Tài liệu NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA DẦM CHỮ T CHỊU CẮT

GVHD: Nguyễn Xuân Huy Mục lục LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................... 2 PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................................3 I. Tính cấp thiết của đề tài...........................................................................................3 II. Mục tiêu của đề tài...................................................................................................3 III. Đối tượng nghiên cứu của đề tài...........................................................................4 IV. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................4 V. Ý nghĩa của đề tài.....................................................................................................4 PHẦN II: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA DẦM CHỮ T CHỊU CẮT. 5 I. Sự làm việc của cấu kiện chịu cắt chữ T..................................................................5 II. Tính dầm T theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05.............................................................7 III. Phương pháp pháp phần tử hữu hạn(Finite element method-FEM)......................9 1. Nội dung cơ bản của phương pháp PTHH............................................................9 2. Mô hình hóa rời rạc kết cấu................................................................................10 3. Chuyển vị nút và lực nút.....................................................................................11 4. Phương trình cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn đối với vật rắn.............12 5. Một số lưu ý mô hình hoá và tính toán kết cấu sử dụng chương trình PTHH....13 6. Phần mềm ATENA.............................................................................................14 IV. So sánh kết quả...................................................................................................16 PHẦN 2: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................26 Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 1 GVHD: Nguyễn Xuân Huy LỜI CẢM ƠN Trước hết chúng em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện đề tài này,đặc biệt là sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Xuân Huy,giáo viên gợi ý đề tài và trực tiếp hướng dẫn đã giúp chúng em học tập và nghiên cứu ,hoàn thành đề tài đúng thời gian qui định. Được sự hướng dẫn của thầy, chúng em đã nghiên cứu được vấn đề quan tâm, phát huy được hết những kiến thức đã được học từ trên ghế giảng đường và đọc được nhiều tài liệu bổ ích rất cần thiết cho quá trình học và nghiên cứu. Qua đây chúng em, chân thành cảm ơn sự góp ý sâu sắc, như sự giúp đỡ tận tình của các thầy chuyên môn đã giúp chúng em hoàn thành đề tài này. Hà Nội,ngày 15 tháng 4 năm 2012 SVTH: Trần Đăng Khoa Nguyễn Bá Đạt Lớp : Kết cấu xây dựng K50 Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 2 GVHD: Nguyễn Xuân Huy PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ I. Tính cấp thiết của đề tài Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đất nước đang trong quá trình hội nhập, kéo theo xu thế không ngừng phát triển về kinh tế và khoa học kĩ thuật. Trong lời dạy của Hồ Chí Minh có câu “Giao thông là mạch máu của tổ chức, giao thông tốt thì mọi việc dễ dàng, giao thông xấu thì các việc đình trệ” vì thế Đảng và nhà nước luôn quan tâm đầu tư đến lĩnh vực giao thông mà cụ thể là xây dựng cơ sở hạ tầng và các công trình giao thông nói chung. Hiện nay và trong tương lai ở nước ta đã và sẽ xây dựng nhiều công trình xây dựng lớn mang tầm vóc quốc tế (Cầu Mỹ thuận, cầu Bãi Cháy, Cầu thủ thiêm, tòa nhà saigonPearl, cụm tòa nhà Sunrigth city …). Quá trình tính toán phân tich nội lực, thiết kế theo tiêu chuẩn như 22TCN272-05 hay ACI thì dễ dàng nhưng tính chính xác, sự sai khác giữa tiêu chuẩn và thực tế là việc đáng phải bàn và cân nhắc. Việc phân tích nội lực kết cấu công trình nói chung l à vấn đề có tính chất quyết định để đảm bảo chất lượng cho công trình. Phân tích kết cấu quyết định đến tới an toàn trong khai thác sử dụng và tính kinh tế của công trình .Kết quả đạt được của phân tích là các giá trị nội lực và chuyển vị của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng, tổ hợp tải trọng là số liệu đầu vào cho bài toán thiết kế kết cấu. Đây là quá trình phân tích, tính toán hết sức phức tạp và tốn rất nhiều thời gian, đã có những giả thiết đưa ra nhằm giảm bớt tính phức tạp của bài toán nhưng việc này dẫn đến sai số lớn, không phản ánh hết sự làm việc thực tế của kết cấu. Do đó khi thiết kế người ta thường thiết kế với hệ số an toàn lớn dẫn tới lãng phí. Ngày nay, với sự trợ giúp của máy tính, mà đặc biệt là việc ứng dụng các giả thiết như phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử hữu hạn thì công việc mô hình hóa và phân tích kết cấu trở nên nhanh chóng và tương đối chính xác. Hiện có một số phần mềm phân tích tính toán nổi tiếng như Atena, Respond… Với Atena có đặc điểm nổi bậc hơn các chương trình khác như: Khả năng mô hình hóa kết cấu, giao diện và tốc độ tính toán, nhập và xuất dữ liệu, khả năng phân tích. II. Mục tiêu của đề tài Như đã phân tích ở trên, việc xác định trị số nội lực từ khi bắt đầu đặt tải cho tới khi dầm bị phá hoại có ý nghĩa rất quan trọng trong việc thiết kế kết cấu , vì vậy mục tiêu của đề tài là: - Mô hình hóa không gian 3D của kết cấu để xem sự làm việc của nó. Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 3 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Nghiên cứu sự chênh lệch giữa tiêu chuẩn và thực tế.(phương pháp phần tử hữu hạn thì chia càng nhỏ kết cấu độ chính xác càng cao . III. Đối tượng nghiên cứu của đề tài Với mục tiêu như trên thì đối tượng nghiên cứu là tiến hành mô hình hóa không gian các kết cấu trong chương trình đối với các dầm mặt cắt chữ T. IV. Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu và nghiên cứu cơ sở lý thuyết, tính toán, và hướng dẫn sử dụng phần mềm các ví dụ và tham khảo tài liệu tiếng anh trên trang web http://www.cervenka.cz . V. Đưa ra nhận xét tính chính xác các tiêu chuẩn. Ý nghĩa của đề tài Về mặt kĩ thuật: Hiểu rõ kết cấu trong quá trình thiết kế, khắc phục được những nhược điểm trong quá trình tính toán với những giải pháp trước đây. - Kiểm tra tính an toàn của các tiêu chuẩn hiện hành. Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 4 GVHD: Nguyễn Xuân Huy PHẦN II: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA DẦM CHỮ T CHỊU CẮT I. Sự làm việc của cấu kiện chịu cắt chữ T Trong thực tế phá hủy do uốn thường xảy ra đối với nhiều kết cấu bê tông ứng suất trước và có đủ thời gian cảnh báo sự phá hoại kết cấu sắp xảy ra. Tuy nhiên sự phá hủy do cắt là hiện tượng phá hủy đột ngột. Trong đó kết cấu bị phá hủy hoàn toàn trong một khoảng thời gian rất ngắn.Khi kết cấu đột ngột chịu tác dụng của tải trọng cực kì lớn như tải trọng động đất , tải trọng đâm xe hay tải trọng va tàu thuyền, mà tải trọng này vượt quá sức kháng cắt của kết cấu, kết cấu sẽ bị hư hỏng ở dạng phá hủy cắt hoặc tổ hợp do cắt uốn gây ra.Do hiện tượng phá hủy do cắt thường rất nguy hiểm, có thể gây mất mát lớn về người và tài sản.Do vậy cần được xem xét một cách cẩn thận khi thiết kế các kết cấu bê tông cốt thép Khi thiết kế dầm bê tông cốt thép ngoài tính duyệt theo điều kiện về cường độ của momen, thì tính duyệt về cường độ lực cắt mang một ý nghĩa rất quan trọng.Thông thường có hai thành phần tham gia chịu cắt trong dầm bao gồm : bê tông và cốt thép(cốt thép dọc chịu kéo , cốt thép đai, cốt thép xiên được uốn xiên lên từ các cốt thép dọc chịu kéo) Lực cắt có ảnh hưởng đến tiết diện nghiêng, vết nứt nghiêng xuất hiện ở các đoạn dầm có lực cắt lớn, thường ở gần phạm vi gối tựa và chỗ có lực tập trung lớn.Qua quan sát một dầm làm việc cho tới khi phá hoại, cho ta thấy rằng tiết diện nghiêng cũng như tiết diện thẳng vuông góc xuất hiện ba giai đoạn của trạng thái ứng suất biến dạng:trước khi hình thành vết nứt nghiêng, sau khi hình thành vết nứt nghiêng và trước khi dầm bị phá hoại trên tiết diện nghiêng. Hình 1 Ứng suất kéo chính gây ra các vết nứt nghiêng, dầm có thể bị phá hoại theo phương các vết nứt nghiêng đó. Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 5 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Hình 2 Dầm cũng có thể bị phá hoại do bê tông bị ép vỡ vì ứng suất nén chính Sau khi hình thành vết nứt nghiêng bê tông cốt thép được tách ra thành những mảnh được liên kết với nhau bằng bê tông chịu nén phía trên vết nứt và bằng các cốt thép dọc cốt thép đai, cốt thép xiên trong vùng chịu kéo cắt qua vết nứt Trong hình 1 các phân tố A1, A2 cùng nằm trong mặt cắt a-a trong đó A1 nằm dưới và A2 nằm trên trục trung hòa. Hình 3Sự phân bố ứng suất của dầm chữ T Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 6 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Nếu bê tông chưa nứt thì nó coi là vật liệu đồng nhất, đẳng hướng và các thành phần ứng suất pháp f và ứng suất tiếp v của các phân tố có thể được xác định theo các công thức sau f =My/I v =VAy / Ib Trong đó: M và V là momen uốn và lực cắt tại mặt cắt a-a I là momen quán tính của mặt cắt a-a và A là diện tích mặt cắt đi qua trọng tâm của phần tử b là bề rộng của mặt cắt y la khoảng cách từ trọng tâm của diện tích A đến trục trung hòa y là khoảng cách từ phần tử đến trục trung hòa Trạng thái làm việc của các bộ phận kết cấu phụ thuộc vào các ứng suất chính f 1 và f2 II. Tính dầm T theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Hình 4 Sự phân bố ứng suất của dầm chữ T Dầm có mặt cắt chữ T đã được đổ bê tông liền khối, có chiều dài 3.4 m Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Giả sử chiều cao có hiệu của mặt cắt là : d=(0.8÷0.9)h mm ' Hệ số β1 được xác định theo tiêu chuẩn ACI như sau:Vì f c =30MPa nên 1  0.85  0.05* ( f c'  28) (30  28)  0.85  0.05 *  0.835 7 7 Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 7 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Hình 5 Cấu tạo mặt cắt ngang dầm Diện tích trung bình mặt cắt ngang Ag  beff * h f  (h  h f )* bw Xác định vị trí trục trung hòa yt  beff * h f *(h  h f / 2)  (h  h f ) * bw *((h  h f ) / 2) Ag Momen quán tính của tiết diện nguyên Ig  beff * h3f 12  beff * h f *(h  hf 2  yt )  2 bw *(h  h f ) 3 12  bw *(h  h f )*( h  hf 2  yt ) 2 Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông là f r  0.63* f c'  0.63* 30  3.45MPa fc  Ứng suất kéo của bê tông là: Để mặt cắt chưa bị nứt thì Ma yt Ig f c �0.8 * f r � Ma yt �0.8*3.45 Ig Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 8 GVHD: Nguyễn Xuân Huy III. Phương pháp pháp phần tử hữu hạn(Finite element method-FEM) Phương pháp phần tử hữu hạn được coi là phương pháp có hiệu quả nhất hiện nay để giải các bài toán cơ học trong môi trường liên tục nói chung và trong phân tích kết cấu công trình nói riêng. ATENA là một chương trình phân tích kết cấu dựa trên nền tảng là phương pháp phần tử hữu hạn. Trong báo cáo này sẽ trình bày những khái niệm cơ bản nhất về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) và việc ứng dụng phương pháp này trong ATENA. 1. Nội dung cơ bản của phương pháp PTHH Nội dung cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn là: để tính toán một kết cấu với cấu tạo bất kỳ, chia kết cấu thành một số hữu hạn các phần tử riêng lẻ và nối với nhau bởi một số hữu hạn các điểm nút riêng lẻ. Hình 6 Mô hình phần tử hữu hạn của hệ dàn không gian Sự biến dạng tổng thể của kết cấu được thể hiện thông qua sự biến dạng của lưới nút hay tập hợp các chuyển vị của từng nút riêng biệt. Tính liên tục của các cấu kiện và sự liên kết giữa các cấu kiện với nhau được thể hiện qua sự liên kết giữa các phần tử thông qua các nút. Liên kết giữa kết cấu và nền được thể hiện bởi điều kiện biên của các nút hay độ tự do của nút. Các tác động lên kết cấu tất cả lên kết cấu đều được quy đổi về các nút. Việc chia lưới phần tử và nút, mô tả liên kết, các điều kiện biên cần tương thích với kết cấu thực tế, nếu đảm bảo được điều này thì mô hình phần tử hữu hạn sẽ làm việc giống hay gần giống với kết cấu thực tế. Việc tính toán mô hình PTHH là trước hết phân tích trạng thái làm việc tổng thể của kết cấu từ đó theo điều kiện liên kết tìm được trạng thái làm việc của từng phần tử hữu hạn. Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 9 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Trạng thái làm việc của từng phần tử được phụ thuộc vào quan hệ ứng suất và biến dạng của phần tử cũng là quan hệ giữa nội lực và chuyển vị nút của phần tử .Quan hệ đó biểu hiện ở độ cứng của phần tử, mà với những mẫu phần tử ta có thể xác định nhờ giải các bài toán cơ học. Trạng thái làm việc của kết cấu được thể hiện thông qua sự làm việc của các nút. Các nút này liên hệ với nhau thông qua các phần tử nối giữa chúng, vì vậy từ điều kiện nối tiếp giữa các phần tử và độ cứng của từng phần tử có thể xác định được quan hệ giữa các nút .Đó là quan hệ giữa chuyển vị nút và nội lực tác dụng từ phần tử lên nút. Từ điều kiện cân bằng nội lực tại các nút, ta thiết lập được hệ phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các chuyển vị nút với các lực tác dụng tại nút. Trong hệ phương trình biểu diễn quan hệ sẽ có những thành phần đã biết như lực nút hay chuyển vị nút, từ đó ta có thể tìm ra những thành phần còn lại chưa biết . 2. Mô hình hóa rời rạc kết cấu Ý tưởng của phương pháp PTHH trong tính toán kết cấu là coi vật thể liên tục như là tổ hợp của nhiều phần tử liên kết với nhau bởi một số hữu hạn các điểm, gọi là các nút. Các phần tử được hình thành này gọi là các phần tử hữu hạn. Ví dụ:một kết cấu chia ra 8 phần tử tam giác, mỗi phần tử có 3 nút, mỗi nút có 1 bậc tự do. 7 8 5 6 4 9 7 6 5 1 1 2 3 8 3 2 4 e 1 2 3 Quan niệm này chỉ là gần đúng, bởi vì khi thay thế kết cấu thực (hệ liên tục) bằng một số hữu hạn các phần tử trên người ta đã coi rằng năng lượng bên trong mô hình thay thế phải bằng năng lượng của kết cấu thực. Đối với các hệ thanh thì các kết (giàn, khung) phẳng cũng như không gian đều do một số hữu hạn các dầm và thanh hợp thành. Do đó người ta lấy phần tử thanh làm phần tử mô hình cho kết cấu . Điểm liên kết giữa các PTHH gọi là nút . Với kết cấu tấm, vỏ và các vật thể khối thì không trực quan như hệ thanh. Người ta thường dùng các loại phần tử sau: • Kết cấu tấm phẳng: phần tử hình tam giác, phần tử hình chữ nhật, phần tử hình tứ giác. Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 10 GVHD: Nguyễn Xuân Huy • Kết cấu vỏ: ngoài các phần tử hình tam giác, hình chữ nhật, hình tứ giác, người ta còn sử dụng phần tử cong hình tam giác, hình chữ nhật, hình tứ giác. • Với vật thể khối: phần tử hình tứ diện, phần tử hình lập phương, phần tử hình lục diện. • Vật thể đối xứng trục: phần tử hình vành khăn 3. Chuyển vị nút và lực nút Khi kết cấu chịu lực, kết cấu sẽ biến dạng, các phần tử cũng sinh ra biến dạng, do dó cũng sinh ra chuyển vị. Chuyển vị của các nút được gọi là chuyển vị nút. Do số lượng nút trên kết cấu là hữu hạn mà số lượng chuyển vị nút là hữu hạn, nên trạng thái biến dạng và trạng thái nội lực của kết cấu có thể biểu diễn bằng một số hữu hạn các chuyển vị nút và các lực nút. Hay nói một cách khác phương pháp PTHH lấy một hệ hữu hạn các độ tự do thay cho kết cấu. Để mô tả mối quan hệ giữa chuyển vị (hoặc ứng suất) tại các nút và chuyển vị (hoặc ứng suất) tại một điểm trong kết cấu, người ta sử dụng một hàm xấp xỉ, gọi là hàm chuyển vị (hoặc hàm ứng suất). Những hàm này phải thỏa măn liên tục trên biên 3 y 4 P=100 kN 2 q 1 1 2 x Hình 8. Ví dụ mô hình PTHH tính tấm vuông chịu kéo quy về nút để tính các phần tử tiếp xúc với nhau. Phương pháp PTHH, cũng giả thiết rằng: Ngoại lực truyền lên kết cấu thông qua nút việc này thuận tiện cho việc xét cân bằng giữa nội lực và ngoại lực tại các nút. Khi trong phần tử có tải trọng phân bố hoặc tập trung không đặt tại nút, thì cần dựa vào phương pháp năng lượng hoặc các công thức cơ học kết cấu để xác định lực tương đương tại nút. Ta biết rằng khi chịu lực và biến dạng, kết cấu phải ở trạng thái cân bằng. Trong phương pháp PTHH điều đó được đảm bảo bằng các cân bằng tại nút. Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 11 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Gọi {Fi} là véctơ các thành phần lực tại nút i của của phần tử chứa nút thứ i, tại nút này phải thỏa măn điều kiện cân bằng của nút i: Quan hệ giữa các lực nút và các chuyển vị nút trong một phần tử có thể biểu diễn bằng biểu thức sau đây: {F }e  [ K ]{ }e Trong đó: {F}: là véc tơ lực nút của phần tử, chứa tất cả các thành phần lực nút trong một phần tử. {δ }: là véc tơ chuyển vị nút của phần tử, chứa tất cả các thành phần chuyển vị nút trong một phần tử. [K]: là ma trận độ cứng của phần tử, phụ thuộc vào đặc trưng hình học và cơ học của phầntử và của vật liệu. Ma trận [K] có thể được thiết lập trên cơ sở nguyên lý cực tiểu thế năng hoặc theo lý thuyết của Kirchhoff hoặc của Mindlin-Reissner. Trong phương pháp PTHH giả thiết rằng: các chuyển vị tại nút trong một phần tử sẽ xác định trạng thái biến dạng của phần tử đó, tức là có thể dùng các chuyển vị nút để biểu thị trạng thái biến dạng của kết cấu. Mặt khác, khi kết cấu chịu tác dụng của ngoại lực (lực và momen uốn). Phương pháp PTHH giả thiết rằng các ngoại lực này được truyền qua nút. Như vậy, nội lực trong PTHH có thể biểu thị bằng lực và mômen tập trung ở nút, gọi là lực nút. Như vậy, nếu biết được giá trị các lực nút thì có thể tính được sự phân bố của nội lực trong PTHH đó. 4. Phương trình cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn đối với vật rắn Phương pháp PTHH là một trong những phương pháp tổng quát nhất trong các phương pháp phân tích kết cấu. Về cơ bản, phương pháp PTHH chia không gian liên tục của kết cấu thành tập hợp các phần tử (miền nhỏ) có tính chất hình học và cơ học đơn giản hơn kết cấu thực. Các phần tử liên kết với nhau thông qua các điểm nút. Điều kiện liên tục (tương thích) về chuyển vị và biến dạng được thỏa mãn thông qua các nút. Thông thường các ẩn của phương pháp PTHH là các chuyển vị tại các nút và đượ tính toán thông qua phương trình cân bằng (1) Phương trình cơ bản của phương pháp PTHH: M .U (''t )  C.U (' t )  K .U (t )  F(t ) (1) M, K, C: Ma trận độ cứng, ma trận khối lượng, ma trận cản của kết cấu. Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 12 GVHD: Nguyễn Xuân Huy U (''t ) , U (' t ) , U ( t ) , F(t ) Véc tơ gia tốc, vận tốc, chuyển vị nút và véc tơ tải trọng thay đổi theo thời gian. Các ma trận độ cứng, khối lượng, ma trận cản đều là các ma trận vuông đối xứng, chúng được ghép từ các ma trận tương ứng của từng Trường hợp phân tích tĩnh (Static Analysis): F( t )  F Phương trình (1) trở thành: K.U=F (2) Giải hệ phương trình (2) tìm tất cả các thành phần chuyển vị tại các nút, sau đó Tính nội lực ứng suất cho từng phần tử Trường hợp phân tích tần số dao động riêng (Eigen value Annalysis): Khi tải trọng ngoài bằng zero, bỏ qua lực cản của môi trường lúc đó kết cấu dao động điều hòa chuyển vị của hệ có dạng: U  U .sin(t ) và U ''  U . 2 sin(t ) U . 2 sin(t )  K .U .sin(t )   0 ( K   2 .M ).U   0 Giải phương trình (4) sẽ cho các giá trị riêng và véc tơ riêng từ đó tính được các tần số riêng (eigen frequencies) và dạng dao động riêng (mode shape) tương ứng. 5. Một số lưu ý mô hình hoá và tính toán kết cấu sử dụng chương trình PTHH Như đã nêu ở trên, mô hình hóa kết cấu là quá trình vận dụng các kiến thức cơ sở về cơ học, các phương pháp phân tích kết cấu và các thuật giải để mô tả và làm trực quan hóa các ứng xử vật lý của kết cấu. Trong việc mô hình hóa kết cấu, các khó khăn cơ bản mà người kỹ sư hay gặp phải là do không nắm được một cách rõ ràng sự làm việc theo phương diện vật lý của kết cấu và các điều kiện biên, các mô hình vật liệu, các giả thuyết tính toán nên không xây dựng được các mô hình phân tích thích hợp. Một khó khăn khác là do không hiểu rõ ứng xử của các dạng phần tử khác nhau, các tính năng của các công cụ nên không lựa chọn được các phần tử một cách đúng đắn. Ứng dụng Phương pháp Phần tử hữu hạn thường được dùng trong các bài toán Cơ học (cơ học kết cấu, cơ học môi trường liên tục) để xác định trường ứng suất và biến dạng của vật thể.Ngoài ra, phương pháp phần tử hữu hạn cũng được dùng trong vật lý học để giải các phương trình sóng, như trong vật lý plasma, các bài toán về truyền nhiệt, động lực Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 13 GVHD: Nguyễn Xuân Huy 6. Phần mềm ATENA ATENA – Giải pháp phần mềm cho phân tích, kiểm tra nứt kết cấu BTCT và BTCT DƯL trên mô hình 3D, mang lại cho người kỹ sư dễ dàng tối ưu hóa các giải pháp thiết kế kích thước hình học, cốt thép của các bộ phận kết cấu từ đó giảm thiểu tối đa các sai sót của hồ sơ thiết kế so với thực tế chịu lực của kết cấu và tối ưu hóa kết cấu, đảm bảo yêu cầu an toàn trong khai thác của kết cấu. Các mô hình phần tử sử dụng trong phần phềm ATENA: · 2D Isoparametric elements, quadrilateral, triangular. Axisymmetrical elments. · 3D solid elements: tetrahedron, brick, wedge. Low- and high-order. Shells (layered). Beams (fiber). · Truss elements for reinforcement. · Spring supports. · External cable elements · Interface, gap Các mô hình vật liệu: · • Mô hình hóa Bê Tông 2D SBETA cho bê tông cường độ cao và SFRC: phát triển vết nứt, nhóm vết nứt, năng lượng gây phá hoại khi bê tông bị hóa mềm,phá hoại do nén theo Kupfer, tham biến duy trì lực cắt,sự giảm cường độ của bê tông bị nứt (2D SBETA concrete model, also for high strength and SFRC: smeared cracks, crack-band, fractureenergy-based softening, Kupfer’s compressive failure, variable shear retention, strength reduction of cracked concrete. · Mô hình hóa 3D vết nứt của bê tông dẻo dựa trên định luật Menetrey-Willam: phát triển vết nứt, năng lượng gây phá hoại khi bê tông bị hóa mềm, phá họai giòn, tùy biến chức năng do người sử dụng, các thông số thay đổi (3D fracture-plastic concrete model based Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 14 GVHD: Nguyễn Xuân Huy on Menetrey-Willam law: smeared cracks, fracture-energy based softening, nonassociated plasticity, user defined functions, variable parameters.) · Vật liệu cốt có tính tuyến tính và đa tuyến tính. Cốt có dính bám (Reinforcement bilinear and multi-linear.Reinforcement with bond.) · Định luật Von Mises về tính dẻo đối với kim loại. (Von Mises plasticity for metals) · Quy tắc dẻo Drucker-Prager dòng kết hợp / tách biệt cho đá và đất (Drucker-Prager plasticity with associated / non-associated flow rule for rock and soil.) · Bê tông Bazant M4 (Bazant M4 microplane concrete.) · Chu trình của cốt liệu (Reinforcement cyclic.) · Giao diện định của pháp luật các tài liệu Mohr-Coulomb (Interface with Mohr-Coulomb material law.) · Đàn hồi đẳng hướng (Isotropic elastic.) · Đàn hồi không tuyến tính (Non-linear springs.) · Sự phụ thuộc vào nhiệt độ (Temperature dependent (Fire) · Co ngót và từ biến (theo tiêu chuẩn ACI) · Lưu thông nhiệt (Transport of heat) · Sự mỏi của bê tông khi chịu kéo (Fatigue of concrete in tension) ATENA – Giải pháp phần mềm cho phân tích, kiểm tra nứt kết cấu BTCT và BTCT DƯL trên mô hình 3D, mang lại cho người kỹ sư dễ dàng tối ưu hóa các giải pháp thiết kế kích thước hình học, cốt thép của các bộ phận kết cấu từ đó giảm thiểu tối đa các sai sót của hồ sơ thiết kế so với thực tế chịu lực của kết cấu và tối ưu hóa kết cấu, đảm bảo yêu cầu an toàn trong khai thác của kết cấu. Các mô hình tải trọng: · Load cases: body forces, loading forces, supports, prescribed deformations, temperature, shrinkage, pre-stressing. · Load steps: combination of load cases, solution methods. · Arbitrary load history in steps, non-proportional, cyclic, dynamic. · Construction process. Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 15 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Lý thuyết phân tích • • Người giải quyết trực tiếp và từng Newton-Raphson Tiếp tuyến và yếu tố dự đoán độ cứng đàn hồi. phần của phương trình Ngôn ngữ English | Czech | Chinese | Russian IV. So sánh kết quả 1. Ví dụ 1 1.1. Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Giả sử chiều cao có hiệu của mặt cắt là : d=(0.8÷0.9)h=280(mm) ' Hệ số β1 được xác định theo tiêu chuẩn ACI như sau:Vì f c =30MPa nên 1  0.85  0.05* ( f c'  28) (30  28)  0.85  0.05 *  0.835 7 7 Diện tích trung bình mặt cắt ngang Ag  300*75  (350  75)*150  63750(mm 2 ) Xác định vị trí trục trung hòa yt  300 *75*(350  75 / 2)  150* 275*137.5  199.26(mm) 63750 Momen quán tính của tiết diện nguyên Ig  300 * 753 75 150 * 2753 275  350*75*(350   199.26) 2   150* 275* (   199.26) 2 12 2 12 2 Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 16 GVHD: Nguyễn Xuân Huy  0.7645*109 ( mm 4 ) Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông là f r  0.63* f c'  0.63* 30  3.45MPa Ứng suất kéo của bê tông là: Để mặt cắt chưa bị nứt thì � fc  Ma yt Ig f c �0.8 * f r Ma yt �0.8*3.45 Ig 0.8*3.45* I g 0.8*3.45*103 *0.7645*109 *10 12 � Ma �   10.58kNm yt 199.26*103 max max Vậy với M =10.58kNm thì làm mặt cắt nứt Q 1.2. =14.12kN Tính theo ATENA Định nghĩa các thuộc tính Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 17 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Vẽ dầm cần tính toán thông qua việc mô tả các dũ liệu cần thiết trên phần mềm Định nghĩa các loại vật liệu Bố trí cốt thép gia cường cho kết cấu Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 18 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Cách đặt tải Bố trí lưới Dùng monitoring point để quan sát các chuyển vị, biến dạng nội lực Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 19 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Kết quả Kết quả chương trình đưa ra là Giá trị tải trọng : -9.947E-02MN Nghiên cứu khoa học sinh viên Page 20