BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN PHAN MINH TRÍ PHÂN TÍCH ĐỘ VÕNG CỦA SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG DÀI HẠN (TỪ BIẾN) BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành:Kỹ thuật Xây Dựng Mã số: 8.01 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Trƣơng Tích Thiện Long An– 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN PHAN MINH TRÍ PHÂN TÍCH ĐỘ VÕNG CỦA SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG DÀI HẠN (TỪ BIẾN) BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành:Kỹ thuật Xây Dựng Mã số: 8.01 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Trƣơng Tích Thiện Long An – 2020 LỜI CẢM ƠN Luận văn cao học hoàn thành là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu của học viên tại Trƣờng Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An. Bên cạnh những nỗ lực của học viên, hoàn thành chƣơng trình luận văn không thể thiếu sự giảng dạy, quan tâm, giúp đỡ của tập thể Thầy, Cô khoa Kiến trúc Xây dựng (Trƣờng Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An) trong quá trình học tập cũng nhƣ hoàn thành luận văn cao học này. Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS Trƣơng Tích Thiện cùng tập thể các thầy cô, đồng nghiệp đã tận tình quan tâm, hƣớng 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 đã hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn.
HỌC VIÊN THỰC HIỆN Phan Minh Trí BẢN CAM KẾT Ngoài những kết quả tham khảo từ những công trình khác nhƣ đã đƣợc ghi trong luận văn, tôi xin cam kết rằng luận văn này là do chính tôi thực hiện và luận văn chỉ đƣợc nộp tại Trƣờng 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 chƣa từng đƣợc sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đƣợc ghi rõ nguồn gốc. HỌC VIÊN THỰC HIỆN Phan Minh Trí Tóm tắt luận văn Ứng xử dài hạn của kết cấu phụ thuộc chủ yếu vào tính chất biến dạng của bê tông, đặc biệt là từ biến và co ngót.
Mô-đun đàn hồi của vật liệu là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến từ biến.Để mô tả quá trình biến dạng, có thể sử dụng lý thuyết về ứng xử đàn – nhớt, hai hiện tƣợng của ứng xử đàn – nhớt là từ biến và hồi phục ứng suất.Có nhiều mô hình đàn – nhớt để dự đoán ứng xử từ , nhƣng xét đến tính chính xác và tính chất vật liệu, mô hình đàn – nhớt đƣợc sử dụng để mô tả và tính toán từ biến là mô hình Maxwell tổng quát, một trong những mô hình tốt nhất để dự đoán ứng xử của từ biến. Trong đó ứng xử đàn – nhớt đƣợc đặc trƣng bởi các thành phần đàn hồi và nhớt, đƣợc mô hình hóa nhƣ sự kết hợp tuyến tính của lò xo và giảm chấn.Mục tiêu chính của luận văn là thiết lập chính xác chuỗi Prony để dự đoán sự suy giảm mô đun đàn hồi , dựa trên hệ số từ biến trong tiêu chuẩn EN 1992-1-1, sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH) dựa trên ngôn ngữ lập trình Matlab và các công cụ hỗ trợ trong phần mềm ANSYS để mô phỏng từ biến sàn bê tông cốt thép. Các kết quả số đƣợc tính toán sau đó đƣợc so sánh với các phƣơng pháp giải tích.Luận văn bao gồm giới thiệu, lý thuyết đƣợc trình bày ngắn gọn trong chƣơng 2.Các mô hình mô phỏng đƣợc trình bày chi tiết trong chƣơng 3.Kết luận và kiến nghị đƣợc trình bày trong chƣơng 4. ANALYSIS OF LONG-TERM BEHAVIOR OF CONCRETE FLOOR BY FINITE ELEMENT METHOD The long-term behavior of the structure depends mainly on the deformation properties of the concrete, especially from creep and shrinkage.
Modulus of elasticity of materials is one of the important factors that influence from creep. To describe deformation processes, it is possible to use the theory of elastic behavior - viscosity, two phenomena of elastic behavior - viscosity is from creep and stress recovery. There are many models of viscosity to predict creep behavior, but considering the accuracy and properties of materials, the viscoelastic model used to describe and calculate magnetic variables is the general Maxwell model, a of the best models to predict the behavior of variable words. Where viscoelastic is characterized by elastic and viscous components, modeled as a linear combination of springs and dampers.
The main objective of the thesis is to correctly establish the Prony series to predict the decrease of elastic modulus, based on creep coefficients in standard EN 1992-1-1, using finite element method) based on the Matlab programming language and ANSYS software to simulate creep behaviorof reinforced concrete floor. The numerical results are then compared with the analytical results. The thesis consists of introduction, the theory is briefly presented in chapter 2. The numerical simulation are detailed in chapter 3.
Conclusions and recommendations are presented in chapter 4. MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN1 1. Từ biến của bê tông. Cơ chế của từ biến bê tông.
Các yếu tố ảnh hƣởng đến từ biến bê tông. Các ảnh hƣởng của từ biến đến bê tông và lên kết cấu bê tông cốt thép. Kết cấu sàn bê tông cốt thép. Khái niệm và phân loại sàn.
Ứng xử chịu tải của sàn BTCT có xét đến từ biến. Tổng quan về tình hình nghiên cứu. Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc.
Lý do chọn đề tài. Lợi ích của đề tài. Lợi ích khoa học. Lợi ích thực tiễn.
Mục tiêu, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Mục tiêu tổng quát. Mục tiêu cụ thể. Cấu tạo của sàn bê tông cốt thép.
Ứng xử của sàn bê tông cốt thép. Sự làm việc của sàn BTCT. Hệ số từ biến theo tiêu chuẩn Eurocode2. Cơ chế của từ biến.
Ảnh hƣởng của hiện tƣợng từ biến đến kết cấu BTCT. Phƣơngphápphần tử hữu hạn. Trình tự giải bài toán kết cấu bằng ANSYS. Ứng xử đàn nhớt (Viscoelastic) của vật liệu.
Mô hình đàn nhớt. Đƣờng cong Prony cho vật liệu đàn nhớt. Phƣơng pháp tính. Phƣơng pháp phần tử hữu hạn cho mô hình đàn nhớt mô tả hiện tƣợng từ biến.
MÔ HÌNH TÍNH TOÁN35 3. Phân tích từ biến cho sàn bê tông chịu tải bậc thangtheo thời gian. Mô hình hình học. Thông số vật liệu.
Phân tích từ biến cho sàn bê tông chịu tải không đổi theo thời gian. Phân tích từ biến cho sàn bê tông cốt thép chịu tải phức tạp. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .51 TÀI LIỆU THAM KHẢO .55 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.Kết cấu sàn bị biến dạng trong quá trình chịu tải. Các thành phần biến dạng của bê tông dƣới tải trọng không đổi.
Biến dạng đàn hồi và từ biến của bê tông. Các loại sàn thƣờng gặp. Cốt thép trong sàn BTCT. Ứng xử của sàn .Bản loại dầm .Bản kê bốn cạnh.
Đồ thị biểu diễn từ biến của bê tông .Các giai đoạn của từ biến .Sự giảm cƣờng độ bê tông theo thời gian do từ biến .Kelvin-Voigt model. Mô hình Generalized Maxwell .Tấm bê tông tựa đơn bốn cạnh. Đƣờng cong từ biến của vật liệu dựa trên nội suy Prony. Độ võng của tấm tại thời điểm 365 ngày trong ANSYS, trƣờng hợp 2 .Độ võng của tấm tại thời điểm 365 ngày trong Matlab, trƣờng hợp 2.
Biểu đồ minh họa độ võng theo thời gian trong trƣờng hợp 1 .Biểu đồ minh họa tải theo thời gian trong trƣờng hợp 2.Mô hình sàn bê tông.Đƣờng cong từ biến bê tông .Độ võng tấm bê tông sau một năm.Trƣờng chuyển vị của sàn bê tông.Tiến hành xây dựng mô hình phần tử hữu hạn sàn bê tông cốt thép trong ANSYS .Mô hình PTHH sàn bê tông cốt thép .Mô hình cốt thép trong sàn .Đặt điều kiện biên cho sàn BTCT.Độ võng sàn bê tông cốt thép sau một năm .Kết quả trƣờng chuyển vị theo phƣơng y sau một năm .47 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3. Bƣớc tải trong 1 năm. Hệ số từ biến và sự suy giảm độ bền theo thời gian. Ba hệ số Prony.
Độ võng ở trung tâm của tấm .Hệ số từ biến tại thời điểm t .Thông số từ biến có đƣợc bằng cách sử dụng phép nội suy chuỗi Prony 41 Bảng 3.Độ võng của tấm bê tông theo thời gian.Độ võng (mm) giữa sàn bê tông cốt thép theo thời gian với tiết diện cốt thép thay đổi. 46 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu Từ biến của bê tông đƣợc định nghĩa là biến dạng của cấu trúc thay đổi theo thời gian dƣới tải trọng không đổi và là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự thay đổi hình dáng của bê tông theo thời gian. Ảnh hƣởng của từ biến làm thay đổi biến dạng và ứng suất bên trong kết cấu.Trong điều kiện nhiệt độ khác nhau, từ biến đƣợc xem là có hại vì có thể gây nứt từ bên trong, đƣợc xem là có lợi khi phân bố lại ứng suất bên trong của kết cấu.
Hiện tƣờng từ biến gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến các công trình xây dựng và khó kiểm soát hơn khi nhiệt độ thay đổi. Những công trình bị phá hủy, hƣ hại,… đƣợc xác định bởi nhiều nguyên nhân, trong đó có hiện tƣợng từ biến, từ những công trình đƣợc xác nhận là chịu ảnh hƣởng của từ biến nhƣ cầu cổng vòm ở Deventer, cầu Boutiron ở Pháp, … cho đến những công trình bị phá hủy bởi từ biến gây ra các thiệt hại nghiêm trọng nhƣ cầu Koror-Babeldaob ở Palau, sự sụp đổ hầm Big Dig ở Boston,. Qua những sự kiện trên, các nhà khoa học chứng minh do ảnh hƣởng của nhiều yếu tố, trong đó một phần do hiện tƣợng từ biến.Kết cấu sàn bị biến dạng trong quá trình chịu tải. Từ biến là một trong những nguyên nhân chính gây ra nứt trên kết cấu, gây ảnh hƣởng đến các công trình xây dựng, cho nên việc nghiên cứu hiện tƣợng từ biến là hết sức quan trọng.
Với những công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã đƣợc nêu 2 trên, luận văn này sẽ tận dụng các kết quả có sẵn để phục vụ cho quá trình nghiên cứu ứng xử của sàn bê tông cốt thép (BTCT) có xét đến hiện tƣợng từ biến khi chịu các loại tải trọng khác nhau, bằng cách sử dụng các phần mềm mô phỏng ANSYS. Từ biến của bê tông 1.