Luận Văn Thạc Sĩ: Phân Tích Ứng Xử Số Của Dầm BTCT Gia Cường Tấm FRP Sử Dụng Phần Mềm PTHH Abaqus

Chuyên khảo Phân tích ứng xử số dầm btct gia cường tấm frp bằng phần mềm pthh abaq phân tích chuyên sâu các khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực

• Tác giả: Võ Trí Toàn
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Long
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP.HCM
• Chuyên ngành: Xây dựng Công trình Dân dụng & Công nghiệp
• Đề tài: Phân tích Ứng Xử Số Dầm BTCT Gia Cường Tấm FRP Bằng Phần Mềm PTHH Abaqus
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Cấu trúc luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG PHẦN MỀM ABAQUS
• 2.1. Giới thiệu
• 2.2. Mô hình phần tử bê tông
• 2.3. Mô hình phần tử cốt thép
• 2.4. Mô hình phần tử keo kết dính epoxy
• 2.5. Mô hình vật liệu
• 2.5.1. Mô hình phá hoại dẻo của kim loại
• 2.5.2. Mô hình phá hoại dẻo của bê tông
• 2.6. Mô hình ràng buộc - tương tác
• 2.6.1. Mô hình tương tác “tie constraint”
• 2.6.2. Mô hình tương tác “embedded elements”
• 2.7. Phương pháp phân tích
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG YẾU TỐ LIÊN KẾT BỀ MẶT LÊN KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BTCT GIẢ CƯỜNG TẤM FRP
• 3.1. Giới thiệu
• 3.2. Phân tích thực nghiệm
• 3.2.1. Vật liệu thí nghiệm
• 3.2.2. Dầm thí nghiệm
• 3.2.3. Tiến hành thí nghiệm
• 3.2.4. Kết quả thí nghiệm
• 3.3. Phân tích tải trọng cực hạn tác dụng lên dầm chịu uốn bằng phần mềm PTHH Abaqus
• 3.3.1. Mô phỏng và phân chia phần tử
• 3.3.2. Mô hình vật liệu
• 3.3.3. Điều kiện ràng buộc liên kết
• 3.3.4. Kết quả mô phỏng
• 3.3.5. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng
• 4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CHỐNG CẮT CỦA DẦM BTCT GIẢ CƯỜNG TẤM FRP BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PTHH ABAQUS
• 4.1. Giới thiệu
• 4.2. Phân tích ứng xử kháng cắt của dầm BTCT gia cường tấm FRP theo thực nghiệm
• 4.2.1. Công tác thực nghiệm
• 4.2.2. Tiến hành thí nghiệm
• 4.2.3. Kết quả thí nghiệm
• 4.3. Phân tích ứng xử số của dầm BTCT gia cường tấm FRP bằng phần mềm PTHH Abaqus
• 4.3.1. Thông số mô hình vật liệu
• 4.3.2. Phương pháp mô phỏng số trong Abaqus
• 4.3.3. Kết quả phân tích
• 4.3.4. So sánh kết quả mô phỏng số và thực nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM GIẢ CƯỜNG DỰA TRÊN TIÊU CHUẨN EUROCODE 2
• 5.1. Giới thiệu
• 5.2. Tính toán tải trọng cực hạn lên dầm chịu uốn bằng lý thuyết dựa trên tiêu chuẩn Eurocode 2
• 5.2.1. Tính toán tải trọng cực hạn lên dầm BTCT
• 5.2.2. Tính toán tải trọng cực hạn lên dầm BTCT gia cường tấm FRP kích thước 50x1.3
• 5.2.3. So sánh kết quả thực nghiệm và tính toán lý thuyết của dầm chịu uốn
• 5.2.4. Tính toán tải trọng cực hạn lên dầm chịu cắt theo lý thuyết
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 6.1. Kết luận
• 6.2. Kiến nghị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ứng xử số của dầm BTCT gia cường bằng tấm FRP thông qua phần mềm PTHH Abaqus. Mục tiêu chính là xác định khả năng chịu tải của dầm sau khi gia cường, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế hợp lý. Việc sử dụng phần mềm PTHH cho phép mô phỏng chính xác các ứng xử chịu lực của dầm, giúp kỹ sư có thể dự đoán khả năng chịu tải trước khi thực hiện các thí nghiệm thực tế. Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu chi phí cho các thí nghiệm không cần thiết. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc áp dụng công nghệ gia cường bằng vật liệu composite trong xây dựng.

1.1. Tình hình nghiên cứu

Trên thế giới, việc nghiên cứu và ứng dụng vật liệu FRP trong gia cường kết cấu đã diễn ra từ những năm 1990. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng tấm FRP có thể cải thiện đáng kể khả năng kháng uốn và kháng cắt của dầm. Tuy nhiên, tại Việt Nam, nghiên cứu về vật liệu FRP vẫn còn mới mẻ và chưa được áp dụng rộng rãi. Các nghiên cứu hiện có chủ yếu tập trung vào tính chất cơ lý của vật liệu mà chưa có hướng dẫn cụ thể về tính toán và thiết kế. Do đó, nghiên cứu này sẽ góp phần làm rõ hơn về khả năng kháng uốn của dầm BTCT gia cường bằng tấm FRP.

II. Mô hình phần tử trong Abaqus

Chương này trình bày chi tiết về mô hình phần tử trong phần mềm Abaqus. Việc xây dựng mô hình chính xác là rất quan trọng để đảm bảo kết quả mô phỏng phản ánh đúng thực tế. Các loại mô hình phần tử như mô hình bê tông, mô hình cốt thép, và mô hình keo kết dính epoxy sẽ được giới thiệu. Mỗi mô hình sẽ được thiết lập dựa trên các thông số vật liệu cụ thể, giúp mô phỏng chính xác ứng xử của dầm dưới tải trọng. Đặc biệt, mô hình tương tác giữa các phần tử cũng sẽ được phân tích để đảm bảo rằng các liên kết giữa tấm FRP và dầm BTCT được thể hiện một cách chính xác. Điều này sẽ giúp đánh giá đúng khả năng chịu lực của dầm sau khi gia cường.

2.1. Mô hình vật liệu

Mô hình vật liệu là yếu tố quyết định trong việc mô phỏng ứng xử của dầm. Các thông số như modun đàn hồi, cường độ chịu nén, và cường độ chịu kéo của vật liệu composite sẽ được xác định dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành. Việc lựa chọn mô hình phá hoại phù hợp cũng rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng của mô phỏng. Các mô hình phá hoại dẻo của kim loại và bê tông sẽ được áp dụng để đảm bảo rằng các hiện tượng như nứt và phá hoại được mô phỏng chính xác. Kết quả từ mô phỏng sẽ được so sánh với các thí nghiệm thực tế để kiểm tra tính chính xác của mô hình.

III. Phân tích ứng xử kháng uốn

Chương này tập trung vào việc phân tích ứng xử kháng uốn của dầm BTCT gia cường bằng tấm FRP. Các thí nghiệm thực nghiệm sẽ được thực hiện để xác định khả năng chịu uốn của dầm. Kết quả từ thí nghiệm sẽ được so sánh với kết quả mô phỏng từ Abaqus để đánh giá độ chính xác của mô hình. Việc phân tích này không chỉ giúp xác định khả năng chịu tải của dầm mà còn cung cấp thông tin về các dạng phá hoại có thể xảy ra. Các yếu tố như kích thước và vị trí của tấm FRP cũng sẽ được xem xét để tìm ra giải pháp tối ưu cho việc gia cường dầm.

3.1. Kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng việc gia cường bằng tấm FRP có thể cải thiện đáng kể khả năng kháng uốn của dầm. Các mẫu dầm được gia cường cho thấy khả năng chịu tải cao hơn so với các mẫu không gia cường. Sự phân bố ứng suất trong dầm cũng được cải thiện, giúp giảm thiểu nguy cơ nứt và phá hoại. Kết quả này khẳng định tính hiệu quả của phương pháp gia cường bằng vật liệu composite và mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng công nghệ này trong xây dựng.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng tấm FRP để gia cường dầm BTCT mang lại nhiều lợi ích về khả năng chịu tải và độ bền của kết cấu. Kết quả mô phỏng và thí nghiệm cho thấy rằng phương pháp này có thể được áp dụng rộng rãi trong thực tế. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu để hoàn thiện các phương pháp tính toán và thiết kế cho các loại dầm khác nhau. Các kiến nghị về việc áp dụng tiêu chuẩn thiết kế Eurocode 2 cho việc gia cường dầm cũng được đưa ra, nhằm đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong thiết kế kết cấu.

4.1. Hướng phát triển

Để nâng cao hiệu quả của việc gia cường bằng tấm FRP, cần nghiên cứu thêm về các loại vật liệu mới và phương pháp thi công. Việc phát triển các tiêu chuẩn và hướng dẫn cụ thể cho việc thiết kế và thi công cũng rất cần thiết. Ngoài ra, việc ứng dụng công nghệ mô phỏng số trong thiết kế kết cấu sẽ giúp các kỹ sư có thể dự đoán chính xác hơn về khả năng chịu tải của các kết cấu gia cường, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế tối ưu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của ngành xây dựng, việc gia cường các cấu kiện bê tông cốt thép (BTCT) nhằm nâng cao khả năng chịu lực và kéo dài tuổi thọ công trình ngày càng trở nên cấp thiết. Tại Việt Nam, nhiều công trình hiện hữu gặp phải tình trạng nứt, võng lớn do thiết kế thiếu sót, chất lượng thi công kém, tác động môi trường hoặc quá tuổi thọ sử dụng. Theo ước tính, việc gia cường bằng phương pháp dán tấm sợi composite gia cường polymer (FRP) đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới từ những năm 1990, giúp tăng khả năng chịu uốn và chịu cắt của dầm BTCT lên đến 150%. Tuy nhiên, tại Việt Nam, phương pháp này vẫn chưa được phổ biến do thiếu các nghiên cứu toàn diện về tính toán và mô phỏng ứng xử chịu lực của dầm gia cường FRP.

Luận văn tập trung phân tích ứng xử số của dầm BTCT gia cường tấm FRP nguồn gốc carbon (CFRP) bằng phần mềm phần tử hữu hạn 3 chiều ABAQUS, so sánh kết quả mô phỏng với thực nghiệm để đánh giá độ tin cậy. Mục tiêu cụ thể gồm khảo sát hiệu quả gia cường kháng uốn và kháng cắt, xác định ảnh hưởng của kích thước bề mặt liên kết tấm FRP với dầm BTCT đến khả năng chịu tải, đồng thời đề xuất quy trình tính toán thiết kế khả năng kháng uốn theo tiêu chuẩn Eurocode 2. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào dầm BTCT chịu tải trọng tập trung, không bao gồm các tác động lặp, dài hạn hay nhiệt độ.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho kỹ sư xây dựng trong việc thiết kế và đánh giá hiệu quả gia cường dầm BTCT bằng tấm FRP, góp phần nâng cao độ an toàn và hiệu quả kinh tế cho các công trình dân dụng và công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình vật liệu hiện đại trong phần mềm ABAQUS, bao gồm:

• Mô hình phần tử hữu hạn 3D C3D8R: Phần tử khối 8 nút dùng để mô phỏng bê tông với 3 bậc tự do tại mỗi nút, phù hợp cho phân tích phi tuyến tính về vật liệu và hình học.
• Mô hình phần tử thanh T3D2: Mô phỏng cốt thép chịu ứng suất một chiều, với ứng suất và chuyển vị đơn trục.
• Mô hình phần tử kết dính COH3D8: Mô phỏng lớp keo epoxy liên kết tấm FRP với bề mặt bê tông, giả định ứng xử đàn hồi tuyến tính và phá hủy dựa trên tiêu chuẩn ứng suất và biến dạng cực đại.
• Mô hình vật liệu bê tông Concrete Damage Plasticity: Mô phỏng phá hoại dẻo của bê tông do nứt kéo và nén vỡ, với đường cong ứng suất-biến dạng phi tuyến tính.
• Mô hình vật liệu thép đàn-dẻo: Bao gồm mô hình lý tưởng, bilinear và trilinear để mô phỏng ứng suất-biến dạng của thép chịu kéo và nén.
• Mô hình tương tác "tie constraint" và "embedded elements": Mô phỏng liên kết bề mặt giữa tấm FRP và dầm BTCT, cũng như sự nhúng cốt thép trong bê tông.

Các lý thuyết này được áp dụng đồng bộ để mô phỏng chính xác ứng xử chịu lực và phá hoại của dầm BTCT gia cường tấm FRP.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm kết quả thực nghiệm trên 8 mẫu dầm BTCT kích thước 150x300x1960 mm, trong đó có 4 loại dầm: dầm không gia cường và dầm gia cường tấm CFRP với chiều dài tấm khác nhau (1560 mm, 1040 mm, 520 mm). Vật liệu bê tông có cường độ nén 30 MPa, thép cốt có cường độ chảy trung bình từ 390 đến 520 MPa, tấm FRP có ứng suất cực hạn 1300 MPa và mô đun đàn hồi 165 GPa.

Phương pháp phân tích sử dụng phần mềm ABAQUS với phương pháp Riks, phù hợp cho bài toán tải trọng tác dụng theo từng bước, xác định tải trọng cực hạn và biến dạng cực hạn của kết cấu. Mô hình phân chia phần tử với kích thước lưới 25 mm, mô phỏng 1/4 dầm do tính đối xứng. Điều kiện ràng buộc được khai báo phù hợp với thực tế thí nghiệm.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 7 đến tháng 11 năm 2012, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu thực nghiệm, xây dựng mô hình số, chạy mô phỏng và so sánh kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tăng khả năng chịu tải của dầm gia cường FRP: Dầm BTCT gia cường tấm CFRP có chiều dài 1560 mm đạt tải trọng cực hạn 158 kN, tăng 31% so với dầm không gia cường (120 kN). Với chiều dài tấm 1040 mm và 520 mm, tải trọng cực hạn tăng lần lượt 18% và 7%.

2. Hiện tượng phá hoại liên kết bề mặt: Phân tích mô phỏng cho thấy tại thời điểm tải trọng cực hạn, khoảng 1/3 đến 1/2 chiều dài tấm FRP bị bóc tách khỏi bề mặt bê tông, dẫn đến ứng suất tấm FRP chỉ đạt khoảng 30-40% ứng suất cực hạn của vật liệu.

3. Độ tin cậy của mô phỏng số: Đường cong tải trọng - chuyển vị từ mô phỏng số gần sát với kết quả thực nghiệm, sai lệch nhỏ, chứng tỏ mô hình ABAQUS với các mô hình vật liệu và phần tử được lựa chọn phù hợp.

4. Ảnh hưởng kích thước tấm FRP đến hiệu quả gia cường: Kích thước tấm FRP ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng chịu tải của dầm, tấm dài hơn cho hiệu quả gia cường cao hơn do giảm thiểu hiện tượng bóc tách.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự khác biệt giữa tải trọng cực hạn thực tế và lý thuyết là do hiện tượng phá hoại liên kết giữa tấm FRP và bề mặt bê tông, không phải do phá hoại vật liệu FRP. Điều này giải thích tại sao các phương pháp tính toán trước đây giả định liên kết hoàn hảo thường đánh giá quá cao khả năng chịu lực của dầm gia cường.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với báo cáo của Yasmeen tại Lund University, cho thấy mô hình phá hoại lớp kết dính là yếu tố quyết định trong thiết kế gia cường FRP. Việc mô phỏng chi tiết lớp keo epoxy và tương tác bề mặt giúp dự đoán chính xác hơn ứng xử thực tế của cấu kiện.

Biểu đồ tải trọng - chuyển vị và đồ thị ứng suất phá hoại lớp kết dính có thể được sử dụng để minh họa rõ ràng quá trình phá hoại và hiệu quả gia cường, hỗ trợ kỹ sư trong việc đánh giá và thiết kế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng mô hình mô phỏng số ABAQUS trong thiết kế gia cường: Khuyến nghị kỹ sư sử dụng mô hình phần tử hữu hạn 3D với mô hình vật liệu và tương tác đã được chứng minh để dự đoán chính xác khả năng chịu lực của dầm BTCT gia cường FRP, giúp giảm chi phí thí nghiệm thực tế. Thời gian áp dụng: ngay lập tức; chủ thể: các công ty tư vấn thiết kế.

2. Tăng chiều dài tấm FRP gia cường: Để tối ưu hiệu quả gia cường, nên sử dụng tấm FRP có chiều dài tối thiểu đạt 2/3 chiều dài dầm nhằm giảm thiểu hiện tượng bóc tách lớp kết dính. Thời gian áp dụng: trong các dự án mới; chủ thể: nhà thầu thi công.

3. Nghiên cứu phát triển vật liệu kết dính epoxy có độ bền cao hơn: Đề xuất đầu tư nghiên cứu và thử nghiệm các loại keo epoxy mới có khả năng chịu lực trượt và kéo tốt hơn, nhằm nâng cao độ bền liên kết giữa tấm FRP và bê tông. Thời gian thực hiện: 1-2 năm; chủ thể: viện nghiên cứu và trường đại học.

4. Xây dựng quy trình tính toán thiết kế theo tiêu chuẩn Eurocode 2: Căn cứ vào kết quả mô phỏng và thực nghiệm, đề xuất hoàn thiện quy trình tính toán khả năng kháng uốn và kháng cắt của dầm BTCT gia cường FRP phù hợp với tiêu chuẩn Eurocode 2, hỗ trợ kỹ sư trong thiết kế chính xác và an toàn. Thời gian áp dụng: 6-12 tháng; chủ thể: cơ quan quản lý xây dựng và các tổ chức chuyên môn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu: Nắm bắt phương pháp mô phỏng và tính toán gia cường dầm BTCT bằng tấm FRP, giúp thiết kế các công trình an toàn, hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

2. Nhà thầu thi công và giám sát: Hiểu rõ về ảnh hưởng của kích thước tấm FRP và chất lượng liên kết keo epoxy để kiểm soát chất lượng thi công, đảm bảo hiệu quả gia cường thực tế.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô hình phần tử hữu hạn, vật liệu composite và ứng dụng phần mềm ABAQUS trong phân tích kết cấu.

4. Cơ quan quản lý và ban hành tiêu chuẩn: Tham khảo để hoàn thiện các quy trình, tiêu chuẩn thiết kế và kiểm định công trình gia cường bằng vật liệu FRP phù hợp với thực tế và xu hướng quốc tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải sử dụng phần mềm ABAQUS để mô phỏng dầm BTCT gia cường FRP?
   Phần mềm ABAQUS cung cấp thư viện phần tử và vật liệu phong phú, cho phép mô phỏng chính xác ứng xử phi tuyến của bê tông, thép và lớp kết dính epoxy. Phương pháp phân tích Riks giúp xác định tải trọng cực hạn và biến dạng cực hạn, giảm chi phí và thời gian so với thí nghiệm thực tế.

2. Hiện tượng phá hoại chính của dầm BTCT gia cường tấm FRP là gì?
   Phá hoại thường xảy ra do bóc tách lớp kết dính giữa tấm FRP và bề mặt bê tông trước khi tấm FRP bị đứt, làm giảm ứng suất thực tế trong tấm FRP so với giá trị cực hạn lý thuyết.

3. Ảnh hưởng của chiều dài tấm FRP đến khả năng chịu tải của dầm như thế nào?
   Chiều dài tấm FRP càng lớn thì khả năng chịu tải của dầm càng tăng do giảm thiểu hiện tượng bóc tách lớp kết dính, từ đó tăng hiệu quả gia cường lên đến 31% so với dầm không gia cường.

4. Làm thế nào để đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng số?
   So sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thực nghiệm về quan hệ tải trọng - chuyển vị và tải trọng cực hạn. Sai lệch nhỏ chứng tỏ mô hình phù hợp và có thể ứng dụng trong thiết kế.

5. Tiêu chuẩn nào được áp dụng để tính toán khả năng chịu uốn của dầm BTCT gia cường FRP?
   Tiêu chuẩn Eurocode 2 được sử dụng làm cơ sở để xây dựng quy trình tính toán khả năng kháng uốn và kháng cắt của dầm BTCT gia cường FRP, đảm bảo tính khoa học và phù hợp với thực tế.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc mô phỏng ứng xử chịu lực của dầm BTCT gia cường tấm FRP bằng phần mềm ABAQUS, với kết quả mô phỏng sát với thực nghiệm.
• Phát hiện quan trọng là hiện tượng phá hoại lớp kết dính epoxy là nguyên nhân chính giới hạn khả năng chịu tải của dầm gia cường.
• Kích thước tấm FRP ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu quả gia cường, tấm dài hơn giúp tăng khả năng chịu tải lên đến 31%.
• Đề xuất quy trình tính toán khả năng kháng uốn theo tiêu chuẩn Eurocode 2, hỗ trợ thiết kế chính xác và an toàn.
• Các bước tiếp theo bao gồm phát triển vật liệu kết dính mới, hoàn thiện quy trình thiết kế và phổ biến ứng dụng mô phỏng số trong ngành xây dựng.

Hành động ngay: Các kỹ sư và nhà nghiên cứu nên áp dụng mô hình mô phỏng và quy trình tính toán này để nâng cao hiệu quả gia cường công trình, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cải tiến vật liệu và phương pháp thiết kế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 - Đặng Văn Tài (2004), Phân tích và tính toán cột BTCT có gia cường băng tam FRP, Luận văn thạc sĩ. - Trần Thái Minh Chánh (2007), Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu uốn của kết cầu BTCT có gia cường FRP. - Nguyễn Minh Khánh (2009), Nghiên cứu thực nghiệm gia cường khả năng kháng cắt của dầm BTCT bang sử dung vật liệu FRP. Trong đó tất cả các báo cáo déu chi là những nghiên cứu thực nghiệm ,trong các tiêu chuẩn tính toán bê tông cốt thép hiện nay cũng chưa dé cập tới tính toán dầm gia cường tam FRP.3 Mục tiêu và phạm vi nghiền cứu Trong luận văn này tác giả tập trung nghiên cứu ứng xử và các dạng phá hoại uốn của dam BTCT gia cường FRP có nguồn gốc carbon (CFRP) với 3 mục tiêu sau: - Khảo sát hiệu qua gia cường kháng uốn — kháng cắt cho dim BTCT bang phương pháp mô phỏng số băng phần mém Abaqus.

- Xác định ảnh hưởng của kích thước bể mặt liên kết tam FRP với dầm bê tông cốt thép tới khả năng chịu tải dầm gia cường. - Đề xuất quy trình tính toán thiết kế kha năng kháng uốn của dam BTCT gia cường áp dụng cho tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép Eurocode 2. Đối tượng nghiên cứu ở luận văn là: khả năng kháng uốn của dầm BTCT gia cường tắm FRP khi chịu tải trọng tập trung. Các vẫn đề khác như : ứng xử của dầm cao, ứng xử của dầm dưới tác động lặp hay tác động dài hạn của tải trọng cũng như tác động của nhiệt độ hay hỏa hoạn.

không nằm trong phạm vi nghiên cứu của luận văn này. Dé đạt được các mục tiêu dé ra, chương trình khảo sát mô phỏng số cho 5 loại dầm : dam BTCT có kích thước 150x300x1560mm „dầm BTCT gia cường tam FRP kích thước 50 x 1.2 x 1560mm, dầm BTCT gia cường tam FRP kích thước 50 x 1.2 x 1040m , dầm BTCT gia cường tâm FRP kích thước 50 x 1.2 x 520mm, dầm BTCT gia HVTH: VÕ TRÍ TOÀN LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 1 Cường tam FRP kích thước 50 x 1.Quan hệ lực - biến dạng, các hình thức phá hoai, tải trọng cực han đã được khảo sát. Sau cùng, qui trình tính toán kha năng kháng uốn — kháng cắt của dầm BTCT gia cường FRP, áp dụng cho tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép Eurocode 2, đã được kiến nghị căn cứ vào kết quả mô phỏng và dựa trên nghiên cứu các qui trình tính toán trong các hướng dẫn hay tiêu chuẩn thiết kế của các nước tiên tiên trên thê giới.4 Cấu trúc luận văn Luận văn gồm sáu chương: - Chương 1: Mở dau. - Chương 2: Tác giả giới thiệu tổng quan về lý thuyết mô hình phan tử, vật liệu , mô hình tương tác trong phần mềm Abaqus .Các mô hình này chủ yếu dựa trên tiêu chuẩn Eurocode 2.

- Chương 3: Tác giả trình bày chỉ tiết mô phỏng số để xác định khả năng chịu uốn của dầm BTCT và dầm BTCT sau khi gia cường tâm FRP ,kết quả so sánh với thực nghiệm dé xác định độ tin cậy của bài toán mô phỏng. - Chương 4 : Tác giả trình bày chỉ tiết mô phỏng số để xác định khả năng chịu cắt của dầm BTCT và dầm BTCT sau khi gia cường tâm FRP ,kết quả so sánh với thực nghiệm dé xác định độ tin cậy của bài toán mô phỏng. - Chương 5: Tính toán khả tăng chịu tai của dầm chịu uốn — cắt theo tính toán lý thuyết.Kết quả được so sánh với thực nghiệm. - Chương 6: Trình bày các kết luận rút ra được từ nghiên cứu, đồng thời nêu lên các kiến nghị cho những nghiên cứu tiếp theo.

HVTH: VÕ TRÍ TOÀN LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 2 CHƯƠNG2 : MÔ HÌNH PHẢN TỬ HỮU HẠN TRONG PHAN MEM ABAQUS. GIỚI THIEU Phần mềm Abaqus được sử dụng rất phố biến trên thế giới do có các ưu điểm nổi bật như thư viện phần tử và vật liệu phong phú và được áp dụng trong việc mô phỏng kết cầu các bài toán trong các lĩnh vực như xây dựng và cơ khí. Trong chương nay tác giả giới thiệu các loại phần tử trong Abaqus sử dụng để mô phỏng cấu kiện cần gia cuong.2 MÔ HINH PHAN TỬ ""*! 2.1 Mô hình phân tử bê tông (Solid elements C3D8R). Phần tử C3D8R là dạng phần tử khối 8 nút với 3 bậc tự do là 3 chuyển VỊ thăng theo 3 phương x,y và z tại mỗi nút.

Phan tử C3D8R có thé được sử dụng trong các bai toán đàn hỏi tuyến tính và bài toán phi tuyến vật liệu, hình học. lace 2 face 5 a 7 - ce 6 '4 me -es=< 3 Ề ` ar P B face 4 tl , —ˆ ba : 1 face 1 ce 3 Z 8 -node element Y X Hình 2.1 Phần tử khối 8 nút C3D8R. Khi khai báo phan tử bê tông bằng C3D8R, sau mỗi bước phân tích ma trận độ cứng phân tử và ma trận tải trọng sẻ được hiệu chỉnh theo quy luật ứng xử đã được xác định. Tenso ứng suât và biên dạng 3 chiêu của phân tử được biêu diễn như sau: HVTH: VÕ TRÍ TOÀN LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 2 Ơn A.

ƠI 6n lạ Êlà Ø = On 93 › é& = Ø2 2a Sym O33 Sym Đa 2.2 Mô hình phân tử cốt thép (Truss elements T3D2). Cốt thép được mô phỏng bang phan tử ứng suất 1 chiều như hình 2. Mỗi nút có 3 bậc tự do. Ứng suất và chuyển vi cua phan tử T3D2 là đơn trục (chi ton tại ø¡¡ và E11).2 Phan tử ứng suất T3D2.3 Mô hình phân tử keo dính kết epoxy 2.1 Quan hệ ứng suất kéo - chuyền vị.

Trong mô hình bề mặt dính kết giữa các mặt, lớp dính kết này được mô phỏng bằng phần tử COH3D8. Lớp này có bề dày rất mỏng (có thể xem như bằng 0). Mô hình phan tử kết dính được thực hiện ngay ở bước dau tiên trước khi có tải trọng tác dung, sự phá hủy của phan tử nay được lan truyền dan cho đến giai đoạn bề mặt liên kết bị phá hủy hoàn toàn. Ứng xử phá hủy của lớp kết dính này được mô tả là đàn hồi tuyến tính dưới ứng suất kéo hay cắt, nhưng không ảnh hưởng bởi ứng suất do nén.2 Mô hình không gian của phần tử kết dính.

| thickness direction top face wy sl Ƒ : cohesive element node midsurface bottom face Hình 2.3 Mô tả hình hoc phan tử kết dinh. HVTH: VÕ TRÍ TOÀN LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 2 Phan tử dính kết được xem như gồm 2 mặt với cùng một bề dày. Biến dạng của phân tử này dưới ứng suất kéo được xác định bằng chuyển vị tương đối giữa các điểm nút.3 Cau trúc đặc trưng của phân tử kết dính trong quan hệ ứng suất - biến dạng.1 Ung xử đàn hỏi tuyến tính. Mô hình quan hệ ứng suất — biến dang trong Abaqus giả thiết ứng xử của phan tử kết dính là đàn hỏi tuyến tính trong quá trình phá hủy bắt đầu xuất hiện và lan rộng.

Ứng xử đàn hồi nay được thé hiện bang ma trận độ cứng K theo công thức _ lạ, Kne Hạ, | on | t—=<¢f, p= | A,. Keo Kes =, ¿ = Ke | ty i Kane Kee Kee | ee J Trong đó ứng suất kéo t bao gồm 3 thành phan : tạ, t, , t, tương ứng với 3 chuyén vị ồn „ÒS , ot. Với T, là bề dày của lớp kết dính.2 Mô hình phá hủy. Abaqus đưa ra mô hình phá hủy của phân tử dính kết dựa trên quan hệ ứng suất — chuyển vị của nó.

Sự phá hủy này được xác định như các loại vật liệu thông thường như hình 2. HVTH: VÕ TRÍ TOÀN LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 2 traction | | | | | ồ.4 Quan hệ ứng suất — chuyên vị của phan tử kết dính.3 Phá hủy ban đầu của phan tử kết dính. Abaqus đưa ra tiêu chuẩn thời điểm bắt đầu phá hủy xảy ra khi ứng suất hoặc biến dang cua | diém trén phan tử kết dính đạt tới giá tri giới hạn. Tiêu chuẩn ứng suất cực dai.

Tiêu chuẩn này xác định thời điểm bat đầu phá hoại khi 1 trong 3 thành phan ứng suất của lớp kết dính đạt gia tri cực dai. Tiêu chuân biên dạng cực đại. Tiêu chuẩn này xác định thời điểm bắt đầu phá hoại khi 1 trong 3 thành phan biến dạng của lớp kết dính đạt giá trị cực đại. Tiêu chuân quan hệ bậc 2 của ứng suat.

Tiêu chuẩn này xác định điểm bắt đầu phá hủy khi quan hệ của 3 thành phần ứng suất thỏa mãn phương trình dưới đây. HVTH: VÕ TRÍ TOÀN LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 2 d. Tiêu chuẩn quan hệ bậc 2 của biến dang. Tiêu chuẩn nay xác định điểm bat đầu phá hủy khi quan hệ của 3 thành phan biến dạng thỏa mãn phương trình dưới đây.3 MÔ HÌNH VAT LIEU !'“ 2.1 Mô hình dẻo cổ điển của vật liệu kim loại.

Mô hình này dựa trên nguyên lý dẻo cua Mises hoặc Hill thiết lập. Vật liệu kim loại có thé mô hình dẻo đăng hướng hoặc dị huớng theo yêu cầu của người dùng đồng thời thiết lập tiêu chuẩn phá hoại dựa trên ứng suất hoặc bién dạng cực đại. Mô hình này cũng cho phép người dùng sử dụng vận tốc biến dạng cho đến trạng thái phá hủy.1 Mô hình đàn - dẻo đắng hướng Mô hình này rất phố biến trong khai báo vật liệu có tính déo.Uu điểm của thiết lập mô hình này là ma trận được lập 1 cách dễ dàng do đó thời gian thực hiện bài toán phân tích là ngắn. Tiêu chuẩn Mises dựa trên giả thiết không có thay đối bién dạng thé tích đàn hỏi, từ đó xem như sự thay đối mô đun biến dạng là không nhiều.

Khối lượng bién dang được tính như sau: E,,, = trace(£) Biến dạng hình học là : e=e-Lg I vol 3 Tốc độ biến dạng phá hoại là: de = de” +de” Với E : mô dun đàn hồi Young, v : hệ số poison Vật liệu có biến dạng đàn hồi là tuyến tính, môđun biến dạng của vật liệu (K) có thé xác định như sau: HVTH: VÕ TRÍ TOAN 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 2 —E _3(—2vw) EB Và G ( mô đun trượt) = 20+) V Trong biến dạng đàn hỏi hình học và thành phần độ lệch ứng suất được tính toán như sau: P = —Ké,,, VỚI: p= ~3 race(o) la ung suat nén tuong duong S : ứng suất lệch §=ơ + pl de” =de”n với n=Š., g= 36:8 2q 2 de” : tốc độ biến dạng dẻo.3 Phá hoại ban đầu của kim loại chảy dẻo. Tiêu chuẩn chảy dẻo do kéo.