I. Giới thiệu về dầm ống thép nhồi bê tông
Dầm ống thép nhồi bê tông (CFST) là một dạng kết cấu liên hợp giữa ống thép và lõi bê tông, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội trong kỹ thuật xây dựng. Mô phỏng kết cấu của dầm CFST cho thấy khả năng chịu lực lớn, tính dẻo cao và độ cứng lớn. Việc sử dụng bê tông trong ống thép không chỉ tăng cường khả năng chịu tải mà còn bảo vệ ống thép khỏi mất ổn định cục bộ. Theo nghiên cứu, CFST có khả năng kháng nở hông tốt hơn so với các kết cấu thông thường, tạo ra sự ổn định cho công trình trong điều kiện tải trọng động đất. Chính vì vậy, CFST ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các công trình nhà cao tầng, cầu và công trình ngoài khơi.
II. Phương pháp mô phỏng và phân tích dầm CFST
Mô phỏng ứng xử của dầm CFST được thực hiện thông qua phần mềm phần tử hữu hạn (PTHH) ABAQUS. Phân tích kết cấu được tiến hành để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như cường độ bê tông, cường độ thép và tỷ số D/t đến ứng xử chịu uốn của dầm. Mô hình PTHH được kiểm chứng bằng kết quả thí nghiệm, cho thấy độ chính xác cao trong việc dự đoán đường cong ứng xử tải trọng - chuyển vị. Kết quả cho thấy cường độ bê tông có ảnh hưởng không đáng kể đến đặc trưng cơ học của dầm, trong khi cường độ thép có tác động lớn đến độ cứng chảy dẻo và tải trọng giới hạn của dầm CFST.
2.1. Mô hình vật liệu
Mô hình vật liệu bê tông và thép được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành, đảm bảo tính chính xác trong mô phỏng. Bê tông được mô hình hóa với các thông số như cường độ chịu nén và chịu kéo, trong khi thép được mô phỏng với giới hạn chảy và độ bền kéo. Sự tương tác giữa ống thép và lõi bê tông cũng được xem xét để đảm bảo rằng các yếu tố này ảnh hưởng lẫn nhau trong quá trình chịu tải.
2.2. Điều kiện biên và tải trọng
Điều kiện biên được thiết lập để mô phỏng chính xác trạng thái thực tế của dầm CFST. Tải trọng được áp dụng theo phương pháp tải trọng đơn thuần, giúp phân tích ứng xử của dầm dưới tải trọng thực tế. Kết quả mô phỏng cho thấy sự tương tác giữa các yếu tố này ảnh hưởng lớn đến ứng xử chịu uốn và độ bền của dầm CFST.
III. Kết quả và phân tích
Kết quả mô phỏng cho thấy cường độ thép có ảnh hưởng đáng kể đến độ cứng chảy dẻo của dầm CFST. Khi cường độ thép tăng từ 235 MPa đến 630 MPa, độ cứng chảy dẻo của dầm CFST tăng từ 18,25% đến 88,32%. Tương tự, tải trọng chảy dẻo và tải trọng giới hạn cũng tăng đáng kể, cho thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn cường độ thép trong thiết kế dầm CFST. Ngoài ra, tỷ số D/t cũng ảnh hưởng rõ rệt đến ứng xử và đặc trưng cơ học của dầm, với độ cứng đàn hồi tăng lên khi tỷ số này giảm xuống.
3.1. Ảnh hưởng của cường độ bê tông
Mặc dù cường độ bê tông có ảnh hưởng không đáng kể đến ứng xử của dầm CFST, nhưng việc nghiên cứu tác động của nó vẫn cần thiết để hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu. Kết quả cho thấy rằng cường độ bê tông không làm thay đổi đáng kể độ cứng đàn hồi của dầm, điều này cho thấy rằng lựa chọn cường độ bê tông không phải là yếu tố chính trong thiết kế dầm CFST.
3.2. Ảnh hưởng của tỷ số D t
Tỷ số D/t có tác động mạnh mẽ đến các đặc trưng cơ học của dầm CFST. Khi tỷ số này giảm từ 75 đến 25, độ cứng đàn hồi của dầm CFST tăng từ 23,78% đến 129,14%. Điều này cho thấy rằng việc tối ưu hóa tỷ số D/t có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của dầm trong các ứng dụng thực tế.
IV. Kết luận và kiến nghị
Luận văn đã chỉ ra rằng mô phỏng ứng xử của dầm CFST là một công cụ hữu ích trong việc phân tích và thiết kế kết cấu. Kết quả nghiên cứu cho thấy cường độ thép và tỷ số D/t là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến ứng xử của dầm CFST. Đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo là mở rộng phạm vi nghiên cứu để bao gồm các loại tải trọng khác nhau và các điều kiện môi trường khác nhau, nhằm cải thiện độ chính xác và tính ứng dụng của mô hình trong thực tế.
