Mụ phỏng tương tỏc giữa bờ tụng và cốt thộp

2.1. Cỏc mụ hỡnh ứng xử của bờ tụng và cốt thộp

2.1.3. Mụ phỏng tương tỏc giữa bờ tụng và cốt thộp

2.1.3.1. Biểu diễn hỡnh học sự cú mặt của cỏc cốt thộp

Cỏc phần tử cốt thộp trong kết cấu bờ tụng cốt thộp cú thể được biểu diễn khụng liờn tục hoặc liờn tục tuỳ theo từng tiếp cận tớnh toỏn:

Nếu biểu diễn khụng liờn tục thỡ cỏc cốt thộp được mụ phỏng bằng cỏc phần tử thanh liờn kết với mụi trường liờn tục là bờ tụng bằng cỏc liờn kết đặc biệt.

Nếu biểu diễn liờn tục thỡ một nhúm thanh cốt thộp cú gúc định hướng ϕ biết trước được xem như là một dải thộp cú chiều dày phụ thuộc vào hàm lượng thộp theo hướng này hai khả năng ứng xử đơn hướng hoặc nhị hướng của dải thộp này cú thể được tớnh đến. Nếu ứng xử đơn hướng cốt thộp là một dải cứng nằm dọc theo hướng của cỏc cốt thộp và phõn bố đều trờn tồn phần tử hai dải theo hai phương khỏc nhau sẽ tạo nờn một lưới cốt thộp cú chiều dày phụ thuộc vào hàm lượng thộp theo mỗi hướng. Nếu ứng xử là nhị hướng lưới cốt thộp trờn được biểu diễn bằng một lớp cốt thộp ứng xử nhị hướng cú mụ đun đàn hồi Ea và Eb khỏc nhau theo mỗi hướng như là đối với vật liệu trực hướng [21 23]..

(a) Biểu diễn khụng liờn tục. (b) Biểu diễn liờn tục đồng nhất hoỏ. Hỡnh 2. 7: Biểu diễn sự cú mặt của cốt thộp trong bờ tụng.

Đối với cỏc kết cấu bờ tụng làm việc chủ yếu chịu uốn như cỏc bộ phận kết cấu cỏc cụng trỡnh giao thụng thỡ mụ phỏng sự cú mặt của cốt thộp trong bờ tụng dạng khụng liờn tục như trường hợp thứ nhất là sự lựa chọn tối ưu cũn biểu diễn đồng nhất hoỏ như trường hợp liờn tục là khụng cần thiết và làm phức tạp tớnh toỏn nú chỉ phự hợp với cỏc kết cấu cú sự làm việc phức tạp hơn như lũ phản ứng hạt nhõn…

2.1.3.2. Biểu diễn liờn kết bờ tụng - cốt thộp

Liờn kết bờ tụng- thộp đảm bảo sự tồn tại của cỏc kết cấu bờ tụng cốt thộp cho phộp truyền cỏc hiệu ứng của tải trọng giữa chỳng khi chịu tải. Để mụ phỏng liờn kết này cú những cỏch như sau:

− Giả thiết liờn kết giữa bờ tụng và cốt thộp là tuyệt đối bỏ qua cỏc hiệu ứng tỏch rời của hai vật liệu này trong quỏ trỡnh tớnh toỏn. Đõy là giải phỏp đơn giản nhất mặc dự chưa phản ảnh được sự làm việc thực của cỏc cốt thộp trong bờ tụng.

− Sử dụng cỏc phần tử đặc biệt (liờn tục hoặc khụng): Hoặc sử dụng phần tử liờn kết dạng lũ xo (bond link element) chỉ liờn kết hai nỳt ở mỗi bờn của mặt tiếp xỳc cần mụ phỏng. Hoặc định nghĩa một phần tử liờn kết mụ phỏng sự phỏ hoại của bờ tụng xung quanh cốt thộp một sự xấp xỉ về tương tỏc của chuyển vị tương đối lực truyền sẽ được tớnh toỏn. Đặc trưng của phần tử này cú được từ luật dớnh kết (τ-γ). Nhược điểm của việc sử dụng cỏc phần tử đặc biệt là sự khú khăn khi xỏc định chớnh xỏc luật ứng xử của mặt tiếp xỳc và gỏn lưới phần tử với mật độ bố trớ cốt thộp.

− Sử dụng một luật ứng xử đặc biệt cho cỏc phần tử bờ tụng ở vựng tiếp xỳc với cốt thộp: Theo cỏch này ngồi cỏc phần tử bờ tụng với luật ứng xử riờng được sử dụng cho cỏc vựng bờ tụng cỏch xa ảnh hưởng của cỏc cốt thộp thỡ cần giả thiết một luật ứng xử cho cỏc vựng bờ tụng lõn cận cỏc cốt thộp cú chịu ảnh hưởng tương tỏc với cỏc cốt thộp. Nhược điểm của phương phỏp này là vậy việc đỏnh giỏ cỏc ảnh hưởng của cỏch bố trớ cốt thộp hỡnh dạng và số lượng cỏc cốt thộp… đến ứng xử của bờ tụng một cỏch chớnh xỏc là rất khú khăn.

− Biến đổi luật ứng xử của một trong hai vật liệu: Tương tỏc bờ tụng - thộp cú thể được mụ phỏng một cỏch tổng quỏt bằng cỏch biến đổi ứng xử của một trong hai vật liệu để đưa vào ứng xử của mặt tiếp xỳc: Cỏc luật này cú thể được suy ra trực tiếp từ cỏc thớ nghiệm (vớ dụ thớ nghiệm thanh bờ tụng cốt thộp chịu kộo...) thụng thường cỏch biến đổi luật ứng xử của bờ tụng được dựng nhiều hơn là biến

đổi luật ứng xử của thộp. Đõy là một hướng cũng đang được nhiều tỏc giả ỏp dụng tuy nhiờn mức độ chớnh cỏc thỡ cần phải xem xột thờm.

Sự tương tỏc giữa cỏc thành phần ảnh hưởng đỏng kể đến ứng xử thực của mẫu và ứng xử mụ phỏng của mẫu. Việc mụ phỏng lại tương tỏc giống với thực tế là khú do cú nhiều yếu tố ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa cỏc thành phần. Thực tế giữa bờ tụng và cốt thộp luụn cú sự trượt tương đối song trong phạm vi luận ỏn này để đơn giản hoỏ tớnh toỏn tỏc giả sử dụng chủ yếu giả thiết liờn kết tuyệt đối giữa bờ tụng và cốt thộp bỏ qua cỏc hiệu ứng tỏch rời của hai vật liệu này trong quỏ trỡnh tớnh toỏn để mụ phỏng cỏc vớ dụ cỏc kết cấu bờ tụng cốt thộp chịu tải trọng. Cú 3 dạng mụ hỡnh tương tỏc giữa bờ tụng và cốt thộp được sử dụng rộng rĩi trong cỏc phần mềm chuyờn dụng Abaqus Ansys Midas FEA được sử dụng trong luận ỏn này là mụ hỡnh phõn tỏn mụ hỡnh rời rạc và mụ hỡnh nhồi [92].

Hỡnh 2. 8: Dạng tương tỏc giữa cốt thộp với bờ tụng [76].

Mụ hỡnh nhồi (embedded) là mụ hỡnh phức tạp nhất trong ba mụ hỡnh kể trờn. Khi mụ hỡnh cần xỏc định được điểm cú đồng chuyển giữa bờ tụng và cốt thộp. Đõy là việc khỏ phức tạp vỡ cú thờm nhiều thụng số trong tớnh toỏn tuy nhiờn mụ hỡnh cú xột đến dạng phỏ hoại và cú xột đến thể tớch bờ tụng bị chiếm chỗ bởi cốt thộp. Do vậy sử dụng mụ hỡnh này cho cỏc mụ hỡnh húa ở vựng cục bộ là hợp lý.

Tương tỏc giữa tấm thộp gia tải cỏc gối đỡ với bề mặt bờ tụng được lựa chọn dạng “hard contact”. Đõy là mụ hỡnh cho phộp kể đến tương tỏc của cỏc bề mặt cứng tiếp xỳc với nhau cú kể đến hệ số ma sỏt và dạng phỏ hoại. Cỏc bề mặt chỉ

tương tỏc khi chịu nộn điều này sẽ cho phộp mụ phỏng lại sự khụng dớnh bỏm tuyệt đối của bờ tụng và thộp.