Phân tích tĩnh phi tuyến hình học và vật liệu cấu kiện dầm-cột ống thép tròn nhồi bê tông

Bài viết này phát triển một chương trình phân tích phi tuyến bằng ngôn ngữ lập trình Matlab để dự đoán ứng xử kết cấu của cấu kiện dầm-cột CFST cường độ cao dưới tác dụng của tải trọng nén lệch tâm có kể đến tác động bó lõi bê tông của ống thép và sự không hoàn hảo ban đầu về hình học của cấu kiện dầm-cột.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích tĩnh phi tuyến hình học và vật liệu cấu kiện dầm-cột ống thép tròn nhồi bê tông Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2024, 18 (1V): 13–25 PHÂN TÍCH TĨNH PHI TUYẾN HÌNH HỌC VÀ VẬT LIỆU CẤU KIỆN DẦM-CỘT ỐNG THÉP TRÒN NHỒI BÊ TÔNG Nguyễn Thế Danha,b,c , Đoàn Ngọc Tịnh Nghiêma,b , Phan Thị Tường Quya,b , Nguyễn Thị Tố Lanc , Nguyễn Văn Hiếuc , Ngô Hữu Cườnga,b,∗ a Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh, 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, TP. Hồ Chí Minh, Việt Nam b Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Phường Linh Trung, TP. Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh, Việt Nam c Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc TP. Hồ Chí Minh, 96 Pasteur, Quận 3, TP. Hồ Chí Minh, Việt Nam Nhận ngày 12/12/2022, Sửa xong 23/02/2024, Chấp nhận đăng 23/02/2024Tóm tắtDầm-cột ống thép tròn nhồi bê tông (CFST) là cấu kiện kết cấu có nhiều đặc điểm nổi trội cho kết cấu nhà nhiềutầng do có cường độ, độ cứng và độ dẻo dai cao hơn những loại cấu kiện thông thường trong khi có hình dángkiến trúc thanh mảnh, có khả năng chống cháy tốt và thuận tiện cho thi công. Bài báo này phát triển một chươngtrình phân tích phi tuyến bằng ngôn ngữ lập trình Matlab để dự đoán ứng xử kết cấu của cấu kiện dầm-cột CFSTcường độ cao dưới tác dụng của tải trọng nén lệch tâm có kể đến tác động bó lõi bê tông của ống thép và sựkhông hoàn hảo ban đầu về hình học của cấu kiện dầm-cột. Tiết diện liên hợp của cấu kiện dầ m-cô ̣t được chiathành nhiều điểm thớ thép và bê tông và trạng thái của tiết diện được cập nhật trong suốt quá trình phân tích đểkể đến tác động phi đàn hồi kết hợp với sự xem xét tác động phi tuyến hình học giữa hai đầu cấu kiện. Nhữngkế t quả phân tích số đạt được từ chương trình phát triển được so sánh với các kết quả của các nghiên cứu khácchứng tỏ rằng nó là một công cụ mô phỏng khá hiệu quả và tương đối chính xác trong việc dự đoán khả năngchiu lực của cấu kiện dầm-cột CFST tròn nhồi bê tông cường độ cao chiu tải tro ̣ng tınh trong nghiên cứu và ̣ ̣ ̃thiế t kế kỹ thuâ ̣t.Từ khoá: dầm-cột ống thép nhồi bê tông; phi tuyến hình học; phi tuyến vật liệu; tác động bó, phương pháp thớ.GEOMETRIC AND MATERIAL NONLINEAR STATIC ANALYSIS OF CIRCULAR CONCRETE-FILLEDSTEEL TUBE BEAM-COLUMNSAbstractConcrete-filled steel tube (CFST) beam-columns are structural members with many dominant features for multi-storey building structures due to their high strength, rigidity and ductility in comparison with normal membersas well as their slender architectural apperance, good fire-resistant capacity and construction convenience. Thispaper develops a nonlinear analysis program by Matlab programing language to predict the structural responsesof high-strength CFST beam-columns subjected to eccentric loading with the consideration of confined effectsto concrete core of the steel tube and the initial geometric imperfection of beam-columns. The composite cross-section of CFST beam-columns is partitioned into many steel and concrete fibers and the section state is updatedduring the analysis process to consider the inelastic effects combined with the consideration of geometricallynonlinear effects between the member ends. The analysis results obtained from the developed program arecompared to those of existing studies to prove that it is an efficient and relatively accurate simulation tool inpredicting the resistance capacity of high-strength circular CFST beam-columns under static loadings in researchand technical design.Keywords: concrete-filled steel tube beam-columns; geometric nonlinear; material nonlinear; confined effects,fiber method. https://doi.org/10.31814/stce.huce2024-18(1V)-02 © 2024 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) 13 Danh, N. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng1. Giới thiệu Cấu kiện dầm-cột ống thép nhồi bê tông (Concrete-Filled Steel Tube - CFST) được sử dụng rộngrãi trong các công trình cầu và nhà dân dụng trên thế giới do có nhiều ưu điểm về kết cấu, thi côngvà kiến trúc. Về kết cấu, cấu kiện CFST có độ cứng và độ bền cao hơn so với các loại kết cấu thôngthường nhờ có tác dụng tương hỗ giữa ống thép và bê tông. Ống thép bọc bên ngoài tạo nên tác độngbó lõi bê tông làm tăng đáng kể cường độ và độ dẻo dai của lõi bê tông trong khi lõi bê tông hạn chếhiện tượng mất ổn định cục bộ của ống thép và từ đó làm tăng khả năng chịu lực của ống thép. Về thicông, cấu kiện CFST có thể thi công nhanh do ống thép được tận dụng làm cốp-pha trong giai đoạnthi công khi bê tông chưa đông cứng. Bên cạnh đó, với kích thước nhỏ, ...