Tính toán tải giới hạn kết cấu vòm không gian mạng tinh thể

Bài báo "Tính toán tải giới hạn kết cấu vòm không gian mạng tinh thể" sẽ trình bày phương pháp tính toán tải giới hạn của kết cấu vòm không gian mạng tinh thể. Lý thuyết cận trên và cận dưới kết hợp với phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên phần tử cần bằng và phần tử chuyển vị sẽ được áp dụng. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán tải giới hạn kết cấu vòm không gian mạng tinh thể 504 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022 TÍNH TOÁN TẢI GIỚI HẠN KẾT CẤU VÒM KHÔNG GIAN MẠNG TINH THỂ Nguyễn Hữu Kỳ1,*, Trần Trung Dũng2 và Lê Văn Cảnh3 1 Khoa Xây Dựng, Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh 2 Khoa Xây Dựng, Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh 3 Đại học Quốc Tế, Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh *Email: kynh.21ac@ou.edu.vn Tóm tắt. Bài báo này sẽ trình bày phương pháp tính toán tải giới hạn của kết cấu vòm không gian mạng tinh thể. Lý thuyết cận trên và cận dưới kết hợp với phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên phần tử cần bằng và phần tử chuyển vị sẽ được áp dụng. Kết quả giúp xác định được các phần tử bị chảy dẻo và cơ cấu phá hoại của hệ kết cấu ở trạng thái giới hạn, từ đó giúp người thiết kế có được đánh giá tổng thể hơn về ứng xử của hệ trong việc đánh giá độ an toàn cũng như dự đoán tải trọng sụp đổ và cơ cấu phá hoại của loại kết cấu này. Từ khóa: Tải giới hạn, lý thuyết cận trên và cận dưới, vòm không gian mạng tinh thể.1. Giới thiệu Hiện nay, việc sử dụng kết cấu thép trong lĩnh vực xây dựng là vô cùng to lớn do nhu cầu côngnghiệp hóa và hiện đại hóa. Do đó, để hiểu rõ hơn ứng xử của loại kết cấu này, nhiều nghiên cứu đã vàđang được tiến hành, đặc biệt là các vấn đề về ứng xử phi tuyến do đặc tính của vật liệu thép và độ mảnhcấu kiện sử dụng loại vật liệu này. Có thể nói, đây là một chủ đề lớn trong lĩnh vực nghiên cứu tính toánxây dựng. Trong suốt hơn 60 năm qua, nhiều lý thuyết về chảy dẻo và kỹ thuật tính toán đã ghi nhận đạtđược các thành tựu đáng kể, đặt nền tảng cho các nhà nghiên cứu phát triển thành công nhiều phươngpháp hiệu quả để giải quyết lớp bài toán về phân tích phi tuyến kết cấu thép. Trong đó, phương phápphân tích từng bước (step-by-step) dựa trên khớp dẻo đã được nghiên cứu phát triển rất mạnh mẽ. Thuậnlợi của phương pháp này là có thể tính toán khi xét đến phi tuyến hình học; cho ta thấy rõ được toàn bộứng xử của hệ kết cấu trước khi bị phá hoại và có thể áp dụng cho nhiều dạng kết cấu phức tạp kể cả khiphân tích bài toán có quy mô lớn. Tuy nhiên phương pháp từng bước này có những nhược điểm: yêucầu phải biết lịch sử gia tải mà trong bài toán thực tế thường không biết hoặc không xác định; có thể bịảnh hưởng bởi hiện tượng bài toán trở về đàn hồi (elastic return) trong một số trường hợp cục bộ của hệkết cấu, điều này có thể dẫn đến kết quả có sai số lớn; chi phí tính toán lớn và thường gặp hiện tượngmất ổn định số. Một hướng nghiên cứu khác là phương pháp trực tiếp, trong phương pháp này, hệ số tải trọng giớihạn của kết cấu có thể được xác định một cách trực tiếp mà không cần phải qua các bước gia tải trunggian. Hướng tính toán này rất thực dụng vì đã cung cấp cho người kỹ sư trị số của tải trọng giới hạn,không chỉ bằng phương pháp đơn giản mà còn làm cơ sở cho việc thiết kế kỹ thuật. Trong hướng tínhtoán này, dựa trên các định lý cơ bản về cận trên hoặc cận dưới và các phương pháp số (như phần tửhữu hạn, không lưới, đẳng hình học…), việc xác định tải trọng giới hạn có thể được thiết lập với dạngtối ưu toán học. Tuy nhiên khi so sánh với phương pháp từng bước, phương pháp trực tiếp sẽ có nhượcđiểm là gặp khó khăn khi xét đến điều kiện phi tuyến hình học. Hiện nay các nghiên cứu về kết cấukhung dàn thép theo hướng phân tích trực tiếp không nhiều. Đa phần các nghiên cứu về lớp bài toán nàychỉ dừng lại ở các kết cấu khung dầm đơn giản thuần túy. Đóng góp chính có thể kể đến nghiên cứu vềgiới hạn và thích nghi kết cấu khung thép 3D của Nguyen-Dang, Hoang-Van và Canh L.V [1-3]. Trongcác nghiên cứu đó, nhiều lớp bài toán đã được giải quyết như: phân tích giới hạn theo cả hai hướng trực 505 Nguyễn Hữu Kỳ, Trần Trung Dũng và Lê Văn Cảnhtiếp và từng bước, bài toán tối ưu kết cấu chịu tải cố định và để giải quyết bài toán giới hạn và cả thíchnghi chịu tải trọng lặp, các tác giả đã sử dụng thuật toán tuyến tính và lý thuyết cận trên. Nhằm mở rộng hướng nghiên cứu này với các dạng kết cấu phức tạp hơn, cũng như cung cấp chongười thiết kế một công cụ thiết thực trong đánh giá độ an toàn của kết cấu. Trong bài báo này trình bàymột phương pháp tính toán tải giới hạn của kết cấu vòm không gian mạng tinh thể. Loại kết cấu này cóưu điểm vượt trội là có kết cấu vững chắc, kiến trúc đẹp, độc đáo. Kết cấu giàn không gian được sử dụngnhiều trong việc xây dựng các công trình công cộng trên thế giới do tận dụng ...