I. Phân tích phi tuyến
Phân tích phi tuyến là phương pháp nghiên cứu ứng xử của kết cấu khi chịu tác động của các yếu tố phi tuyến như hình học, vật liệu và liên kết. Trong nghiên cứu này, phân tích phi tuyến được áp dụng để đánh giá ứng xử của khung thép phẳng dưới tác động của tải trọng động và năng lượng dỡ tải. Phương pháp này giúp mô phỏng chính xác hơn các hiện tượng như sự lan truyền dẻo, ứng suất dư và sự dịch chuyển của lõi đàn hồi.
1.1. Phi tuyến hình học
Phi tuyến hình học xem xét sự thay đổi hình học của kết cấu khi chịu tải, dẫn đến sự thay đổi ma trận độ cứng. Phương pháp này sử dụng thuật toán lặp gia tải từng bước để giải quyết bài toán. Các phương pháp phổ biến bao gồm phương pháp dầm-cột và phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH). Phương pháp PTHH được ưa chuộng do khả năng mô phỏng chính xác các hiện tượng phi tuyến.
1.2. Phi tuyến vật liệu
Phi tuyến vật liệu nghiên cứu ứng xử phi đàn hồi của vật liệu khi chịu tải, bao gồm hiện tượng chảy dẻo và phá hoại. Các phương pháp chính được sử dụng là phương pháp khớp dẻo, phương pháp vùng dẻo và phương pháp khớp dẻo hiệu chỉnh. Phương pháp vùng dẻo được áp dụng trong nghiên cứu này để mô phỏng sự lan truyền dẻo dọc theo chiều dài cấu kiện.
II. Khung thép phẳng chịu tải trọng động
Khung thép phẳng là hệ kết cấu phổ biến trong xây dựng, thường chịu tác động của tải trọng động như động đất, gió và tải trọng lặp. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ứng xử của khung thép phẳng dưới tác động của tải trọng động với sự xem xét đến năng lượng dỡ tải. Điều này giúp đánh giá chính xác hơn khả năng chịu lực và độ bền của kết cấu.
2.1. Tải trọng động
Tải trọng động là loại tải trọng thay đổi theo thời gian, gây ra dao động và biến dạng trong kết cấu. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp tích phân từng bước Newmark kết hợp với thuật toán Newton-Raphson để giải bài toán động lực học phi tuyến. Phương pháp này cho phép mô phỏng chính xác ứng xử của kết cấu dưới tác động của tải trọng động.
2.2. Năng lượng dỡ tải
Năng lượng dỡ tải là năng lượng được giải phóng khi kết cấu chịu tải trọng lặp hoặc động. Nghiên cứu này xem xét năng lượng dỡ tải trong công thức ma trận độ cứng để hoàn thiện mô hình phân tích. Điều này giúp đánh giá chính xác hơn ứng xử của kết cấu khi chịu tải trọng lặp và động.
III. Phân tích kết cấu phi tuyến
Phân tích kết cấu phi tuyến là quá trình đánh giá ứng xử của kết cấu khi chịu tác động của các yếu tố phi tuyến. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển một chương trình phân tích phi tuyến tĩnh và động cho khung thép phẳng với liên kết nửa cứng. Chương trình được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình C++ và Matlab, cho phép tự động hóa quá trình phân tích.
3.1. Ma trận độ cứng
Ma trận độ cứng của phần tử dầm-cột được thiết lập bằng phương pháp thế năng toàn phần dừng, có xét đến các tác động phi tuyến hình học, vật liệu và liên kết. Ma trận độ cứng này được sử dụng để giải bài toán phân tích phi tuyến tĩnh và động.
3.2. Thuật toán giải phi tuyến
Nghiên cứu sử dụng thuật toán Newton-Raphson kết hợp với phương pháp chiều dài cung để giải bài toán phi tuyến. Phương pháp này cho phép giải quyết các bài toán phức tạp với độ chính xác cao, đặc biệt là trong phân tích động lực học phi tuyến.
IV. Ứng dụng thực tế
Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế và phân tích kết cấu thép, đặc biệt là trong thiết kế kháng chấn. Chương trình phân tích phi tuyến được phát triển có thể được áp dụng trong thực tế để đánh giá ứng xử của khung thép phẳng dưới tác động của tải trọng động và năng lượng dỡ tải. Điều này giúp nâng cao độ tin cậy và hiệu quả của các công trình xây dựng.
4.1. Thiết kế kháng chấn
Chương trình phân tích phi tuyến được áp dụng trong thiết kế kháng chấn, giúp đánh giá chính xác khả năng chịu lực của kết cấu dưới tác động của động đất. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc thiết kế các công trình ở khu vực có nguy cơ động đất cao.
4.2. Kiểm tra độ tin cậy
Kết quả phân tích được so sánh với các nghiên cứu trước đây để kiểm tra độ tin cậy và sự hội tụ của chương trình. Điều này đảm bảo rằng chương trình có thể được áp dụng một cách tin cậy trong thực tế.
