CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG CỘT CFT
3.2: Khảo sát ứng xử của bê tông trong khung thực tế CFT sử dụng ống thép bê tông được gia cố bằng các mối hàn ngang
3.2.2: Ảnh hưởng của dầm và tải trọng tác dụng lên mặt đỉnh ống thép và mặt đỉnh lõi bê tông cột CFT
Trong mục này chúng ta sử dụng mô hình hoàn toàn giống mô hình sử dụng. Do
đó trong mục này chúng ta sẽ không trình bày lại mô hình và chỉ tập trung vào phân tích kết quả. Trước khi đi vào phân tích kết quả chúng ta trình bày sơ bộ điều kiện làm việc của khung.Trong mục này tiến hành khảo sát đánh giá sự làm việc của khung trong hai điều kiện trái ngược nhau: Trường hợp 1,khung chịu đồng thời của lực tác dụng lên dầm như trình bày , ngoài ra khung còn chịu tác dụng của lực đặt trên đỉnh ống thép, và chân lõi bê tông bị ngàm; Trường hợp 2, khung chịu đồng thời của lực tác dụng lên dầm như trình bày trong , ngoài ra khung còn chịu tác dụng của lực đặt trên đỉnh lõi bê tông, và chân ống thép bị ngàm
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
0.0 2.0x106 4.0x106 6.0x106 8.0x106 1.0x107 1.2x107
Force [N]
Displacement [mm]
Longitudinal displacement in core-force curve
0 10 20 30 40 50
0.0 2.0x106 4.0x106 6.0x106 8.0x106 1.0x107 1.2x107
Force [N]
Displacement [mm]
Longitudinal displacement in tube-force curve
Hình 3.37.Đường cong chuyển vị lực trong lõi trong trường hợp 1
Hình 3.38. Đường cong chuyển vị lực trong ống trong trường hợp 1
0 10 20 30 40 50
0.0 2.0x106 4.0x106 6.0x106 8.0x106 1.0x107 1.2x107
Force [N]
Displacement [mm]
Longitudinal displacement in core-force curve
0 10 20 30
0.0 2.0x106 4.0x106 6.0x106 8.0x106 1.0x107 1.2x107
Force [N]
Displacement [mm]
Longitudinal displacement in tube-force curve
Hình 3.39. Đường cong chuyển vị lực trong lõi trong trường hợp 2
Hình 3.40. Đường cong chuyển vị lực trong ống trong trường hợp 2
Trường hợp 1: khi tác dụng lực trên đỉnh ống thép, dựa vào đường cong quan hệ chuyển vị-lực, xác định được cường độ chịu lực của khung là
, kết quả này được trình bày trong hình Hình, tương ứng với chuyển vị
, lúc này ống thép bị mất ổn định cục bộ tại đỉnh, gây ra chuyển vị cục bộ theo phương x và phương z rất lớn dẫn đến mẫu bị phá hoại. Kết quả được chứng minh
trong hình Hình, Hình và Hình. Kết quả trên hình Hình cho thấy chuyển vị trong lõi bê tông rất bé so với chuyển vị trong ống thép. Điều này chứng tỏ khi tác dụng tải trọng trên đỉnh ống thép thì sự truyền lực từ ống thép sang lõi bê tông kém, không phát huy khả năng làm việc chung giữa ống thép và lõi bê tông trong khung. Một trong những nguyên nhân khi tác dụng lực trên đỉnh ống thép gây ra ứng suất tập trung lớn trong ống thép tại khu vực đầu cột, và gây hiện tượng mất ổn định cục bộ làm ống thép có xu hướng chuyển vị ra ngoài lõi bê tông, làm giảm khả năng tiếp xúc giữa ống thép và lõi. Trường hợp này khung sớm bị phá hoại.
Hình 3.41. Phổ chuyển vị phương X trong trường hợp 1
Hình 3.42. Phổ chuyển vị phương Z trong trường hợp 1
Hình 3.43. Phổ chuyển vị phương X trong trường hợp 2
Hình 3.44. Phổ chuyển vị phương Z trong trường hợp 2
Trường hợp 2: khi tác dụng tải trọng trên đỉnh lõi bê tông biến dạng trong lõi bê tông lớn, kết quả này đã được phân tích trong mục 3.1. Do hiệu ứng giam cầm sự tiếp xúc giữa ống thép và lõi lớn. Do đó trong trường hợp này sự làm việc chung giữa ống thép và lõi bê tông tốt hơn so với trường hợp 1. Kết quả này được chứng minh dựa trên quan hệ chuyển vị-lực trong lõi và ống thép cho trong hình Hình và Hình, trong trường hợp này chuyển vị trong ống thép đạt 72% so với chuyển vị trong lõi bê tông. Như vậy
khi tác động lực lên đỉnh lõi bê tông thi phát huy sự làm việc chung giữa ống thép và lõi hơn so với trường hợp 1. Nhưng một kết quả khá quan trong là vì sao giữa ống thép và lõi bê tông làm việc chung tốt nhưng cường độ chịu lực cuả khung vẫn không thay đổi vẫn bằng với cường độ chịu lực trong trường hợp 1 là . Kết quả nầy có thể được giải thích là toàn bộ tải trọng tác động lên đỉnh lõi bê tông, thông qua sự tiếp xúc giữa ống thép và lõi nền một phần lực tác động này được truyền sang ống thép.
Đặc biệt thông qua hai đường hàn gia cố tại vị trí top and bot-ring gần như truyền sang ống thép. Đồng thời tải trọng tác động lên hai dầm liên kết vào cột cũng sẽ truyền vào ống thép. Toàn bộ tải trọng nầy tập trung vào vị trí tại bot-ring nên sẽ gây ra ứng suất tập trung lớn trong ống thép tại khu vực dưới bot-ring. Kết quả được cho trong hình Hình Điều này dẫn đến sự mất ổn định cục bộ tại khu vực nầy, gây ra các chuyển vị
trong phương x và z lớn (xem trong hình Hình, Hình và Hình)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
-40 -30 -20 -10 0
Lateral displacement [mm]
Distance along tube [mm]
ux displacement in x-tube direction for case 1 ux displacement in x-tube direction for case 2
Hình 3.45 Phổ Von-mises trong khung thép
Hình 3.46 Chuyển vị theo phương X trong ống
Phân tích phổ phân bố ứng suất trong khung, cả hai trường hợp ứng suất phân bố lớn nhất trong lõi bê tông chủ yếu tập trung vào bot-ring. Tại vị trí này có một đường hàn bên trong thành ống thép có khả năng ngăn cản sự chuyển vị của lõi bê tông trong ống thép. Ngoài ra tại vị trí bot-ring theo phương trục dầm bản cánh dưới gây nén ống thép vào trong lõi bê tông. Vì vậy áp lực của thành ống thép tác động lên lõi bê tông ở
khu vực này lớn tương ứng. Điều này được chứng minh trong hình Hình và Hình.
Trong khi đó tại vị trí top-ring lại không có ứng suất tập trung trong lõi bê tông. Điều này có nghĩa là vai trò của đường hàn tại vị trí này không phát huy tác dụng. Nguyên nhân là do mô men trong dầm gây ra lực kéo trong bản cánh trên của dầm I, lực kéo
này tác dụng lên thành ống kéo thành ống ra xa lõi bê tông. Do đó tại vị trí này đường hàn có chiều cao bé không tiếp xúc được với lõi bê tông, và nó sẽ không có tác dụng ngăn cản lõi bê tông trượt trong ống. Khi đường hàn tại top-ring mất tác dụng thì toàn bộ lực trên lõi bê tông sẽ truyền sang ống thép tại bot-ring. Đây là nguyên nhân gây tập trung ứng suất tại vị trí ngay bên dưới bot-ring và sẽ gây mất ổn định cục bộ tại vị
trí ngay bên dưới bot-ring như trong kết quả mô phỏng trình bày trong hình Hình và Hình.
Như vậy khi xem xét tổng thể sự làm việc của khung với sự liên kết của dầm vào cột CFT thông qua vòng liên kết và bên trong ống được gia cố bằng hai đường hàn không hiệu quả. Nếu mô men trong dầm truyền vào cột càng lớn thì mức độ liên kết giữa ống thép và lõi bê tông càng kém và toàn bộ lực tập trung sẽ tập trung vào đường hàn tại bot-ring điều này dễ gây ra mất ổn định cục bộ cho ống thép tại vị trí ngay dưới bot-ring điều này làm giảm cường độ chịu lực của khung.
Hình 3.47 Phổ Von-mises trong toàn khung trong trường hợp 1
Hình 3.48 Phổ Von-mises trong toàn khung trong trường hợp 2
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
Contact pressure [MPa]
Distance along tube [mm]
Contact pressure
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000
0 50 100 150 200 250
Contact pressure [MPa]
Distance along tube [mm]
Contact pressure
Hình 3.49 Phân bố áp lực tiếp xúc suốt bề dọc cột trong trường hợp 1
Hình 3.50 Phân bố áp lực tiếp xúc suốt bề dọc cột trong trường hợp 2