CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG CỘT CFT
3.1.4: Khảo sát ảnh hưởng độ dày ống thép đến ứng xử bê tông cột CFT
Trong mục này đi nghiên cứu ảnh hưởng của bề dày ống thép đến cường độ chịu lực của cột. Qua phân tích bảng số liệu Bảng 2.1 chúng ta thấy rằng mẫu số 6 và mẫu số 12 có cùng đường kính, số lượng đường hàn, cường độ chịu nén của bê tông, chiều cao
đường hàn chêch lệch không đáng kể. Riêng bề dày thành ống thép của mô hình 6 vượt mô hình 12 khoảng 40%.Vì vậy khi so sánh kết quả mô phỏng ứng xử giữa hai mô hình chúng ta có thể đánh giá mức độ ảnh hưởng chiều dày ống thép đến cường độ chịu lực của cột.
0 5 10 15 20 25 30
0.0 5.0x106 1.0x107 1.5x107 2.0x107 2.5x107 3.0x107 3.5x107
Force [N]
Displacement [mm]
Force-Displacement curve @top concrete core in sample No 6 Force-Displacement curve @top concrete core in sample No 12
Hình 3.15. Đồ thị chuyển vị - lực mô hình 6&12
Dựa vào đường cong quan hệ chuyển vị-lực cho trong hình Hình, chúng ta nhận thấy rằng độ lớn lực tác dụng lên cả hai mô hình tại điểm giới hạn gần như không chênh lệch nhau lớn, nhưng chuyển vị của mô hình 12 lớn hơn so với mô hình 6 khoảng 34%. Điều nầy có thể giải thích do cả hai mô hình đều có áp lực ngang
của lõi bê tông tác dụng lên ống thép gần như tương đương nhau (xem trong hình Hình. ), trong khi đó ống thép mô hình 12 mỏng hơn so với mô hình 6 40% do đó dưới
hiệu ứng giam cầm biến dạng ngang sẽ lớn hơn.Theo kết quả mô phỏng chuyển vị
ngang lớn nhất trong ống thép giữa hai mô hình chênh lệch khoảng 58.7% xem trong hình Hình -a, và chuyển vị ngang trong lõi bê tông giữa hai mô hình chênh lệch khoảng 42.8%.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0.0
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Displacement [mm]
Distance along tube [mm]
Lateral dis in steel sample 06 Lateral dis in steel sample 12
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
-9.0 -7.5 -6.0 -4.5 -3.0 -1.5 0.0 1.5 3.0 4.5
Displacement [mm]
Distance along tube [mm]
Lateral dis in concrete core sample 06 Lateral dis in concrete core sample 12
a) b)
Hình 3.16 a) Chuyển vị ngang lõi bê tông mô hình 6&12 b) Chuyển vị ngang ống thép mô hình 6&12
Về quy luật ứng xử chuyển vị ngang trong cả hai mô hình hoàn toàn giống nhau vì cả hai mô hình đều sử dụng bê tông cường độ cao có sau khi vượt qua đường hàn thứ nhất hầu hết phần bê tông ngoài biên tại vị trí giữa hai đường hàn bị
phá hoại. Trong đó mẫu số 6 mức độ phá hoại lớn hơn so với mẫu số 12. Vì mẫu số 6 bề dày ống thép lớn hơn mẫu số 12, do đó nó ràng buộc sự nở hông của lõi bê tông lớn dẫn đến lõi bê tông sớm bị phá hoại. Trong khi đó ống thép mẫu số 12 mỏng do đó biến dạng ngang lớn dẫn đến lõi bê tông biến dạng theo (xem kết quả trong hình Hình -b), kết quả là lõi bê tông phá hoại chậm và ít hơn so với mẫu số 6.
a) b)
Hình 3.17.Phổ phá hoại nén: a) Mô hình 6, b) Mô hình 12
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
Contact pressure [MPa]
Distance along tube [mm]
Contact pressure of sample No 06 Contact pressure of sample No 12
Hình. 3.18 Phân bố áp lực tiếp xúc dọc cột trong mô hình số 6&12
Về biến dạng dọc trục của cả hai mô hình ứng xử gần giống nhau chỉ khác nhau một ít tại vị trí khi mẫu trượt qua đường hàn thứ hai (xem hình Hình-b). Ngoài ra kết quả còn cho thấy cả hai mẫu trước khi lõi bê tông trượt qua đường hàn thứ nhất thì biến dạng trong lõi bê tông hoàn toàn giống nhau, sau khi vượt qua vị trí đường hàn thứ nhất thì quy luật biến dạng khác nhau. Bởi vì do hiệu ứng giam cầm trong cả hai mô hình khác nhau nên quy luật phá hoại của lõi bê tông trong cả hai trường hợp khác nhau. Do đó quy luật biến dạng sau khi lõi trượt qua đường hàn thứ nhất sẽ khác nhau như mô tả trong hình Hình-b.
Biến dạng trong thành ống thép của cả hai mô hình được trình bày trong hình Hình -a, khi lõi bê tông chưa trượt qua đường hàn thứ nhất thì quy luật biến dạng gần như giống nhau. Nhưng biến dạng trong ống thép mẫu số 12 lớn hơn so với ống thép trong mẫu 6. Sau khi lõi bê tông trượt qua đường hàn thứ nhất, thì lõi bê tông trong mẫu số 6 bị phá hoại do đó lực từ lõi không thể truyền sang được ống thép do đó biến dạng giảm
đột ngột, và nó được tăng lên trở lại sau khi gặp đường hàn thứ hai. Nhưng sau khi lõi tiếp tục trượt qua đường hàn thứ hai thì hầu như bị phá hoại hoàn toàn vùng bê tông trong khu vực nầy. Do đó lúc này lõi chỉ trượt trong ống thép mà không truyền lực sang. Vì vậy biến dạng trong ống thép dừng ở vị trí nầy. Trong khi mẫu số 12 do lõi bê tông phá hoại từ từ do đó đường cong quan hệ biến dạng-lực sau khi qua đường hàn thứ nhất giảm từ từ cho đến khi lõi bê tông gặp đường hàn thứ hai lực từ lõi bê tông tiếp tục truyền sang ống thép và ống thép tiếp tục biến dạng cho đến khi lõi phá hoại và trượt hoàn toàn trong ống.
Kết quả trên cũng được cho thấy nó phù hợp với ứng xử biến dạng của lõi bê tông sau khi trượt qua đường hàn thứ hai. Đối với mẫu 06 sau khi lõi trượt qua đường hàn thứ hai thì biến dạng đạt trạng thái chảy, lúc nầy biến dạng tăng nhanh nhưng lực tác dụng lên lõi không tăng và có xu hướng giảm. Do đó lúc này lõi không còn khả năng truyền lực sang ống thép và biến dạng trong ống thép sau khi lõi trượt qua đường hàn thứ hai sẽ dừng. Ngược lại đối với mẫu số 12, sau khi lõi bê tông trượt qua đường hàn thứ hai thì biến dạng trong lõi được củng cố và tăng cùng với sự tăng chậm của lực tác dụng lên lõi. Trong lúc nầy lực trong lõi vẫn còn khả năng truyền sang ống thép, do vậy biến dạng trong ống thép sau khi lõi trượt qua đường hàn thứ hai tiếp tục tăng chậm như mô tả trong hình Hình -a.
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14
0.0 5.0x106 1.0x107 1.5x107 2.0x107 2.5x107 3.0x107 3.5x107
Force [N]
Longitudinal strain [%]
Longitudinal strain in steel tube curve sample No06 Longitudinal strain in steel tube curve sample No12
-0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05
0.0 5.0x106 1.0x107 1.5x107 2.0x107 2.5x107 3.0x107 3.5x107
Force [N]
Longitudinal strain [%]
Longitudinal strain in concrete-force curve sample No06 Longitudinal strain in concrete-force curve sample No12
a) b)
Hình 3.19. Phân bố biến dạng dọc trục mô hình 6&12: a) Ống b) Lõi 3.1.5. So sánh kết quả mô phỏng với kết quả thí nghiệm JFE:
Trong phần này chúng ta tiến hành so sánh sơ bộ kết quả mô phỏng về đường cong quan hệ giữa chuyển vị và lực với kết quả thí nghiệm được thực hiện bởi JFE. Trong kết quả này độ dài chuyển vị được sử dụng để so sánh là . Về xu hướng giữa kết quả mô phỏng và thí nghiệm là giống nhau. Nghĩa là đối với mẫu 01 thì độ dốc giữa đường cong quan hệ chuyển vị-lực là giống nhau, cả hai đều có độ dốc bé
nhất so với đường cong của các mẫu còn lại. Nhưng hiện nay giữa kết quả mô phỏng và kết quả thí nghiệm có một số vấn đề sai khác cần phải thảo luận làm rõ.
Tại vị trí xuất phát có sự dao động nhỏ giữa lực và chuyển vị (xem hình Hình ), nguyên nhân trong bài toán sử dụng điều kiện chặt chẽ mặt bê tông vào phần
tải trọng, điều kiện này hạn chế phần bê tông tại vị trí xuất phát và không cho nở hông.
Do vậy áp lực tiếp xúc ban đầu bằng zero và có sự biến động nhỏ (kết quả tham khảo hình Hình ). Đồng thời ứng suất phân bố trong lõi bê tông và ống thép cũng có sự dao động tương tự (xem hình Hình ). Nguyên nhân này là do sự sai khác giữa mô hình mô phỏng với mô hình thí nghiệm do đó dẫn đến kết quả này khác nhau.
Khi lực đạt khoảng thì đường cong quan hệ có một thềm chảy nguyên nhân lúc này lõi bê tông đã trượt qua đường hàn cho đến khi khối bê tông ở trên có tiết diện nở hông lớn hơn tiếp xúc vào đường hàn làm tăng khả năng tiếp xúc và như vậy lực tác dụng được củng cố và tăng trở lại với tốc độ chậm. Kết quả này đã thể hiện đúng bản chất ứng xử vật lý của mô hình làm việc của nó.
Giá trị của lực khi lõi bê tông trượt đến giá trị , trong kết quả mô phỏng là , trong khi đó kết quả thí nghiệm đạt khoảng . Kết quả này có sự chênh lệch lớn giữa kết quả mô phỏng và kết quả thí nghiệm. Sau khi đã kiểm tra lại mô hình và đã tiến hành mô phỏng lại với nhiều phát sinh lưới khác nhau mà kết quả vẫn không thay đổi. Sự sai khác giữa kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm hiện nay trong báo cáo vẫn chưa tìm ra được nguyên nhân.
0 5 10 15 20 25 30
0.0 5.0x106 1.0x107 1.5x107 2.0x107 2.5x107 3.0x107 3.5x107
Force [N]
Displacement [mm]
Force-Displacement curve @bottom concrete core Force-Displacement curve @top concrete core
0.0 0.2 0.4
0 1x106 2x106 3x106
Force [N]
Displacement [mm]
Force-Displacement curve @top concrete core
a) b)
Hình 3.20.Chuyển vị dọc của lõi dưới tác dụng lực a) Kết quả mô phỏng; b) Kết quả của JFE
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Contact pressure [MPa]
Distance along tube [mm]
Contact pressure
Hình 3.21. Áp lực tiếp xúc giữa lõi và ống thép
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100
Stress in y direction [MPa]
Distance along tube [mm]
Stress distributed along steel tube Stress distributed along concrete core
Hình 3.22. Phân bố ứng suất dọc trong ống và lõi