Tài liệu Luận văn phân tích ứng xử cột bê tông cường độ cao chịu nén lệch tâm xiên bằng phương pháp phần tử hữu hạn

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN BÙI THANH KIẾM PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA CỘT BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CHỊU TẢI NÉN LỆCH TÂM XIÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LUẬN VĂN THẠC SĨ Long An - 2019 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN Họ tên học viên: Bùi Thanh Kiếm PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA CỘT BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CHỊU TẢI NÉN LỆCH TÂM XIÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng DD và CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Trương Tích Thiện Long An – 2019 GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm LỜI CẢM ƠN Luận văn cao học hoàn thành là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu của học viên tại Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An. Bên cạnh những nỗ lực của học viên, hoàn thành chương trình luận văn không thể thiếu sự giảng dạy, quan tâm, giúp đỡ của tập thể Thầy Cô khoa Kiến trúc Xây dựng, Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An trong quá trình học tập cũng như hoàn thành luận văn cao học này. Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS-TS Trương Tích Thiện cùng tập thể các thầy cô, đồng nghiệp đã tận tình quan tâm, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này. Cũng nhân dịp này, tôi xin trân trọng cám ơn gia đình, bạn bè, tập thể lớp Cao học Xây dựng khoá 4 đã hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. HỌC VIÊN THỰC HIỆN Bùi Thanh Kiếm GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm BẢN CAM KẾT Ngoài những kết quả tham khảo từ những công trình khác như đã được ghi trong luận văn, tôi xin cam kết rằng luận văn này là do chính tôi thực hiện và luận văn chỉ được nộp tại Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An. Tôi xin cam đoan rằng: Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa từng được sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc. HỌC VIÊN THỰC HIỆN Bùi Thanh Kiếm GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm TÓM TẮT Luận văn sử dụng chương trình ANSYS – chương trình tính toán được xây dựng dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn – để phân tích ứng xử tĩnh cũng như ứng xử rạn nứt của cột bê tông cốt thép chịu tải nén đúng tâm và lệch tâm. Luận văn cũng thực hiện bài toán cột bê tông cốt sợi thủy tỉnh để đánh giá hiệu quả của cốt thép so với cốt sợi thủy tinh. Luận văn đã thực hiện được ba bài toán, kết quả tính toán có so sánh và khá phù hợp với kết quả từ các bài báo. ABSTRACT In this thesis, ANSYS – the engineering simulation software based on the finite element method – is used to analyze static and crack behaviour of reinforced concrete column under biaxial bending and axial load. Besides, Glass Fiber Reinforced Polymer concrete column is analyzed to evaluate the effect of reinforcement compared with glass fiber Reinforced Polymer. Three model is analyzed, results from ANSYS is also compared with result which is publiced in papers. GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................... iii BẢN CAM KẾT ................................................................................................................ iv TÓM TẮT ............................................................................................................................v MỤC LỤC ......................................................................................................................... vi DANH MỤC BẢNG.......................................................................................................... ix DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................................x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. xiii Chương 1. TỔNG QUAN..................................................................................................1 1.1. Đặt vấn đề ..................................................................................................................1 1.2. Tình hình nghiên cứu của đề tài ................................................................................3 Nghiên cứu ngoài nước .......................................................................................3 Nghiên cứu trong nước .......................................................................................4 1.3. Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................................4 1.4. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................................5 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................5 1.6. Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................................5 1.7. Lợi ích của đề tài .......................................................................................................6 Lợi ích khoa học ..................................................................................................6 Lợi ích thực tiễn ..................................................................................................6 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................................7 2.1. Vật liệu bê tông .........................................................................................................7 Tính chất cơ học của bê tông ..............................................................................7 Tiêu chuẩn phá hủy bê tông ..............................................................................11 2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn .................................................................................16 Giới thiệu...........................................................................................................16 Mô hình hóa trong phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) .............................18 2.3. Mô hình hóa kết cấu bê tông có cốt trong Ansys ....................................................20 Mô hình hóa khối bê tông bằng phần tử khối ba chiều .....................................20 Mô hình hóa cốt thép bằng phần tử thanh .........................................................21 GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm Liên kết giữa phần tử bê tông và cốt trong Ansys ............................................21 2.4. Mô hình hóa vết nứt trong kết cấu bê tông có cốt trong phương pháp phần tử hữu hạn ..................................................................................................................................22 Mô hình smeared (phân tán) .............................................................................22 Mô hình embeded (nhồi) ...................................................................................22 Mô hình discrete (rời rạc) .................................................................................23 2.5. Phân tích kết cấu bằng chương trình ANSYS .........................................................24 2.6 Kết luận chương ......................................................................................................25 Chương 3. PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG CHƯƠNG TRÌNH ANYSY.................................................................................................................27 3.1. Mô hình bài toán cột BTCT chịu nén đúng tâm ......................................................27 Mô hình hình học của cột ..................................................................................27 Thông số vật liệu ...............................................................................................28 Mô hình PTHH ..................................................................................................29 Tải trọng – điều kiện biên .................................................................................30 Kết quả phân tích ..............................................................................................31 Đánh giá kết quả................................................................................................35 3.2. Mô hình bài toán cột BTCT chịu nén lệch tâm .......................................................36 Trường hợp 1: tải trọng tác động lệch khỏi tâm 1 đoạn 50mm ........................36 Trường hợp 2: tải trọng tác động lệch khỏi tâm 1 đoạn 100mm ......................38 3.3. Mô hình cột bê tông cốt sợi thủy tinh......................................................................39 Chương 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................... Error! Bookmark not defined. 4.1. Kết luận ...................................................................................................................42 Những nội dung đã làm được ............................................................................42 Những nội dung còn thiếu sót ...........................................................................43 4.2. Kiến nghị .................................................................................................................43 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................44 Tiếng Việt .......................................................................................................................44 Tiếng Anh .......................................................................................................................44 PHỤ LỤC CODE ANSYS ................................................................................................46 GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Các thông số mô tả ứng xử phá hủy của vật liệu bê tông .........................12 Bảng 3.1. Thông số vật liệu của bê tông ...................................................................28 Bảng 3.2. Thông số vật liệu của thép ........................................................................29 Bảng 3.3. Bảng thông số vật liệu sợi GFRP..............................................................39 GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Các trường hợp của cấu kiện chịu nén ........................................................1 Hình 1.2. Tiết diện cấu kiện chịu nén lệch tâm...........................................................2 Hình 1.3. Cách phân bố cốt thép dọc trong cột chịu nén lệch tâm .............................2 Hình 1.4. Tiết diện cột chịu nén lệch tâm xiên ...........................................................3 Hình 2.1. Các giai đoạn ứng xử của bê tông dưới tác dụng của tải trọng ...................8 Hình 2.2. Ứng xử của mẫu bê tông chịu kéo theo Hillerborg (1983) .........................8 Hình 2.3. Thí nghiệm nén mẫu bê tông hình trụ. a) Đường quạn hệ tải trọng và chuyển vị; b) ứng xử bê tông vùng sau khi đạt cường độ lớn nhất; c) Phân bố biến dạng đo được theo chiều cao mẫu thí nghiệm ..........................................................................9 Hình 2.4. Bê tông bị kéo nén ba trục. a) đường quan hệ ứng suất - biến dạng theo kết quả thí nghiệm của Richart, Brandtzaeg và Brown (1928) đối với mẫu trụ với d= 102mm và l = 203 mm; (b) Kết quả thí nghiệm của Menne (1977) đối với mặt chảy. d) Ứng xử trong trạng thái ứng suất phẳng ...............................................................10 Hình 2.5. Bê tông chịu kéo nén 2 trục: a) Các kết quả thí nghiệm của Kupfer (1973), Von Mier (1986); b) Giới hạn chảy lý tưởng ............................................................11 Hình 2.6. Sơ đồ khối chương trình PTHH ................................................................17 Hình 2.7. Một số PTHH thông dụng .........................................................................18 Hình 2.8. Dạng hình học của phần tử SOLID65 .......................................................20 Hình 2.9. Phần tử cốt thép Link180 ..........................................................................21 Hình 2.10. Minh họa liên kết giữa phần tử bê-tông và phần tử cốt thép ..................21 Hình 2.11. Mô hình Smeared ....................................................................................22 Hình 2.12. Mô hình Embeded ...................................................................................23 Hình 2.13. Mô hình Discrete .....................................................................................23 Hình 2.14. Giao diện chương trình ANSYS .............................................................25 GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm Hình 2.15. Các menu chính của ANSYS ..................................................................25 Hình 3.1. Cấu tạo cột BTCT theo Pawar [15] ...........................................................27 Hình 3.2. Đường cong ứng suất biến dạng của vật liệu bê tông M25 [14] ...............28 Hình 3.3. Khai báo ứng xử phi tuyến vật liệu thép trong ANSYS ...........................29 Hình 3.4. Khai báo ứng xử phi tuyến vật liệu bê tông trong ANSYS ......................29 Hình 3.5. Mô hình PTHH của cột .............................................................................30 Hình 3.6. Hình ảnh minh họa điều kiện biên và tải nén đúng tâm ............................30 Hình 3.7. Trường chuyển vị theo phương y (UY) ....................................................31 Hình 3.8. Trường ứng suất tương đương von-Mises trong cốt thép .........................31 Hình 3.9. Trường chuyển vị theo phương y (UY) tại bước lực thứ 15 .....................32 Hình 3.10. Trường chuyển vị theo phương y (UY) tại bước lực thứ 30 ...................32 Hình 3.11. Trường ứng suất tương đương von-Mises trong cốt thép tại các bước tải 15 (a) và 30 (b) ..........................................................................................................33 Hình 3.12. Kết cấu bắt đầu có vết nứt tại bước tải thứ 15 ........................................33 Hình 3.13. Sự phân bố vết nứt trong bê tông kết cấu cột BTCT tại bước tải cuối cùng ...................................................................................................................................34 Hình 3.14. Sự phân bố vết nứt trong bê tông kết cấu cột BTCT tại các bước tải 19, 20, 25, 26, 27, 28 .......................................................................................................34 Hình 3.15. So sánh kết quả tính toán từ ANSYS và kết quả thực nghiệm của Pawar. ...................................................................................................................................35 Hình 3.16. Mô hình điều kiện biên và tải lệch tâm ...................................................36 Hình 3.17. Trường chuyển vị theo phương y tại bước tải thứ 10 .............................37 Hình 3.18. Kết cấu bắt đầu có vết nứt tại bước tải thứ 6 ..........................................37 Hình 3.19. Sự phân bố vết nứt trên kết cấu cột tại bước tải thứ 10 ..........................38 Hình 3.20. Trường chuyển vị theo phương y tại bước tải thứ 10 .............................38 GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm Hình 3.21. Sự phân bố vết nứt trên kết cấu cột tại bước tải thứ 10 ..........................39 Hình 3.22. Trường chuyển vị theo phương y tại bước tải thứ 10 .............................40 Hình 3.23. Sự phân bố vết nứt trên mô hình cột bê tông cốt GFRP .........................40 Hình 3.24. Kết quả so sánh chuyển vị cực đại giữa hai mô hình ..............................41 GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Tên đầy đủ PP PTHH Ý nghĩa Phương pháp phần tử hữu hạn BTCT Bê tông cốt thép FEM Finite Element Method GFRP Glass Fiber Reinforced Polymer E Module đàn hồi  Hệ số Poisson fy Cường độ tính toán thép theo giới hạn chảy của vật liệu G Mô đun trượt  1 , 2 , 3 Các ứng suất chính fC Độ bền nén đơn trục của bê tông Bề mặt phá hủy được xác định từ năm S  ah GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện thông số f t , f c , f cb , f1 , f 2 Trạng thái ứng suất thủy tĩnh trong điều kiện môi trường xung quanh HVTH: Bùi Thanh Kiếm 1 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề Cấu kiện chịu nén là cấu kiện chịu tác dụng của lực nén N dọc theo trục của nó. Tùy theo vị trí của N mà phân biệt thành hai trường hợp nén đúng tâm và nén lệch tâm: khi lực N đặt trùng với trọng tâm tiết diện ngang ta có cấu kiện chịu nén đúng tâm, khi N đặt lệch so với trọng tâm tiết diện, ta có cấu kiện chịu nén lệch tâm (hình 1). Lực N đặt lệch tâm tương đương với lực N đặt đúng tâm và một momen có giá trị: M  Ne0 (1.1) Cấu kiện chịu nén thường gặp là cột, thanh nén của dàn, thân vòm... Trên tiết diện ngang xuất hiện lực dọc và mômen. Trong cấu kiện chịu nén, lực cắt Q thường ít nguy hiểm hơn so với cấu kiện chịu uốn. Tuy vậy khi Q lớn cũng có thể gây ra sự phá hoại trên tiết diện nghiêng nên cần phải tính toán kiểm tra. Hình 1.1. Các trường hợp của cấu kiện chịu nén a) Nén đúng tâm; b,c) Nén lệch tâm Đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm: tiết diện ngang thường có dạng chữ nhật, I, T, vành khuyên hoặc cột rỗng 2 nhánh có chiều cao của tiết diện song song với mặt phẳng uốn. Tỷ số h/b thường nằm trong khoảng 1,5 đến 3. GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm 2 Hình 1.2. Tiết diện cấu kiện chịu nén lệch tâm Cấu tạo cốt thép trong cột gồm cốt dọc chịu lực, cốt dọc cấu tạo và cốt đai. - Cốt dọc chịu lực trong cột chịu nén lệch tâm thường được bố trí như hình 3. - Cốt thép dọc cấu tạo: Với cấu kiện nén lệch tâm, khi h > 500mm mà cốt thép dọc As và A’s được đặt tập trung theo cạnh b thì còn cần đặt cốt thép dọc cấu tạo vào khoảng giữa cạnh h, dùng để chịu những ứng suất sinh ra do bê tông co ngót, do nhiệt độ thay đổi và cũng có thể giữ ổn định cho những nhánh cốt thép đai quá dài. Cốt thép dọc cấu tạo không tham gia vào tính toán khả năng chịu lực. - Cốt đai có tác dụng: giữ vị trí cốt thép dọc khi thi công, hạn chế nở ngang của bê tông, giữ ổn định cốt thép dọc chịu nén, khi cấu kiện chịu lực cắt lớn thì cốt đai tham gia chịu lực cắt. Hình 1.3. Cách phân bố cốt thép dọc trong cột chịu nén lệch tâm GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm 3 Cột chịu nén lệch tâm xiên là cột chịu đồng thời một lực nén dọc trục N, và mô men uốn theo hai phương Mx, My lấy đối với các trục chính của tiết diện. Hình 3 biểu thị tiết diện cột chịu nén lệch tâm xiên. Hình 1.4. Tiết diện cột chịu nén lệch tâm xiên Khái niệm bê tông cường độ cao chỉ mang tính chất tương đối về cơ bản nó chỉ khác bê tông thường là có cường độ cao hơn. Hiện nay, trên thế giới đang có xu hướng sử dụng bê tông cường độ cao ngày càng nhiều nhất là trong 10 năm gần đây. Sử dụng bê tông cường độ cao trong xây dựng hiện đại với nhiều ưu điểm như: Cường độ và môđun đàn hồi cao; Cho cường độ sớm, công trình nhanh chóng đưa vào sử dụng; Giảm tải trọng chết của công trình; Nhanh chóng đạt được mức độ từ biến cuối cùng; Tăng cường khả năng chống thấm, chống ăn mòn; Giảm giá thành công trình... 1.2. Tình hình nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu ngoài nước - Shivani Sridhar & Pavithra L (2015) [11] sử dụng chương trình PTHH ABAQUS để phân tích ứng xử của cột BTCT chịu nén lệch tâm, kết quả từ phần mềm được kiểm chứng bằng thực nghiệm. Các kết quả của nghiên cứu này cho thấy kết quả phân tích theo PTHH rất phù hợp với kết quả thực nghiệm. - Hugo Rodrigues (2014) [10] cùng các cộng sự phân tích ứng xử cột BTCT chịu tác động tải trọng ngang. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả sử sử dụng phần mềm Seismo Struct để phân tích, kết quả được so sánh với kết quả thí nghiệm. Có GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm 4 6 mẫu thí nghiệm cột BTCT hình chữ nhật được nén với các trường hợp tải khác nhau. Nghiên cứu trong nước - Phan Quang Minh (2007) [2] giới thiệu qui trình tính toán cốt thép không đối xứng của cấu kiện chịu nén lệch tâm theo TCXDVN 356-2005. - Phan Đình Hào, Trịnh Hữu Hiệp (2016) [3] sử dụng chương trình PTHH ABAQUS để phân tích ứng xử của cột ống thép nhồi bê tông cường độ cao chịu tải trọng nén đúng tâm. Mục tiêu của nghiên cứu là tìm ra tải tới hạn của cấu kiện và so sánh với kết quả tính theo tiêu chuẩn EUROCODE 4. - Nguyễn Thị Ngọc Loan (2016) [4] đã sử dụng công thức tải trọng nghịch đảo và công thức đường viền tải trọng của Bresler, kết hợp với họ biểu đồ tương tác được xây dựng cho tiết diện chịu nén lệch tâm phẳng, phù hợp với TCVN 5574:2012. để xác định hay kiểm tra khả năng chịu lực của cột chịu nén lệch tâm xiên 1.3. Tính cấp thiết của đề tài Cột BTCT có vai trò truyền tải và moment từ kiến trúc thượng tầng tới cấu trúc bên dưới. Do đó, vấn đề phân tích ứng xử của cột trong quá trình chịu lực phức tạp như nén lệch tâm xiên cần có độ chính xác cao. Tại nước ta, đã có nhiều nghiên cứu về kết cấu BTCT như những nghiên cứu của các nhóm tác giả Phan Quang Minh [2,3,4], Nguyễn Đình Cống [1], nhưng chủ yếu các nghiên cứu này tập trung phân tích vấn đề ứng dụng các tiêu chuẩn của nước ngoài trong quá trình tính toán và thiết kế kết cấu BTCT. Có rất ít những công bố về phân tích ứng xử cột bê tông cường độ cao chịu nén lệch tâm xiên. Do đó, trong luận văn này, tác giả chọn đề tài “Phân tích ứng xử cột bê tông cường độ cao chịu nén lệch tâm xiên bằng phương pháp phần tử hữu hạn” dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Trương Tích Thiện. GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm 5 1.4. Mục tiêu nghiên cứu Luận văn này được thực hiện nhằm đáp ứng các mục tiêu sau: - Mục tiêu 1: Tìm hiểu tổng quan về ứng xử chịu nén của cột bê tông cường độ cao  Các dạng ứng xử nén lệch tâm.  Mô hình vật liệu bê tông cường độ cao, mô hình vật liệu thép.  Các phương pháp tính toán thiết kế cột chịu nén lệch tâm.  Các mô hình ứng xử nén của bê tông, cốt thép - Mục tiêu 2: Tìm hiểu PP PTHH cho vật liệu bê tông cốt thép.  Tìm hiểu các loại phần tử dùng để mô hình cho kết cấu.  Qui trình phân tích bài toán kết cấu BTCT bằng PP PTHH. - Mục tiêu 3: Nghiên cứu cách sử dụng chương trình ANSYS để phân tích ứng xử cột bê tông cường độ cao chịu nén lệch tâm xiên.  Phân tích trường chuyển vị, ứng suất trong kết cấu  Phân tích ứng xử rạn nứt của bê tông - Mục tiêu 4: Nghiên cứu khả năng thay thế cốt thép bằng cốt GFRP. 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Cột bê tông cường độ cao Phạm vi nghiên cứu: Ứng xử của cột khi bị nén lệch tâm xiên, bỏ qua ảnh hưởng của lực cắt, hiện tượng nở ngang của bê tông. 1.6. Phương pháp nghiên cứu - Tìm kiếm các tài liệu về tính toán cấu kiện BTCT, và PP PTHH cho bài toán vật liệu BTCT. - Tìm kiếm các tài liệu lý thuyết và bài báo khoa học phân tích ứng xử của cột bê tông cường độ cao, làm cơ sở so sánh với kết quả phân tích từ phần mềm. GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm 6 - Sử dụng chương trình ANSYS để mô hình và phân tích các dạng ứng xử của cột bê tông cường độ cao chịu nén lệch tâm xiên. Kết quả tính toán trong phần mềm được đánh giá thông qua sự so sánh với các bài báo khoa học. 1.7. Lợi ích của đề tài Lợi ích khoa học Ứng dụng chương trình tính toán số hiện đại và mạnh mẽ để giải các bài toán kỹ thuật là môt giải pháp được nhiều nhà khoa học quan tâm. Luận văn góp phần tạo ra quy trình phân tích cột bê tông cường độ cao bằng PP PTHH và áp dụng vào quá trình tính toán thiết kế kết cấu BTCT ở Việt Nam. Lợi ích thực tiễn Việc tiến hành các thí nghiệm để nghiên cứu ứng xử của các cấu kiện BTCT cần chi phí cao, nhiều máy móc thiết bị, công nghệ hiện đại và tốn khá nhiều thời gian cho việc xây dựng mẫu thử. Vì vậy, việc thí nghiệm thường được thực hiện tại các trường, viện lớn, có phòng thí nghiệm chuyên sâu. Do đó, vấn đề ứng dụng các phần mềm tính toán PTHH mạnh mẽ như: ANSYS, ABAQUS,.. để phân tích ứng xử cột bê tông cường độ cao có ý nghĩa thực tiễn đặc biệt quan trọng. GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm 7 Chương 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Vật liệu bê tông Tính chất cơ học của bê tông 2.1.1.1. Ứng xử của vật liệu Bê tông Bê tông là vật liệu composite. Nó bao gồm cốt liệu thô và một nền vữa liên tục, nó tự chứa một hỗn hợp vữa xi măng và những hạt cốt liệu nhỏ. Ứng xử vật lý rất phức tạp, được xác định bởi cấu trúc của vật liệu composite. như tỷ lệ của nước với xi măng, tỷ lệ của xi măng với cốt liệu hình dáng và kích thước của cốt liệu, và loại xi măng được dùng…Sự phá huỷ bê tông bắt đầu bằng sự xuất hiện các đường nứt nhỏ phân tán trong các vùng chịu lực bất lợi, tiếp đó khi tải trọng tiếp tục tăng,các đường nứt nhỏ này sẽ phát triển và liên kết với nhau để tạo ra các đường nứt lớn có thể quan sát được. Các giai đoạn ứng xử của bê tông từ trạng thái nguyên vẹn đến phá huỷ hoàn toàn có thể được mô tả như hình 2.1 (biến phá huỷ D thay đổi từ 0 đến 1 được sử dụng để mô tả trạng thái phá huỷ của bê tông). Giai đoạn đàn hồi hoặc tựa đàn hồi OA. Bê tông được xem như còn nguyên vẹn nghĩa là chưa xuất hiện hay lan truyền nứt cơ học, Lý thuyết đàn hồi tuyến tính được mô tả ứng xử của bê tông giai đoạn này. Giai đoạn không đàn hồi trước giới hạn phá hoại AB. Các đường nứt nhỏ xuất hiện và lan truyền trong cấu trúc bê tông, các đường nứt này thường xuất phát từ phần liên kết giữa các cốt liệu và vữa xi măng. Đây cũng là giai đoạn xuất hiện hiện tượng phá huỷ đồng nhất (homogeneous damage) hay phân tán phá huỷ (diffuse damage) trong bê tông. Lý thuyết cơ học phá huỷ được sử dụng hợp lý để phân tích sự phá huỷ phân tán của bê tông. Các mô hình giòn cục bộ như mô hình Mazars (1984) hoàn toàn có thể mô tả tốt trạng thái phá huỷ của bê tông giai đoạn này. GVHD: PGS. TS. Trương Tích Thiện HVTH: Bùi Thanh Kiếm