BCKH Mô phỏng ứng xử nén lệch tâm của cột bê tông cốt thép bị ăn mòn do ion clorua

MÔ PHỎNG ỨNG XỬ NÉN LỆCH TÂM CỦA CỘT BÊ TÔNGCỐT THÉP BỊ ĂN MÒN DO ION CLORUA Bùi Hải Nama, Nguyễn Quang Đạta, Đỗ Văn Cônga, Nguyễn Tử Hòaa, Nguyễn Đức Nhâna, Phùng Công Minha, Nguyễn Tru

MÔ PHỎNG ỨNG XỬ NÉN LỆCH TÂM CỦA CỘT BÊ TÔNG

CỐT THÉP BỊ ĂN MÒN DO ION CLORUA

Bùi Hải Nama, Nguyễn Quang Đạta, Đỗ Văn Cônga, Nguyễn Tử Hòaa, Nguyễn Đức Nhâna,

Phùng Công Minha, Nguyễn Trung Kiêna, Nguyễn Ngọc Tâna,∗

a Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng,

55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 30/04/2021, Sửa xong 24/05/2021, Chấp nhận đăng 25/05/2021

Tóm tắt

Trong bài báo này, ảnh hưởng của sự ăn mòn cốt thép dọc và cốt thép đai đến khả năng chịu lực của các cột bê tông cốt thép đã được nghiên cứu bằng phương pháp số thông qua phần mềm phần tử hữu hạn DIANA FEA Các mô hình vật liệu suy giảm do ăn mòn sử dụng đã được kiểm chứng dựa trên sự so sánh giữa kết quả mô hình và kết quả thực nghiệm đối với biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị, cơ chế phá hoại và sự phân bố vết nứt Hơn nữa, một nghiên cứu tham số đã được thực hiện nhằm khảo sát ảnh hưởng của độ lệch tâm và khoảng cách cốt thép đai đến ứng xử của cột ăn mòn Nghiên cứu này chỉ ra rằng độ lệch tâm phải nhận được nhiều quan tâm do ảnh hưởng đáng kể của nó đến khả năng chịu nén và dạng phá hoại Đồng thời, ảnh hưởng của khoảng cách cốt thép đai đến khả năng chịu lực của cột chịu nén lệch tâm là đáng kể hơn so với ảnh hưởng của

nó đến dạng phá hoại.

Từ khoá: bê tông cốt thép; cột ăn mòn; ăn mòn cốt thép; mô hình phần tử hữu hạn; độ lệch tâm; khoảng cách cốt thép đai.

MODELING THE ECCENTRIC COMPRESSION BEHAVIOR OF CORRODED REINFORCED CONCRETE COLUMNS ATTACKED BY CHLORIDE IONS

Abstract

In this paper, the effects of longitudinal and shear reinforcements corrosion on the structural performance of reinforced concrete (RC) columns have been studied by finite element model using DIANA FEA software The constitutive models applied were validated by comparing experiments which showed a good agreement in terms of load - displacement curve, failure mechanism and cracking patterns Moreover, the parametric study was also conducted in order to identify the effects of eccentricity and tie spacing on the structural performance

of corroded RC columns This study shows that the eccentricity should be received more attention due to its considerable effect on the axial compression capacity and failure mechanism It also shows that the effect of tie spacing in eccentric corroded columns on the load-carrying capacity is more significant than its contribution

to the failure mode.

Keywords: reinforced concrete; corroded column; reinforcement corrosion; finite element model; eccentric; tie spacing.

https://doi.org/10.31814/stce.nuce2021-15(2V)-06 © 2021 Trường Đại học Xây dựng (NUCE)

1 Mở đầu

Sự xuống cấp của các cấu kiện cột bê tông cốt thép (BTCT) thường dẫn đến nguy cơ cao về phá hoại và sự sụp đổ của công trình thực tế, bởi vì cột chịu tải trọng đứng và ngang từ tầng trên truyền

65

Nam, B H., và cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng xuống tầng dưới cho đến khi toàn bộ tải trọng tập trung tại kết cấu móng [1] Nhìn chung, kết cấu cột

sẽ bị hư hỏng nhanh hơn do hiện tượng ăn mòn cốt thép khi chịu tác động của các tác nhân xâm thực

từ môi trường như minh họa trên Hình1 Sự ăn mòn chủ yếu được gây ra bởi sự xâm nhập của các ion clorua, hoặc quá trình cacbonat hóa bê tông hoặc sự kết hợp của cả hai nguyên nhân này [2] Trong điều kiện bình thường, lớp bê tông bảo vệ đóng một vai trò quan trọng chống lại sự bắt đầu của quá trình ăn mòn bởi vì môi trường vật liệu có độ pH cao Tuy nhiên, nhiều công trình BTCT ở nước ta đã được xây dựng với lớp bê tông bảo vệ có chiều dày không đủ lớn hoặc có cường độ thấp [3]

cơ cao về phá hoại và sự sụp đổ của công trình thực tế, bởi vì cột chịu tải trọng đứng và ngang từ tầng trên truyền xuống tầng dưới cho đến khi toàn bộ tải trọng tập trung tại kế cấu móng Nhìn chung, kết cấu cột sẽ bị hư hỏng nhanh hơn do hiệ tượng ăn mòn cốt thép khi chịu tác động của các tác nhân xâm thực từ môi trường như minh họa trên

Sự ăn mòn chủ yếu được gây ra bởi sự xâm nhập của các ion clorua, hoặc quá

nh cacbonat hóa bê tông hoặc sự kết hợp của cả hai nguyên nhân này Trong điều kiện bình thường, lớp bê tông bảo vệ đóng một vai trò quan trọng chống lại sự bắt đầu của quá trình ăn mòn bởi vì môi trường vật liệu có độ pH cao Tuy nhiên, nhiều công

nh BTCT ở nước ta đã được xây dựng với lớp bê tông bảo vệ có chiều dày không đủ lớn hoặc có cường độ thấp

ự oằn cốt thép dọc bị ăn mòn của cột trên công trình thực tế

Sự ăn mòn thép được xem là một vấn đề có tính toàn cầu, bởi vì nó là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự xuống cấp của kết cấu BTCT Quá trình ăn mòn cốt thép gây ra những hư hỏng dẫn đến sự suy giảm về khả năng chịu lực cũng như độ an toàn của các kết cấu công trình [4] Quá trình này liên quan đến sự mất mát tiết diện chịu lực của cốt thép, sự mở rộng của vết nứt bê tông, cũng như sự suy giảm bám dính giữa

bê tông và cốt thép Chúng dẫn đến các phân bố phức tạp của biến dạng và ứng suất, ứng

xử phi tuyến của kết cấu Đối với trường hợp ăn mòn đồng đều, khả năng chịu lực của kết cấu chủ yếu bị chi phối bởi mức độ ăn mòn cốt thép Trong khi đó, sự biến thiên diện tiết diện của cốt thép ó tác động đáng kể hơn mức độ ăn mòn trong trường hợp ăn mòn điểm Nghiên cứu tổng quan đã chỉ ra rằng có một số lượng đáng kể

nghiên cứu về ứng xử cơ học của kết cấu, đặc biệt là ứng xử chịu uốn và ứng xử chịu cắt Trong khi đó, các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số đối với ứng xử chịu nén của các cấu kiện cột BTCT bị ăn mòn vẫn tương đối hạn chế

Hình 1 Sự oằn cốt thép dọc bị ăn mòn của cột BTCT trên công trình thực tế

Sự ăn mòn thép được xem là một vấn đề có tính toàn cầu, bởi vì nó là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự xuống cấp của kết cấu BTCT Quá trình ăn mòn cốt thép gây ra những hư hỏng dẫn đến sự suy giảm về khả năng chịu lực cũng như độ an toàn của các kết cấu công trình [4] Quá trình này liên quan đến sự mất mát tiết diện chịu lực của cốt thép, sự mở rộng của vết nứt bê tông, cũng như sự suy giảm bám dính giữa bê tông và cốt thép Chúng dẫn đến các phân bố phức tạp của biến dạng và ứng suất, ứng xử phi tuyến của kết cấu Đối với trường hợp ăn mòn đồng đều, khả năng chịu lực của kết cấu chủ yếu bị chi phối bởi mức độ ăn mòn cốt thép Trong khi đó, sự biến thiên diện tích tiết diện của cốt thép có tác động đáng kể hơn mức độ ăn mòn trong trường hợp ăn mòn điểm Nghiên cứu tổng quan đã chỉ ra rằng có một số lượng đáng kể các công trình nghiên cứu về ứng xử

cơ học của kết cấu, đặc biệt là ứng xử chịu uốn và ứng xử chịu cắt Trong khi đó, các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số đối với ứng xử chịu nén của các cấu kiện cột BTCT bị ăn mòn vẫn còn tương đối hạn chế [5]

Trên thế giới, ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến các ứng xử cơ học của cột BTCT đã được phân tích trong một số nghiên cứu thực nghiệm [6 9] Những kết quả thu được chỉ ra rằng, nguyên nhân dẫn tới sự suy giảm khả năng chịu lực của cột bị ăn mòn chủ yếu xuất phát từ sự suy giảm bám dính giữa bê tông và cốt thép, giảm hiệu ứng bó của bê tông và đặc biệt là giảm tiết diện chịu lực của cốt thép Dựa vào phương pháp gia tốc ăn mòn cốt thép, một số nghiên cứu khác đã xem xét ứng xử của cột BTCT với cốt thép bị ăn mòn cục bộ, trong đó các tham số như phạm vi cốt thép bị ăn mòn và

66

trạng thái ứng suất đã được thảo luận [10,11] Hầu hết các nghiên cứu kể trên mới chỉ tập trung xem xét sự ăn mòn của cốt thép dọc Tuy vậy, trên thực tế cả cốt thép dọc và cốt đai đều bị ăn mòn, và thông thường cốt thép đai có thể bị ăn mòn ở mức độ nghiêm trọng hơn do có đường kính nhỏ và chiều dày lớp bê tông bảo vệ nhỏ hơn

Ở trong nước, những nghiên cứu về ứng xử của cấu kiện BTCT bị ăn mòn chủ yếu được thực hiện đối với kết cấu dầm [12–15] Trong khi đó, các nghiên cứu về ứng xử của cột ăn mòn còn khá hạn chế Một nghiên cứu số của Nguyên và Tân (2019) [16] đã xem xét đến ảnh hưởng của vị trí ăn mòn cốt thép đến khả năng chịu lực còn lại của cột BTCT lệch tâm phẳng Do đó, các nghiên cứu thực nghiệm

và mô hình về ứng xử của cột ăn mòn là thực sự cần thiết trong thực tiễn, do Việt Nam là nước có đường bờ biển dài, nhiều đô thị và thành phố lớn được xây dựng ven biển hoặc trong môi trường chịu tác động của các tác nhân xâm thực gây ra ăn mòn cốt thép

Trong bài báo này, ảnh hưởng của cốt thép dọc và cốt thép đai bị ăn mòn đến ứng xử cơ học của cột BTCT dưới tác dụng của tải trọng lệch tâm phẳng đã được nghiên cứu bằng phương pháp phần

tử hữu hạn trong phần mềm DIANA FEA Để hiểu được ứng xử chịu lực của cột bị ăn mòn, các mẫu cột đã được mô phỏng để kiểm tra sự phù hợp của các mô hình vật liệu suy giảm do ăn mòn Nghiên cứu mô phỏng đã được thực hiện trên bốn mẫu cột thử nghiệm, với các mức độ cốt thép từ 0 đến 20% dựa trên sự mất mát khối lượng Việc kiểm chứng kết quả mô phỏng dựa trên sự so sánh biểu đồ quan

hệ giữa tải trọng và chuyển vị với số liệu thực nghiệm Các kết quả mô phỏng có thể mô tả lại ứng

xử cơ học của kết cấu, bao gồm khả năng chịu lực, chuyển vị và dạng phá hoại của các cấu kiện cột thí nghiệm Sau khi mô hình đề xuất được kiểm chứng, một nghiên cứu tham số đã được phân tích và thảo luận để đánh giá ảnh hưởng của một số tham số như độ lệch tâm và khoảng cách giữa các cốt thép đai ở bụng cột

2 Mô hình phi tuyến 3D của cột BTCT bị ăn mòn

2.1 Mô hình suy giảm của bê tông

Mô hình suy giảm của bê tông dựa trên mô hình tổng biến dạng của vết nứt cố định Sự trương

nở thể tích của các sản phẩm ăn mòn gây ra vết nứt bê tông Do đó, nó làm giảm cường độ chịu nén của bê tông trong vùng hư hỏng khi so với vùng bê tông không bị hư hỏng Sự xuống cấp của lớp bê tông bảo vệ do ăn mòn được đề cập trong mô hình phần tử hữu hạn bằng cách thay đổi mối quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông như minh họa trong Hình2(a), đề xuất bởi Coronelli và Gambarova [17] và đã được kiểm chứng trong một nghiên cứu số của Lim và cs [4] Trong đó, ứng xử nén của bê tông được mô hình hóa bằng cách sử dụng một phương trình parabol sẵn có trong thư viện của phần mềm DIANA FEA [18] Ứng xử đàn hồi tuyến tính của bê tông không bị ăn mòn được xem xét khi ứng suất nhỏ hơn 30% cường độ chịu nén ( f′

c), trong khi đó sự suy giảm cường độ chịu nén của bê tông có thể được mô tả bằng phương trình (1) với f′

c,d là cường độ chịu nén của bê tông bị xuống cấp

do ăn mòn Ứng xử nén của bê tông khi đạt đến cường độ giới hạn được mô hình hóa bằng cách sử dụng năng lượng phá hoại nén (Gc) [19,20] Trong khi, k′là hệ số liên quan đến độ gồ ghề và đường kính cốt thép, lấy bằng 0,1 đối với thép thanh vằn có đường kính trung bình [21], ε0là biến dạng nén dọc trục tương ứng với cường độ chịu nén và ε1là biến dạng ngang trung bình

f′ c,d= f′

Biến dạng ε1có thể tính được bằng công thức (2), với b0là chiều rộng của tiết diện không có vết nứt do ăn mòn, bf là chiều rộng của tiết diện cột tăng lên bởi sự xuất hiện vết nứt do ăn mòn

ε1 =bf − b0



67

bf − b0=nbarswcr (3) trong đó nbarslà số lượng thanh thép, wcrlà tổng bề rộng vết nứt đối với mức độ ăn mòn tương ứng Tổng bề rộng vết nứt wcrcó thể được xác định bằng công thức (4) được đề xuất bởi Molina và cs [22] trong trường hợp không có số liệu từ các thí nghiệm

trong đó vrs là tỉ số giữa thể tích đặc trưng của sản phẩm gỉ và thể tích thép được giả định là 2 Xd là chiều sâu ăn mòn được xác định bằng công thức (5), được đề xuất trong nghiên cứu của Val [23], với

icorr= 0,35 µA/cm2là mật độ dòng điện ăn mòn trong thanh thép và t (năm) là thời gian ăn mòn

dụng cho các phần tử bê tông để mô hình hóa ảnh hưởng của sự mất mát cường độ và độ

dẻo do nứt bê tông gây ra đến cột thí nghiệm bị ăn mòn

Hình 2 Mô hình vật liệu suy giảm cột chịu nén lệch tâm

suy giảm của cốt thép

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng cường độ và độ dẻo của cốt thép bị ăn mòn chủ yếu bị ảnh hưởng bởi sự biến thiên diện tích tiết diện cốt thép bị mất mát dọc theo

chiều dài thanh thép [ ] Để đơn giản hóa, việc mô hình phần tử thép bị ăn mòn dựa tr

sự mất mát tiết diện trung bình của toàn bộ thanh thép, do sự khó khăn trong việc mô hình

sự biến thiên của ăn mòn điểm Ngoài việc kể đến sự suy giảm tiết diện trung bình của

thanh thép, việc sử dụng các hệ số thực nghiệm (có giá trị nhỏ hơn 1,0) sẽ kể đến sự giảm

độ bền và độ dẻo do tiết diện thay đổi dọc theo chiều dài thanh thép bị ăn mòn Mô hình

hai đoạn thẳng biểu diễn mối quan hệ ứng suất biến dạng của thép như minh họa trong

(b) được sử dụng mà không có các hệ số thực nghiệm vì sự xuống cấp của thanh

(a) Mô hình bê tông [4]

(d) Mô hình cột BTCT

(b) Mô hình cốt thép [4]

(c) Mô hình bám dính [4]

Hình 2 Mô hình vật liệu suy giảm và mô hình cột chịu nén lệch tâm

Độ cứng kéo của vật liệu bê tông khi kéo được biểu diễn thông qua mô hình phi tuyến của Hordijk

và cs [24], được mô tả trong thư viện hướng dẫn sử dụng của phần mềm DIANA FEA [18] Trong đó

Gf là năng lượng phá hoại kéo, h = √Alà bề rộng dải nứt được lấy bằng căn bậc hai của tổng diện tích A của các phần tử (xem Hình2(a)) Các thông số đầu vào bao gồm GF và f′

t được tính toán bởi 68

tiêu chuẩn CEB-FIP Mode [25] dựa trên cường độ chịu nén của bê tông và kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu Trong mô hình phần tử hữu hạn này, giá trị cường độ chịu nén suy giảm do ăn mòn f′

c,dđược tính toán bởi công thức (1) và giá trị suy giảm của năng lượng phá hoại kéo Gcđược sử dụng cho các phần tử bê tông để mô hình hóa ảnh hưởng của sự mất mát cường độ và độ dẻo do nứt bê tông gây ra đến cột thí nghiệm bị ăn mòn

2.2 Mô hình suy giảm của cốt thép

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng cường độ và độ dẻo của cốt thép bị ăn mòn chủ yếu bị ảnh hưởng bởi sự biến thiên diện tích tiết diện cốt thép bị mất mát dọc theo chiều dài thanh thép [26]

Để đơn giản hóa, việc mô hình phần tử thép bị ăn mòn dựa trên sự mất mát tiết diện trung bình của toàn bộ thanh thép, do sự khó khăn trong việc mô hình sự biến thiên của ăn mòn điểm Ngoài việc kể đến sự suy giảm tiết diện trung bình của thanh thép, việc sử dụng các hệ số thực nghiệm (có giá trị nhỏ hơn 1,0) sẽ kể đến sự giảm độ bền và độ dẻo do tiết diện thay đổi dọc theo chiều dài thanh thép bị

ăn mòn Mô hình hai đoạn thẳng biểu diễn mối quan hệ ứng suất - biến dạng của thép như minh họa trong Hình2(b) được sử dụng mà không có các hệ số thực nghiệm vì sự xuống cấp của thanh thép bị

ăn mòn được xem xét trong mô hình phần tử hữu hạn bằng cách giảm tiết diện trên toàn bộ chiều dài thanh thép tương ứng với khối lượng kim loại bị mất mát, trong đó mô đun sau khi chảy dẻo được giả thiết bằng 1% giá trị mô đun đàn hồi Es Trong đó, cường độ chảy và cường độ bền của thép lần lượt

là fyvà fsu, trong khi εyvà εsutương ứng là biến dạng chảy và biến dạng lớn nhất Cốt thép bị ăn mòn được mô phỏng một cách đơn giản bằng việc giảm tiết diện dựa trên khối lượng kim loại bị mất mát

do ăn mòn được xác định từ thí nghiệm Các phương trình sau đây có thể được sử dụng để tính toán diện tích tiết diện ngang của cốt thép bị ăn mòn:

As= πD2 4



1 − c 100



(6)

c = W0− WC

trong đó W0và Wclà khối lượng của cốt thép trước và sau khi bị ăn mòn, c là mức độ ăn mòn

2.3 Mô hình suy giảm bám dính giữa bê tông và cốt thép

Hiệu ứng bó trong cấu kiện BTCT được tạo ra do cốt đai và khối lượng kim loại bị ăn mòn là hai yếu tố chính ảnh hưởng tới mối quan hệ ứng suất bám dính – chuyển vị trượt Trước thời điểm xuất hiện vết nứt, mô hình lực bám dính trước và sau khi suy giảm có sự tương đồng Cường độ bám dính ban đầu tăng dần cùng với sự xuất hiện sự ăn mòn trong cốt thép, sau đó thì cường độ bám dính giảm một cách đáng kể khi có sự xuất hiện nhiều hơn các vết nứt hình thành dọc theo thanh cốt thép Tuy nhiên, dựa vào việc cấu tạo lớp bê tông bảo vệ và lựa chọn số lượng cốt đai, hiện tượng suy giảm bám dính trong kết cấu BTCT có cốt thép bị ăn mòn thường do cơ chế bong tách Do đó, trong nghiên cứu hiện tại, đối với việc mô hình sự suy giảm bám dính giữa bê tông và cốt thép, biểu đồ ứng suất bám dính – chuyển vị trượt đề xuất bởi Kallias và Rafiq [27], Maaddawy và cs [28] được sử dụng với các thông số được tính toán theo các công thức (8) và (9) Ngoài ra, mối quan hệ ứng suất bám dính – trượt trong tiêu chuẩn CEB-FIP mode [25] cũng được sử dụng để mô hình sự bám dính tiêu chuẩn như trong Hình2(c)

Umax,D=R [0,55 + 0,24 (c/db)]pfc+0,191Astfyt/Ssdb (8)

69

R = A1+A2mL (9) trong đó Umax,D là cường độ bám dính suy giảm, c là chiều dày lớp bê tông bảo vệ, dblà đường kính của cốt thép dọc, Ast là diện tích cốt đai, fyt là cường độ chảy của thép đai, Sslà khoảng cách các thanh cốt đai, và R là hệ số xét đến sự suy giảm đóng góp của bê tông đến cường độ bám dính Giá trị A1 = 1,079 và A2 = −0,0123 được xác định với cường độ dòng điện ăn mòn icorr= 0,35 (mA/cm2) [28], và mL là khối lượng mất mát kim loại theo phần trăm Công thức (8) xem xét đồng thời ảnh hưởng của bê tông và cốt đai đến cường độ bám dính, cho nên với việc áp dụng công thức này có thể

đề cập tới sự thay đổi khoảng cách giữa các cốt đai và cường độ chịu nén của bê tông trong nhiều trường hợp Mô hình suy giảm bám dính này đã được kiểm chứng bởi nghiên cứu số của Saether và

cs [29]

3 Kiểm chứng mô hình phần tử hữu hạn

3.1 Giới thiệu mẫu cột thử nghiệm

quá trình ăn mòn điện hóa, mức

độ ăn mòn của cốt thép dọc và cốt đai được

xác định bằn cân khối lượng còn lại

khối lượng trước khi bị ăn mòn

Bảng 2 trình bày mức độ ăn mòn thực tế

của cốt thép của từng mẫu cột Trong đó

cốt thép dọc bị ăn mòn với giá trị

bình từ 3 7% đến 8 cốt đai bị ăn

với giá trị trung bình từ 7 –

Nhìn chung, mức độ ăn mòn trong cốt thép

đai lớn hơn so với cốt thép dọc Lý do cho

hiện tượng này bởi vì chiều dày lớp bê

tông bảo vệ của cốt đai thường khá nhỏ,

gia tăng khả năng thâm nhập của

clorua với nồng độ cao vào trong cấu kiện

Hơn nữa, khi tiếp xúc với một cường

độ dòng điện trong thí nghiệm ăn mòn điện

mức độ ăn mòn cốt đai nghiêm trọng

hơn so với cốt dọc xuất phát từ sự

lệch đường kín của hai loại cốt thép Hình 3 Cấu tạo cột thí nghiệm [1] Mặt cắt A-A

Xác định kích thước và độ nhạy của lưới trong mô số

Trong nghiên cứu này, sự xem xét kích thước và độ nhạy của lưới trong mô phỏng

số đã được thực hiện hiên cứu của Maekawa và cộng sự chỉ ra rằng mô hình độ cứng kéo được sử dụng cho bê tông không phụ thuộc vào kích thước phần tử và lưới Cần lưu ý rằng do vật liệu bê tông không đồng nhất, kích thước lưới được sử dụng là

dựa vào kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu thô Do đó, kích thước lưới trong phân tích

ba chiều có thể tương đối lớn nhằm giảm thời gian phân tích mà vẫn không ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả

Mô hình hóa cột BTCT

Bê tông đượ ằ ầ ử ục giác đặc 20 nút có kích thướ 20x20x20 mm như ọ (d) Cường độ ị ủ đố ứ đượ MPa tương ứ ớ ị thu đượ ừ ệ ẫ

ử ập phương kích thướ Trong khi đó, cường độ ị

ừ ố MPa tương ứ ớ ức độ ăn mòn củ ố ọ ốt đai tăng

ừ ởi vì cường độ ị ủa bê tông không đượ ấ

ứ ự ệm [1], do đó ị ủ ỏ đượ ựa trên cường độ

Hình 3 Cấu tạo cột thí nghiệm [ 1 ]

Trong phần này, bốn mẫu cột BTCT trong một

nghiên cứu thực nghiệm của Li và cs (2020) [1],

có các kích thước 120×120×750 mm như Hình3

được sử dụng để thực hiện việc kiểm chứng mô

hình phần tử hữu hạn Mục tiêu của thí nghiệm là

xác định trạng thái ứng suất của cột bê tông cốt

thép bị ăn mòn khi chịu lực lệch tâm phẳng với

độ lệch tâm e = 0,83h = 100 mm, trong đó h =

120 mm là chiều cao của mặt cắt ngang Các cột

thí nghiệm được chế tạo bằng bê tông có cường

độ chịu nén trung bình trên mẫu lập phương với

kích thước 150×150×150 mm ở 28 ngày tuổi là

29,47 MPa Các tính chất cơ lý của cốt thép được

tổng hợp trong Bảng1, bao gồm các chỉ tiêu đó là

đường kính danh nghĩa, cường độ chảy, cường độ

bền và mô đun đàn hồi

Sau quá trình ăn mòn điện hóa, mức độ ăn mòn

của cốt thép dọc và cốt đai được xác định bằng

cách cân khối lượng còn lại và so sánh khối lượng

trước khi bị ăn mòn Bảng 2 trình bày mức độ ăn

mòn thực tế của cốt thép của từng mẫu cột Trong

đó, cốt thép dọc bị ăn mòn với giá trị trung bình từ

3,7% đến 8,6%, còn cốt đai bị ăn mòn với giá trị

trung bình từ 7,6 – 23,2% Nhìn chung, mức độ ăn

mòn trong cốt thép đai lớn hơn so với cốt thép dọc

Lý do cho hiện tượng này bởi vì chiều dày lớp bê

tông bảo vệ của cốt đai thường khá nhỏ, gia tăng

khả năng thâm nhập của ion clorua với nồng độ cao vào trong cấu kiện Hơn nữa, khi tiếp xúc cùng với một cường độ dòng điện trong thí nghiệm ăn mòn điện hóa, mức độ ăn mòn cốt đai nghiêm trọng hơn so với cốt dọc xuất phát từ sự chênh lệch đường kính của hai loại cốt thép

70

Bảng 1 Các tính chất cơ học của cốt thép sử dụng Loại cốt thép Đường kính (mm) Cường độ chảy (MPa) Cường độ bền (MPa) Mô đun đàn hồi (GPa)

Bảng 2 Mức độ ăn mòn cốt thép trong các mẫu cột thử nghiệm

3.2 Xác định kích thước và độ nhạy của lưới trong mô hình số

Trong nghiên cứu này, sự xem xét kích thước và độ nhạy của lưới trong mô phỏng số đã được thực hiện Nghiên cứu của Maekawa và cs [30] chỉ ra rằng mô hình độ cứng kéo được sử dụng cho bê tông không phụ thuộc vào kích thước phần tử và lưới Cần lưu ý rằng do vật liệu bê tông không đồng nhất, kích thước lưới được sử dụng là 20 mm dựa vào kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu thô Do đó, kích thước lưới trong phân tích ba chiều có thể tương đối lớn nhằm giảm thời gian phân tích mà vẫn không ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả [31]

3.3 Mô hình hóa cột BTCT

Bê tông được mô hình hóa bằng phần tử lục giác đặc 20 nút có kích thước là 20×20×20 mm như minh họa trong Hình 2(d) Cường độ chịu nén của bê tông đối chứng được khai báo là 29,47 MPa tương ứng với giá trị thu được từ thí nghiệm nén trên mẫu thử hình lập phương kích thước là 150×150×150mm Trong khi đó, cường độ chịu nén suy giảm của bê tông tại các vùng ăn mòn được tính bằng công thức (2) với giá trị giảm từ 29,47 xuống 20 MPa tương ứng với mức độ ăn mòn của cốt thép dọc và cốt đai tăng từ 5% lên 20% Bởi vì cường độ chịu kéo của bê tông không được cung cấp trong nghiên cứu thực nghiệm [1], do đó giá trị của nó khi mô phỏng được tính toán dựa trên cường độ chịu nén theo kiến nghị bởi tiêu chuẩn CEB-FIP Mode [25] Trong nghiên cứu này, cường

độ chịu kéo của bê tông bị xuống cấp do ăn mòn được lấy bằng 2,56 MPa cho tất cả các trường hợp Cuối cùng, mô đun đàn hồi của bê tông đối chứng và bê tông bị xuống cấp do ăn mòn trình bày trong Bảng3được tính toán dựa trên cường độ chịu nén sử dụng công thức được đề xuất trong tiêu chuẩn CEB-FIP model [25]

Trong phần mềm DIANA FEA, cốt thép được mô hình hóa bằng phần tử cốt thép dính – trượt có sẵn Phần tử liên kết thanh và khối được sử dụng để mô phỏng ứng xử bám dính – trượt giữa bê tông

và cốt thép vì nó liên kết các phần tử thanh cốt thép trượt với phần tử liên tục bao quanh Cường độ chảy và cường độ kéo giới hạn của thép được sử dụng cũng được trình bày trong Bảng 3 Trong mô phỏng số, ảnh hưởng của ăn mòn tới cốt thép được mô hình hóa bằng cách giảm tiết diện của các cốt thép dọc và cốt đai dựa trên mức độ ăn mòn của chúng Đối với dầm không bị ăn mòn, cường độ bám dính và các thông số được xác định dựa theo tiêu chuẩn CEB-FIP model [25], ví dụ như trường hợp cấu kiện không bị ăn mòn thì cường độ bám dính lớn nhất τmax = 13,69 MPa, cường độ bám dính suy giảm τf = 5,4 MPa, độ trượt S1 = S2 = 0,6 mm và S3 = 2,5 mm, và hệ số mũ α = 0,4 Đối

71

với cốt thép dọc bị ăn mòn, để mô hình hóa sự phá hoại phân tách của cột BTCT có kể đến hiệu ứng

bó, chuyển vị trượt S1lấy gần bằng S2và ứng suất sau khi đạt cường độ bám dính có xu hướng giảm nhanh và dốc đứng, giá trị của S3giảm và coi τf gần bằng không Đồ thị bám dính suy giảm được

sử dụng như minh họa trong Hình2(c) với các giá trị về cường độ bám dính, cường độ bám dính suy giảm được tính bằng công thức (9) như được trình bày trong Bảng3

Bảng 3 Các tính chất cơ học của vật liệu sử dụng trong mô hình cột BTCT

Mô đun đàn hồi của thép (GPa) D10D6 184205 184205 184205 184205

3.4 Biểu đồ tải trọng - chuyển vị

Hình4(a-d) cho ta thấy sự so sánh giữa biểu đồ tải trọng – chuyển vị của các mẫu cột thu được từ thực nghiệm và phân tích số bởi DIANA FEA Kết quả của mô phỏng số cho ta thấy được sự tương đồng với kết quả của thực nghiệm về độ cứng ban đầu, khả năng chịu lực và trạng thái giới hạn (xem Bảng4) Đối với trường hợp mẫu cột không bị ăn mòn, kết quả đã cho thấy sự tương đồng về độ cứng ban đầu của cột và khả năng chịu lực với sai số tương đối nhỏ (dưới 5%) Tương tự với kết quả thu được với các mẫu cột còn lại, trong trường hợp độ ăn mòn 5% và 10%, sai số tính toán ra được là dưới 8,11% Tuy nhiên mô hình số cho ra kết quả về khả năng chịu lực cao hơn thí nghiệm với mức độ ăn mòn là 20% Điều này được lí giải bởi vì với mức độ ăn mòn lớn, ăn mòn cục bộ xuất hiện nhiều hơn khi cột tiếp xúc lâu hơn với quá trình ăn mòn gia tốc Sự hạn chế của mô phỏng phần tử hữu hạn trong việc mô hình hóa sự ăn mòn cục bộ do giới hạn của kích thước lưới cũng như sự hạn chế của dữ liệu cung cấp từ thực nghiệm

Theo phân tích số, sự phá hủy của các mẫu cột thí nghiệm LC-0-0, LC-0-5, và LC-0-10 xảy ra khi ứng suất trong các cốt thép dọc ở biên của tải trọng lệch tâm tăng dần, kèm theo là các vết nứt hình thành trong vùng chịu kéo Với độ lệch tâm lớn (e = 0,83h), khi tăng tải trọng tác dụng, vết nứt không phát triển nhiều trên vùng bê tông chịu nén mà hình thành thêm các vết nứt nghiêng 45◦ ở đầu cột, đánh dấu cho sự phá hoại giòn Độ lệch tâm dẫn đến sự xuất hiện của mô men uốn gây ra ứng suất kéo cao ở mặt đối diện với vị trí tải trọng tác dụng Cột tiếp tục chịu tải tốt cho đến giai đoạn trước khi bị

hư hỏng hoàn toàn với các vết nứt nghiêng 45◦ở đầu cột Hiện tượng phá hoại xuất hiện ở gần hai đầu cột khi bê tông nứt vỡ Mặt khác, với sự gia tăng mức độ ăn mòn cốt thép (8,6% đối với cốt thép dọc

72

Nam, B H., và cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

năng chịu lực và trạng thái giới hạn (xem ảng 4) Đối với trường hợp mẫu cột không bị

ăn mòn, kết quả đã cho thấy sự tương đồng về độ cứng ban đầu của cột và khả năng chịu lực với sai số tương đối nhỏ (dưới 5%) Tương tự với kết quả thu được với các mẫu cột còn lại, trong trường hợp độ ăn mòn 5% và 10%, sai số tính toán ra được là dưới 8,

Tuy nhiên mô hình số cho ra kết quả về khả năng chịu lực cao hơn thí nghiệm với mức

độ ăn mòn là 20% Điều này được lí giải bởi vì với mức độ ăn mòn lớn, ăn mòn cục bộ xuất hiện nhiều hơn khi cột tiếp xúc lâu hơn với quá trình ăn mòn gia tốc Sự hạn chế của

mô phỏng phần tử hữu hạn trong việc mô hình hóa sự ăn mòn cục bộ do giới hạn của kích thước lưới cũng như sự hạn chế của dữ liệu cung cấp từ thực nghiệm.

Theo phân tích số, sự phá hủy của các mẫu cột thí nghiệm LC

10 xảy ra khi ứng suất trong các cốt thép dọc ở biên của tải trọng lệch tâm tăng dần, kèm theo là các vết nứt hình thành trong vùng chịu kéo Với độ lệch tâm lớn (

tăng tải trọng tác dụng, vết nứt không phát triển nhiều trên vùng bê tông chịu nén mà hình thành thêm các vết nứt nghiên ở đầu cột đánh dấu cho sự phá hoại giòn Độ lệch tâm dẫn đến sự xuất hiện của mômen uốn gây ra ứng suất kéo cao ở mặt đối diện với

vị trí tải trọng tác dụng Cột tiếp tục chịu tải tốt cho đến giai đoạn trước khi bị hư hỏng

Biểu đồ tải trọng – chuyển vị của các mẫu cột bởi thực nghiệm và mô phỏng

0

20

40

60

80

100

Chuyển vị ngang (mm)

LC-0-0-Test LC-0-0-FEM

Chuyển vị ngang

Chuyển vị ngang

Chuyển vị ngang (mm) (a) Cột LC-0-0

năng chịu lực và trạng thái giới hạn (xem ảng 4) Đối với trường hợp mẫu cột không bị

ăn mòn, kết quả đã cho thấy sự tương đồng về độ cứng ban đầu của cột và khả năng chịu lực với sai số tương đối nhỏ (dưới 5%) Tương tự với kết quả thu được với các mẫu cột còn lại, trong trường hợp độ ăn mòn 5% và 10%, sai số tính toán ra được là dưới 8, Tuy nhiên mô hình số cho ra kết quả về khả năng chịu lực cao hơn thí nghiệm với mức

độ ăn mòn là 20% Điều này được lí giải bởi vì với mức độ ăn mòn lớn, ăn mòn cục bộ xuất hiện nhiều hơn khi cột tiếp xúc lâu hơn với quá trình ăn mòn gia tốc Sự hạn chế của

mô phỏng phần tử hữu hạn trong việc mô hình hóa sự ăn mòn cục bộ do giới hạn của kích thước lưới cũng như sự hạn chế của dữ liệu cung cấp từ thực nghiệm.

Theo phân tích số, sự phá hủy của các mẫu cột thí nghiệm LC

10 xảy ra khi ứng suất trong các cốt thép dọc ở biên của tải trọng lệch tâm tăng dần, kèm theo là các vết nứt hình thành trong vùng chịu kéo Với độ lệch tâm lớn (

tăng tải trọng tác dụng, vết nứt không phát triển nhiều trên vùng bê tông chịu nén mà hình thành thêm các vết nứt nghiên ở đầu cột đánh dấu cho sự phá hoại giòn Độ lệch tâm dẫn đến sự xuất hiện của mômen uốn gây ra ứng suất kéo cao ở mặt đối diện với

vị trí tải trọng tác dụng Cột tiếp tục chịu tải tốt cho đến giai đoạn trước khi bị hư hỏng

Biểu đồ tải trọng – chuyển vị của các mẫu cột bởi thực nghiệm và mô phỏng

Chuyển vị ngang (mm)

0 20 40 60 80 100

Chuyển vị ngang (mm) LC-0-5-Test LC-0-5-FEM

Chuyển vị ngang

Chuyển vị ngang (mm) (b) Cột LC-0-5

ăn mòn, kết quả đã cho thấy sự tương đồng về độ cứng ban đầu của cột và khả năng chịu lực với sai số tương đối nhỏ (dưới 5%) Tương tự với kết quả thu được với các mẫu cột còn lại, trong trường hợp độ ăn mòn 5% và 10%, sai số tính toán ra được là dưới 8,

Tuy nhiên mô hình số cho ra kết quả về khả năng chịu lực cao hơn thí nghiệm với mức

độ ăn mòn là 20% Điều này được lí giải bởi vì với mức độ ăn mòn lớn, ăn mòn cục bộ xuất hiện nhiều hơn khi cột tiếp xúc lâu hơn với quá trình ăn mòn gia tốc Sự hạn chế của

mô phỏng phần tử hữu hạn trong việc mô hình hóa sự ăn mòn cục bộ do giới hạn của kích thước lưới cũng như sự hạn chế của dữ liệu cung cấp từ thực nghiệm.

Theo phân tích số, sự phá hủy của các mẫu cột thí nghiệm LC

10 xảy ra khi ứng suất trong các cốt thép dọc ở biên của tải trọng lệch tâm tăng dần, kèm theo là các vết nứt hình thành trong vùng chịu kéo Với độ lệch tâm lớn (

tăng tải trọng tác dụng, vết nứt không phát triển nhiều trên vùng bê tông chịu nén mà hình thành thêm các vết nứt nghiên ở đầu cột đánh dấu cho sự phá hoại giòn Độ lệch tâm dẫn đến sự xuất hiện của mômen uốn gây ra ứng suất kéo cao ở mặt đối diện với

vị trí tải trọng tác dụng Cột tiếp tục chịu tải tốt cho đến giai đoạn trước khi bị hư hỏng

Biểu đồ tải trọng – chuyển vị của các mẫu cột bởi thực nghiệm và mô phỏng

Chuyển vị ngang (mm)

Chuyển vị ngang

0

20

40

60

80

100

Chuyển vị ngang (mm)

LC-0-10-Test LC-0-10-FEM

Chuyển vị ngang (mm) (c) Cột LC-0-10

năng chịu lực và trạng thái giới hạn (xem ảng 4) Đối với trường hợp mẫu cột không bị

ăn mòn, kết quả đã cho thấy sự tương đồng về độ cứng ban đầu của cột và khả năng chịu lực với sai số tương đối nhỏ (dưới 5%) Tương tự với kết quả thu được với các mẫu cột còn lại, trong trường hợp độ ăn mòn 5% và 10%, sai số tính toán ra được là dưới 8, Tuy nhiên mô hình số cho ra kết quả về khả năng chịu lực cao hơn thí nghiệm với mức

độ ăn mòn là 20% Điều này được lí giải bởi vì với mức độ ăn mòn lớn, ăn mòn cục bộ xuất hiện nhiều hơn khi cột tiếp xúc lâu hơn với quá trình ăn mòn gia tốc Sự hạn chế của

mô phỏng phần tử hữu hạn trong việc mô hình hóa sự ăn mòn cục bộ do giới hạn của kích thước lưới cũng như sự hạn chế của dữ liệu cung cấp từ thực nghiệm.

Theo phân tích số, sự phá hủy của các mẫu cột thí nghiệm LC

10 xảy ra khi ứng suất trong các cốt thép dọc ở biên của tải trọng lệch tâm tăng dần, kèm theo là các vết nứt hình thành trong vùng chịu kéo Với độ lệch tâm lớn (

tăng tải trọng tác dụng, vết nứt không phát triển nhiều trên vùng bê tông chịu nén mà hình thành thêm các vết nứt nghiên ở đầu cột đánh dấu cho sự phá hoại giòn Độ lệch tâm dẫn đến sự xuất hiện của mômen uốn gây ra ứng suất kéo cao ở mặt đối diện với

vị trí tải trọng tác dụng Cột tiếp tục chịu tải tốt cho đến giai đoạn trước khi bị hư hỏng

Biểu đồ tải trọng – chuyển vị của các mẫu cột bởi thực nghiệm và mô phỏng

Chuyển vị ngang (mm)

Chuyển vị ngang

Chuyển vị ngang

0 20 40 60 80 100

Chuyển vị ngang (mm) LC-0-20-Test LC-0-20-FEM

(d) Cột LC-0-20 Hình 4 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị của các mẫu cột bởi thực nghiệm và mô phỏng

Bảng 4 So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng

và 23,2% đối với cốt thép đai), cơ chế phá hoại của cột LC-0-20 dần chuyển sang dạng phá hoại dẻo Đặc trưng của loại phá hoại này xuất phát từ sự chảy dẻo của cốt thép dọc trước khi bê tông ở đầu cột

bị phá hoại do độ lệch tâm tương đối lớn Ứng xử kết cấu thu được từ các mẫu cột trong phân tích số của nghiên cứu này phù hợp với các kết quả thực nghiệm thông qua các biểu đồ quan hệ tải trọng -chuyển vị và hình dạng vết nứt của cột mô phỏng ở trạng thái phá hủy như minh họa trên Hình5

73

Nam, B H., và cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

hoàn toàn với các vết nứt ở đầu cột Hiện tượng phá hoại xuất hiện ở gần hai

đầu cột khi bê tông nứt vỡ Mặt khác, với sự gia tăng mức độ ăn mòn cốt thép (8,6% đối

với cốt thép dọc và 23,2% đối với cốt thép đai), cơ chế phá hoại của cột LC dần

chuyển sang dạng phá hoại dẻo Đặc trưng của loại phá hoại này xuất phát từ sự chảy dẻo

của cốt thép dọc trước ở đầu cột bị phá hoại do độ lệch tâm tương đối lớn

Ứng xử kết cấu thu được từ các mẫu cột số của nghiên cứu này phù hợp

với kết quả thực nghiệm biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị

dạng vết nứt của cột mô phỏng ở trạng hái phá hủy như minh họa trên Hình 5

Hình 5 Dạng phá hoại của các mẫu cột mô hình

Tên cấu kiện Tải trọng phá hoại

Mô phỏng Thực nghiệm Chênh lệch

Nghiên cứu tham số

Trong phần này, các mẫu cột mô hình có cùng thông số hình học và tính chất vật

liệu giống như mẫu cột ăn mòn LC 10 trong nghiên cứu thực nghiệm của Li và cộng

sự (2020) [1] Để kiểm chứng độ chính xác và khả năng đánh giá ứng xử cơ học của các

cột ăn mòn khác nhau, hai tham số đã được khảo sát, đó là độ lệch tâm và khoảng cách

giữa các cốt thép đai Khi một tham số được khảo sát, các tham số còn lại được khai báo

(a) Cột LC-0-0

hoàn toàn với các vết nứt ở đầu cột Hiện tượng phá hoại xuất hiện ở gần hai đầu cột khi bê tông nứt vỡ Mặt khác, với sự gia tăng mức độ ăn mòn cốt thép (8,6% đối với cốt thép dọc và 23,2% đối với cốt thép đai), cơ chế phá hoại của cột LC dần chuyển sang dạng phá hoại dẻo Đặc trưng của loại phá hoại này xuất phát từ sự chảy dẻo của cốt thép dọc trước ở đầu cột bị phá hoại do độ lệch tâm tương đối lớn Ứng xử kết cấu thu được từ các mẫu cột số của nghiên cứu này phù hợp với kết quả thực nghiệm biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị

dạng vết nứt của cột mô phỏng ở trạng hái phá hủy như minh họa trên Hình 5

Hình 5 Dạng phá hoại của các mẫu cột mô hình

Tên cấu kiện Tải trọng phá hoại

Mô phỏng Thực nghiệm Chênh lệch

Nghiên cứu tham số

Trong phần này, các mẫu cột mô hình có cùng thông số hình học và tính chất vật liệu giống như mẫu cột ăn mòn LC 10 trong nghiên cứu thực nghiệm của Li và cộng

sự (2020) [1] Để kiểm chứng độ chính xác và khả năng đánh giá ứng xử cơ học của các cột ăn mòn khác nhau, hai tham số đã được khảo sát, đó là độ lệch tâm và khoảng cách giữa các cốt thép đai Khi một tham số được khảo sát, các tham số còn lại được khai báo

(b) Cột LC-0-5

đầu cột khi bê tông nứt vỡ Mặt khác, với sự gia tăng mức độ ăn mòn cốt thép (8,6% đối với cốt thép dọc và 23,2% đối với cốt thép đai), cơ chế phá hoại của cột LC dần chuyển sang dạng phá hoại dẻo Đặc trưng của loại phá hoại này xuất phát từ sự chảy dẻo của cốt thép dọc trước ở đầu cột bị phá hoại do độ lệch tâm tương đối lớn Ứng xử kết cấu thu được từ các mẫu cột số của nghiên cứu này phù hợp với kết quả thực nghiệm biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị

dạng vết nứt của cột mô phỏng ở trạng hái phá hủy như minh họa trên Hình 5

Hình 5 Dạng phá hoại của các mẫu cột mô hình

Tên cấu kiện Tải trọng phá hoại

Mô phỏng Thực nghiệm Chênh lệch

Nghiên cứu tham số

Trong phần này, các mẫu cột mô hình có cùng thông số hình học và tính chất vật liệu giống như mẫu cột ăn mòn LC 10 trong nghiên cứu thực nghiệm của Li và cộng

sự (2020) [1] Để kiểm chứng độ chính xác và khả năng đánh giá ứng xử cơ học của các cột ăn mòn khác nhau, hai tham số đã được khảo sát, đó là độ lệch tâm và khoảng cách giữa các cốt thép đai Khi một tham số được khảo sát, các tham số còn lại được khai báo

(c) Cột LC-0-10

hoàn toàn với các vết nứt ở đầu cột Hiện tượng phá hoại xuất hiện ở gần hai đầu cột khi bê tông nứt vỡ Mặt khác, với sự gia tăng mức độ ăn mòn cốt thép (8,6% đối với cốt thép dọc và 23,2% đối với cốt thép đai), cơ chế phá hoại của cột LC dần chuyển sang dạng phá hoại dẻo Đặc trưng của loại phá hoại này xuất phát từ sự chảy dẻo của cốt thép dọc trước ở đầu cột bị phá hoại do độ lệch tâm tương đối lớn Ứng xử kết cấu thu được từ các mẫu cột số của nghiên cứu này phù hợp với kết quả thực nghiệm biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị

dạng vết nứt của cột mô phỏng ở trạng hái phá hủy như minh họa trên Hình 5

Hình 5 Dạng phá hoại của các mẫu cột mô hình

Tên cấu kiện Tải trọng phá hoại

Mô phỏng Thực nghiệm Chênh lệch

Nghiên cứu tham số

Trong phần này, các mẫu cột mô hình có cùng thông số hình học và tính chất vật liệu giống như mẫu cột ăn mòn LC 10 trong nghiên cứu thực nghiệm của Li và cộng

sự (2020) [1] Để kiểm chứng độ chính xác và khả năng đánh giá ứng xử cơ học của các cột ăn mòn khác nhau, hai tham số đã được khảo sát, đó là độ lệch tâm và khoảng cách giữa các cốt thép đai Khi một tham số được khảo sát, các tham số còn lại được khai báo

(d) Cột LC-0-20 Hình 5 Dạng phá hoại của các mẫu cột mô hình

4 Nghiên cứu tham số

Trong phần này, các mẫu cột mô hình có cùng thông số hình học và tính chất vật liệu giống như mẫu cột ăn mòn LC-0-10 trong nghiên cứu thực nghiệm của Li và cs (2020) [1] Để kiểm chứng độ chính xác và khả năng đánh giá ứng xử cơ học của các cột ăn mòn khác nhau, hai tham số đã được khảo sát, đó là độ lệch tâm và khoảng cách giữa các cốt thép đai Khi một tham số được khảo sát, các tham số còn lại được khai báo giống như cột ăn mòn LC-0-10 (xem mục 3.1) Bảng5giới thiệu các thông số về độ lệch tâm e thay đổi trong khoảng 0 – 1h và khoảng cách cốt thép đai thay đổi trong khoảng 100 – 300 mm được sử dụng trong nghiên cứu tham số

Bảng 5 Tham số độ lệch tâm và khoảng cách cốt thép đai

C10-0-100 C10-0.5-100 C10-1-100 LC-0-10-FEM C10-0.83-200 C10-0.83-300

4.1 Ảnh hưởng của độ lệch tâm

Hình6giới thiệu các biểu đồ tải trọng – chuyển vị thu được trong nghiên cứu số cho các cột mô hình ký hiệu là C10-0-100, C10-0.5-100, LC-0-10-FEM và C10-1-100 tương ứng với các độ lệch tâm

elần lượt là 0, 0,5h, 0,83h và 1h với chiều cao cột h = 120 mm và có cùng khoảng cách 100 mm giữa các cốt thép đai ở bụng cột Những kết quả thu được chỉ ra rằng độ lệch tâm có vai trò quan trọng đối với khả năng chịu lực và độ cứng của cột ăn mòn Khi tăng độ lệch tâm thì tải trọng giới hạn của cột

ăn mòn bị giảm rõ rệt Tương tự, quan sát trên Hình6nhận thấy rằng độ dốc của các biểu đồ giảm

74