Xác định các đặc trưng vật liệu tương đương thay đổi theo thời gian của kết cấu bê tông cốt thép bằng phương pháp đồng nhất hóa

Tác giả: ThS. NCS. NGUYỄN XUÂN LAM; TS. LÊ BÁ ANH; TS. VŨ BÁ THÀNH; PGS. TS. NGUYỄN DUY TIẾN; PGS. TS. NGUYỄN NGỌC LONG - Trường Đại học Giao thông vận tải

Phần tử thể tích đặc trưng REV của vật liệu BTCT (hình tròn là cốt thép, phần còn lại là bê tông) chia lưới tam giác cho REV

Việc xác định các đặc trưng vật liệu tương đương của lớp vỏ BTCT trong một kết cấu bê tông khối lớn như trụ cầu phụ thuộc theo thời gian nhất là trong giai đoạn hình thành cường độ của bê tông là rất cần thiết, bởi các đặc trưng vật liệu này được dùng để: (i) phân tích các ứng xử vật liệu của kết cấu trong thời kỳ bê tông non tuổi; (ii) chính xác hóa phân tích kết cấu với việc sử dụng hai loại vật liệu là vật liệu thuần bê tông ở khu vực lõi kết cấu và vật liệu BTCT tương đương ở lớp vỏ bên ngoài kết cấu. Để đáp ứng các yêu cầu trên, phương pháp đồng nhất hóa vật liệu [1,2] có thể được sử dụng như là một công cụ hữu hiệu để xác định các đặc trưng vật liệu tương đương này. Trong [1], phương pháp đồng nhất hóa có thể được sử dụng với điều kiện biên theo biến dạng hoặc ứng suất với việc khống chế biến dạng hoặc ứng suất tại biên của kết cấu nhưng vẫn phải thỏa mãn hệ phương trình chung của ứng xử vật liệu như phương trình cân bằng và phương trình của định luật Hook cho vật liệu đàn hồi.

Trong phương pháp đồng nhất hóa, một vấn đề quan trọng là phải xác định một phần tử thể tích đặc trưng (REV) có kích thước nhỏ so với kích thước kết cấu, tuy nhiên vẫn thể hiện đầy đủ tính chất của kết cấu để giảm thời gian tính toán. Một cách xác định kích thước REV có thể được tìm thấy trong [3] đối với vật liệu tuyến tính và phi tuyến theo phương pháp tiếp cận dựa trên các sơ đồ phân tích thực nghiệm. Cách tiếp cận thứ hai của việc xác định kích thước của REV là dựa trên phương pháp số như phương pháp phần tử hữu hạn được đưa ra trong vài nghiên cứu của [4,5,6]. Cách tiếp cận thứ ba là sử dụng một khối với kích thước trung gian (mesoscopic scale) được chứng minh là có thể đại diện cho kết cấu để đồng nhất hóa. Trong bài báo này, tác giả sử dụng phương pháp đồng nhất hóa với điều kiện biên theo biến dạng để xác định đặc trưng vật liệu tương đương của một khối kết cấu với kích thước trung gian gồm hai vật liệu thành phần bê tông và cốt thép có kích thước được xác định theo nghiên cứu của Nguyễn Xuân Lam và Thẩm Quốc Thắng [7] với việc phụ thuộc vào đường kính của cốt thép dọc và cốt thép đai hay mật độ cốt thép bố trí trong kết cấu.

Mời độc giả xem nội dung đầy đủ bài khoa học tại đây