2.3 .Mơ hình vật liệu thép trong mô phỏng
3.3. Các bước mơ hình hóa dầm bê tông trên phần mền ABAQUS
3.3.4.4. 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 tông 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,
trong của sổ này Name (tên tải trọng), Step (bước thiếp lập), Category (loại đối tượng gán), Type for Select Step (cách gán tải trọng trong phần này chúng ta sử dụng chuyển vị), nhấn Continue. Vùng thông báo sẽ hiện thị “Select regions for the Boundary Condition”, dùng chuột chọn điểm đặt lúc mà chúng ta đã tạo phần ràng buộc, sau đó nhấn Done. Xuất hiện cửa sổ Edit Boundary Condition như hình 3.73. Tiến hành nhập giá trị chuyển vị thu được từ thí nghiệm nhấn OK để hồn tất.
Hình 3.73: Cửa sổ Edit Boundary Condition.
3.3.5.2. Định nghĩa điều kiện biên.
Sử dụng công cụ Create Boundary Condition trong modul Load. Trong phần này thiếp lập tương tự đối với phần định nghĩa tải trọng. Tuy nhiên trong cửa sổ Edit Boundary Condition, thì chúng ta chọn chuyển vị bằng khơng thay vì nhập giá trị như ở phần gán tải trọng.
3.3.6. Chia lưới cho cấu kiện dầm.
Chia lưới cho cấu kiện dầm sử dụng công cụ Mesh từ modul trên thanh môi trường.
3.3.6.1. 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 3.74, 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 3.75.
Hình 3.74: Cửa sổ Global Seeds.
Hình 3.75: Mơ hình thiết lập chia lưới.
3.3.6.2. 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 khi nhấn vào thanh công cụ này, xuất hiện thơng báo như hình 3.76. 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 3.77.
Hình 3.77: Mạng lưới phần tử hữu hạn dầm bê tông. 3.3.7. Thiết lập các bước phân tích. 3.3.7. Thiết lập các bước phân tích.
Thiếp lập các bước phân tích đối với dầm bê tơng 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 3.78, trong của sổ này, Time Period (chu kỳ thời gian), sau khi hồn thành thiết lập nhấn OK.
Hình 3.78: Cửa sổ Edit Step. 3.3.8. Cơng tác phân tích. 3.3.8. Cơng tác phân tích.
Từ thanh cơng cụ modul trên thanh môi trường, lựa chọn chức năng Job để tiến hành phân tích.
3.3.8.1. Định nghĩa cơng tác phân tích.
Sử dụng biểu tượng (Create Job) trên thanh công cụ, xuất hiện cửa sổ như hình 3.79. Trong cửa sổ này, Name (tên công tác phân tích), sau khi đặt tên cơng 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 ( hồn 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. 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 q 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 nguyên 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 khơng chạy được mô phỏng.
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ SO SÁNH THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH MƠ PHỎNG DẦM BÊ TÔNG 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 tơng 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 thơng qua các thiết lập thông số cho phần mềm Abaqus . Vì phần mềm Abaqus là phần mềm mơ 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 tơng 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 tông bê tông. 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. 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 tơng 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 mô 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 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 tông 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
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 tông 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 tông 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
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