Đánh giá mô hình giằng chống bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Bài viết trình bày một phương pháp để đánh giá các mô hình giằng chống bằng mô phỏng phần tử hữu hạn xét tới tính phi tuyến của vật liệu bê tông theo mô hình phá hủy đàn dẻo. Kỹ thuật cản giả cũng được sử dụng trong mô hình số để tăng tính ổn định khi giải bài toán. Từ đó, có thể tìm thấy tải trọng giới hạn, quá trình nứt của kết cấu BTCT và đánh giá mô hình giằng chống phù hợp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá mô hình giằng chống bằng phương pháp phần tử hữu hạn 91 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 40+41-05/2021 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH GIẰNG CHỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN EVALUATION OF STRUT-TIE MODELS USING FINITE-ELEMENT ANALYSIS Mai Lựu Khoa Công trình giao thông Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh Tóm tắt: Mô hình giằng chống là một trong những phương pháp thiết kế bê tông cốt thép (BTCT)hiệu quả cho các vùng D trong kết cấu. Đối với một vùng D cho trước thì có thể có nhiều mô hình giằngchống khác nhau để mô phỏng thiết kế và đây cũng là một thách thức đặt ra cho người kỹ sư để chọnmô hình phù hợp, đặc biệt là đối với những kết cấu có hình dáng và tải trọng phức tạp. Bài báo này sẽtrình bày một phương pháp để đánh giá các mô hình giằng chống bằng mô phỏng phần tử hữu hạn xéttới tính phi tuyến của vật liệu bê tông theo mô hình phá hủy đàn dẻo. Kỹ thuật cản giả cũng được sửdụng trong mô hình số để tăng tính ổn định khi giải bài toán. Từ đó, có thể tìm thấy tải trọng giới hạn,quá trình nứt của kết cấu BTCT và đánh giá mô hình giằng chống phù hợp. Từ khóa: Mô hình giằng chống, vùng D, mô hình phá hủy, phần tử hữu hạn. Mã phân loại: 11.2 Abstract: Strut-and-tie modeling is an effective design method to deal with D-regions of reinforcedconcrete structures. However, for a given D-region various strut-tie models can be generated.Therefore, modeling in structural concrete involves a trial-and-error process that requires some designexperience, and this is also one of the major challenges to select an appropriate strut-tie system for aconcrete structure with complex geometry and loading conditions from many possible equilibriumconfigurations. This paper presents an evaluation technique of strut-tie models based on finite-elementanalysis. The concrete damage plasticity (CDP) model along with the pseudo-damping scheme is alsoincorporated to analyze the system for cracks and to stabilize the solution, respectively. Hence, it canfind that the ultimate load, cracking evolution history, and final crack pattern are predicted. From theseresults, strut-tie models can be evaluated. Keywords: Strut-and-tie model, D-region, failure modes, FEM. Classification code: 11.2 1. Tổng quan Phương pháp thiết kế BTCT theo mô hình Mô hình giàn ảo (STM) là phương pháp STM đã chính thức áp dụng trong nhiều tiêuthiết kế linh hoạt và dựa trên nguyên lý giới chuẩn tiên tiến trên thế giới như AASHTOhạn dưới của lý thuyết dẻo. STM được sử LRFD, CSA A23.3, CEB-FIP Model Codedụng khá phổ biến để thiết kế những vùng kết 90,… và tiêu chuẩn thiết kế cầu của Việt Namcấu không liên tục về hình học và tải trọng, TCVN 11823-2017. Tuy nhiên, tình hình thựcthường gọi là vùng D. Sự không liên tục này tế cho thấy phương pháp này được tiếp cận ởtạo ra các phân bố biến dạng phi tuyến. Vì vậy nước ta còn rất hạn chế do tài liệu hướng dẫngiả thiết về biến dạng phẳng không còn phù chưa cụ thể, và phần lớn các kỹ sư kết cấuhợp trên những vùng này và mô hình hệ giàn chưa được trang bị một cách cơ bản về lý luậnảo STM là một giải pháp để phân tích vùng D. của phương pháp. Hệ STM có cấu tạo đơn giản và thường là Các nghiên cứu [1] – [3] cho thấy rằnghệ giàn quen thuộc tĩnh định nên việc giải bài việc thiết lập sơ đồ hệ thanh là rất quan trọngtoán tìm nội lực hệ thanh khá đơn giản. Đối trong phương pháp STM. Như đã trình bày, sơvới các kiểm toán khả năng chịu lực của hệ đồ này được xác định dựa trên nguyên lý giớithông qua kiểm toán các phần tử của hệ thanh hạn dưới của lý thuyết dẻo. Nghĩa là một kết(gồm thanh kéo, thanh nén và nút) cũng tương cấu sẽ không bị phá hoại dưới tác dụng củađối rõ ràng và đơn giản. Như vậy việc tính một hệ tải trọng nếu có thể tìm được một sựtoán khả năng chịu lực của kết cấu đã được phân bố ứng suất hay nội lực bất kỳ thỏa mãnđơn giản hóa bằng cách sử dụng một hệ thanh. điều kiện cân bằng và giới hạn cường độ của92 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 40+41, May 2021vật liệu. Nguyên lý này cho thấy có thể có vô Trong đó:số sơ đồ hệ thanh trong mô hình STM để thay l ( ρ , u) = ∫f udΩ + ∫ t T uds ...