CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
1.3.1 Áp dụng lý thuyết tấm trực hướng
Để xác minh sự phù hợp của việc sử dụng tấm trực hướng cho việc lý tưởng hóa, Warrick de Kock đã thực hiện mô phỏng cầu bản trên Hình 1.5 bằng phần mềm Abaqus để:
+ Nghiên cứu khả năng áp dụng tấm trực hướng để tính toán cầu bản rỗng;
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ đường kính khối rỗng với chiều cao bản rỗng và khoảng cách giữa các khối rỗng đến khả năng làm việc của cầu bản dạng bản rỗng.
HV: Phan Lê Thanh MSHV: 1770096 Hình 1.5. Cấu tạo của cầu bản dạng bản rỗng (Warrick de Kock)
Warrick de Kock đã thực hiện các mô hình theo ba giai đoạn với cùng chiều dài nhịp, chiều rộng và chiều cao cầu bản, chỉ thay đổi tỉ lệ đường kính khối rỗng và chiều cao bản. Giai đoạn 1 thay đổi đường kính khối rỗng từ 0.5m đến 0.9m trong khi vẫn giữ nguyên khoảng cách giữa hai khối rỗng là 1.2m. Giai đoạn 2 thay đổi khoảng cách giữa hai khối rỗng từ 900mm đến 2700mm trong khi vẫn giữ nguyên đường kính khối rỗng. Ở hai giai đoạn này đều so sánh với mô hình bản đặc tương đương trên nguyên tắc giảm chiều cao bản đặc để có cùng mô men quán tính với bản rỗng. Giai đoạn 3 là giai đoạn dùng các mô hình bản đặc tương đương ở hai giai đoạn trước để so sánh các tham số tấm trực hướng mà các tác giả trước đây đã nêu ra để tính toán bản rỗng theo lý thuyết tấm trực hướng. Sau đây là một số kết quả đạt được:
HV: Phan Lê Thanh MSHV: 1770096 Hình 1.6. Sự phân bố ứng suất dọc theo mặt cắt ngang tại giữa bản
cho (a) thớ chịu nén ngoài cùng và (b) thớ chịu kéo ngoài cùng
Hình 1.7. Sự phân bố ứng suất ngang
cho (a) thớ chịu nén ngoài cùng và (b) thớ chịu kéo ngoài cùng của bản
HV: Phan Lê Thanh MSHV: 1770096 Hình 1.8. Phân bố ứng suất trên mặt cắt ngang tại giữa nhịp
cho (a) thớ chịu nén ngoài cùng và (b) thớ chịu kéo ngoài cùng
Tác giả đã đưa ra một số kết luận như sau:
HV: Phan Lê Thanh MSHV: 1770096 + Việc thêm vào các khối rỗng gây ra các biến đổi lớn đối với phân bố ứng suất ngang so với hình dạng parabol điển hình, dẫn đến ứng suất ngang cực đại lớn ở các tấm đặc trên và dưới các khoảng trống (bản nắp và bản đáy). Những biến đổi này là do tính chất biến dạng của mặt cắt. Các khối rỗng cũng dẫn đến một hiệu ứng tăng đối với các ứng suất dọc.
+ Sự kết hợp của các khối rỗng bắt đầu ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bản sàn một khi tỷ lệ đường kính khối rỗng vượt quá 0.6 và tính trực hướng trở nên đáng kể. Hiệu ứng tăng ứng suất của các khối rỗng cần được tính đến trong phân tích bản sàn khối rỗng khi tỷ lệ đường kính khối rỗng vượt quá 0.6.
+ Sự gia tăng tỷ lệ đường kính khối rỗng dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng trong cả ứng suất dọc và ứng suất ngang. Sự gia tăng ứng suất này vượt quá mức tăng ứng suất được dự đoán từ sự giảm mô men quán tính, điều này cho thấy có sự gia tăng biến dạng của mặt cắt ngang với sự gia tăng tỷ lệ đường kính khối rỗng.
+ Có thể kết luận rằng tỷ lệ đường kính khối rỗng tối ưu là giữa 0.6 và 0.8. Phạm vi tỷ lệ đường kính khối rỗng này cho phép đạt hiệu quả cao hơn do giảm tĩnh tải và sử dụng vật liệu, không tạo ra ứng suất quá mức do biến dạng tại bản nắp và bản đáy của bản cầu khối rỗng.
+ Khoảng cách khối rỗng tối ưu có thể được chọn để cho phép các bản sườn có kích thước vừa đủ giữa các khối rỗng. Khoảng cách giữa các khối rỗng từ 1.2m đến 1.8m được khuyến nghị, tùy thuộc vào đường kính khối rỗng, để cho phép độ dày của bản sườn trong khoảng từ 250mm đến 500mm.
+ Các mô hình tấm trực hướng được chứng minh là phù hợp tốt hơn các mô hình đẳng hướng khi dự đoán đúng ứng suất ngang vì đã xem xét đến sự hiện diện của các khối rỗng. Khi tỉ lệ đường kính khối rỗng càng tăng thì mô hình tấm trực hướng càng tỏ ra ưu thế hơn.
+ Các ứng suất ngang được dự đoán bới mô hình tấm trực hướng chỉ cho kết quả là các giá trị trung bình do khối rỗng gây ra vì không thể hiện được hình học tại
HV: Phan Lê Thanh MSHV: 1770096 các điểm cụ thể. Do đó mô hình tấm trực hướng không thể dự đoán được ứng suất cực đại như các mô hình 3D.
+ Phương pháp của Pama et al. (1975) cho kết quả gần nhất với kết quả ứng suất ngang trung bình của mô hình 3D trong khi phương pháp của Sen et al. (1994) lại cho kết quả gần nhất với ứng suất ngang cực đại của mô hình 3D.
+ Mô hình bản trực hướng giảm chiều cao cho kết quả ứng suất dọc thấp vì đã thay đổi vị trí trục trung hòa so với bản sàn rỗng. Phương pháp sử dụng bản trực hướng giảm chiều cao kết hợp với hệ số nhân ứng suất được coi là phù hợp nhất để lý tưởng hóa việc tính toán đặc điểm trực hướng cũng như biến dạng mặt cắt ngang của bản sàn rỗng.