Nghiên cứu ứng xử liên kết bulong trong liên kết dầm cột

DANH M C CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ASTM Hiệp hội vật liệu và th nghiệm Hoa Kỳ American Society for Testing and Materials C3D6R Phần t liên tục 3 chiều 6 nút tích phân thu gọn Continuum

Trang 2

Trường Đại Học Bách Khoa- ĐHQG-HCM

C n hư ng n h h C ỜNG

C n h nh n t

n n thạ đượ tại rường Đại H c Bách Khoa- Đ Q p-HCM ngày…… th ng…… n ……

Thành phần H i đồng đ nh gi l n n thạ gồm: ………

………

3………

4………

5………

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………

Trang 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc - -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng và công nghiệp MSHV : 605820

Khoá (năm trúng tuyển): 2010

I TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ LIÊN KẾT BULONG TRONG LIÊN KẾT DẦM-CỘT

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của liên kết bulong trong liên kết dầm-cột sử dụng phần mềm mô phỏng phần tử hữu hạn phi tuyến ABAQUS

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2012

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Trang 4

Em xin chân thành cảm ơn Thầy - TS Ngô Hữu Cường – người đã luôn động viên tinh thần, thăm hỏi, nhiệt tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức giúp em hoàn thành tốt luận văn này Được nghiên cứu khoa học và tiếp thu những kiến thức của Thầy là một sự may mắn đối với em Em cũng xin cảm ơn Kỹ Sư - học viên cao học Nguyễn Tấn Phát đã hỗ trợ cho em trong thời gian khó khăn vừa qua Luận văn này không thể hoàn thành nếu không có

sự giúp đỡ của Thầy – TS Ngô Hữu Cường và của Kỹ Sư Nguyễn Tấn Phát Xin cảm ơn!

Cuối cùng, con cảm ơn gia đình đã luôn là điểm tựa cho con những lúc khó khăn và

hỗ trợ động viên giúp con có thêm động lực và tinh thần thực hiện luận văn này

Tp HCM, tháng 8 năm 2012

Nguyễn Trọng Việt

Trang 5

DANH M C HÌNH VẼ 3

DANH M C BẢNG BIỂU 7

DANH M C CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 8

TÓM TẮT 10

C HƯƠNG I TỔNG QUAN 11

I.1 Đặt vấn đề/Giới thiệu 11

I.2 Tình hình nghiên cứu 12

I.2.1 Ở trong nước 13

I.2.2 Ở nước ngoài 13

I.3 Mục tiêu của đề tài 16

I.4 Cấu trúc luận văn 18

C HƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19

II.1 Đặc trưng hình học và đặc trưng vật liệu của liên kết 19

II.1.1 Mô hình ứng suất-biến dạng của vật liệu thép 19

II.1.2 Tiêu chẩn chảy dẻo Von-Mises [14] 20

II.1.3 Sự làm việc chịu trượt của bulong cường độ cao 21

II.2 Phần t hữu hạn phi tuyến ABAQUS [1] 22

II.2.1 Phần t khối 22

II.2.2 Lựa chọn Finite sliding và Small Sliding 23

II.2.3 Định nghĩa ràng buộc TIE cho cặp mặt phẳng 23

II.2.4 Lựa chọn Node-to-surface và Surface-to-surface cho các cặp mặt phẳng tiếp xúc 24

II.3 Giải bài toán phi tuyến trong ABAQUS [1] 26

II.4 Mô phỏng bài toán trong ABAQUS 31

II.4.1 Sự tiếp xúc giữa các thành phần liên kết 33

II.4.2 Lực xiết trong bulong cường độ cao 35

C HƯƠNG III MÔ PHỎNG SỐ 38

III.1 Mô hình thép góc L64 40

Trang 6

III.1.1 Thép góc chịu kéo 40

III.1.2 Thép góc chịu uốn 45

III.1.3 Thép góc chịu kéo và uốn 51

C HƯƠNG IV PHÂN TÍCH THIẾT KẾ LIÊN KẾT 84

IV.1 Công thức Richard 84

IV.1.1 Giới thiệu 84

IV.1.2 Quan hệ lực-chuyển vị khi chịu kéo 88

IV.1.3 Quan hệ momen-góc xoay khi chịu uốn 89

IV.1.4 Quan hệ momen-góc xoay khi chịu kéo và uốn 90

IV.2 Phân tích mô hình đơn giản hoá- Yang JG (1997 và 2007) [4][11] 91

IV.2.1 Mô hình thép góc đơn giản hoá dự đoán độ cứng chịu kéo ban đầu 91 IV.2.2 Mô hình đơn giản hoá dự đoán độ cứng xoay ban đầu 93

IV.3 Tính toán cường độ theo trạng thái giới hạn [16] 96

C HƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98

V.1 Kết luận 98

V.2 Kiến nghị 99

PH L C 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 113

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 115

Trang 7

DANH M C HÌNH VẼ

ình I-1 Liên kết thép góc đôi [5] 17

ình II-1 Mô hình vật liệu thép 19

ình II-2 Đặc trưng hình học của DAC (Yang 1997) 20

ình II-3 Phần t khối tuyến tính, bậc hai và bậc hai hiệu chỉnh (Abaqus Analysis Manual) 22

ình II-4 Node-to-surface discretization (Abaqus Analysis Manual) 24

ình II-5 So sánh lực cưỡng bức vào các mặt tiếp xúc giữa hai lựa chọn chuẩn tiếp xúc Node-to- surface và Surface-to- surface (Abaqus Analysis Manual) 25

ình II-6 Độ chính xác của ứng suất tiếp xúc giữa hai lựa chọn Node-to-surface và Surface-to- surface (Abaqus Analysis Manual) 26

ình II-7 Đường cong lực-chuyển vị phi tuyến (Abaqus Analysis Manual) 27

ình II-8 Ngoại lực và nội lực trên vật thể (Abaqus Analysis User’s Manual) 28

ình II-9 Bước lặp đầu tiên (Abaqus Analysis User’s Manual) 29

ình II-10 Bước lặp thứ 2 (Abaqus Analysis User’s Manual) 30

ình II-11 Phần t C3D8R và C3D20R (Abaqus Analysis Manual) 31

ình II-12 Phần t C3D6R (Abaqus Analysis Manual) 31

ình II-13 Mô hình phần t hữu hạn ABAQUS 32

ình II-14 Ứng x theo phương tiếp tuyến 33

ình II-15 Ứng x theo phương pháp tuyến 34

ình II-16.Cặp tương tác Contact pairs 34

ình II-17 Ứng x bề mặt tiếp xúc 35

ình II-18 Load Manager 36

ình II-19 Mô hình mô phỏng liên kết DAC trong Abaqus 37

Trang 8

ình III-1 Sơ đồ tải trọng của DAC (Yang 1997)[4] 39

ình III-2 Đo chuyển vị và góc xoay (Yang 1997)[4] 39

ình III-3 Biến dạng của L64 chịu kéo 40

ình III-4 Quan hệ lực-chuyển vị của L64 chịu kéo 42

ình III-5 Biểu đồ ứng suất Von Mises của L64 chịu kéo 43

ình III-6 Biểu đồ ứng suất Von Mises trong bulong của L64 chịu kéo 44

ình III-7 Biến dạng của L64 chịu uốn 45

ình III-8 Quan hệ monen-góc xoay của L64 chịu uốn 47

ình III-9 Biểu đồ ứng suất von Mises của L64 chịu uốn 48

ình III-10 Biểu đồ ứng suất von Mises trong bulong của L64 chịu uốn 49

ình III-11 Biểu đồ ứng suất von Mises trong cánh cột của L64 chịu uốn 50

ình III-12 Biến dạng của L64 chịu kéo và uốn 51

ình III-13 Quan hệ monen-góc xoay của L64 chịu kéo và uốn 53

ình III-14 Biểu đồ ứng suất von Mises của L64 chịu kéo và uốn 54

ình III-15 Biểu đồ ứng suất von Mises trong bulong của L64 chịu kéo và uốn 55

ình III-16 Biểu đồ ứng suất von Mies trong cột của L64 chịu kéo và uốn 56

ình III-18 Quan hệ lực-chuyển vị của L95 chịu kéo 59

Trang 9

ình III-28 Biểu đồ ứng suất von Mises của L95 chịu kéo và uốn 68

ình III-29 Biểu đồ ứng suất von Mises trong bulong của L95 chịu kéo và uốn 69

ình III-30 Biểu đồ ứng suất von Mies trong cột của L95 chịu kéo và uốn 70

ình III-32 Quan hệ lực-chuyển vị của DAC L127 chịu kéo 73

ình III-42 Biểu đồ ứng suất von Mises của L127 chịu kéo và uốn đồng thời 82

ình III-43 Biểu đồ ứng suất von Mises trong bulong của L127 chịu kéo và uốn 83 ình III-44 Biểu đồ ứng suất von Mies trong cột của L127 chịu kéo và uốn 83

ình IV-1 Các thông số của công thức Richard (Richard 1988)[6] 85

ình IV-2 Xác định K và Kp trong công thức Richard (Kishi 2004) 86

ình IV-3 Xác định Ma và Mb trong công thức Richard (Almusallam 1991) 87

ình IV-4 Đường cong lực-chuyển vị của mô hình phần t hữu hạn 3D 88

Trang 10

ình IV-5 Đường cong momen-góc xoay của mô hình phần t hữu hạn 3D 89

ình IV-6 Đường cong momen-góc xoay của mô hình phần t hữu hạn 3D 90

ình IV-7 Mô hình thép góc đơn giản-Yang JG (1997)[4] 91

ình IV-8 Mô hình đơn giản hóa -Yang JG (2007)[11] 93

ình IV-9 Thép góc chịu kéo (Yang 1997)[4] 97

Trang 11

DANH M C BẢNG BIỂU

ảng 1 ệ số ma sát μ [13] 21

ảng 2 iá trị lực trong mỗi trường hợp tải trọng [4] 39

ảng 3 ảng tra giá trị thông số đường cong của công thức Richard.[15] 87

ảng 4 ữ liệu của các thông số chính s dụng trong công thức Richard cho đường cong lực-chuyển vị khi liên kết chịu kéo 88

ảng 5 ữ liệu của các thông số chính s dụng trong công thức Richard cho đường cong momen-góc xoay khi liên kết chịu uốn 89

ảng 6 ữ liệu của các thông số chính s dụng trong công thức Richard cho đường cong momen-góc xoay khi liên kết chịu kéo và uốn 90

ảng 7 ữ liệu độ cứng chịu kéo ban đầu của các mẫu thép góc theo mô hình thép góc đơn giản của Yang JG (1997) 93

ảng 8 ữ liệu độ cứng xoay ban đầu của các mẫu thép góc theo mô hình thép góc đơn giản của Yang JG (2007) 95

ảng 9 ữ liệu cho quan hệ lực-chuyển vị của L64 chịu kéo 100

ảng 10 ữ liệu cho quan hệ momen-góc xoay của L64 chịu uốn 102

ảng 11 ữ liệu cho quan hệ momen-góc xoay của L64 chịu kéo và uốn 103

Trang 12

DANH M C CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ASTM Hiệp hội vật liệu và th nghiệm Hoa Kỳ

(American Society for Testing and Materials) C3D6R Phần t liên tục 3 chiều 6 nút tích phân thu gọn

(Continuum three-dimensional six nodes reduced integration) C3D8R Phần t liên tục 3 chiều 8 nút tích phân thu gọn

(Continuum three-dimensional eight nodes reduced integration) C3D20R Phần t liên tục 3 chiều 20 nút tích phân thu gọn

(Continuum three-dimensional twenty nodes reduced integration) DAC Liên kết thép góc đôi, trong đó dùng liên kết bulong với cánh cột

và liên kế hàn cho bụng dầm (Double Angle Connection)

 hệ số điều kiện làm việc của liên kết bulong

n số lượng bulong chịu lực trong liên kết

Trang 13

 N b khả năng chịu trượt của một bulong cường độ cao

Trang 14

TÓM TẮT

Liên kết dầm-cột của kết cấu thép thường được xem như liên kết cứng hoặc khớp lý tưởng để đơn giản hóa quá trình phân tích kết cấu Tuy nhiên, do liên kết được cấu tạo bằng các cấu kiện thép tấm, thép góc và liên kết với nhau bằng bulông và/hoặc mối hàn nên ứng x thực của liên kết rất phức tạp, đặc biệt là với liên kết bulông Độ cứng của liên kết ảnh hưởng nhiều đến ứng x kết cấu của khung nên

có rất nhiều nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm và mô phỏng số được thực hiện để làm rõ ứng x của liên kết dầm-cột nhằm lấy dữ liệu phục vụ công việc thiết kế kết cấu

Trong các loại liên kết mềm, liên kết thép góc đôi ( AC) được s dụng rất nhiều cho kết cấu khung thép do tính đơn giản trong việc gia công và lắp đặt Loại liên kết này thường được xem như liên kết khớp, chỉ truyền lực cắt từ dầm sang cột Tuy nhiên trong thực tế nó có thể truyền một lượng mômen đáng kể từ dầm sang cột nên ứng x của nó, đặc biệt là quan hệ mômen-góc xoay, cần được nghiên cứu

kỹ để cung cấp dữ liệu cho phân tích kết cấu Luận văn này khảo sát ứng x chịu lực của DAC bằng việc mô phỏng liên kết bằng phần mềm phần t hữu hạn phi tuyến ba chiều ABAQUS [1] với ba trường hợp tải trọng khác nhau Trường hợp thứ nhất là để xét quan hệ lực-chuyển vị khi liên kết chịu kéo dọc trục, trường hợp thứ hai là để xét quan hệ momen-góc xoay khi chịu lực cắt, trường hợp thứ ba là để nghiên cứu tác động đồng thời của lực kéo dọc trục và lực cắt Các hiện tượng phức tạp như sự tiếp xúc giữa các thành phần liên kết và lực xiết bulông cũng sẽ được

mô phỏng Kết quả phân tích được so sánh với kết quả nghiên cứu sẵn có để minh họa độ tin cậy của kỹ thuật mô phỏng, quy trình phân tích và kết quả phân tích Ngoài ra, khả năng và ứng x chịu lực của liên kết còn được đánh giá bằng công thức thiết kế và mô hình có sẵn để so sánh với kết quả phân tích

Trang 15

hương I TỔNG QUAN

I.1 Đặt vấn đề/Giới thiệu

Trong kỹ thuật kết cấu, liên kết dầm-cột (beam-to-column connection) thường được giả thiết là liên kết cứng (rigid connection) hoặc khớp (hinged connection) để đơn giản hóa quá trình phân tích và thiết kế kết cấu Tuy nhiên, các liên kết dầm-cột được cấu tạo từ những bộ phận thép tấm, thép hình và được liên kết với nhau bằng mối hàn và/hoặc bulông nên ứng x chịu lực của chúng không hoàn toàn là cứng hoặc khớp như đã giả thiết Chẳng hạn, rất khó đảm bảo rằng liên kết cứng trong thực tế sẽ truyền hết toàn bộ mômen từ đầu dầm sang cột với góc xoay tương đối của liên kết bằng không, cũng như không thể cấu tạo liên kết khớp trong thực tế hoàn toàn không truyền mômen từ dầm sang cột Ngoài ra, sự truyền lực dọc và lực cắt qua liên kết cũng không hoàn toàn Các liên kết như vậy thường được gọi là liên kết n a cứng (semi-rigid connection) Rõ ràng, độ cứng của liên kết ảnh hưởng đến

sự ràng buộc điều kiện biên của cấu kiện khung nên cũng ảnh hưởng đến ứng x chịu lực của cấu kiện khung như hiệu ứng bậc hai (P- và P-), sự phân bố nội lực

và ứng x phi tuyến vật liệu của cấu kiện và kết cấu khung

Trong nhiều năm qua, có rất nhiều nghiên cứu về lý thuyết (theoretical study), thực nghiệm (experiment) và mô phỏng số (numerical simulation) được thực hiện

để làm rõ ứng x chịu lực của liên kết dầm-cột Các kết quả cơ bản của các nghiên cứu này là những thông số kỹ thuật tiêu chuẩn giúp cho các kỹ sư có thể đánh giá các đặc tính lực–chuyển vị của liên kết n a cứng Mặc dù kiến thức cũng như kinh nghiệm thiết kế được nâng cao trong những năm gần đây, song việc thiết kế dùng trực tiếp liên kết n a cứng vẫn chưa được các kỹ sư kết cấu áp dụng nhiều trong thiết kế Điều này được giải thích bởi những lý do sau:

 Thiếu thông tin về ưu điểm của triết lý thiết kế liên kết n a cứng:

- Kinh tế: Trong thực tế các liên kết khớp có thể truyền được một phần mômen nên làm tăng khả năng chịu lực của khung dọc lên đáng kể

Trang 16

- Tính dẻo: Các thành phần của liên kết có độ bền cục bộ hữu hạn có thể biến dạng một cách mềm dẻo để hình thành khớp dẻo khi chịu lực Trong thiết kế kháng chấn, việc dùng liên kết n a cứng cho phép liên kết tiêu tán năng lượng động đất và cũng đảm bảo yêu cầu thiết kế

“cột khỏe – dầm yếu”

 Thiếu dữ liệu thực nghiệm: So với bê tông cốt thép, việc thiết kế và xây dựng kết cấu thép trong nước còn thiếu rất nhiều kinh nghiệm Nền công nghiệp xây dựng chưa phát triển nên chưa có sự chuẩn hóa cấu tạo chi tiết, chất lượng thi công liên kết và kết cấu thép còn kém và thiếu nghiên cứu thực nghiệm

 Tính phức tạp và sự thiếu những công cụ hiệu quả cho phân tích tổng thể của khung n a cứng: Tiêu chuẩn Việt Nam chưa có quy định nào về việc thiết kế loại khung này Mặc dù tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép (Eurocode

3 [2] và Eurocode 4 [3] đã đưa ra phương pháp và công thức để xác định cả

độ cứng và khả năng chịu lực của liên kết n a cứng, nhưng hiện vẫn chưa

có quy trình rõ ràng để phân tích, thiết kế và cấu tạo chi tiết cho khung n a cứng Thêm nữa, việc thiếu công cụ hiệu quả để phân tích khung n a cứng cũng là một trở ngại lớn

Những phân tích trên cho thấy tầm quan trọng của việc hiểu rõ ứng x của liên kết n a cứng dầm – cột trong khung thép để có thể áp dụng vào trong thực tiễn thiết kế trong tương lai

I.2 Tình hình nghiên cứu

Ở trong nước đã có nhiều nghiên cứu lý thuyết về ứng x của liên kết dầm-cột

và ứng x của hệ kết cấu khung liên kết n a cứng nhưng các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số vẫn chưa được thực hiện Trong điều kiện hiện tại rất khó

có thể thực hiện nghiên cứu thực nghiệm do cần chi phí đầu tư cao nên trong nghiên cứu này tác giả đi sâu vào tìm hiểu ứng x của liên kết thông qua việc mô phỏng số, cụ thể là tìm hiểu và áp dụng chương trình phần t hữu hạn ba chiều

Trang 17

phân tích kết cấu A AQUS để phân tích quan hệ lực-chuyển vị của liên kết Do việc mô phỏng và chạy chương trình A AQUS tốn rất nhiều thời gian nên trong luận văn này tác giả đi sâu nghiên cứu loại liên kết mềm là liên kết thép góc đôi

AC đã được s dụng rất phổ biến cho kết cấu khung thép do tính đơn giản của nó Loại liên kết này thường được xem như liên kết khớp, chỉ truyền lực cắt từ dầm sang cột Tuy nhiên trong thực tế nó có thể truyền một lượng mômen đáng kể từ dầm sang cột nên ứng x của nó, đặc biệt là quan hệ mômen-góc xoay, cần được nghiên cứu kỹ để cung cấp dữ liệu cho phân tích kết cấu Do kết quả phân tích cần được so sánh với kết quả thực nghiệm nên sau đây tác giả sẽ trình bày tình hình nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số liên quan đến đề tài

I.2.1 Ở trong nước

Ở trong nước, tác giả chưa tìm thấy được nghiên cứu mô phỏng số nào cho liên kết dầm cột thép

I.2.2 Ở nước ngoài

Trên thế giới, trong nhiều năm qua, một số lượng lớn các thí nghiệm đã được thực hiện để dự đoán ứng x của liên kết thép góc đôi dựa vào những thông số liên kết như bề dày thép góc liên kết, chiều dài thép góc, khoảng cách từ trục lỗ bulong đến sống thép góc, kích cỡ và loại bulông, chiều cao và chiều dài của dầm liên kết,

và đặc trưng vật liệu của thép góc

Năm 1997, Yang [4] và năm 2000 Yang [5] cùng cộng sự đã s dụng phần mềm phần t hữu hạn ABAQUS nghiên cứu DAC với ba loại thép góc với ba bề dày thép góc khác nhau chịu ba trường hợp tải trọng Trường hợp tải trọng thứ nhất cho DAC chịu lực kéo dọc trục để thiết lập quan hệ lực-chuyển vị Trường hợp tải trọng thứ hai cho DAC chịu lực cắt để thiết lập quan hệ momen-góc xoay Trường hợp thứ ba xét ảnh hưởng của tải trọng đồng thời lực cắt và lực kéo dọc trục lên ứng x của DAC Từ những đường cong lực-chuyển vị, momen-góc xoay được thiết lập Yang đã rút ra kết luận rằng chịu dày thép góc, t, và khoảng cách từ tâm bulong đến sống của thép góc, b, đóng vai trò quan trọng đối với độ cứng ban đầu

Trang 18

của DAC Độ cứng ban đầu của DAC phụ thuộc vào giá trị (t/b)3 Từ biểu đồ ứng suất, vị trí chảy dẻo trên các mẫu thép góc trong nghiên cứu của Yang cũng hoàn toàn khớp với dự đoán của Chen và Lui (1991); và Owens và Moore (1992) khi DAC chịu các trường hợp tải trọng như trên

Năm 2001, ong cùng cộng sự [6] s dụng ABAQUS tiếp tục nghiên cứu về DAC của Yang với sáu loại thép góc với ba chiều dày thép góc, t, và hai khoảng cách, b, khác nhau Các mẫu thép góc cũng chịu ba trường hợp tải trọng tác dụng như trên Nghiên cứu rút ra nhận xét như sau:

 Độ cứng ban đầu của thép góc tăng khi tăng bề dày t của thép góc và giảm khoảng cách b – khoảng cách từ tâm bulong đến sống của thép góc

 Khi DAC chịu lực kéo dọc trục, phần cuối của các đường cong lực-chuyển

vị của sáu loại thép góc trên gần như song song nhau, chỉ khác nhau về cấp

độ tải trọng

 Khi DAC chịu lực cắt; và lực cắt và lực kéo dọc trục đồng thời, đường cong momen-góc xoay gần như tuyến tính và độ dốc ban đầu của mỗi đường cong rất thấp Điều này có nghĩa là AC ứng x như liên kết chịu lực cắt đơn và ứng x này càng được khẳng định khi DAC chịu tác dụng đồng thời lực cắt là lực kéo dọc trục

Năm 2002, ong cùng cộng sự [7] nghiên cứu về ứng x momen-góc xoay của DAC chịu lực cắt cho các mẫu thép góc có các thông số khác nhau Nghiên cứu rút ra được các nhận xét sau:

 Các yếu tố như việc định nghĩa sự tiếp xúc giữa đầu bulong và thép góc, số lượng lò xo, kích thước đầu bulong và kích thước phần bo tròn của mối hàn cũng có ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu

 Khoảng cách b ngắn và chiều dày t lớn thì độ cứng ban đầu của DAC lớn Tuy nhiên nếu hai thông số trên càng lớn thì sự phá hoại xảy ra sớm hơn vì

sự tập trung ứng suất

Trang 19

 Đường cong momen-góc xoay có thể dễ dàng vẽ được bởi bốn thông số từ việc phân tích hồi quy theo công thức của Richard (1988)

Năm 2002, Citipitioglu cùng cộng sự [8] nghiên cứu thông số cho mô hình phần t hữu hạn 3D của liên kết chịu cắt (Partially restrained connections) Nghiên cứu đề xuất cách gán lực xiết trong bulong, xét các ảnh hưởng của đặc trưng hình học và đặc trưng vật liệu lên ứng x momen-góc xoay của liên kết

Năm 2004, Lin và Sugimoto [9] nghiên cứu thực nghiệm ứng x phi tuyến và cường độ tới hạn của liên kết n a cứng dầm-cột trong khung thép Liên kết s dụng

24 mẫu thép góc khác nhau chịu kéo và uốn Từ kết quả nghiên cứu, Lin và Sugimoto đề ra các phương trình tính toán cường độ kéo và uốn cho từng kiểu phá hoại khác nhau Độ chênh lệch giữa kết quả thực nghiệm và kết quả từ phương trình tính toán không quá 10% Các mẫu thí nghiệm thể hiện khả năng chịu biến dạng lớn mặc dù kiểu phá hoại của chúng có thể khác nhau Khi xét đến biến dạng lớn, độ chính xác trong tính toán cường độ của liên kết n a cứng sẽ được cải thiện Kiểu phá hoại của liên kết n a cứng có thể chia thành ba loại:

 Thép góc bị phá hủy trước do vượt quá biến dạng cho phép

độ cứng đàn hồi, độ cứng dẻo, momen tham khảo và thông số hình dạng đường cong Trong đó, thông số hình dạng đường cong là thông số quan trọng nhất quyết định hình dạng đường cong Trong khi ba thông số đầu được tính toán bằng phương pháp tiếp tuyến thì thông số hình dạng đường cong được suy ra từ phương pháp

Trang 20

bình phương cực tiểu Khi biết được bốn thông số này thì có thể dự đoán được ứng

x của liên kết một cách dễ dàng

Năm 2007, Yang và Lee [11] nghiên cứu mối quan hệ momen-góc xoay của liên kết thép góc đôi và đề nghị hai mô hình giải tích đơn giản để dự đoán độ cứng ban đầu và momen cực hạn của liên kết Đây là những thông số quan trọng ảnh hưởng rất nhiều đến ứng x của liên kết Mô hình xét đến các ảnh hưởng như chiều dày, khoảng cách từ tâm lỗ bulong đến mép ngoài của thép góc, kích thước đầu bu lông Dựa trên các kết quả thu được, Yang và cộng sự kết luận phương trình của Wu-Chen (1991) cho kết quả gần với kết quả thực nghiệm nhất S dụng mô hình phân tích giải tích đơn giản và phương trình của Wu-Chen, kỹ sư kết cấu có thể dự đoán ứng x của nhiều loại liên kết thép góc đôi khác nhau

Năm 2008, Pirmoz và Mohammadrezapour [12] nghiên cứu ứng x góc xoay của liên kết dầm-cột s dụng thép góc liên kết cánh dầm với cánh cột (top-seat angle connection) chịu kéo dọc trục và chịu uốn Nghiên cứu s dụng phần mềm phần t hữu hạn phi tuyến ANSYS với ngôn ngữ thiết kế tham số (APDL - Parametric esign Language) Các đặc trưng hình học và cơ học được định nghĩa như là các thông số nên thời gian tạo mô hình giảm đi đáng kể Nghiên cứu kết luận lực kéo dọc trục làm giảm momen và độ cứng xoay của liên kết

momen-I.3 ục tiêu của đề tài

Mục tiêu của nghiên cứu này là nhằm cung cấp một số dữ liệu cơ bản phục vụ cho phân tích và thiết kế thực tiễn qua việc phân tích ứng x của liên kết dầm-cột trong khung thép

Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn và công việc mô phỏng phân tích của chương trình A AQUS rất tốn thời gian nên nghiên cứu chỉ xét liên kết dầm - cột

s dụng thép góc đôi chịu lực dọc trục và lực cắt, trong đó thép góc được hàn với bản bụng của dầm và liên kết bulong với cánh cột

Trang 21

ình I-1 Liên kết thép góc đôi [5]

Nghiên cứu này s dụng phần mềm A AQUS 6.10.1 để mô phỏng ứng x của DAC bằng cách phát triển mô hình phần t hữu hạn phi tuyến 3D Các hiện tượng phức tạp như sự tiếp xúc giữa đầu bulông và thép góc cũng như là lực xiết bulông sẽ được mô phỏng một cách chi tiết Kết quả nghiên cứu sẽ được so sánh với kết quả mô phỏng và thực nghiệm qua một số bài toán theo nghiên cứu của Yang [4] Trong nghiên cứu của mình, Yang không cung cấp thông tin về cơ sở xác định các giá trị độ cứng kéo và nén của của phần t lò xo dùng để mô phỏng cơ chế chịu lực do sự tiếp xúc giữa thép góc và cánh cột: không có khả năng chịu kéo (Yang mô phỏng một giá trị độ cứng chịu kéo rất nhỏ của lò xo xoay) và có khả năng chịu nén (Yang mô phỏng với giá trị độ cứng chịu nén hữu hạn) Vì vậy, trong luận văn này tác giả mô phỏng sự tiếp xúc trực tiếp giữa thép góc và cánh cột bằng phần t contact có thể mô phỏng sự trượt theo phương bề mặt tiếp xúc với hệ số ma sát cho trước và có thể mô phỏng khả năng chịu nén nhưng không chịu kéo theo phương pháp tuyến bề mặt tiếp xúc thay vì phương pháp dùng phần t lò xo của Yang Việc này cho phép mô phỏng đúng với ứng x làm việc giữa thép góc và cánh cột trong thực tế và từ đó cho có thể tiên đoán ứng x của liên kết chính xác

và tin cậy hơn ên cạnh đó, ảnh hưởng của việc chia lưới phần t cũng như các lựa chọn khác nhau trong Abaqus được trình bày rõ ràng trong kết quả phân tích

Trang 22

I.4 ấu trúc luận văn

Luận văn gồm các phần sau:

Chương 1, Tổng quan: Khái quát tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Trình bày những ưu điểm và trở ngại của việc nghiên cứu liên kết n a cứng, cụ thể

là liên kết thép góc đôi Nêu mục tiêu và phương pháp nghiên cứu của đề tài

Chương 2, Cơ sở lý thuyết: Giới thiệu sơ lược về chương trình phần t hữu hạn ABAQUS; Trình bày các phần liên quan đến công việc mô phỏng như: Phần t hữu hạn khối (solid), tiếp xúc (contact), Mô hình ứng suất-biến dạng của vật liệu thép, Tiêu chuẩn dẻo Von-Mises, Thuật toán giải phi tuyến

Chương 3, Mô phỏng số: Trình bày các ví dụ mô phỏng cho DAC với ba chiều dày thép góc khác nhau Mỗi loại thép góc chịu tác dụng bởi ba trường hợp tải trọng Kết quả đường cong quan hệ lực-chuyển vị và momen-góc xoay khi xét đến các yếu tố ảnh hưởng khác nhau

Chương 4, Phân tích thiết kế liên kết: Xấp xỉ đường cong lực-chuyển vị và momen góc xoay của mô hình phần t hữu hạn theo công thức Richard (1988) Dự đoán độ cứng ban đầu của liên kết dựa vào mô hình đơn giản của Yang (1997 và 2007) Tính toán khả năng chịu kéo của bulong cường độ cao, thép góc, mối hàn theo TTGH

Chương 5, Kết luận: Trình bày những kết quả mới của luận văn Đề nghị hướng nghiên cứu sâu hơn các yếu tố ảnh hưởng đến ứng x của DAC

Trang 23

hương II Ơ SỞ LÝ THUYẾT

II.1 Đặc trưng hình học và đặc trưng vật liệu của liên kết

II.1.1 Mô hình ứng suất-biến dạng của vật liệu thép

Những giả thiết sau được s dụng trong việc mô phỏng DAC:

(1) Sự mất ổn định cục bộ và mất ổn định ngang không xảy ra cho cấu kiện;

(2) Mô hình AC đối xứng qua trục đối xứng của bụng dầm và dầm không có chuyển vị ngang;

(3) Bỏ qua ảnh hưởng của độ cứng tại bụng của tiết diện cột;

(4) Mô hình vật liệu thép là đàn - dẻo tuyệt đối

(5) Bỏ qua sự tương tác giữa thân bulong và lỗ bulong

ình II-1 Mô hình vật liệu thép

Thép dùng cho Thép góc, dầm là loại thép A36 (theo ASTM) có giới hạn chảy 250

y

Modult đàn hồi E200000 MPa

Hệ số Poisson  0.3

Trang 24

Loại thép góc t

(mm)

d (mm)

L (mm)

g (mm)

g1=(g-t,dầm)/2 (mm)

b=(g1-(t,thép góc/2)) (mm) L127x76x6.4 6.4 450 6100 190.5 91.4 88.20 L127x76x9.5 9.5 450 6100 190.5 91.4 86.65 L127x76x12.7 12.7 450 6100 190.5 91.4 85.05

ình II-2 Đặc trưng hình học của DAC (Yang 1997)

ulong cường độ cao A325 (ASTM) đường kính thân bulong 19.05 mm (3/4 in.) có f y 660MPa, f u 830MPa (tương đương bulong cấp 8x8 theo TCVN) [13] Mối hàn loại bán tự động 430y 530 MPa (TCVN), chọn giới hạn chảy trong mối hàn y 480 MPa

II.1.2 Tiêu chẩn chảy dẻo Von-Mises [14]

Phát biểu: “Sự chảy dẻo xảy ra khi ứng suất tiếp bát diện đạt tới giá trị ứng

suất tiếp giới hạn, 1

3

v

k  ứng suất giới hạn chịu kéo”

Công thức:

Trang 25

Giao tuyến của mặt tiêu chuẩn Von Mises với mặt phẳng xxycó dạng elip:

3

x xy p

II.1.3 Sự làm việc chịu trượt của bulong cường độ cao

Trong liên kết s dụng bulong cường độ cao, lực ma sát giữa các bản thép hoàn toàn tiếp nhận lực trượt do ngoại lực gây ra Bulong chỉ chịu kéo do sự xiết chặt của ecu tạo nên Độ lớn của lực ma sát phụ thuộc vào lực kéo bulong do xiết ecu (chính là lực ép mặt lên bản thép)

ảng 1 Hệ số ma sát μ [13]

Phương pháp làm sạch mặt phẳng

của các cấu kiện được liên kết

Phương pháp điều chỉnh lực xiết bulong ệ số ma sát μ

1 Phun cát thạch anh hoặc bột

kim loại

2 Phun cát hoặc bột kim loại sau

khi phun sơn mạ kẽm hoặc nhôm

Trang 26

II.2 Ph n t hữu hạn phi tuyến ABAQUS [1]

II.2.1 Phần t khối

Thư viện phần t khối (Solid) trong Abaqus/Standard gồm phần t nội suy bậc một, bậc hai và bậc hai hiệu chỉnh trong một, hai và ba chiều Thông thường, bậc nội suy được xác định bằng số nút s dụng trong phần t

• Những phần t chỉ có các nút tại đỉnh, như phần t khối 8 nút (xem Hình II a) s dụng phép nội suy tuyến tính theo mỗi hướng và thường được gọi là phần t tuyến tính hoặc phần t bậc một

• Những phần t có nút ở giữa như phần t khối 20 nút (Hình II b) s dụng phép nội suy bậc hai và thường được gọi là phần t bậc hai

• Phần t khối tứ diện hiệu chỉnh với các nút ở giữa, như khối tứ diện 10 nút (Hình II c) s dụng phép nội suy bậc hai hiệu chỉnh và thường được gọi là phần

t bậc hai hiệu chỉnh

ình II-3 Phần t khối tuyến tính, bậc hai và bậc hai hiệu chỉnh

(Abaqus Analysis Manual)

Lựa chọn ph n t bậc một và bậc hai

Tùy theo yêu cầu phân tích của bài toán mà người dùng có thể chọn phần t bậc một hoặc bậc hai để có kết quả chính xác nhất Trong biến dạng phẳng bậc một, biến dạng phẳng suy rộng, phần t khối tứ diện, lục diện và hình trụ, có hằng số biến dạng thể tích trên toàn phần t nhằm ngăn chặn việc không thể chia lưới phần

t khi ứng x vật liệu gần như không nén được Các phần t bậc hai có độ chính

Trang 27

xác cao hơn trong các phần t bậc một về độ mềm khi không xét đến điều kiện tiếp xúc phức tạp Chúng thể hiện sự tập trung ứng suất hiệu quả hơn và tốt hơn khi mô hình đặc trưng hình học, ví dụ: có thể mô hình mặt cong với số lượng phần t ít

Lựa chọn ph n t tích phân thu gọn và tích phân toàn ph n

Ưu điểm của phần mềm Abaqus phiên bản 6.10.1 là có thêm các phần t s dụng tích phân thu gọn Tích phân thu gọn s dụng tích phân bậc thấp để thiết lập

độ cứng phần t Ma trận khối lượng và tải trọng phân tán s dụng tích phân toàn phần Tích phân thu gọn giúp giảm thời gian chạy chương trình, đặc biệt là trong

mô hình ba chiều Ví dụ, phần t C3D20 có 27 điểm tích phân, trong khi C3D20R chỉ có 8 điểm; do đó, mô hình dùng phần t C3D20 chạy chậm hơn C3D20R 3.5 lần (Abaqus Analysis) Ngoài ra, phần t bậc hai tích phân thu gọn cho kết quả chảy dẻo chính xác hơn phần t tích phân toàn phần

II.2.2 Lựa chọn Finite sliding và Small Sliding

Finite sliding: là phương pháp dò vết (tracking approach) phổ biến nhất và cho phép sự phân tách, trượt, xoay tương đối giữa các mặt tiếp xúc Trong phương pháp này, sự ghép nối giữa các ràng buộc tiếp xúc hiện hành thay đổi dựa vào sự truyền động tiếp tuyến giữa các bề mặt tiếp xúc

Small sliding: giả thiết rằng sẽ có sự trượt tương đối nhỏ của một mặt theo mặt kia và dựa vào phép xấp xỉ tuyến tính của một mặt tiếp xúc chính (master surface) tại các ràng buộc Một nhóm các nút (nodes) trong vùng ràng buộc riêng được giữ cố định (fixed) trong suốt quá trình phân tích

II.2.3 Định nghĩa ràng buộc TIE cho cặp mặt phẳng

Ràng buộc loại Tie làm cho hai mặt phẳng cần có cùng chuyển vị thẳng, chuyển vị xoay Theo mặc định, những nút trên hai mặt phẳng gần sát nhau mới được phép “Tie” Khi đó, một mặt sẽ là “master surface” và mặt còn lại là “slave surface”

Trang 28

II.2.4 Lựa chọn Node-to-surface và Surface-to-surface cho các cặp mặt phẳng

tiếp xúc

Với lựa chọn Node-to-surface, điều kiện tiếp xúc được thiết lập bằng cách mỗi nút “lệ thuộc” (“slave” node) trên một mặt của giao diện tiếp xúc tương tác một cách hiệu quả với một điểm theo phép chiếu trên mặt “chính” (“master” surface) trên mặt đối diện của giao diện tiếp xúc (Hình II-4) o đó, mỗi điều kiện tiếp xúc liên quan đến một nút đơn phụ thuộc và một nhóm nút chính được nội suy từ điểm trong phép chiếu Đặc tính của Node-to- surface như sau:

• Nút phụ thuộc bị ràng buộc không xuyên vào mặt chính; tuy nhiên, các nút trên mặt chính được phép xuyên vào mặt phụ thuộc

• ướng tiếp xúc dựa vào pháp tuyến của mặt chính

• Thông tin cần thiết cho mặt phụ thuộc là vị trí và diện tích mặt trên mỗi nút; hướng của pháp tuyến của mặt phụ thuộc và không cho phép có độ cong Do

đó, mặt phụ thuộc được định nghĩa là một nhóm các nút - tức là “mặt phẳng dựa trên một nút”

• Lựa chọn Node-to-surface vẫn có nghĩa nếu mặt phẳng dựa trên nút không được s dụng trong định nghĩa cho cặp tương tác (contact pair)

ình II-4 Node-to-surface discretization (Abaqus Analysis Manual)

Trang 29

Lực chọn Surface-to-surface xem xét hình dạng của cả hai mặt chính và mặt lệ thuộc trong vùng ràng buộc tiếp xúc Đặc tính của Surface-to-surface như sau:

• Áp đặt điều kiện biên trên miền trung bình gần nút lệ thuộc (slave node) thay vì chỉ dùng cá nhân nút phụ thuộc như loại node-to-surface Tâm của vùng trung bình này được lấy một cách gần đúng là ở các nút phụ thuôc, vì vậy mỗi ràng buộc tiếp xúc được coi là nút lệ thuộc nhưng cũng xét các nút lệ thuộc lân cận

• ướng tiếp xúc dựa vào pháp tuyến trung bình của mặt phụ thuộc trên miền xung quanh nút lệ thuộc

• Surface-to-surface không có nghĩa nếu mặt phẳng dựa trên nút được s dụng trong định nghĩa cho cặp tương tác

ình II-5 So sánh lực cưỡng bức vào các mặt tiếp xúc giữa hai lựa chọn chuẩn tiếp xúc Node-to- surface và Surface-to- surface (Abaqus Analysis Manual)

Trang 30

ình II-6 Độ chính xác của ứng suất tiếp xúc giữa hai lựa chọn

Node-to-surface và Surface-to- surface (Abaqus Analysis Manual)

II.3 Giải bài toán phi tuyến trong ABAQUS [1]

Giải một bài toán phi tuyến trong Abaqus bao gồm:

 Tổ hợp các bước tăng tải và bước lặp

 S dụng phương pháp Newton để giải phương trình phi tuyến

 Xác định sự hội tụ

 Định nghĩa tải trọng là một hàm theo thời gian

 Và chọn thời gian cho bước tăng tải hợp lý một cách tự động

Giải bài toán phi tuyến

Giả s đường cong lực-chuyển vị phi tuyến của một kết cấu như hình dưới đây Mục tiêu của phân tích là xác định ứng x này

Trang 31

ình II-7 Đường cong lực-chuyển vị phi tuyến

(Abaqus Analysis Manual)

Trong phân tích phi tuyến, lời giải không thể giải bằng hệ phương trình tuyến tính Thay vì vậy, tìm lời giải bằng cách cho tải trọng là một hàm theo thời gian và tăng dần thời gian để thu được ứng x phi tuyến o đó, Abaqus chia sự mô phỏng thành nhiều bước tăng tải theo thời gian (time increment) và tìm phương trình cân bằng gần đúng tại thời điểm kết thúc mỗi bước tăng tải S dụng phương pháp Newton, Abaqus cần nhiều bước lặp để xác định lời giải gần đúng cho mỗi bước đó

Bước, bước tăng tải, và bước lặp (Steps, increments, and iterations)

 Quá trình thực hiện một mô phỏng gồm một hay nhiều bước Người dùng định nghĩa bước, chọn phương pháp phân tích, tải trọng, và yêu cầu dữ liệu đầu ra Tải trọng khác nhau, điều kiện biên, phương pháp phân tích

và yêu cầu dữ liệu đầu ra có thể được bao gồm trong mỗi bước Ví dụ:

ước 1: án điều kiện biên cho DAC

ước 2: Thiết lập contact giữa các thành phần của DAC và gán lực

căng trước trong bulong cường độ cao

ước 3: Gán ngoại lực tác dụng vào DAC

Trang 32

 Mỗi bước tăng tải là một phần của bước Trong phân tích phi tuyến, mỗi bước được chia thành nhiều bước tăng tải để dễ dàng thu được lời giải phi tuyến Người dùng đề nghị kích thước bước tăng tải ban đầu, Abaqus

tự động chọn kích thước của bước tăng tải tiếp theo Kết thúc mỗi bước tăng tải, kết cấu gần như cân bằng và có thể xuất kết quả

 Một bước lặp là một phép th để tìm lời giải cân bằng trong một bước tăng tải Nếu mô hình không cân bằng khi kết thúc bước lặp, Abaqus sẽ

th bước lặp khác Với mọi bước lặp, lời giải có được từ Abaqus sẽ gần với phương trình cân bằng hơn; tuy nhiên, thỉnh thoảng quá trình lặp dẫn đến sự không hội tụ-có nghĩa là bước lặp tiếp theo càng lúc càng xa trạng thái cân bằng Lúc này Abaqus sẽ hủy quá trình lặp và phép th để tìm lời giải khác với kích thước gia số nhỏ hơn

Sự hội tụ

Xét ngoại lực P và nội lực (tại nút) tác dụng vào vật thể như hình dưới

ình II-8 Ngoại lực và nội lực trên vật thể (Abaqus Analysis User’s Manual)

Nội lực tác dụng lên một nút do ứng suất trong phần t tại nút đó gây ra Để vật thể cân bằng thì lực tại mọi nút bằng 0 o đó, phương trình cân bằng được viết

Ứng x phi tuyến của kết cấu với một số gia tải trọng nhỏ P như hình II-10

Trang 33

Abaqus dùng độ cứng tiếp tuyến, K0, được dựa vào hình dạng kết cấu tại

0

u và P để tính chuyển vị hiệu chỉnh (displacement correction) c cho kết cấu S a

dụng c , hình dạng kết cấu được cập nhật lên vị trí a u a Sau đó Abaqus tính nội lưc

a

I của kết cấu Chênh lệch giữa tổng lực tác dụng P và I được tính như sau: a

Trong đó R là lực còn dư tại bước lặp a

ình II-9 ước lặp đầu tiên (Abaqus Analysis User’s Manual)

Nếu R a 0 tại mọi bậc tự do trong mô hình, điểm a trong hình trên sẽ nằm trên đường cong lực – chuyển vị và kết cấu cân bằng Trong bài toán phi tuyến, R a

không bao giờ đạt giá trị chính xác bằng 0, vì vậy Abauqs sẽ so sánh nó với một giá trị sai số Nếu R abé hơn sai số lực dư tại tất cả các nút, Abaqus sẽ chấp nhận lời giải là cân bằng Giá trị sai số mặc định là 0.5% của lực trung bình trong kết cấu

Nếu R a 0 bé hơn giá trị sai số hiện tại, P và I axem như cân bằng và u là a

hình dạng cân bằng phù hợp cho kết cấu dưới tác dụng của ngoại lực Tuy nhiên, trước khi Abauqs chấp nhận lời giải này, nó cũng kiểm tra chuyển vị hiệu chỉnh

Trang 34

cuối cùng, c a, có tương đối nhỏ hơn tổng độ lệch chuyển vị điểm  u a u au0 hay không Nếu c lớn hơn giá trị 1% (giá trị mặc định trong Abaqus) giá trị a u athì Abaqus th bước lặp khác Cả hai điều kiện hội tụ phải được thỏa mãn trước khi lời giải được gọi là hội tụ ở gia số thời gian đó

Nếu lời giải từ một bước lặp chưa hội tụ, Abaqus sẽ th một bước lặp khác sao cho cân bằng ngoại lực và nội lực Trước tiên, Abaqus thành lập độ cứng mới ,K , của kết cấu dự vào hình dạng đã được cập nhật trước đó, a u Từ độ cứng a

này và lực dư,R a, xác định được chuyển vị hiệu chình khác, c , càng gần với trạng b

thái cân bằng hơn (điểm b trong hình dưới)

ình II-10 ước lặp thứ 2 (Abaqus Analysis User’s Manual)

Abaqus tính giá trị lực dư mới ,R , s dụng nội lực từ hình dạng kết cấu mới, b b

u Tương tự, lực dư lớn nhất tại mọi bậc tự do,R , sẽ được so sánh với giá trị sai b

số 0.5%, và chuyển vị hiệu chỉnh cho bước lặp thứ hai, c b, được so sánh với u b Nếu cần thiết, Abaqus sẽ th thêm nhiều bước lặp để bài toán hội tụ

Trang 35

Với mỗi bước lặp trong phân tích phi tuyến Abaqus thành lập ma trận độ cứng

và giải hệ phương trình o đó, công sức tính toán của mỗi bước lặp cũng gần bằng với công sức để đưa ra một phân tích tuyến tính hoàn chỉnh, điều này làm cho việc giải bài toán phi tuyến tốn rất nhiều công sức hơn bài toán tuyến tính

II.4 Mô phỏng bài toán trong ABAQUS

Các loại phần t A AQUS dưới đây s dụng cho mô phỏng một n a liên kết:

a Dùng phần t solid C3 8R (8 nút) để mô phỏng DẦM, toàn bộ dầm được đơn giản hóa chỉ còn phần bụng dầm có momen quán tính bằng 1/2 momen quán tính của tiết diện ngang thật sự của dầm ứng với trục chính

b Dùng phần t solid C3 20R (20 nút) để mô phỏng BULONG và THÉP GÓC Đầu bulong lục giác được lý tưởng hóa là đầu hình vuông để đơn giản Không xét mô hình vòng đệm

ình II-11 Phần t C3D8R và C3D20R (Abaqus Analysis Manual)

ình II-12 Phần t C3D6R (Abaqus Analysis Manual)

Trang 36

c Dùng phần t solid C3 6R (6 nút) để mô phỏng mối hàn liên kết thép góc với bản bụng dầm Mối hàn được lý tưởng hóa dạng lăng trụ tam giác

a) Mô hình thép góc và bulong kiểu Mesh 1 (mesh lưới giống Yang)

b) Mô hình thép góc Mesh 2 (chia thép góc thành 4 lớp theo chiều dày)

ình II-13 Mô hình phần t hữu hạn ABAQUS

Trang 37

II.4.1 Sự tiếp xúc giữa các thành phần liên kết

Để mô phỏng sự tiếp xúc giữa đầu bulong và phần thép góc liên kết với cánh cột, trong A AQUS ta làm 2 bước sau:

1 Tạo đặc tính tương tác

Chọn Interaction Properties (name: Bolt Contact )

Chọn Mechanical/ Tangential Behavior/ Friction formualation: Penalty/Friction Coeff=0.5 – đây là hệ số ma sát giữa các tấm thép khi được làm sạch theo phương pháp phun cát hoặc bột kim loại sau khi phun sơn mạ kẽm hoặc nhôm

ình II-14 Ứng x theo phương tiếp tuyến

Chọn Mechanical/ Normal Behavior/ Pressure-Overclosure: “ ard” Contact

Trang 38

ình II-15 Ứng x theo phương pháp tuyến

2 Tạo các cặp tương tác giữa đầu bulong với thép góc

Chọn Interaction/ Finds contact pairs: “*Contact pair, Small Sliding” và to-surface”

“*Surface-Chọn Master surface và Slave surface tương ứng là 2 mặt cần tiếp xúc trên

Bỏ qua sự tiếp xúc giữa thân bulong và lỗ bulong vì xem liên kết bulong cường độ cao chỉ làm việc nhờ lực ma sát giữa các tấm thép chứ không phải do sự làm việc chịu cắt của bulong

ình II-16.Cặp tương tác Contact pairs

Trang 39

ình II-17 Ứng x bề mặt tiếp xúc

Để áp đặt điều kiện biên giữa phần t dầm, mối hàn và phần thép góc liên kết với bụng dầm, trong Abaqus chọn Constraint/ Tie

II.4.2 Lực xiết trong bulong cường độ cao

ài toán được phân tích theo trình tự 3 bước (Steps) sau

ước 1: Intial (mặc định trong Abaqus)

án các điều kiện biên để liên kết bất biến hình

ước 2: Contact (Establish contact)

Trang 40

Thiết lập sự tương tác giữa các thành phần của liên kết (để giả lập điều kiện bulong tiếp xúc với thép góc) Để mô phỏng sự xiết chặt của bulong, trước khi gán lực kéo dọc trục tại đầu dầm trong bước Load, tại bước Contact ta gán lực ép mặt cho mỗi bulong cường độ cao với giá trị lực 125 KN Điều này có nghĩa là khi liên kết chưa chịu tác dụng của ngoại lực, trong bulong đã có ứng suất trước

ước 3: Load (Apply load)

Gán ngoại lực vào dầm

ình II-18 Load Manager Ứng x phi tuyến vật liệu với mô hình đàn - dẻo tuyệt đối (elastic – perfectly plastic) được xem xét trong mỗi phần t và tiêu chuẩn ứng suất Von Mises được s dụng để đánh giá sự chảy dẻo của thép

Thuật toán Static-Riks để phân tích ứng x phi tuyến của hệ khi chịu tải trọng tĩnh

Mỗi mô hình phần t hữu hạn 3D bao gồm một thép góc, bốn bu lông, mối hàn, cánh cột và một dầm

Định dạng
Số trang	119
Dung lượng	5,32 MB