4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG LIÊN KẾT
4.4. Mô phỏng thí nghiệm Li (2000)
Thông số vật liệu bê tông và kích thước mẫu thí nghiệm Li (2000 )
Bảng 4-2: Thông số vật liệu trong mô phỏng thí nghiệm của Li (2000)
Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Cường độ chịu nén trung bình fcm 39.4 Mpa
Cường độ chịu kéo trung bình ftm 3.27 Mpa
Module đàn hồi Ec 29425 Mpa
Hệ số nở hông ν 0.2 Mpa
Năng lượng phá hoại kéo Gf 0.14 N/mm2
Bề rộng vết nứt cực hạn w 240 μm
Hình 4.19: Kích thước hình học mẫu thí nghiệm của Li (2000)
100 1250
1450
100
225 1000 225
1450
220 2251000225
625 200 625
þ8a140 (B)
100
100
1250 100
Thí nghiệm được tiến hành gia tải chọc thủng đến khi liên kết bị phá hoại hoàn toàn.
Chuyển vị kế được gắn tại vị trí B để khảo sát đường cong “ lực – chuyển” vị trong quá trình thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm của Li (2000) cho lực phá hoại cực đại là 914 (kN).
4.4.2. Mô phỏng thí nghiệm Li (2000) bằng phương pháp số
Bê tông được mô phỏng bằng phần tử C3D8R, cốt thép được mô phỏng bằng phần tử T3D2. Dạng tương tác của cốt thép là “embedded elements”. Sử dụng thuật toán điều khiển chuyển vị để tìm lực chọc thủng cực hạn của liên kết. Kết quả mô phỏng sẽ trình bày được hình dạng của tháp chọc thủng, quan hệ đường cong “ ứng suất- biến dạng” của phần tử bê tông, Quan hệ lực – chuyển vị của từng nút của phần tử.
4.4.3. Ứng xử của vật liệu bê tông của thí nghiệm Li(2000) 9 Mô hình vật liệu bê tông khi chịu nén
Hình 4.20: Quan hệ “ứng suất – biến dạng” của bê tông khi chịu nén 9 Ứng xử của bê tông chịu kéo sử dụng đường cong “ứng xuất – bề rộng vết nứt”
Hình 4.21: Quan hệ “ứng suất – bề rộng vết nứt” của bê tông khi chịu kéo
4.4.4. Điều kiện biên mô phỏng
Vì tính đối xứng hình học của mẫu thí nghiệm, tác giả chỉ mô phỏng1 phần 4 sàn, với các điều kiện biên ràng buộc như sau: Hình 4.22, Hình 4.23, Hình 4.24.
9 Cột chỉ có thể di chuyển theo phương (Z)
9 Mặt mặt phẳng 1 sẽ không chuyển vị theo phương (Y) 9 Mặt phẳng 2 sẽ không chuyển vị theo phương (X)
Tấm sàn được đặt tự do trên 4 tấm đệm thép. Tuy nhiên do thiếu thông tin về kích thược của tấm bản đệm này do đó khi mô phỏng coi sàn bê tông tựa đơn lên 4 cạnh, và 4 cạnh này ngăn cản chuyển vị theo các phương (X,Y,Z).
Mặt phẳng 1 Mặt phẳng 2
Hình 4.22: Điều kiện biên của mặt phẳng giao tuyến khi mô phỏng 1 phần 4 sàn
Hình 4.23: Điều kiện biên gối đỡ sàn
4.4.5. So sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm Mối quan hệ giữa “Lực – Chuyển vị”
Hình 4.24: So sánh kết quả chuyển vị thí nghiệm Li(2000) Kết quả giữa thực nghiệm và mô phỏng bằng phương pháp số
Bảng 4-3: So sánh các kết quả giũa mô phỏng và thí nghiệm của Li (2000) Lực phá
hoại cực hạn (kN)
Chuyển vị tại
đỉnh (mm)
Chuyển vị lớn
nhất (mm) Thí nghiệm của Li(2000) 911.4 1.30 3.1
Mô phỏng ABAQUS 919.94 1.01 1.73
4.4.6. Sự hình thành và phát triển vết nứt
Mô hình CDP trong ABAQUS không mô phỏng được cụ thể từng vết nứt, nhưng nó có thể cho ta biết được phương phát triển của vết nứt dựa vào khái niệm vùng nứt
“Smeared- crack”. Vùng nứt được thừa nhận là những vùng chứa các phần tử có biến dạng dẻo tương đương (PPEQT) là số dương. Vùng nứt của bê tông sẽ xuất hiện tại nhừng phần tử ứng suất kéo vượt quá ứng suất kéo cho phép. Theo Lubliner (1989) phương của vết nứt sẽ vuông góc với phương của ứng suất kéo chính. Nhận diện vùng nứt cho ta thấy được sự hình tháp chọc thủng một cách rõ ràng và trực quan.
Hình 4.25: Phương của vết nứt và hình dạng tháp chọc thủng 4.4.7. Ứng xử của phần tử bê tông nằm trên cạnh tháp chọc thủng
Phần tử bê tông (RE)
Hình 4.26: Phần tử tham khảo (RE) nằm trên đường nứt của tháp chọc thủng 9 Ta sẽ nhận thấy sự hình thành cơ chế phá hoại một cách rõ ràng thông qua quan
hệ “Lực – biến dạng” của phần tử bê tông (RE) nằm trên đường nứt của tháp chọc thủng qua biểu đồ trên Hình 4.28.
Phương của vết nứt
Hình 4.27: Mối quan hệ giữa “Lực – Biến dạng” của phần tử bê tông nằm trên đường nứt của tháp chọc thủng
9 Dựa vào đường cong ta có nhận xét sau:
Trong quá trình gia tải, phần tử bê tông ở mặt dưới sàn sẽ bị nén, các phần tử bê tông ở mặt trên sàn sẽ bị kéo. Biến dạng sẽ tăng tỉ lệ thuận với lực tác dụng. Vết nứt được hình thành khi ứng suất kéo thớ trên đạt giá trị lớn nhất Bước 1. Sau khi vết nứt hình thành cùng với việc gia tải sẽ làm bề rộng vết nứt mở rộng và vùng biến dạng dẻo sẽ phát triển từ mặt trên của sàn xuống mặt dưới của sàn, sự phát triển này có dạng hình tháp Bước 2. Các phần tử của mặt dưới sàn sẽ chuyển từ trạng thái chịu nén sang trạng thái chịu kéo, điểm phân nhánh từ trạng thái chịu nén sang chịu kéo chính là lực phá hoại chọc thủng Bước 3.
Bước 1 Bước 2 Bước 3
Hình 4.28: Quá trình hình thành tháp chọc thủng
140 100
140 100
102
100
200
I-(44X102X7) [ ]-(200X200X20)
PL-DÀY 6mm
140
100
44