LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “PHÂN TÍCH TRƢỜNG BIẾN DẠNG TRONG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU UỐN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TƢƠNG QUAN ẢNH KỸ THUẬT SỐ” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày tháng 09 năm 2017 Ngƣời thực hiện luận văn LÊ QUÝ ĐỨC iii LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập và nghiên cứu tại Trƣờng Đại học sƣ phạm Thành phố Hồ Chí Minh, Em đã đƣợc học tập và nghiên cứu trong môi trƣờng hiện đại, đầy đủ tiện nghi; đƣợc các Thầy cô nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu. Những kiến thức đó giúp em vận dụng vào cuộc sống, công việc của mình, đồng thời nó cũng không thể thiếu để giúp Em hoàn thành Luận văn.Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Nhà trƣờng và tất cả quý Thầy cô.
Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Thầy hƣớng dẫn Luận văn, Thầy TS. Lê Anh Thắng, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ cho em những kiến thức sâu rộng trong suốt quá trình thực hiện Luận văn. Sự quan tâm chỉ bảo và hƣớng dẫn thƣờng xuyên của các Thầy là động lực rất lớn giúp Em hoàn thành tốt Luận văn. Xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp - những ngƣời đã không ngừng động viên, ủng hộ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho Em trong suốt quá trình học tập và thực hiện hoàn thành Luận văn của mình.
Do thời gian thực hiện đề tài không nhiều và trình độ có hạn, mặc dù đã hết sức cố gắng nhƣng trong luận văn không tránh khỏi những hạn chế nhất định, rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo cùng các bạn để luận văn hoàn thiên hơn. Xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 09 năm 2017 Ngƣời thực hiện luận văn LÊ QUÝ ĐỨC iv TÓM TẮT ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH TRƢỜNG BIẾN DẠNG TRONG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU UỐN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TƢƠNG QUAN ẢNH KỸ THUẬT SỐ Phƣơng pháp tƣơng quan ảnh kỹ thuật số (DIC) là một kỹ thuật hiện đại để xây dựng trƣờng biến dạng của vật thể chịu lực.Trƣờng biến dạng và chuyển vị bao gồm biến dạng và chuyển vị theo các phƣơng xx, yy và xy. Thí nghiệm dầm bê tông cốt thép chịu uốn 3 điểm đƣợc chọn để áp dụng phƣơng pháp DIC.
Bê tông cốt thép với cốt liệu là đá và xỉ đƣợc xét đến trong luận văn. Ban đầu các thông số của kỹ thuật DIC đƣợc kiểm chứng bằng so sánh biến dạng thực đo và biến dạng xác định đƣợc từ DIC. Sau đó, kết hợp kết quả phân tích thí nghiệm uốn dầm bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn và DIC để xây dựng mối liên hệ giữa lực gây nứt và các đặc trƣng cơ bản của cơ học phá hủy cho dầm bê tông cốt thép.Kết quả nguyên cứu của đề tài cho thấy tính khả thi của việc sử dụng phƣơng pháp này cho việc xây dựng trƣờng biến dạng và xác định các đặc trƣng cơ học phá hủy của vật liệu. v ABSTRACT RESEARCH TOPIC ANALYSE THE DISPLACEMENT FIELDS IN REINFORCED CONCRETE UNDER THREE POINTS BENDING USING THE DIGITAL IMAGE CORRELATION (DIC) TECHNIQUE The digital image correlation (DIC) technique is a modern method to establish the displacement fields of the load bearing object.
The deformation and displacements contain deformation and displacements in the xx, yy and xy directions. The reinforced concrete beam under three points bending experiment was chosen to apply DIC technique. Reinforced concrete is the material with the aggregates are rock and cinder was used in this experiment. Originally, the DIC parameters were verified by comparing deformation results from physical measurement and DIC technique.
Then, combining the analyzed results of the three point bending experiment by finite element method and DIC to establish the relationship between the cracking stress and the characteristics of fracture mechanic for reinforced concrete beams. The result of this research showed the feasibility of applying this technique to establish the displacement fields and determine the characteristics of fracture mechanic of the material. vi MỤC LỤC CHƢƠNG 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu:.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc:. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc:. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc. Mục tiêu đề tài nghiên cứu.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài. Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài. Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp tƣơng quan ảnh kỹ thuật số. Lý thuyết về biến dạng và chiều rộng vết nứt: .3 Xác định năng lƣợng phá hủy phát triển vết nứt (G): .1 Nguyên liệu sử dụng .1 Cốt liệu xỉ thép .2 Cốt liệu lớn (đá dăm) .3 Cốt liệu mịn (cát vàng) .2 Quy chuẩn thiết kế cấp phối bê tông đá và xỉ thép.3 Thí nghiệm cấu kiện dầm .1 Mục đích thí nghiệm .2 Dụng cụ thí nghiệm cấu kiện dầm .3 Công tác chuẩn bị .4 Trình tự thí nghiệm .5 Kiểm tra mẫu thử.
Xác định độ phân giải. Dầm bê tông cốt thép thƣờng B15 và B22. Dầm bê tông cốt thép xỉ. Xác định chiếu dài và bề rộng vết nứt.
Dầm bê tông cốt thép thƣờng B15 & B22. Dầm bê tông cốt thép xỉ:. Các bƣớc mô hình hóa trên phần mền ABAQUS. Xây dựng cấu kiện.
Định nghĩa vật liệu và thuộc tính mặt cắt. Định nghĩa lắp ghép cấu kiện. Định nghĩa gán buộc. Định nghĩa tải trọng và điều kiện biên.
Chia lƣới cho cấu kiện dầm. Thiết lập các bƣớc phân tích. Thông số tính toán cho mô hình. Mô hình vật liệu bê tông.
Mô hình vật liệu thép. Loại phần tử mô phỏng và tỉ lệ chia phần tử. Kết quả mô phỏng dầm BTCT đá và dầm bê tông cốt thép xỉ:. Dầm bê tông cốt thép B15 và B22.
Dầm bê tông cốt thép xỉ:. Hƣớng nghiên cứu tiếp theo.84 viii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 3.1: Tính chất cơ lý của xỉ thép Phú Mỹ 1 theo TCVN .2: Kết quả thí nghiệm cơ lý xỉ thép .3: Các chỉ tiêu cơ lý của đá sử dụng .4: Các chỉ tiêu cơ lý của cát sử dụng .5: Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng sử dụng .6: Bảng cấp phối bê tông xỉ và đá tự nhiên (1m3) .1: Kết quả tổng hợp số liệu vùng biến dạng dầm B22.2: Kết quả tổng hợp sớ liệu vùng biến dạng dầm xỉ .3: Tổng hợp số liệu tải trọng và bề rộng vết nứt dầm BTCT B22.4: Tổng hợp số liệu tải trọng và bề rộng vết nứt dầm BTCT B15.5: Tổng hợp số liệu thông số cơ học dầm B15 .6: Tổng hợp số liệu thông số cơ học dầm B22.7: Tổng hợp số liệu tải trọng và bề rông vết nứt dầm xỉ .8: Tổng hợp số liệu thông số cơ học dầm xỉ .1: Thông số đặc trƣng của bê tông thƣờng và bê tông xỉ.2: Thông số miền chịu nén của mô hình Hsu-Hsu.3: Thông số miền chịu kéo của mô hình Hsu-Hsu.4: Thông số đặc trƣng của cốt thép.5: Thông số đặc trƣng của mô hình IEPL.6: Loại phần tử mô phỏng dầm.7: Thông số mô hình phá hoại dẻo mô hình.8: Tổng hợp số liệu thông số cơ học dầm B15 .9: Tổng hợp số liệu thông số cơ học dầm B22. 80 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Xác định ô lƣới vùng khảo sát .1: Sơ đồ vị trí hình ảnh của vùng biến dạng trƣớc và sau khi chuyển vị .2: Vẽ sơ đồ của hình ảnh phụ trên bề mặt .3: Thay đổi về vị trí tƣơng đối sau khi nứt xảy ra.4: Biểu đồ ứng suất và chuyển vị vết nứt qua mặt cắt ngang .5: Biểu đồ ứng suất và chuyển vị vết nứt qua mặt cắt dọc .6: Hình minh họa vị trí vùng năng lƣơng phá hủy .1: Xỉ thép thay cốt liệu thô tự nhiên .2: Biểu đồ thành phần hạt của xỉ thép sử dụng .4: Biểu đồ thành phần hạt của đá sử dụng .6: Biểu đồ thành phần hạt cát sử dụng .9: Thiết bị đo chuyển vị .10: Máy ảnh Cannon EOS 7D .11: Máy uốn cấu kiện .12: Máy ghi số liệu thực nghiệm. Gia công cốt thép và ván khuôn.
Quá trình trộn bê tông. Công tác đầm dùi. Mô hình thí nghiệm cấu kiện dầm. Thiết kế dầm tính toán .1: So sánh biến dạng dầm BTCT B22.5 ở cấp tải P=89,94KN: .2: So sánh biến dạng dầm BTCT B22.5 ở cấp tải P=93,28KN: .3: So sánh biến dạng dầm BTCT B15 ở cấp tải P=52.4: So sánh biến dạng dầm BTCT B15 ở cấp tải P=72.5: So sánh biến dạng dầm BTCT B15 ở cấp tải P=75.6: Kết quả biến dạng tại vị trí đặt Strain gauge .7: Quá trình phát triển vết nứt dầm bê tông cốt thép B22.5 theo từng cấp tải trọng.8: Quá trình phát triển vết nứt dầm bê tông cốt thép B15 theo từng cấp tải trọng.9: Mặt cắt xác định vị trí phát triển vết nứt (CTOD) .10: Biểu đồ cấp tải trọng và bề rộng vết nứt tại mặt cắt 1-1 .11: Biểu đồ cấp tải trọng và bề rộng vết nứt tại mặt cắt 2-2 .12: Biểu đồ cấp tải trọng và bề rộng vết nứt tại mặt cắt 3-3 .13: Biểu đồ cấp tải trọng và bề rộng vết nứt tại mặt cắt 4-4 .14: Biểu đồ cấp tải trọng và bề rộng vết nứt tại mặt cắt 5-5 .15: Biểu đồ cấp tải trọng và bề rộng vết nứt tại mặt cắt 1-1 .16: Biểu đồ cấp tải trọng và bề rộng vết nứt tại mặt cắt 2-2 .17: Biểu đồ giữa cấp tải trọng (P) và chiều dài vết nứt (Lc).18: Biểu đồ giữa chiều rộng (Wc) và chiều dài vết nứt (Lc) .19: Quá trình phát triển vết nứt .20: Mặt cắt xác định vị trí phát triển vết nứt (CTOD) .21: Biểu đồ cấp tải trọng và bề rộng vết nứt tại mặt cắt 1-1 .22: Biểu đồ cấp tải trọng và bề rộng vết nứt tại mặt cắt 2-2 .23: Biểu đồ cấp tải trọng và bề rộng vết nứt tại mặt cắt 3-3 .24: Biểu đồ cấp tải trọng và bề rộng vết nứt tại mặt cắt 4-4 .25: Biểu đồ cấp tải trọng và bề rộng vết nứt tại mặt cắt 5-5 .26: Biểu đồ giữa cấp tải trọng (P) và chiều dài vết nứt (Lc).27: Biểu đồ giữa chiều rộng (Wc) và chiều dài vết nứt (Lc) .1: Cửa sổ Create Part trong Abaqus.2: Mô hình hình học hai chiều cấu kiện bê tông.3: Kích thƣớc mô hình hình học hai chiều cấu kiện bê tông.4: Cửa số Edit Base Extrusion.5: Mô hình ba chiều của cấu kiện dầm bê tông.6: Mô hình hai chiều của cấu kiện tấm đệm thép.7: Mô hình ba chiều của cấu kiện tấm đệm thép.8: Mô hình hình học hai chiều của cốt đai.9: Mô hình hình học ba chiều của cốt đai.10: Mô hình hình học hai chiều của cốt thép dọc.12: Xác định thông số vật liệu bê tông.