Mô hình hóa nút khung biên bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Trong kết cấu khung bê tông cốt thép (BTCT), nút khung đóng một vai trò quan trọng trong việc truyền lực giữa các cấu kiện dầm và cột, đặc biệt là với các công trình được thiết kế chịu động đất. Trong khi hiểu biết về ứng xử các cấu kiện cột và dầm BTCT đã rất rõ ràng, ứng xử của nút khung BTCT là một vấn đề phức tạp và ít được nói đến hơn. Để đảm bảo an toàn, nguyên tắc thiết kế khung BTCT là mong muốn phá hoại bắt đầu từ dầm, cột và cuối cùng là nút khung.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình hóa nút khung biên bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang bằng phương pháp phần tử hữu hạnTuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 MÔ HÌNH HÓA NÚT KHUNG BIÊN BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG NGANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Chu Tuấn Long Trường Đại học Thủy lợi1. GIỚI THIỆU CHUNG ABAQUS cho phép đánh giá sự làm việc của nút khung được cấu tạo theo quy định theo Trong kết cấu khung bê tông cốt thép TCVN qua các thời kỳ khác nhau như đã(BTCT), nút khung đóng một vai trò quan trình bày ở trên.trọng trong việc truyền lực giữa các cấu kiệndầm và cột, đặc biệt là với các công trình 2. MÔ HÌNH HÓA NÚT KHUNG BIÊNđược thiết kế chịu động đất. Trong khi hiểubiết về ứng xử các cấu kiện cột và dầm BTCT Mô hình phần tử hữu hạn 3 chiều nútđã rất rõ ràng, ứng xử của nút khung BTCT là khung biên BTCT có kể đến sự làm việc phimột vấn đề phức tạp và ít được nói đến hơn. tuyến của vật liệu bê tông và cốt thép đượcĐể đảm bảo an toàn, nguyên tắc thiết kế khung xây dựng trên phần mềm ABAQUS phiênBTCT là mong muốn phá hoại bắt đầu từ dầm, bản 6.14. Mô hình được kiểm chứng bằng kếtcột và cuối cùng là nút khung. quả nghiên cứu thực nghiệm của Pantelides Hiện tại các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê và đồng sự [1].tông và BTCT ở Việt Nam gồm nhiều phiênbản theo các năm, được chuyển dịch từ tiêuchuẩn Nga, cụ thể: (i) TCVN 5574:1991; (ii)TCVN 5574:2012; (iii) tiêu chuẩn mới pháthành TCVN 5574:2018 quy định về chiều dàineo cốt thép được thay đổi theo hướng gầngiống của Eurocode. Ngoài ra, TC thiết kếkháng chấn TCVN 9386:2012 được chuyểndịch từ tiêu chuẩn Eurocode quy định chiều Hình 1. Bố trí thí nghiệm nút khung biêndài neo cốt thép cần tuân theo EN 1992-1- của Pantelides và đồng sự [1]1:2004. Như vậy, quy định của TCVN về nútkhung chưa đồng bộ và do đó đã gây khó khăncho các kỹ sư trong thực hành tính toán thiếtkế và cấu tạo nút khung cũng như đánh giá sựlàm việc các kết cấu khung BTCT đã có sẵn. Mô hình phần tử hữu hạn nút khung BTCTđã được xây dựng và nghiên cứu trên thếgiới những năm gần đây, và cho kết quảđáng tin cậy. Trong bối cảnh đó, xây dựng mô hìnhphần tử hữu hạn nút khung biên BTCT chịu Hình 2. Kích thước và cấu tạo nút khung biêntải trọng ngang đẩy dần sử dụng phần mềm trong thí nghiệm của Pantelides và đồng sự [1] 184 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 Trong thí nghiệm này, các tác giả đã thực 2.2. Mô hình vật liệuhiện thí nghiệm đẩy ngang tại đầu dầm một 2.2.1. Cốt thépnút khung với bố trí thí nghiệm như Hình 1,cấu tạo và kích thước nút khung như Hình 2. Mô hình vật liệu đàn dẻo trong thư việnNút khung được chế tạo từ bê tông có cường vật liệu ABAQUS được sử dụng để môđộ phá hoại  cu  46.2MPa , các đặc trưng phỏng tính chất vật liệu của cốt thép. Đường ứng suất - biến dạng của thép được xác địnhcốt thép như trong Bảng 1. thông qua mô đun đàn hồi Es và cường độ Bảng 1. Đặc trưng cốt thép [1] chịu kéo fy. Mô đun đàn hồi của cốt thép thông thường được lấy là 210GPa. Mô hình Cốt thép Đường kính σy (Mpa) σu (Mpa) này có thể sử dụng được cho cả ứng xử kéo Thép dầm #9(28.65mm) 454.4 746 và nén của cốt thép. Thép cột #7(22.23mm) 469.5 741.9 2.2.2. Bê tông Thép đai #3(9.53mm) 427.5 654.3 Mô hình bê tông phá hoại dẻo (Concrete Damaged Plasticity - CDP) [2] được sử dụng 2.1. Loại phần tử và chia lưới để mô tả tính chất vật liệu ở cả vùng kéo và Trong nghiên cứu này, phần tử C3D8R nén của bê tông.trong thư viện vật liệu của ABAQUS là dạng Thông số cụ thể của mô hình CDP đượcphần tử khối 3 chiều, 8 nút tuyến tính được lấy từ kết quả thực nghiệm hoặc tính toán từgán cho các phần tử bê tông. Các thanh cốt cường độ chịu nén lớn nhất  cu của bê tôngthép có thể được mô hình hóa bằng mô hình theo các công thức thực nghiệm. Có rất nhiềuphần tử dạng khối (solid), dạng dầm (beam) cách xác định đặc trưng cho mô hìn h CDPhoặc dạng thanh (truss). Phần tử dạng khối khác nhau đã được sử dụng. Bài báo này sửcho phép mô phỏng c ...