Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng của mái vỏ bê tông cốt thép cong hai chiều nhiều lớp

• Tác giả: Lâm Thanh Quang Khải
• Người hướng dẫn: Lê Thanh Huấn
• Trường học: Đại học Kiến Trúc Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng của mái vỏ thoải bêtông cốt thép cong hai chiều dương nhiều lớp
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ kĩ thuật
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1. Lý do lựa chọn đề tài
• 2. Mục tiêu nghiên cứu
• 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 4. Phương pháp nghiên cứu
• 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 6. Kết cấu luận án
• 7. Những đóng góp mới của luận án
• 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU MÁI VỎ THOẢI BÊTÔNG CỐT THÉP CONG HAI CHIỀU
• 1.1. Tổng quan các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về mái vỏ thoải bêtông cốt thép cong hai chiều một lớp
• 1.1.1. Các nghiên cứu lý thuyết
• 1.1.1.1. Các nghiên cứu giải tích
• 1.1.1.2. Các nghiên cứu theo các phương pháp số
• 1.1.2. Các nghiên cứu thực nghiệm
• 1.2. Tổng quan các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về mái vỏ thoải bêtông cốt thép cong hai chiều dương nhiều lớp
• 1.3. Các nội dung cần nghiên cứu của luận án
• 2. LÝ THUYẾT TÍNH MÁI VỎ THOẢI BÊTÔNG CỐ THÉP CONG HAI CHIỀU DƯƠNG NHIỀU LỚP
• 2.1. Các khái niệm và ứng dụng của mái vỏ mỏng
• 2.1.1. Các khái niệm về mái vỏ mỏng
• 2.1.2. Phạm vi ứng dụng và ưu điểm của mái vỏ mỏng
• 2.1.3. Mái vỏ thoải cong hai chiều đã xây dựng trong và ngoài nước
• 2.2. Lý thuyết tính cơ bản về mái vỏ thoải cong hai chiều dương một lớp
• 2.2.1. Hệ phương trình của Vlasov
• 2.2.2. Tính toán vỏ theo trạng thái phi mô men
• 2.2.2.1. Dùng chuỗi lượng giác kép của Navier
• 2.2.2.2. Dùng chuỗi lượng giác đơn của Lévi
• 2.2.2.3. Dùng phương pháp điểm (bán giải tích)
• 2.2.3. Tính toán vỏ theo trạng thái mô men
• 2.2.4. Tính toán vỏ theo lý thuyết hiệu ứng biên
• 2.2.5. Tính toán vỏ theo lý thuyết mô men tổng quát
• 2.3. Lý thuyết tính mái vỏ thoải cong hai chiều dương nhiều lớp
• 3. NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA MÁI VỎ THOẢI BÊTÔNG CỐT THÉP HAI LỚP BẰNG THỰC NGHIỆM
• 3.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu thực nghiệm
• 3.1.1. Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm
• 3.1.2. Nội dung nghiên cứu thực nghiệm
• 3.2. Cơ sở thiết kế mẫu và mô hình thí nghiệm
• 3.2.1. Cơ sở thiết kế
• 3.2.2. Thiết lập mô hình thí nghiệm cho luận án
• 3.2.3. Các tiêu chuẩn thiết kế
• 3.3. Thiết kế và chế tạo mẫu thí nghiệm
• 3.3.1. Mẫu thí nghiệm
• 3.3.2. Mục đích, loại và vị trí dán strain gage
• 3.3.3. Chế tạo mẫu thí nghiệm
• 3.3.4. Bảo dưỡng mẫu
• 3.4. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu
• 3.4.1. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bêtông
• 3.4.2. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bêtông
• 3.4.3. Thí nghiệm kéo thép
• 3.5. Thí nghiệm mái vỏ thoải bêtông cốt thép 2 lớp
• 3.5.1. Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm
• 3.5.2. Tiến hành thí nghiệm
• 3.5.3. Kết quả thí nghiệm mái vỏ thoải 2 lớp
• 3.5.4. Biểu đồ biến dạng trong mái vỏ
• 3.5.5. Biểu đồ ứng suất, nội lực và độ võng trong mái vỏ
• 4. NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA MÁI VỎ THOẢI HAI LỚP BẰNG MÔ PHỎNG SỐ VÀ KHẢO SÁT THAM SỐ
• 4.1. Giới thiệu phần mềm ANSYS và các nội dung nghiên cứu
• 4.1.1. Giới thiệu sơ lược về phần mềm ANSYS
• 4.1.2. Các nội dung nghiên cứu mô phỏng số
• 4.2. Lựa chọn mô hình hóa cốt thép sợi phân tán trong bêtông
• 4.3. Lựa chọn mô hình hóa vết nứt trong bêtông
• 4.4. Lựa chọn mô hình tiếp xúc giữa 2 lớp bêtông
• 4.5. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn cho mái vỏ
• 4.5.1. Phần tử trong mô hình
• 4.5.2. Chia lưới cho mô hình
• 4.5.3. Điều kiện biên và tải trọng tác dụng
• 4.6. Mô hình vật liệu
• 4.6.1. Mô hình vật liệu bêtông
• 4.6.2. Mô hình ứng suất biến dạng của bêtông khi chịu nén
• 4.6.3. Mô hình ứng suất biến dạng của bêtông khi chịu kéo
• 4.6.4. Tiêu chuẩn phá hoại của bêtông
• 4.6.5. Thông số đầu vào cho mô hình
• 4.7. Kết quả nghiên cứu giữa thí nghiệm và mô phỏng số
• 4.7.1. Độ võng của các phương pháp trong vỏ
• 4.7.2. Ứng suất của các phương pháp trong vỏ
• 4.7.3. Độ võng và ứng suất của mái vỏ ở cấp tải bắt đầu bêtông xuất hiện vết nứt
• 4.8. Khảo sát các tham số ảnh hưởng đến trạng thái ứng suất biến dạng của mái vỏ bằng mô phỏng số
• 4.8.1. Tham số bề dày từng lớp
• 4.8.2. Tham số vị trí lớp bêtông sợi
• 4.8.3. Khảo sát trượt các lớp trong mái vỏ thoải
• 4.8.4. Trạng thái ứng suất biến dạng mái vỏ thoải 36×36m
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Ứng suất và biến dạng trong mái vỏ bê tông cốt thép

Nghiên cứu tập trung vào ứng suất và biến dạng của mái vỏ bê tông cốt thép cong hai chiều nhiều lớp. Các phương pháp phân tích ứng suất và mô hình hóa được sử dụng để đánh giá trạng thái cơ học của vỏ. Kết quả cho thấy, ứng suất phân bố không đều trên bề mặt vỏ, đặc biệt tại các vị trí cong. Biến dạng được xác định thông qua các thí nghiệm và mô phỏng số, giúp hiểu rõ hơn về sự thay đổi hình dạng của vỏ dưới tác động của tải trọng.

1.1. Phân tích ứng suất

Phân tích ứng suất được thực hiện bằng phương pháp giải tích và phần mềm Sap2000. Kết quả cho thấy, ứng suất lớn nhất xuất hiện tại các vị trí cong của vỏ, đặc biệt là tại các điểm tiếp giáp với kết cấu biên. Phương pháp mô hình hóa bằng phần mềm ANSYS cũng được sử dụng để xác định ứng suất tại các lớp khác nhau của vỏ, giúp đánh giá sự phân bố lực trong cấu trúc.

1.2. Đánh giá biến dạng

Biến dạng của vỏ được đo lường thông qua các thí nghiệm thực tế và mô phỏng số. Kết quả cho thấy, biến dạng lớn nhất xuất hiện tại trung tâm của vỏ, nơi chịu tải trọng phân bố đều. Các phương pháp tính toán kết cấu và kỹ thuật xây dựng được áp dụng để giảm thiểu biến dạng, đảm bảo độ bền và ổn định của vỏ.

II. Cấu trúc và vật liệu của mái vỏ bê tông cốt thép

Nghiên cứu đề cập đến cấu trúc bê tông và vật liệu xây dựng được sử dụng trong mái vỏ bê tông cốt thép cong hai chiều nhiều lớp. Độ bền bê tông và khả năng chịu lực của vật liệu được đánh giá thông qua các thí nghiệm cơ lý. Kết quả cho thấy, việc sử dụng bê tông cốt sợi giúp tăng cường độ bền và khả năng chịu lực của vỏ.

2.1. Cấu trúc bê tông

Cấu trúc bê tông của vỏ được thiết kế với nhiều lớp, mỗi lớp có chức năng riêng biệt. Lớp bên ngoài chịu tác động của môi trường, trong khi lớp bên trong chịu lực chính. Phương pháp thiết kế kết cấu được áp dụng để tối ưu hóa cấu trúc, đảm bảo độ bền và ổn định của vỏ.

2.2. Vật liệu xây dựng

Vật liệu xây dựng được sử dụng bao gồm bê tông cốt thép và bê tông cốt sợi. Các thí nghiệm cơ lý được thực hiện để đánh giá độ bền bê tông và khả năng chịu lực của vật liệu. Kết quả cho thấy, bê tông cốt sợi có khả năng chịu lực tốt hơn so với bê tông thông thường, đặc biệt là trong điều kiện chịu nén và kéo.

III. Ứng dụng trong xây dựng và kết luận

Nghiên cứu đã chỉ ra các ứng dụng trong xây dựng của mái vỏ bê tông cốt thép cong hai chiều nhiều lớp. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thiết kế và thi công các công trình kiến trúc hiện đại, đặc biệt là các công trình có mái vỏ cong phức tạp. Thiết kế kết cấu và kỹ thuật xây dựng được đề xuất để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng vật liệu và đảm bảo độ bền của công trình.

3.1. Ứng dụng thực tiễn

Các kết quả nghiên cứu được ứng dụng trong xây dựng để thiết kế và thi công các công trình có mái vỏ cong. Phương pháp thiết kế kết cấu và kỹ thuật xây dựng được đề xuất để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng vật liệu và đảm bảo độ bền của công trình. Các công trình áp dụng kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả cao trong việc giảm thiểu biến dạng và tăng cường độ bền của vỏ.

3.2. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã làm sáng tỏ trạng thái ứng suất và biến dạng của mái vỏ bê tông cốt thép cong hai chiều nhiều lớp. Các phương pháp phân tích ứng suất, mô hình hóa, và tính toán kết cấu được áp dụng hiệu quả. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, góp phần nâng cao chất lượng thiết kế và thi công các công trình kiến trúc hiện đại.