2.3 .Mơ hình vật liệu thép trong mô phỏng
3.2.6. Chia lưới cho cấu kiện dầm
Chia lưới cho cấu kiện dầm sử dụng công cụ Mesh từ modul trên thanh môi trường.
3.2.6.1. Thiết lập lưới.
Để thiếp lập lưới cho cấu kiện dầm, sử dụng công cụ Seed Part. Sau khi nhấn vào lệnh, xuất hiện cửa sổ Global Seeds như hình 3.27, trong cửa sổ này, Approximate global size (kích thước chia lưới), tiếp tục nhấn Apply. Sau khi hoàn thành thiết lập hiển thị như hình 3.28.
Hình 3.28: Mơ hình thiết lập chia lưới.
3.2.6.2. Phân chia lưới cho cấu kiệm dầm.
Phân chia lưới cho cấu kiện dầm, sử dụng công cụ Mesh Part trên thanh công cụ Mesh. Sau nhấn vào thanh cơng cụ này, xuất hiện thơng báo như hình 3.29. Sau đó chọn đối tượng, nhấn Yes, dựa vào định nghĩa ở phần thiết lập trên, mơ hình sẽ tự động chia đối tượng như đã thiếp lập phần trên. Sau khi chia lưới hoàn thành xuất hiện như hình 3.30.
Hình 3.29: Thơng báo về chia lưới.
Hình 3.30: Mạng lưới phần tử hữu hạn dầm bê tơng. 3.2.7. Thiết lập các bước phân tích. 3.2.7. Thiết lập các bước phân tích.
Thiếp lập các bước phân tích đối với dầm bê tông sử dụng công năng Step trên thanh modul. Sau khi nhấn vào thanh công cụ trên, xuất hiện cửa sổ Create Step. Trong cửa sổ này, Name (tên loại phân tích), Procedure type (loại phân tích), cuối
cùng nhấp Continue. Xuất hiện cửa sổ Edit Step như hình 3.31, trong của sổ này, Time Period (chu kỳ thời gian), sau khi hoàn thành thiết lập nhấn OK.
Hình 3.31: Cửa sổ Edit Step. 3.2.8. Cơng tác phân tích. 3.2.8. Cơng tác phân tích.
Từ thanh cơng cụ modul trên thanh môi trường, lựa chọn chức năng Job để tiến hành phân tích.
3.2.8.1. Định nghĩa cơng tác phân tích.
Sử dụng biểu tượng (Create Job) trên thanh công cụ, xuất hiện cửa sổ như hình 3.32. 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 3.33, chấp nhận các phân tích nhấn OK. Hồn thành các bước định nghĩa cơng tác phân tích.
Hình 3.33: Cửa sổ Edit Job.
3.2.8.2. 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 3.34. 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.
3.3. Các bước mơ hình hóa dầm bê tơng trên phần mền ABAQUS.
Trong đề tài này dầm bê tông cốt thép được mô phỏng với ba loại vật liệu khác nhau là bê tông thường, bê tông xỉ và bê tông Geopolymer.
Phương pháp mơ phỏng cũng có ba hình thức khác nhau gồm:
- Trường hợp 1: Thép chịu lực là “Solid”, ràng buộc giữa bê tông cốt
thép có đề cập tới “Viscosity”
- Trường hợp 2: Thép chịu lực là “Solid”, Cốt thép được “Tie” vào bê
tông
- Trường hợp 3: Thép chịu lực là “Wire”, Cốt thép “Embedded” vào bê
tông
3.3.1. Xây dựng cấu kiện.
Việc xây dựng các cấu kiện, từ modul trên thanh trong môi trường làm việc của phần mền Abaqus và lựa chọn công năng Part trên thanh modul.
3.3.1.1. Cấu kiện dầm bê tông. Xây dựng cấu kiện Xây dựng cấu kiện
Trên vùng công cụ sử dụng biểu tượng (Create Part) . Sau đó xuất hiện cửa sổ Create Part như hình 3.35. Trong của số này Name (đặt tên cấu kiện, Modeling Space (sử dụng đối tượng mô phỏng 3D), Type (loại phần tử sử dụng phần tử deformable), Base Feature (trong mục này chúng ta sử dụng dạng Solid, loại Extrusion, xấp xỉ phần tử 3).
Vẽ hình hai chiều.
Sau khi khởi tạo giao diện vẽ đồ họa hai chiều, nhấn biểu tượng (Create lines connected) trên vùng thanh công cụ, ở vùng thông báo hiển thị “Pick a starting point for line or enter X Y” (chọn điểm bắt đầu của đường thẳng hoặc nhập tọa độ X Y), màn hình đồ họa xuất hiện điểm bắt đầu của đường thẳng, vùng thông báo tiếp tục hiển thị “Pick an end point for line or enter X Y” (chọn điểm kết thúc của đường thẳng hoặc nhập tọa độ), trong màn hình xuất hiện một đường thẳng liên tục. Vùng thông báo tiếp tục hiển thị lựa chọn điểm cuối của đường thẳng, lần lượt nhập tọa độ vị trí các điểm đến khi hồn thành mặt cắt dọc dầm như hình 3.36. Cuối cùng nhấn Esc trên bàn phím để kết thúc lệnh vẽ.
Hình 3.36: Mơ hình hình học hai chiều cấu kiện bê tông.
Sau khi thiết lập được mơ hình hình học hai chiều cấu kiện. Sử dụng lệnh Add Dimension trên vùng công cụ tiến hành đo kiểm tra kích thước dầm như hình 3.37.
Hình 3.37: Kích thước mơ hình hình học hai chiều cấu kiện bê tông.
Cuối cùng, sử lệnh Save Model Database trên thanh công cụ để lưu mặt cắt vừa thiếp lập.
Vẽ hình ba chiều.
Sau khi hoàn thành vẽ mặt cắt dọc dầm, vùng thơng báo hiển thị như hình 3.38, nhấn nút Done xuất hiện của sổ Edit Base Extrusion (thiếp lập Depth chiều cao của dầm), sau đó nhấn OK để xác nhận và thốt khỏi cửa sổ. Mơ hình dầm bê tơng sau khi hồn thành như hình 3.39.
Hình 3.38: Cửa số Edit Base Extrusion.
Hình 3.39: Mơ hình ba chiều của cấu kiện dầm bê tơng.
3.3.1.2. Cấu kiện tấm đệm thép. Xây dựng cấu kiện Xây dựng cấu kiện
Cấu kiện tấm thép đệm ở gối và tấm thép đệm lực khởi tạo tương tự như đối với cấu kiệm dầm bê tơng.
Vẽ hình hai chiều
Khởi tạo giao diện vẽ đồ họa hai chiều tương tự như đối với dầm bê tông . Sau khi khởi tạo thành cơng xuất hiện như hình 3.40.
Hình 3.40: Mơ hình hai chiều của cấu kiện tấm đệm thép.
Vẽ hình ba chiều
Việc khởi tạo cấu kiện ba chiều của cấu kiện đệm thép tương tự đối với cấu kiện dầm bê tông. Sau khi khởi tạo thành cơng xuất hiện hình 3.41.
Hình 3.41: Mơ hình ba chiều của cấu kiện tấm đệm thép.
3.3.1.3. Cấu kiện cốt thép đai. Xây dựng cấu kiện Xây dựng cấu kiện
Trên vùng công cụ sử dụng biểu tượng (Create Part). Sau đó xuất hiện cửa sổ Create Part như hình 15. Trong của số này Name (đặt tên cấu kiện, Modeling Space (sử dụng đối tượng mô phỏng 3D), Type (loại phần tử sử dụng phần tử deformable), Base Feature (trong mục này chúng ta sử dụng dạng Wire, loại Planar).
Vẽ hình hai chiều
Sau khi khởi động giao diện vẽ đồ họa hai chiều. Các bước thực hiện tương tự đối với cấu kiện dầm. Sau khi khởi tạo hình vẽ hai chiều tiến hành đo kích thước kiểm tra như hình 3.42.
Hình 3.42: Mơ hình hình học hai chiều của cốt đai.
Vẽ hình ba chiều
Sau khi hồn thành khởi tạo mơ hình hai chiều. Nhấn nút Done trên vùng thơng báo, mơ hình ba chiều vịng thép đai sau khi hồn thành cho như hình 3.43.
Hình 3.43: Mơ hình hình học ba chiều của cốt đai.
3.3.1.4. Cấu kiện cốt thép dọc chịu lực. Xây dựng cấu kiện Xây dựng cấu kiện
Cấu kiện tấm thép đệm ở gối và tấm thép đệm lực khởi tạo tương tự như đối với cấu kiệm dầm bê tông. Đối cốt thép chịu kéo của bê tông Geopolymer và bê tông xỉ thép thì xây dựng cấu kiện thép đường kính Ø14, cịn bê tơng thường thì thép Ø16.
Vẽ hình hai chiều
Khởi tạo giao diện vẽ đồ họa hai chiều tương tự như đối với dầm bê tông . Sau khi khởi tạo thành cơng xuất hiện như hình 3.44.
Hình 3.44: Mơ hình hình học hai chiều của cốt thép dọc.
Vẽ hình ba chiều
Sau khi hồn thành khởi tạo mơ hình hai chiều. Nhấn nút Done trên vùng thơng báo, mơ hình ba chiều thép dọc chịu lực sau khi hồn thành cho như hình 3.45.
Hình 3.45: Mơ hình hình học ba chiều của cốt thép dọc
3.3.1.5. Đục lỗ dầm bê tông. Thực hiện thao tác 2D 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 tông Geopolymer và bê tông 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 tông 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 tơng 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 tông 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 công cụ, vùng thông 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 tơng, 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 công 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 tơng 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 tơng 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 tông.
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