I. Giới thiệu chung về kết cấu liên hợp thép bê tông
Kết cấu liên hợp thép – bê tông là một trong những giải pháp xây dựng hiện đại, kết hợp giữa bê tông và cốt thép để tối ưu hóa khả năng chịu lực và tính thẩm mỹ. Kết cấu này được phát triển từ những năm đầu thế kỷ 20 và đã chứng minh được hiệu quả trong việc xây dựng các công trình cao tầng. Việc sử dụng dầm bê tông cốt cứng trong kết cấu này mang lại nhiều lợi ích, đặc biệt là khả năng chịu lực tốt hơn so với các loại dầm thông thường. Theo nghiên cứu, phân tích ứng xử của dầm bê tông cốt cứng cho thấy sự tương tác giữa bê tông và cốt thép là yếu tố quyết định đến độ bền và độ ổn định của kết cấu. Sự phát triển của các phần mềm như ANSYS đã giúp cho việc mô phỏng và phân tích ứng xử của các loại dầm này trở nên dễ dàng và chính xác hơn.
1.1. Tình hình nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu về dầm bê tông cốt cứng đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới. Các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào việc ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) để phân tích ứng xử của dầm dưới tác động của tải trọng. Một số nghiên cứu tiêu biểu như của Mazen AL-Bdoor (2013) và Eva Maria Regy (2017) đã chỉ ra rằng việc sử dụng PTHH giúp mô phỏng chính xác hơn các hiện tượng nứt và biến dạng của dầm. Tại Việt Nam, nghiên cứu về kết cấu bê tông cốt thép vẫn còn hạn chế, đặc biệt là trong việc áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế quốc tế. Do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng PTHH trong phân tích ứng xử của dầm bê tông cốt cứng là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao.
II. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu trong luận văn này chủ yếu dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) để phân tích ứng xử của dầm bê tông cốt cứng. Việc sử dụng ANSYS cho phép mô hình hóa các yếu tố như hình học, vật liệu và tải trọng một cách chính xác. Các phần tử được sử dụng trong mô hình bao gồm phần tử khối cho bê tông và phần tử thanh cho cốt thép. Quá trình phân tích bao gồm việc xác định các điều kiện biên và tải trọng tác động lên dầm. Kết quả phân tích sẽ được so sánh với các kết quả thực nghiệm để đánh giá độ chính xác của mô hình. Việc áp dụng PTHH không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn nâng cao độ tin cậy trong thiết kế kết cấu.
2.1. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn trong ANSYS
Mô hình phần tử hữu hạn trong ANSYS được xây dựng dựa trên các thông số vật liệu thực tế của bê tông và cốt thép. Các thông số này bao gồm cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi và hệ số Poisson. Việc xác định chính xác các thông số này là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của mô hình. Sau khi xây dựng mô hình, các điều kiện biên và tải trọng sẽ được áp dụng để phân tích ứng xử của dầm. Kết quả phân tích sẽ cung cấp thông tin về ứng suất, biến dạng và độ võng của dầm dưới tác động của tải trọng, từ đó giúp đánh giá khả năng chịu lực và độ bền của kết cấu.
III. Kết quả phân tích
Kết quả phân tích ứng xử của dầm bê tông cốt cứng cho thấy sự tương tác giữa bê tông và cốt thép là rất quan trọng. Các mô hình phân tích cho thấy rằng khi tải trọng tăng lên, ứng suất trong cốt thép và bê tông cũng tăng theo, dẫn đến hiện tượng nứt và biến dạng. Kết quả từ ANSYS cho thấy độ võng của dầm dưới tải trọng tĩnh là trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn thiết kế. Việc so sánh kết quả từ ANSYS với các thí nghiệm thực tế cho thấy sự phù hợp cao, chứng minh tính khả thi của phương pháp PTHH trong phân tích ứng xử của dầm. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong việc thiết kế kết cấu mà còn trong việc tối ưu hóa các giải pháp xây dựng hiện đại.
3.1. Khảo sát ảnh hưởng của thép hình đến khả năng chịu lực của dầm
Khảo sát cho thấy rằng việc sử dụng thép hình trong dầm bê tông cốt cứng có ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu lực của dầm. Các mô hình với các loại thép hình khác nhau cho thấy sự khác biệt rõ rệt về ứng suất và biến dạng. Việc lựa chọn loại thép hình phù hợp không chỉ giúp tăng cường khả năng chịu lực mà còn cải thiện tính ổn định của kết cấu. Kết quả phân tích cho thấy rằng việc tối ưu hóa thiết kế thép hình có thể giúp giảm thiểu khối lượng vật liệu sử dụng mà vẫn đảm bảo độ bền và an toàn cho công trình.
