slave type”, nhấn nút Surface, dùng chuột chọn phần tiếp xúc tấm thép của dầm bê tơng, sau đó nhấn Done, xuất hiện cửa sổ Edit Constraint, chấp nhận các mặc định nhấn OK. Hoàn thành việc ràng buộc giữa tấm thép và dầm bê tơng sẽ hiện thị như hình 3.72.
Hình 3.72: Ràng buộc giữa tấm thép và dầm bê tông. 3.3.5. Định nghĩa tải trọng và điều kiện biên. 3.3.5. Định nghĩa tải trọng và điều kiện biên.
Từ Modul trên thanh môi trường, lựa chọn công năng Load để định nghĩa tải trọng và điều kiện biên.
3.3.5.1. Định nghĩa tải trọng.
Trong phần thí nghiệm dầm bê tông 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 dầm khi tác dụng tải
Thiết lập quy luật tải trọng, vào Tool – Amplitudes – Create, xuất hiện cửa sổ Create Amplitudes, sau đó nhấn Continue, xuất hiện cửa sổ Edit Amplitudes, tiếp hành nhập quy luật tải theo thời gian, sau đó nhấn OK hồn thành.
Gán tải trọng cho dầm, trong phần này chúng ta tiếp hành gán chuyển vị cho dầm thay vì gán lực. Vì theo một số nghiên cứu của các tác giả (Wahalathantri, Thambiratnam, Chan, Fawzia, 2011) đề xuất nên sử dụng phương pháp gán tải trọng cho dầm bằng chuyển vị sẽ cho kết quả hội tụ hơn so với phương pháp gán tải lực. Vì vậy, trong nghiên cứu này chúng ta sử dụng phương pháp gán tải trọng bằng chuyển vị cho dầm.
Gán tải trọng cho dầm, sử dụng công cụ Create Boundary Condition trong modul Load. Sau khi nhấn vào công cụ này, xuất hiện cửa số Create Boundary Condition,