KHẢO sát các mô HÌNH PHÁ HOẠI dẻo của dầm bê TÔNG xỉ cốt THÉP TRONG THÍ NGHIỆM uốn BA điểm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN TẤT THÀNH

KHẢO SÁT CÁC MÔ HÌNH PHÁ HOẠI DẺO
CỦA DẦM BÊ TÔNG XỈ CỐT THÉP
TRONG THÍ NGHIỆM UỐN BA ĐIỂM

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG DD & CN - 60580208

S K C0 0 4 9 0 9

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2016



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN TẤT THÀNH

KHẢO SÁT CÁC MÔ HÌNH PHÁ HOẠI DẺO
CỦA DẦM BÊ TÔNG XỈ CỐT THÉP
TRONG THÍ NGHIỆM UỐN BA ĐIỂM

NGÀNH: KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208

1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN TẤT THÀNH

KHẢO SÁT CÁC MÔ HÌNH PHÁ HOẠI DẺO
CỦA DẦM BÊ TÔNG XỈ CỐT THÉP
TRONG THÍ NGHIỆM UỐN BA ĐIỂM

NGÀNH: KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208
Hƣớng dẫn khoa học:
T.S LÊ ANH THẮNG

2


LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Nguyễn Tất Thành
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 23/10/1992

Nơi sinh: An Giang
Quê quán: Đồng Tháp
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: CC 234 – Phan Văn Trị - Q.Bình
Thạnh - TPHCM
Điện thoại nhà riêng: 01275.233.280
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:
……/
Nơi học (trƣờng, thành phố):
Ngành học:

Thời gian đào tạo từ ……/…… đến

2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính Quy
Thời gian đào tạo từ 2010 đến 2014
Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại Học Cần Thơ
Ngành học: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:
THIẾT KẾ KHÁCH SẠN NHA TRANG
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Trường Đại học
Cần Thơ
Ngƣời hƣớng dẫn:
Ths. Lê Tuấn Tú (HD kết cấu).
Ths. Phạm Anh Du (HD kết cấu móng).
Kts. Phạm Xuân Hào (HD kiến trúc).
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT

NGHIỆP ĐẠI HỌC:
i


Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201…
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

NGUYỄN TẤT THÀNH

iii


CẢM TẠ
Sau thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Thành Phố Hồ Chí Minh, được sự chỉ hỗ trợ cuả quý thầy trong trường. Tôi đã
hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu cùng
quý thầy của trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập nâng cao cả tri thức

và lối sống.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Chủ Nhiệm Khoa cùng các Thầy Cô
khoa Xây Dựng và Cơ Học Ứng Dụng đã quan tâm, giảng dạy và truyền đạt kiến
thức vô cùng quý báo trong quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện
luận văn tốt nghiệp của tôi..
Và đặc biệt tôi vô cùng biết ơn Thầy Lê Anh Thắng đã tận tình giúp đỡ và
hỗ trợ chỉ bảo tôi ngay từ bước đầu làm luận văn; trang bị và truyền đạt cho tôi
những kinh nghiệm, kiến thức quý báo để nghiên cứu, cũng như gợi mở những
phương hướng thực hiện, hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp.
Và cảm ơn các bạn lớp XDC2015A cũng nhƣ các lớp khác đã nhiệt tình
giúp đở và chân thành góp ý kiến để luận văn hoàn chỉnh hơn.
Luận văn tốt nghiệp là quá trình nghiên cứu lâu dài và sự hỗ trợ quý Thầy
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Tuy rằng luận văn này được thực
hiện với sự cố gắng lớn lao, nhưng cũng không ít sai sót trong quá trình nghiên
cứu. Rất mong nhận được sự quan tâm góp ý kiến, cũng như chỉ bảo thật nhiều của
quý thầy để luận văn được hoàn thiện hơn.
Trân trọng!
Thành Phố Hồ Chính Minh,ngày 16 tháng 09 năm 2016
Học viên thực hiện
Nguyễn Tất Thành
Lớp XDC 2015A

1


TÓM TẮT
Việc sử dụng vật liệu xỉ thép ứng dụng trong xây dựng là một hƣớng
nghiên cứu phát triển ở Việt Nam. Xỉ thép có tính chất tƣơng tự nhằm thay
thế đá tự nhiên trong bê tông. Trong nghiên cứu này, đƣa ra đánh giá quá
trình mô phỏng mô hình dầm bê tông cốt thép mà thay thế cốt liệu lớn bằng

xỉ. Việc đánh giá mô hình đƣợc dựa trên kết quả thực nghiệm, tiến trình mô
phỏng và thông số định nghĩa trong mô hình. Mô hình và phân tích đƣợc thể
hiện thông qua phần mền Abaqus. Hai mô hình đƣờng cong quan hệ ứng suất
và biến dạng của bê tông đƣợc lựa chọn để đánh giá quá trình mô phỏng dầm.
Mỗi mô hình có hai đƣờng cong ứng xử ở hai trạng thái làm việc của bê tông.
Vật liệu bê tông đƣợc mô phỏng bằng cả miền chịu kéo và chịu nén. Trong
nghiên cứu này, Sự kết hợp giữa hai mô hình số thép với hai mô hình bê tông
để tìm sự kết hợp phù hợp. Tỉ lệ chia phần tử cũng là một đề xuất khi mô
phỏng dầm. Mô hình đƣợc đánh giá chính xác khi sai số giữa hai biểu đồ
đƣờng cong quan hệ lực và chuyển vị dầm giữa mô phỏng và thực nghiệm
nhỏ nhất. Trong phân tích mô hình mô phỏng, dầm bê tông xỉ cốt thép đƣợc
mô phỏng dựa vào thực nghiệm và mô hình số vật liệu của bê tông thƣờng
(RCB). So sánh biểu đồ thực nghiệm và mô phỏng để phân tích đƣa ra nhận
xét. Tƣơng tự kết quả mô phỏng của dầm bê tông thƣờng (RCB) và dầm bê
tông xỉ (SRCB) cũng đƣợc so sánh. Từ kết quả so sánh này, Nghiên cứu này
chỉ ra rằng có thể sử dụng thông số mô hình bê tông thƣờng để mô phỏng cho
dầm bê tông xỉ và đƣa ra sai số cần thiết khi sử dụng giả thuyết này.

2


ABSTRACT
Using slag in construction is a promisingly research direction for
sustainable development in Vietnam. The properties of slag are expected to
replaceable large particles in concretes. The article discusses the process of
validating computational models of concrete beams in which large particles is
replaced by steel slag. The model evaluation was conducted on the basis of
experimental results and covers the process of modeling and identification of
parameters in the model. The modeling and analysis is conducted in supported
environment of Abaqus. Two models of stress-strain relationship of concretes

are chosen for consideration in beams modeling processes. Each model has
two curves representing behaviors in both stages of concretes. Concretes
material is simulated both compression and tension processes. They are
combined with two steel reinforcement models to find suitable models of slag
concretes. A meshed size is also proposed for the beams modeling. Small
errors between two relationship curves of load and mid-span deflection
indicates that the validation is successes. Moreover, In this simple supported
beam analysis, the model of SRCB was conducted on the basis of
experimental and computational models of concrete beams in which use
crushed limestone aggregate concretes (RCB). Finally, the results of the
experimentation and the Abaqus analysis were comprared in a diagram.
Similarly, the results of the model of SRCB and models of RCB also were
comprared. From the results of this comparison, The article shows that can
use the process of modeling and identification of parameters of the model of
RCB to simulate for SRCB and shows that degree of accuracy when using the
model of RCB to simulate for SRCB.
3


MỤC LỤC
Trang tự đầu

Trang

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
LÝ LỊCH CÁ NHÂN ................................................................................... i
CẢM TẠ ..................................................................................................... ii
TÓM TẮT .................................................................................................. iv
MỤC LỤC .................................................................................................. vi
DANH SÁCH HÌNH .................................................................................... x

DANH SÁCH BẢNG ............................................................................... xiv
Chƣơng 1 – TỔNG QUAN........................................................................... 1
1.1. Tổng Quan ............................................................................................ 1
1.1.1. Phƣơng pháp mô phỏng tính toán............................................. 1
1.1.2. Bê tông xỉ cốt thép ................................................................... 4
1.2. Sự cần thiết của đề tài và mục tiêu nghiên cứu ...................................... 4
1.2.1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................... 5
1.2.2. Mục đích nghiên cứu đề tài ...................................................... 5
1.2.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu đề tài................................... 5
1.2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu............. ................................................5
1.2.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. ................................. 5
Chƣơng 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT....................................................................6
2.1. Công nghệ mô phỏng dầm ..................................................................... 6
2.1.1. Khái niệm về mô phỏng ........................................................... 6
2.1.2. Ƣu và nhƣợc điểm mô phỏng ................................................... 7
2.1.3. Một số loại mô phỏng dầm bê tông cốt thép................................7
2.1.4. Phƣơng pháp mô phỏng ba chiều (3D).........................................9

4


2.1.5. Phƣơng pháp mô phỏng hai chiều (2D)......................................10
2.2. Phƣơng pháp phần tử hữu hạn trong mô phỏng dầm ............................ 10
2.3. Mô hình phá hoại dẻo cho dầm bê tông cốt thép .................................. 12
2.4. Mô hình vật liệu bê tông trong mô phỏng ........................................... 13
2.4.1. Mô hình vật liệu bê tông trong ABAQUS ............................. 13
2.4.2. Một số mô hình số vật liệu bê tông ....................................... 16
2.5. Mô hình vật liệu thép trong mô phỏng ................................................ 23
2.5.1. Mô hình vật liệu thép đàn dẻo lý tƣởng (SEPL) .................... 23
2.5.2. Mô hình vật liệu thép cải tiến đàn dẻo lý tƣởng (IEPL) ......... 24

2.6. Thông số tính toán cho mô hình .......................................................... 25
2.6.1. Hệ số modul đàn hồi ............................................................ 27
2.6.2. Hệ số poission ...................................................................... 27
2.6.3. Tỉ lệ chia phần tử (Size Mesh) ............................................. 27
2.6.4. Thông số mô hình phá hoại dẻo ........................................... 27
2.6.5. Loại phần tử trong mô phỏng ............................................... 28
2.6.6. Mô hình bám dính vật liệu bê tông và cốt thép chịu lực...28
2.7. Giới thiệu tổng quan về phần mền Abaqus ............................ ..27
Chƣơng 3 - NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CỦA DẦM...........................29
3.1. Các tính toán nén mẫu để lấy thông số đầu vào cho mô hình ............... 31
3.1.1. Cấp phối bê tông sử dụng trong thí nghiệm ........................... 31
3.1.2. Kết quả nén cƣờng độ ........................................................... 31
3.2. Thí nghiệm cấu kiện dầm chịu uốn ba điểm......................................... 32
3.2.1. Mục đích thí nghiệm .............................................................. 32
3.2.2. Dụng cụ thí nghiệm cấu kiện dầm ......................................... 32
3.2.3. Công tác chuẩn bị.......................................................................35

5


3.2.4. Trình tự thí nghiệm.....................................................................36
3.2.5. Kiểm tra mẫu thử........................................................................37
3.3. Kết quả thực nghiệm dầm bê tông xỉ ................................................... 39
3.3.1. Chuyển vị giữa dầm ............................................................... 39
3.3.2. Biến dạng giữa dầm ............................................................... 39
3.3.3. Biến dạng tại ¼ dầm .............................................................. 40
Chƣơng 4 - THIẾT LẬP MÔ HÌNH TRÊN PHẦN MỀN
ABAQUS........................................................................................................42
4.1. Thông số tính toán cho mô hình .......................................................... 42
4.1.1. Mô hình vật liệu bê tông ....................................................... 42

4.1.2. Mô hình vật liệu thép ............................................................ 46
4.1.3. Loại phần tử mô phỏng và tỉ lệ chia phần tử ......................... 47
4.2. Các bƣớc mô hình hóa trên phần mền ABAQUS ................................. 48
4.2.1. Xây dựng cấu kiện ................................................................. 48
4.2.2. Định nghĩa vật liệu và thuộc tính mặt cắt ............................... 54
4.2.3. Định nghĩa lắp ghép cấu kiện ................................................. 57
4.2.4. Định nghĩa ràng buộc ............................................................. 59
4.2.5. Định nghĩa tải trọng và điều kiện biên ................................... 62
4.2.6. Chia lƣới cho cấu kiện dầm.................................................... 64
4.2.7. Thiết lập các bƣớc phân tích .................................................. 66
4.2.8. Công tác phân tích ................................................................. 66
4.2.9. Một số chú ý khi thiết lập phân tích mô hình ......................... 68
Chƣơng 5- KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ SO SÁNH THỰC NGHIỆM MÔ
HÌNH MÔ PHỎNG DẦM..............................................................................69
5.1. Hƣớng nghiên cứu và so sánh .............................................................. 69
5.2. Kết quả mô phỏng dầm bê tông thƣờng và bê tông xỉ .......................... 70
5.3. Đánh giá sự chính xác mô hình mô phỏng ........................................... 70
6


5.3.1. So sánh tỉ lệ chia phần tử ....................................................... 70
5.3.2. Đánh giá sự chính xác mô hình số vật liệu ............................. 71
5.3.3. So sánh kết quả mô hình bê tông thƣờng và bê tông xỉ ......... 76
Chƣơng 6 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ SO SÁNH THỰC NGHIỆM MÔ
HÌNH MÔ PHỎNG DẦM..............................................................................80
6.1. Kết luận và đánh giá ............................................................................ 80
6.2. Hƣớng nghiên cứu tiếp theo ............................................................... .80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ .82

7

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Mô phỏng dầm bê tông cốt thép....................................................10
Hình 2.2: Mô hình độ cứng chịu kéo bê tông (Abaqus Manual 2008).........14
Hình 2.3: Mô hình đƣờng cong quan hệ ứng suất và biến dạng....................15
Hình 2.4: Kết quả so sánh mô phỏng và thí nghiệm thực..............................16
Hình 2.5: Mô hình độ cứng chịu kéo - Nayal và Rasheed (2006).................18
Hình 2.6: Mô hình độ cứng chịu kéo sửa đổi cho Abaqus............................18
Hình 2.7: Mô hình đƣờng cong nén bê tông theo Hsu – Hsu........................19
Hình 2.8: Đƣờng cong quan hệ ứng suất – biến dang miền chịu nén
Hognestad........................................................................................................21
Hình 2.9: Đƣờng cong quan hệ ứng suất – biến dang miền chịu kéo
Hognestad........................................................................................................22
Hình 2.10: Quan hệ ứng suất và biến dạng khái quát hóa của mô hình
thép..................................................................................................................21
Hình 2.11: Quan hệ ứng suất và biến dạng của mô hình thép (SEPL)...........23
Hình 2.12 : Quan hệ ứng suất và biến dạng của mô hình thép IEPL..............24
Hình 2.13 : Mô hình bám dính của 2 loại vật liệu..........................................29
Hình 3.1: Strain gauge....................................................................................33
Hình 3.2: Thiết bị đo chuyển vị......................................................................34
Hình 3.3: Máy uốn cấu kiện...........................................................................34
Hình 3.4: Máy ghi số liệu thực nghiệm..........................................................35
Hình 3.5: Gia công cốt thép và ván khuôn.....................................................36
Hình 3.6: Quá trình trộn bê tông....................................................................36

8


Hình 3.7: Công tác đầm dùi...........................................................................37
Hình 3.8: Mẫu thí nghiệm kích thƣớc 150 x 150 x150 mm...........................37
Hình 3.9: Mô hình thí nghiệm cấu kiện dầm.................................................38
Hình 3.10: Thiết kế dầm tính toán..................................................................38
Hình 3.11: Vị trí Strain gauge và LVDT........................................................38
Hình 3.12: Biểu đồ quan hệ chuyển vị và lực của dầm bê tông thƣờng.........39
Hình 3.13: Biểu đồ quan hệ chuyển vị và lực của dầm bê tông xỉ.................39
Hình 3.14: Biểu đồ quan hệ biến dạng giữa dầm và lực của dầm bê tông
thƣờng..............................................................................................................40
Hình 3.15: Biểu đồ quan hệ biến dạng giữa dầm và lực của dầm bê tông
xỉ......................................................................................................................40
Hình 3.16: Biểu đồ quan hệ biến dạng ¼ dầm và lực của dầm bê tông
thƣờng..............................................................................................................41
Hình 3.17: Biểu đồ quan hệ biến dạng ¼ dầm và lực của dầm bê tông
xỉ......................................................................................................................41
Hình 4.1: Cửa sổ Create Part trong Abaqus...................................................49
Hình 4.2: Mô hình hình học hai chiều cấu kiện bê tông................................50
Hình 4.3: Kích thƣớc mô hình hình học hai chiều cấu kiện bê tông..............50
Hình 4.4: Cửa số Edit Base Extrusion............................................................50
Hình 4.5: Mô hình ba chiều của cấu kiện dầm bê tông..................................51
Hình 4.6: Mô hình hai chiều của cấu kiện tấm đệm thép...............................51
Hình 4.7: Mô hình ba chiều của cấu kiện tấm đệm thép................................52
Hình 4.8: Mô hình hình học hai chiều của cốt đai..........................................52
Hình 4.9: Mô hình hình học ba chiều của cốt đai...........................................53
Hình 4.10: Mô hình hình học hai chiều của cốt thép dọc...............................53
Hình 4.11: Mô hình hình học ba chiều của cốt thép dọc...............................54

Hình 4.12: Xác định thông số vật liệu bê tông..............................................55
9


Hình 4.13: Cửa sổ định nghĩa thuộc tính mặt cắt cho bê tông.......................56
Hình 4.14: Cửa sổ định nghĩa thuộc tính mặt cắt cho cốt thép......................57
Hình 4.15: Lựa đối tƣợng gán mặt cắt............................................................57
Hình 4.16: Cửa sổ Edit Section Assignment..................................................57
Hình 4.17: Cửa sổ Create Instance.................................................................58
Hình 4.18: Cửa sổ sao khi hoàn thành việc lắp ghép bê tông và đệm
thép..................................................................................................................59
Hình 4.19: Hoàn thành việc lắp ghép các đối tƣợng......................................60
Hình 4.20: Mô hình sau khi chia khối các đối tƣợng.....................................60
Hình 4.21: Ràng buộc giữa cốt thép và bê tông.............................................61
Hình 4.22: Gàn buộc giữa điểm đặt lực và dầm bê tông................................62
Hình 4.23: Gàn buộc giữa tấm thép và dầm bê tông......................................63
Hình 4.24: Cửa sổ Edit Boundary Condition.................................................64
Hình 4.25: Cửa sổ Global Seeds....................................................................65
Hình 4.26: Mô hình thiết lập chia lƣới...........................................................65
Hình 4.27: Thông báo về chia lƣới.................................................................66
Hình 4.28: Mạng lƣới phần tử hữu hạn dầm bê
tông.................................................................................................................66
Hình 4.29: Cửa sổ Edit Step..........................................................................67
Hình 4.30: Cửa sổ Create Job........................................................................67
Hình 4.31: Cửa sổ Edit Job............................................................................68
Hình 4.32: Cửa sổ Job Manager.....................................................................68
Hình 5.1: Kết quả mô phỏng dầm
RCB.................................................................................................................71
Hình 5.2: Kết quả mô phỏng dầm SRCB.......................................................71
Hình 5.3: Biểu đồ so sánh các tỉ lệ chia tại giá trị chuyển vị 0,035...............72

10


Hình 5.4: Biểu đồ quan hệ lực và chuyển vị so sánh trƣờng hợp 1 dầm bê
tông xỉ..............................................................................................................74
Hình 5.5: Biểu đồ quan hệ lực và chuyển vị so sánh trƣờng hợp 2 dầm bê
tông xỉ..............................................................................................................76
Hình 5.6: Biểu đồ quan hệ lực và chuyển vị cho RCB và SRCB..................78
Hình 5.12: Biểu đồ độ quan hệ tải trọng và ứng suất cốt thép cho RCB và
SRCB. .............................................................................................................79
Hình 6.1: Sự mở rộng vết nứt Abaqus. ..........................................................82
Hình 6.2: Mô phỏng nút khung và chịu tải động. ..........................................82

11


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 2.1: Thông số mô hình phá hoại dẻo.....................................................26
Bảng 3.1: Cấp phối sử dụng chế tạo bê tông xỉ..............................................28
Bảng 3.2: Cấp phối sử dụng chế tạo bê tông thƣờng......................................28
Bảng 3.3: Cƣờng độ chịu nén mẫu bê tông thƣờng và bê tông xỉ..................29
Bảng 4.1: Thông số đặc trƣng của bê tông thƣờng và bê tông xỉ...................39
Bảng 4.2: Thông số miền chịu nén của mô hình Hsu-Hsu.............................40
Bảng 4.3: Thông số miền chịu kéo của mô hình Hsu-Hsu.............................40
Bảng 4.4: Thông số miền chịu nén của mô hình E. Hognestad.....................41

Bảng 4.5: Thông số miền chịu kéo của mô hình E. Hognestad.....................42
Bảng 4.6: Thông số đặc trƣng của cốt thép....................................................42
Bảng 4.7: Thông số đặc trƣng của mô hình SEPL.........................................43
Bảng 4.8: Thông số đặc trƣng của mô hình IEPL.........................................43
Bảng 4.9: Loại phần tử mô phỏng dầm.........................................................44
Bảng 4.10: Thông số mô hình phá hoại dẻo mô hình....................................44
Bảng 5.1: Kết quả lực và chuyển vị giữa dầm cho nhiều tỉ lệ chia...............68

12


Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan.
1.1.1. Phƣơng pháp mô phỏng tính toán.
Hiện nay, các cấu kiện trong công trình xây dựng đƣợc làm việc với
nhiều hình thức khác nhau. Để hiểu rõ các ứng xử của chúng trong quá trình
làm việc là điều rất cần thiết vì khi đó sẽ tính toán đƣợc rũi ro, cũng nhƣ dự
trù phƣơng án thiết kế kết cấu phù hợp và hiệu quả với ứng xử đó tránh
trƣờng hợp phát sinh rũi ro gây ảnh hƣởng đến sự an toàn công trình. Nhiều
phƣơng pháp đã đƣợc sử dụng để nghiên cứu ứng xử cấu kiện bê tông cốt
thép, trong đó có hai phƣơng pháp thƣờng sử dụng nhất là phƣơng pháp thí
nghiệm và phƣơng pháp mô phỏng. Nhƣng phƣơng pháp thí nghiệm có thể
cho biết đƣợc ứng xử thực của kết cấu nhƣng lại tồn tại những khuyết điểm:
thời gian nghiên cứu lâu, chỉ phù hợp với cấu kiện kích thƣớc (cấu kiện mà có
thể thí nghiệm) và tốn rất nhiều kinh phí để thí nghiệm cấu kiện. Những năm
gần đây, việc sử dụng phần tử hữu hạn (PTHH) trong xây dựng trở nên phổ
biến do sự phát triển không ngừng của công nghệ máy tính, mà chƣơng trình
toán Abaqus là một trong những lựa chọn tốt nhất để mô phỏng và phân tích
ứng xử cấu kiện bê tông cốt thép nói riêng và mô phỏng tính toán nói chung.
Tuy nhiên, ứng xử vật liệu trong miền dẻo của kết cấu bê tông cốt thép là

tƣơng đối phức tạp do thuộc tính phi tuyến của vết nứt và nén vở bê tông
trong giai đoạn đẻo. Thực tế phải cần một sự kết hợp mô phỏng đƣợc thực
hiện trƣớc và kết quả thí nghiệm dùng để kiểm chứng và hiệu chỉnh. Sau đó,
mới dùng phƣơng pháp mô phỏng cho cấu kiện khác. Trong nghiên cứu này,
mô phỏng bằng phần mền Abaqus và thí nghiệm đối chứng đƣợc thực hiện
cho cấu kiện dầm chịu uốn ba điểm để đƣa ra những phân tích và bình luận.
1


Nhiều nghiên cứu đã đƣa ra đƣợc mô hình hóa cấu kiện bê tông. Từ
đó có thể sử dụng các thông số tính toán từ phần mền để hiểu rỏ hơn ứng xử
cấu kiện bê tông dƣới tác dụng lực tác động. Một số nghiên cứu nhƣ sau:
+ Nghiên cứu “ Nghiên cứu ứng xử của nút khung bê tông cốt thép
bằng phương pháp phần tử hữu hạn” của tác giả Ths. Lê Đăng Dũng – Bộ
môn kết cấu xây dựng – Viện kỹ thuật xây dựng. Trong nghiên cứu này, tác
giả đã sử dụng phần mền Abaqus (SIMULA 2008) để mô phỏng tính toán nút
khung bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn. Từ mô phỏng , tác giả trình bày sự
làm việc và khảo sát sự phá hủy của nút khung khi thay đổi độ lệch tâm giữa
dầm và cột.
+ Nghiên cứu “ Mô hình phần tử hữu hạn và thí nghiệm kiểm chứng
ứng xử không đàn hồi của kết cấu bê tông cốt thép” của tác giả Nguyễn Trần
Trung, Phạm Hữu Huy, Lƣ Quang Hải, Hồ Hữu Chỉnh. Các tác giả đã mô
phỏng tính toán phần tử hữu hạn bằng chƣơng trình ANSYS. Dựa và mô hình
tác giả phân tích đƣợc ứng xử phi tuyến của các cấu kiện dầm cột bê tông cốt
thép, trong đó phần tử SOLID dùng để mô phỏng vật liệu bê tông, LINK dùng
để mô phỏng vật liệu cốt thép.
+ Nghiên cứu “Nghiên cứu ứng xử chịu uốn của dầm bê tông cốt
thép được tăng cường bằng bê tông lưới cốt dệt” của tác giả Nguyễn Huy
Cƣờng, Vũ Văn Hiệp, Lê Đăng Dũng. Trong nghiên cứu này, các tác giả trình
bày nghiên cứu ứng xử chịu uốn của dầm bê tông cốt thép đƣợc tăng cƣờng

bằng lƣới dệt bê tông bên ngoài. Tác giả sử dụng phƣơng pháp tính toán phần
tử hữu hạn bằng phần mền Abaqus. Phần mền Abaqus đƣợc sử dụng để mô
phỏng sự làm việc chịu uốn của kết cấu, có xét đến đặc điểm làm việc phi
tuyến của vật liệu, cũng nhƣ hình học. Mô hình ứng xử bám dính giữa hai lớp
vật liệu bê tông và lƣới dệt sử dụng để mô tả chính xác sự làm việc, cũng nhƣ
cơ chế phá hoại của kết cấu dầm đƣợc gia cƣờng.
2


+ Nghiên cứu “ A Material Model for Flexuaral Crack Simulation in
Reinforced Concrete Elements Using Abaqus” của tác giả Wahalathantri.B.L ,
Thambiratnam.D.P , Chan.T.H.T , FAWZIA.S . Trong nghiên cứu này, Các
tác giả đƣa ra đƣợc các mô hình ứng xử vật liệu bê tông cốt thép cho phần
mền Abaqus. Mô hình mô tả ứng xử vật liệu thì bao gồm mô hình quan hệ
ứng suất biến dạng miền nén, và sự phá hoại miền kéo. Tác giả cũng mô
phỏng tính toán ứng xử của dầm chịu uốn. Thông qua kết quả, tác giả cho
chúng ta sự chính xác của các mô hình mô tả ứng xử vật liệu bê tông cốt thép.
+ Nghiên cứu “ Nolinear Analysis of Reinforced Con concrete
Beam Bending Failure Experimentation Based on Abaqus” của các tác giả
Deng Sihua, Qie Ze, Wang Li. Trong nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng
phƣơng pháp phần tử hữu hạn dựa trên phần mền Abaqus. Trong phân tích
tính toán dầm thì các tác giả lựa chọn mô hình phá hoại dẻo để sử dụng tính
toán mô phỏng dầm chịu uốn. Tác giả phân tích ứng xử sự làm việc và phá
hoại của dầm chịu uốn.
+ Nghiên cứu “Modeling of Concrete for Nonlinear Analysis Using
Finite Element Code Abaqus” của các tác giả S.V. Chaudhari và
M.A.Chakrabaeti. Trong nghiên cứu này, tác giả đã phân tích tính toán tính
chất vật liệu bê tông có xét đến tính phi tuyến. Tác giả sử dụng phƣơng pháo
phần tử hữu hạn thông qua phần mền Abaqus. Trong mô hình tính toán, tác
giả đã sử dụng mô hình 3D và mô hình phá hoại dẻo và mô hình vết nứt rời

rạc qua đó so sánh sự chính xác của hai mô hình khi mô phỏng tính toán cấu
kiện dầm chịu uốn.
Vì vậy, Nghiên cứu bằng phƣơng pháp bằng phƣơng pháp mô phỏng
rất phát triển để nghiên cứu ứng xử cấu kiện dầm. Phƣơng pháp này có nhiều
ƣu điểm nhƣng khả năng khảo sát ứng cấu kiện: tiết kiệm thời gian nghiên
cứu, có thể ứng dụng trên nhiều cấu kiện, thay đổi thông số mô hình tƣơng
3