Phân tích ứng xử phi tuyến dầm BTCT chịu tải trọng va chạm

Đ A ÏI HỌC Q UỐ
C GIA TP. HỒCH Í MINH
TR ƯỜ
NG Đ ẠI HỌC BA Ù
CH K HOA
K HOA K ỸTH UẬ
T XÂ
Y D ỰNG

-----------

-----------

NGUYỄ
N THANH TÂ
N

PHÂ
N TÍCH Ứ
NG XỬPHI TUYẾ
N DẦ
M BTCT
CHỊU T TRỌNG VA CHẠM

CHUYÊ
N NGÀ
NH : XÂ
Y DỰNG DÂ
N DỤNG & CÔ
NG NGHIỆ
P

MÃSỐNGÀ
NH
: 60 58 20

LUẬ
N VĂ
N THẠC SĨ

TP. HCM, 07/2010


CÔ
NG TRÌNH ĐƯC HOÀ
N THÀ
NH TẠI
TRƯỜ
NG ĐẠI HỌC BÁ
CH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐ
C GIA TP. HỒCHÍ MINH

Cán bộhướng dẫn khoa học:

TS. HỒHỮ
U CHỈ
NH

Cán bộchấm nhận xét 1:...........................................................................................

Cán bộchấm nhận xét 2:...........................................................................................

Luận văn thạc sónày được bảo vệtại
HỘ
I ĐỒ
NG CHẤ
M BẢ
O VỆLUẬ
N VĂ
N THẠC SĨ TRƯỜ
NG ĐẠI HỌC
BÁ
CH KHOA TP. HỒCHÍ MINH, ngày
tháng
năm 2010.


TRƯỜ
NG ĐẠI HỌC BÁ
CH KHOA

PHÒ
NG ĐÀ
O TẠO SĐH

CỘ
NG HÒ
A XÃHỘ
I CHỦNGHĨA VIỆ
T NAM
Độc lập – Tựdo – Hạnh phú

c

Tp.HCM, ngày.........tháng.........năm 2010

NHIỆ
M VỤLUẬ
N VĂ
N THẠC SĨ
Họtên học viên: NGUYỄ
N THANH TÂ
N

Phái

: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 09/02/1981

Nơi sinh : Bình Trị Thiên

Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng vàcông nghiệp

MSHV

: 02108494

Khóa (năm trúng tuyển): 2008
I- TÊ
N ĐỀTÀ
I: PHÂ

N TÍCH Ứ
NG XỬPHI TUYẾ
N DẦ
M BTCT CHỊU TẢ
I
TRỌNG VA CHẠM.
II- NHIỆ
M VỤVÀNỘ
I DUNG:
- Nghiên cứu phân tích ứng xửphi tuyến của vật liệu BTCT theo Modified
Compression Field Theory (MCFT).
- Xây dựng các phần tửph
tứgiác, tam giác đểmôphỏng ứng xửphi tuyến
của kết cấu BTCT chịu tải trọng dạng xung (va chạm).
- Lập trình tính toán với sự hỗtrợ của phần mềm MATLAB, khảo sát một sốví
dụ tính toán cóđối chứng với kết quảphân tích của module SAP2000 phi tuyến
(Version 14).
III- NGÀ
Y GIAO NHIỆ
M VỤ:

22/02/2010

IV- NGÀ
Y HOÀ
N THÀ
NH NHIỆ
M VỤ: 02/07/2010
V- CÁ
N BỘHƯỚ

NG DẪ
N:

TS. HỒHỮ
U CHỈ
NH

Nội dung vàđềcương Luận văn thạc só đãđược Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.

CÁ
N BỘHƯỚ
NG DẪ
N

TS. HỒHỮ
U CHỈ
NH

TRƯỞ
NG BAN
QUẢ
N LÝCHUYÊ
N NGÀ
NH


L
L

ên, tơi xin

bày t ịng bi
ịng

Tơi xin chân thành c
TP.H
ã truy
h
à nghiên c u t

các b

ý th

Trong quá trình th
th chuyên môn và kh
,h
ài li
ên c
, TS. H
chân thành c
h

ành

ã sinh ra

t

à

ãg

,c
nh

và

bi

là s

chu
ên và khích l r

l

ày, tơi c
chun sâu v
th
các th TS. H
truy
cho tôi các ki
Trong th
th , tài li
s à nh

theo h
ên c
ình b

à ki
xin
,
c

ãg
nhi
, cùng nhau chia s ki
ên nhau quy
hồn thành khóa h
h
à tơi ã may m
, xin c
t
các b

Nh

ình h

ã giúp tơi
ngh nghi
ên mơn c

M

õi và quan tr

bày t òng bi

sâu s
và PGS.TS. Chu Qu Th
trong t

ình,

à nghiên c
ên mơn v
àng, giúp tơi th
à ni
r

chân thành c

Tp.HCM
Nguy

i

ã


M

L

……………………………………………………………………………..i

Danh m
Danh m

u…………………………………………………………..…ii
ình

Ký hi

……………………………………………………………….…iii
……………………………………………………………………...vi

………….………………………………………….......1
1.1 Gi i thi
1.2 T
ình hình nghiên c
1.2.1
1.2.2
1.3 M
êu nghiên c
: MƠ HÌNH PHI TUY

ên th
..………3
...……...8
…………..11
……………………….13

2.1 Các gi
2.2 Thi
2.3 Quan h
2.3.1 Quan h
2.3.2 Quan h

…………………………………………………………...13
ình cân b
– bi
– bi
– bi
ình trong bêtơng……………………17

T

…………………………………………...…...20

ình t
3.2 Ma tr
3.2.1 Ma tr
3.2.2 Ma tr
3.3 Ma tr
3.4 Ma tr
3.4.1 Ma tr
3.4.2 Ma tr
3.4.3 Ma tr
3.5 Vector t
3.6 Kh
3.6.2 Tích phân t

quát…………………………………………………………...20
thu g

…………….25
……………………………………31

…………………35
…..…………………………………………………………...39
…...39


3.7 Thu tốn phân tích……………………………………………...……..……44

………………………………………….45
4.1 Khái qt………………………………………………………………………….46
4.2 Ví d 01……………………….………………………………………………….48
4.3 Ví d
…….………………………………………………….64
4.4 Ví d
……………………….……………….73
4.5 K
………………………………………………...………………...79
À KI

………………………………………80

5.1 K
5.2 Ki

h

PH

……………………………………………………………………...…….82

TÀI LI

………………………………………………………….……………..80

…………………………………………………………120


DANH M

4
B
B
B
B
B
B
B
B

So sánh mơ hình phi tuy
So sánh gi
So sánh k
hân tích………………………………………………....52
K
h
1………..…………….….54
Gi
qu à th
K
…………………......69
K

ii


ÌNH

DANH M
CH

1

Hình 1.1 Hi
...........…3
Hình 1.2 V
àc
……....……5
Hình 1.3
à Seaman,
1978)………………………………………………………………….…....6
Hình 1.4 Xuyên th
ào bêtơng, Agradh và Laine (1999)……………..…6
Hình 1.5 Xun th
ào sàn bêtơng, Teng và c
……..…..7
Hình 1.6 Mơ hình DEM, Sawamoto và c
……..….8
Hình 1.7 S
ên d BTCT, Magnier và Donzé (1998)………………………..…8
Hình 1.8 M
.............9

Hình 1.9
ành h
àc
........10
Hình 1.10 Mơ hình cho s
……………….............11
Hính 1.11 Quan h
– bi
ình t
……..12
CH
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8

2
Mơ hình v
Ph

Quan h
Quan h
Quan h

……………..…...13
àng………………………………………………..…...14

nd
……..…………14
……..……...15
ình trong bêtơng sau khi n
…….….……16
– bi
………..…..17
– bi
êtơng b
…….....18
– bi
êtơng……………………………..…..19

CH
3
Hình 3.1 S
…...…20
Hình 3.2 Thu g
hình ch
……………………….21
Hình 3.3 Thu g
hình tam giác………………………………...22
Hình 3.4 Bi
ên c
…..24
Hình 3.5
pra , 2001)……………………………………………….25
Hình 3.6 Ph
CT b
…25

Hình 3.7 Vịng trịn Morh bi
ình…………………………..……..….26
Hình 3.8 Các liên h
à module cát tuy
..…….27
Hình 3.9 Vịng trịn Morh
ình………………………...………..…..28
Hình 3.10 Các h
………………………………….…29
Hình 3.11 Ph
ình ch

iii


Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.15

Ph
ình tam giác…………………………………………….………35
Gi
odule cát tuy
Các giá tr
ti
……………….40
Gi
g…....….44

CH
4
Hình 4.1 Chi ti
Hình 4.2
HH d
Hình 4.3
g ph
Hình 4.4 Quan h
– chuy
50
Hình 4.5 Mơ hình SAP2000 d
Hình 4.6 Quan h
–
ích theo SAP2000 d
Hình 4.7 So sánh k
– SAP2000 d
……………………………52
Hình 4.8 Mơ ph
.53
Hình 4.9
d
Hình 4.10
, phân tích phi tuy
Hình 4.11
tích tuy
Hình 4.12
…………….........58
Hình 4.13 S
……………..…………………….…………….........59
Hình 4.14

Hình 4.15
Hình 4.16
Hình 4.17
Hình 4.18
Hình 4.19
Hình 4.20
Hình 4.21
Hình 4.22
Hình 4.23
Hình 4.24
Hình 4.25
Hình 4.26
Hình 4.27
Hình 4.28
Hình 4.29
Hình 4.30
Hình 4.31

t

nk

Chi ti
PTHH d
ong ph
Quan h
– chuy
Các hình thái phá ho
Mơ ph
va ch

Mơ hình SAP2000 d
mút d

…………………………………...66
.67

0, phân tích phi tuy
0, phân tích tuy
Chi ti

Mơ ph
Mơ hình SAP2000 d

………….….75
………….….76
7

iv


Hình 4.32
Hình 4.33

hân tích tuy

v


KÝHIỆ
U SỬDỤNG

a

gia t c

a0
a1
[B]
[C]
[D]
[D]c
[D]s

h
h
ma tr
ma tr
ma tr
ma tr
ma tr

E
Ec
E c1

module đàn hồi Young của vật liệu đẳng hướng tuyến tính
module đàn hồi của bêtông
module cát tuyến của bêtông theo phương biến dạng kéo chính

Ec2

module cát tuyến của bêtông theo phương biến dạng nén chính

Es
E sx

module đàn hồi của thép
module cát tuyến của cốt thép phương x

E sy

module cát tuyến của cốt thép phương y

f 'c

ứng suất nén lớn nhất trong thí nghiệm mẫu bêtông lăng trụ

f c1

ứng suất kéo chính trong bêtông

f c2

ứng suất nén chính trong bêtông

f cr

ứng suất trong bêtông khi bắt đầu nứt

f cx

ứng suất trong bêtông theo phương x

f cy

ứng suất trong bêtông theo phương y

fD
fS

f sx

l
l
àn h
l
ứng suất trung bình trong cốt thép phương x

f sy

ứng suất trung bình trong cốt thép phương y

fx

ứng suất trong phần tửtheo phương x

fy

ứng suất trong phần tửtheo phương y

f yx

ứng suất chảy dẻo của cốt thép phương x

f yy

ứng suất chảy dẻo của cốt thép phương y

f
F

ma tr
vector l
môđun cát tuyến cắt của bêtông

fI

Gc

àm d

êtơng
ép

vi


cx

ứng suất cắt trên mặt x của bêtông

cxy

ứng suất cắt trong bêtông theo phương trục x, y

cy

ứng suất cắt trên mặt y của bêtông

sx

ứng suất cắt trong cốt thép phương x

sy

ứng suất cắt trong cốt thép phương y

xy

ứng suất cắt trong phần tửtheo phương trục x, y

[k]
[K]
m
[M]
N
p
[p(t)]
t
t

u
u
u

V
[T]

1
2

'c ,

0

ma tr
ma tr
ma tr
ma tr
hàm d
t
vector t
th
s
vector chuy
vector v t
vector gia t
th
ma tr
goùc xác định hướng của cốt thép trong hệtrục xy
góc xác định hướng của phần tửtrong hệtrục tọa độtổng thểXY

h
biến dạng kéo chính trong bêtông
biến dạng nén chính trong bêtông
biến dạng của mẫu bêtông lăng trụứng với đỉnh ứng suất f ' c

cr

biến dạng trong bêtông khi bắt đầu nứt

cx

biến dạng của bêtông theo phương x

cy

biến dạng của bêtông theo phương y

sx

biến dạng của cốt thép theo phương x

sy

biến dạng của cốt thép theo phương y

x

biến dạng theo phương x

y

xy

biến dạng theo phương y
ma tr
h
biến dạng cắt theo phương trục x, y
góc xác định biến dạng chính với trục x

vii


c

góc xác định ứng suất chính trong bêtông với trục x

sx

góc xác định hướng của vết nứt trong hệtrục xy
góc đặc trưng trong ma trận chuyển đổi
kh
êng v
hàm lượng cốt thép theo phương x

sy

hàm lượng cốt thép theo phương y

r

t
ịng
t
hệsốPoisson
ma trận chuyển vị của kết cấu

viii


CH

T
1.1 Gi
Vi
n à va ch
thi
T
tr

ã và

r

c

trong vi

à nghiên c
ã nghiên c

à

ch
ên c
hi

b
ị ph
ch
nay, u c
các k
c
ài ra, trong th
trên th
ì vi
ch
ã tr ên m
ã có nhi

Ngày
ãm

t
k

ày nay, khi tình hình kh
òa nhà cao t
ên c

ên ph

ên c
àg

phi tuy
r
ãi dùng
ã

às

R
à nh

. Tuy nhiên, các
à hình d

m

g th

c
[1]

. M
nghiên c

ày
[2], [3]

ị xo có
ã

àn h

, vi

v
th
c
trong k
tính qn tính gi
này nh
l
chí là khơng có hi
Nh
d
ph
Nh
pháp thi
phân tích th
ành k
tinh vi và chi ti

àn có th
ày, c
à khơng th
ình h
ị quan tr

à

c
ên thi

Ph

àn và th

ình PTHH s
ịi h
[4], [5]

1

. Cho dù


cách ti
v
thi
do r

ã

ình d
àv
àv
êtơng r

à cho phép phân tích
ành
Vi
thách th

b
ì các c
[6], [7]
tr
. Vì v , m
mang tính quy
G
ã có
nh
ên c
cho v
này, m
ành công nh à Modified Compression Field Theory
(MCFT)[8]
ên lý thuy
[9]
(DSFM) . Các lý thuy ã
ch
t
m
êu nghiên c
lu
ày là áp d
t

1.2 T

v

ình hình nghiên c

ên th

Nghiên c
ên trong l
th
R
ên c
th
ã
Tuy nhiên, chính s
ên t ã
làm cho v
ày tr ên b
à ph
S
px
c
lị ph
d
k
tr
x
sinh ra t
ngun nhân khác. N cơng nghi

ên t
nghiên c
ên 80. Ngày nay, nghiên c
v
t
l
trên bi
do
àu…
V
àm 2 lo à va ch
à va ch
m
àv
d
ịn trong tr
d
ì
Ph
ào b
c
ch
1) K
h
c
êu tán
2) K
c
à bi
à

3) K
àt
th
àm 3 m
(Hình 1.1).

2


Hình 1.1 Hi
Các nghiên c
trung vào các va ch
ch
tri
b
nghiên c
ày h
vào m
r
ãi trong l
nhi
nghi
ã
th
k
thuy
c

ennedy, 1976)

– 1000 m/s), va ch
ên c

b .M
b

ày ch
ày là phát

ày c
Nh

à th

à các công th
ào. Tuy nhiên, khi c
c
ùr
à nghiên c

thi
qu trên t
ã có r

ịn

à xây d
ên

3

ày trình bày m
ào k
Bao g
à các nghiên c

c
ph

à ng
ên c

1.2.1

ên c

T
ã

ên, ch
các nghiên c
à các nghiên c

tr
kh
s
bi d
th va ch
trong bêtông

c
ã
c
và xuyên th
Công th

ên th

công b
êtông, là m
àn BTCT ch

thi
phát tri
th
Whitney, và cơng th
th
ên thì cơng th

Trong nh
thí nghi
các t
th

ình bày các
ình d
à tính
êtơng, và s
àv
Nhi

à b ày t

ên

à
các nghiên c

ã
ers (ACE), công

ng th
arch Committee (NDRC), công th
Trong nh
à phù h

ã kh
êu chu

i tk
ên c

k

ình
v

Th

ơng
ị ph

ị ph

kì này c

nghiên c
êtông
c
Cùng v
h
k
d

ghiên c
êtông, m

thay th
ch
Zimmerman (1975) s
bay vào k
êtông b
ph
àd
nghiên c
àd
th

ã th
ày, h

m
u

nghiên c

ên phong s

àng 2 chi
ình Saugy (1976)
êtơng
êtơng. Tiêu chu
êtơng. Nghiên c
ày mơ ph
ên ngồi c
ị ph
ian tác d
ên b
K
à

4


m
li

ùng lân c

tác d

. Khơng có b

Hình 1.2 V
ti

àc

ào v

1976)

ành thí nghi
ình tính cho bêtơng ch

H

b
à mơ hình CAP.
àm

ình s
nghi
thơng s
d

ên c

ày k

khi s

ìd
ìd

ên th
à chính xác
ình CAP có xét

êtơng ch

5


Hình 1.3

à Seaman, 1978)
à máy tính

phát tri

i
bêtơng.
3 chi v
ch

s
ình bêtơng
ên th
k

m

m
trong vi

v

Hình 1.4 Xun th

ình r
ên th
às
ã ch
ình phân tích phi tuy
trong quá trình ch
ào trong m
àn BTCT
ên c
ên b
s
và quan ni
ã thành công
ào sàn BTCT.

ào bêtông, Agradh và Laine (1999)

6


Hình 1.5 Xun th
Nhi
à nghiên c

phân h
th
c

ào sàn bêtơng, Teng và c
ê phán vi
ãs

à sai
à xuyên
àm riêng

ình

ên t
ình r

ã phát tri
ên t
(Discrete element method – DEM).

ãb

tính. Vì v

Ví d
t
ghép c
(Hình 1.6). H

t trong s

àc
Trong mơ hình c
ên k
ình v

às
ị xo phi tuy
à mô ph

và b
à thành công khi

d

7


Hình 1.6 Mơ hình DEM, Sawamoto và c

(1998)

onzé s
s
H
là khá g

v

Hình 1.7 S

k

ên d

Ngày nay, s
ã

1.2.2

ình
àk

à Donzé (1998)

ành cơng trong vi
Tuy nhiên, do tính ch
hi
ên c
ti
àv

th
, nh
pháp s
gi

S
ch

trịn ph
ình c
ào d
các công th

àv
ãi

c
ên c
so v

k
ên c

cb

8

BTCT ch u t
ày do nhi

do
chi phí,


Lý do chính là, trong m

ài, các nghiên c

ct

nghiên c
à các va ch
r
êu tán b
cho r
ã ch
c
à khơn
à có th
Tuy nhiên, v vi
t
h
r

ên c
à bom nguyên t
à va ch

r
ên c
trình bày t
Mylrea ti

n
trí thép d
nghi

h

Nhi

v
d

à nghiên c

ên k
ên c
ày càng phát tri
ã
ên c
hi
ên c

ành thí nghi
có ti
ngang 10 x 16 inch, nh
à mác khác nhau, và khơng có c
ho n
r
v

va ch

c

K
ình 1.8)

Hình 1.8 M
à c

ành m

nh
nghi
t
12 foot 8 inch. Các d

àc
à bêtơng

9

ình thí nghi
d
ịn l
u, trong


Trong ph

ên c
à ch

v

ài d
ùng h

i th

là có th
.T

ình 1.9
Feldman cho r
chuy
ng c
M e .a

ên kh
b
ình 1.1 d
(1.1)

P Q

M e - Kh

a

Q

- Gia t
- L
àn h

M

chuy

Me

ên c
àl

ên h

àn h

rãi
Châu Âu (Comité Euro International du Be1ton – CEB)[1] gi

Hình 1.9
Trong báo cáo c
ch
tích cho t

ành h

êtơng

àc

à va ch

à ki
ình 1.10

10

ình phân


a. Mơ hình m

b. Mơ hình hai kh
Hình 1.10 Mơ hình cho s

g cho va ch

m1 – Kh
m2 – Kh
R1 –
R2 –
ình cân b
m2u 2

R2

0

m1u1

R1

R2

R1 = R1(u1); R2

(1.2)
(1.3)

0

R2 ( u 2 ) ;

u2

Vi
R1(u1) và R2 ( u2 )
và toàn di
th
àm
va ch
CEB
va ch
ình 1.11

u2

(1.4)

u1

t
– bi
ày ph
ào nhi

ình d
à góc c
ình v

11

ịi h

– bi


Hình 1.11 Quan h

– bi

Trong th
x
h

ên c

ình v

à

à các c
[7], [8], [9], [10]

ên các t
ên c

1.3 M

ình t

.

ài này r

ãi.

êu nghiên c

M
êu c
MCFT.

ày là nghiên c

Xây d
c
Vi

ên c

àn b

D a trên n
b
tích v

c
phân tích bao g

K
k

qu
phi tuy

, lu
g các ph

à so sánh v
SAP2000 Version 14.

ày ti
ành xây d
à tam giác, t
ên k

ình phân tích

c

k

T

ình phân tích

k

12

ên khác nhau. Vi
v
bêtơng

và ki