Báo cáo khoa học: LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CỦA MÔ HÌNH PHÁ HUỶ DÒN BÊ TÔNG, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀO PHÂN TÍCH CƠ CHẾ PHÁ HUỶ CỦA CÁC BỘ PHẬN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Tóm tắt: Bài báo này góp phần giới thiệu và phân tích các mô hình phá huỷ dòn bê tông và cách xác định các tham số đầu vào của các mô hình này đối với một số loại bê tông thường dùng trong xây dựng giao thông ở Việt Nam. Một số ví dụ mô phỏng và thực nghiệm kiểm chứng với các dầm bê tông cốt thép giản đơn sẽ được trình bày để đánh giá kết quả cân chỉnh thu được.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo khoa học: "LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CỦA MÔ HÌNH PHÁ HUỶ DÒN BÊ TÔNG, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀO PHÂN TÍCH CƠ CHẾ PHÁ HUỶ CỦA CÁC BỘ PHẬN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG" LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CỦA MÔ HÌNH PHÁ HUỶ DÒN BÊ TÔNG, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀO PHÂN TÍCH CƠ CHẾ PHÁ HUỶ CỦA CÁC BỘ PHẬN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ThS. TRẦN THẾ TRUYỀN Bộ môn Cầu hầm - Khoa Công trình GS. TS. NGUYỄN VIẾT TRUNG Bộ môn CTGTTP - Khoa Công trình Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài báo này góp phần giới thiệu và phân tích các mô hình phá huỷ dòn bê tông và cách xác định các tham số đầu vào của các mô hình này đối với một số loại bê tông thường dùng trong xây dựng giao thông ở Việt Nam. Một số ví dụ mô phỏng và thực nghiệm kiểm chứng với các dầm bê tông cốt thép giản đơn sẽ được trình bày để đánh giá kết quả cân chỉnh thu được. Kết luận về khả năng ứng dụng trong phân tích cơ chế phá huỷ của các kết cấu công trình giao thông bằng bê tông cốt thép trong thực tế. Summary: This paper contributes to the presentation and analysis of damage models for concrete, the calibrating process of these models’ input parameters with some types of concrete commonly used in transportation works in Vietnam. Some examples of simulation and experimental verification with simple reinforced concrete beams will be shown to validate the calibrated results. Conclusions on perspective application in analysing the failure mechanism of reinforced concrete structures in transportation works are also given. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, việc áp dụng các tiếp cận tính toán mới trong phân tích ứng xử của các bộ phận kết cấu bê tông là rất cần thiết trong xây dựng nói chung và trong xây dựng giao thông nói riêng. Mục đích là nâng cao độ chính xác tính toán, độ tin cậy và độ bền của các công trình này trong quá trình thiết kế, thi công và khai thác. Lý thuyết cơ học phá huỷ dòn dựa trên cơ sở giữ nguyên tính liên tục của vật liệu trong quá trình mô phỏng đã cho thấy nhiều ưu điểm so với các lý thuyết khác khi mô tả ứng xử của bê tông trước và sau đỉnh phá hoại. Các mô hình dòn về bê tông ban đầu như mô hình Mazars [12] xem xét bê tông ứng xử đẳng hướng có tính đến ứng xử bất đối xứng của bê tông khi chịu kéo và chịu nén đã được ứng dụng tương đối thành công ở châu Âu. Tuy nhiên, vì mô hình này không xét đến hiện tượng tập trung biến dạng trong các vùng phá huỷ (FPZ) [10] do sự tương tác giữa các đường nứt vi mô ở trong đó nên các mô hình được gọi là cục bộ này tỏ ra yếu trong mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn: các kết quả tính toán phụ thuộc nhiều vào lưới phần tử hữu hạn và có thể có hiện tượng “snap-back” là hiện tượng năng lượng tiêu tán trong quá trình phá huỷ bằng 0, điều này là không thể chấp nhận được về mặt vật lí. Các kỹ thuật điều chỉnh sau đó đã được đưa vào để tính đến hiện tượng tập trung biến dạng này và mô hình không cục bộ là một trong những mô hình được cho là hiệu quả và có tính tổng quát nhất [18]. Trong bài báo này chúng tôi sẽ ứng dụng những kết quả nghiên cứu mà chúng tôi đã công bố để cân chỉnh xác định các tham số cơ bản của mô hình dòn không cục bộ cho một số loại bê tông thường dùng trong xây dựng giao thông ở Việt Nam và một số ứng dụng mô phỏng dầm bê tông cốt thép giản đơn sẽ được tiến hành có kiểm chứng bằng thực nghiệm để đánh giá khả năng ứng dụng của các mô hình phá huỷ dòn bê tông trong mô phỏng sự phá hoại của các bộ phận kết cấu công trình giao thông trong thực tế. II. VỀ MÔ PHỎNG BÊ TÔNG THEO LÝ THUYẾT PHÁ HỦY DÒN Sự phá huỷ của bê tông xảy ra khi độ cứng của vật liệu này trong các vùng chịu lực bất lợi bị triết giảm dưới tác dụng của tải trọng và các yếu tố môi trường, mô đun đàn hồi giảm dần đến 0 khi sự phá huỷ xảy ra hoàn toàn, hiện tượng phá huỷ trong bê tông xảy ra trước khi xuất hiện và lan truyền các đường nứt lớn. Lý thuyết phá huỷ dòn sử dụng một biến trạng thái gọi là biến phá huỷ D thay đổi từ 0 đến 1 để mô tả quá trình phá huỷ từ trạng thái ban đầu đến khi phá huỷ hoàn toàn [12]. Cho đến nay có nhiều tiếp cận để xây dựng quy luật phá huỷ của bê tông, trong số đó tiếp cận ứng suất có hiệu được sử dụng nhiều và được cho là hiệu quả nhất [10], trong bài báo này chúng tôi cũng sử dụng tiếp cận này bởi sự biểu diễn đơn giản của nó: + Ứng suất có hiệu được biểu diễn bằng công thức: σ = E.ε (1) + Từ trạng thái ban đầu σ = E.ε , vì tải trọng tác động không thay đổi nên ta có: σ = (A / A).E.ε = β.E.ε = (1 − D).E.ε F = σ.A = σ.A (2) (σ - ứng suất danh định, σ - ứng suất có hiệu, β - biến nguyên và D là biến phá huỷ). Hình 1. Mô tả quá trình phá huỷ của bê tông (Jirasek-2004) Một số tác giả đã sử dụng tiếp cận ứng suất có hiệu trong phát triển mô hình phá huỷ dòn của mình như Mazars (1984), Mazars & Pijaudier-cabot (1989), Simo &Ju (1987), Lemaitre & Chaboche (1992), Faria&al (1998) hay Jirasek (2004)… Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng mô hình Mazars (1984) như là mô hình cơ sở để phát triển các nghiên cứu sâu hơn trên cơ sở tham khảo các mô hình khác trong quá trình tính toán. Nếu như biến dạng ngang suất hiện sau khi dỡ ray giá trị Δ có thể thay bằng giá trị Δ/3.σmax - giá trị tất nhiên là nhỏ hơn giới hạn chảy của thép ray rất nhiều. Trên thực tế với điều kiện dỡ ray dài hiện nay ứng suất trong ray nhỏ hơn ứng suất cho phép nhiều và như vậy ray không bị biến dạng. III. MÔ HÌNH KHÔNG CỤC BỘ VỀ ỨNG XỬ DÒN CỦA BÊ TÔNG Mô hình không cục bộ Mazars đề cập trong bài báo này được ...