Phân tích dầm thép - bê tông liên hợp có xét đến tương tác không toàn phần của liên kết chịu cắt bằng phương pháp ma trận độ cứng trực tiếp

Nội dung text: Phân tích dầm thép - bê tông liên hợp có xét đến tương tác không toàn phần của liên kết chịu cắt bằng phương pháp ma trận độ cứng trực tiếp

1. Science & Technology Development, Vol 10, No.11 - 2007 PHÂN TÍCH DẦM THÉP - BÊ TƠNG LIÊN HỢP CĨ XÉT ĐẾN TƯƠNG TÁC KHƠNG TỒN PHẦN CỦA LIÊN KẾT CHỊU CẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP MA TRẬN ĐỘ CỨNG TRỰC TIẾP Nguyễn Văn Chúng, Bùi Cơng Thành Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG – HCM (Bài nhận ngày 11tháng 03 năm 2007) TĨM TẮT: Bài báo trình bày phương pháp ma trận độ cứng trực tiếp để phân tích ứng xử của dầm thép-bê tơng liên hợp cĩ xét đến biến dạng trượt do tương tác khơng tồn phần của liên kết cắt. Phương pháp này khơng cần xấp xỉ hàm chuyển vị qua các đa thức hàm dạng. Ma trận độ cứng K được xác định trực tiếp bằng cách gán các chuyển vị đơn vị cho các thành phần chuyển vị của véc tơ chuyển vị của phần tử. Chương trình tính tốn dựa vào phương pháp ma trận độ cứng trực tiếp viết bằng ngơn ngữ Matlab, áp dụng để khảo sát các bài tốn cơ bản và so sánh với các kết quả khác. 1. GIỚI THIỆU Trong những thập niên gần đây, sự phát triển của ngành cơng nghiệp xây dựng đặc biệt trong xây dựng cao ốc, yêu cầu về mặt kiến trúc, kỹ thuật, kinh tế rất cao. Nên việc lựa chọn giải pháp kiến trúc, kết cấu là một vấn đề lớn đặt ra cho ngành thiết kế xây dựng. Giải pháp sử dụng kết cấu bê tơng cốt thép cổ điển khơng đáp ứng được yêu cầu; cùng với sự phát triển của thép và bê tơng cường độ cao thì việc sử dụng kết cấu thép-bê tơng liên hợp đã đáp ứng được các yêu cầu đặt ra trong xây dựng. Ngày nay, chúng được sử dụng rộng rãi trong kết cấu hiện đại và đã thể hiện được những ưu điểm trong quá trình sử dụng. Hiện nay, cĩ nhiều nghiên cứu về ứng xử của dầm thép-bê tơng liên hợp (gọi tắt là dầm liên hợp LH) đã được báo cáo; từ lý thuyết dầm LH của Timoshenko [6]; đến mơ hình dầm LH của Newmark [1] và các nghiên cứu gần đây, đáng chú ý là các nghiên cứu: mơ hình dầm LH 6 bậc tự do với lời giải phương trình vi phân dưới dạng độ cong [3]; phương pháp ma trận độ cứng trực tiếp với mơ hình phần tử 6 bậc tự do; phương pháp phần tử hữu hạn với 12 bậc tự do [2]. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu ứng xử của dầm LH là hết sức cần thiết. Bài báo này giới thiệu phương pháp ma trận độ cứng trực tiếp (ĐCTT) để phân tích ứng xử của dầm LH cĩ xét đến sự tương tác khơng tồn phần của liên kết chịu cắt. Phương pháp này sử dụng mơ hình phần tử với 8 bậc tự do, ma trận độ cứng phần tử được xác định bằng cách lần lượt gán các chuyển vị đơn vị cho các thành phần của véc tơ chuyển vị phần tử. Trên cơ sở phương pháp này, chương trình tính tốn ứng dụng viết bằng Matlab để khảo sát một số ví dụ minh họa và so sánh với các kết quả nghiên cứu khác. Kết quả thu được trình bày dưới dạng biểu đồ và bảng biểu. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT [1], [2], [4], [5] 2.1 Phương trình quan hệ ứng suất biến dạng Xét dầm LH cĩ đặc trưng tiết diện và biểu đồ biến dạng (hình 1) với các giả thuyết sau: 1. Mặt cắt ngang tiết diện vẫn phẳng trước và sau biến dạng 2. Chuyển vị đứng của bản bê tơng và thép bằng nhau 3. Mối quan hệ giữa lực cắt và biến dạng trượt là tuyến tính 4. Ứng xử của vật liệu là đàn hồi tuyến tính Trang 74
2. TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 10, SỐ 11 - 2007 Các kí hiệu đặc trưng tiết diện như sau: ƒ Ac, Ar, As: diện tích bản bê tơng, thép gia cường, dầm thép ƒ A1, A2, A: diện tích tiết diện phần tử 1, 2, cả tiết diện ƒ A1 = Ac + Ar; A2 = As; A=A1+A2 ƒ Sc, Sr, Ss: mơ men tĩnh thành phần của bê tơng, thép gia cường, dầm thép đối với trục tham chiếu ƒ Ic, Ir, Is: mơ men quán tính thành phần của bê tơng, thép gia cường, dầm thép đối với trục tham chiếu ƒ Ec, Er, Es: mơ đun đàn hồi của bê tơng, thép gia cường, thép dầm ƒ AE1 = Ac Ec + Ar Er ; AE2 = As Es ; AE = AE1 + AE2 ; SE1 = Sc Ec + S r Er ƒ SE2 = S s Es ; SE = SE1 + SE2 ; IE1 = I c Ec + I r Er ; IE2 = I s Es ; IE = IE1 + IE2 Trong hình 1, các ký hiệu như sau: y0 là khoảng cách tính từ mép trên của tiết diện đến trục tham chiếu; u’0 là biến dạng dọc ở mép trên của tiết diện; s’ là biến dạng trượt; v” là độ cong; u’n là biến dạng dọc ở vị trí trục tham chiếu. Phần tử 1 u' s' 0 y0 v" Trục tham chiếu y Phần tử 2 u'n Hình 1: Mặt cắt tiết diên; biểu đồ biến dạng dầm LH Theo giả thuyết ban đầu, phương trình quan hệ ứng suất-biến dạng của dầm LH như sau: ' ' σ c = Ecε c = Ec [u0 + (y + y0 )v"]; σ r = Erε r = Er [u0 + (y + y0 )v"] ' σ s = Esε s = Es [u0 + (y + y0 )v"+s'] (1) Hay viết dưới dạng tổng quát sau: ' σ γ = Eγ [u0 + (y + y0 )v"+s'δ γs ] (2) trong đĩ: γ = c,r, s ; γ cs = 0;γ rs = 0;γ ss = 1 Khi xét quan hệ lực cắt với biến dạng trượt tuyến tính, ta cĩ: q = ks (3) trong đĩ: q là lực cắt đơn vị, k là độ cứng liên kết cắt và s là chuyển vị trượt Trang 75
3. Science & Technology Development, Vol 10, No.11 - 2007 2.2 Thiết lập phương trình chuyển vị, biến dạng Xét phần tử dầm LH tổng quát và phần tử 1 ở trạng thái tự do như hình 2, 3 w δz 0 M ML 1 1 + 1 N0 N N N δz NL R0 RL q(z) z L Hình 2: Mơ hình dầm LH tổng quát Hình 3: Phần tử 1 ở trạng thái tự do 2.2.1 Các thành phần nội lực Các thành phần nội lực trong phần tử dầm LH xác định như sau: 2 N = σ dA = N + N ; M = σydA (4) ∑ ∫ i i 1 2 ∫ i=1 Ai A Trong đĩ: N1, N2: là lực dọc phần tử 1, 2; N, M: là lực dọc, mơ ment phần tử Từ (2) và (4), các thành phần nội lực xác định như sau: N = σdA = AE u ' + SE v"+ y AE v"; 1 ∫ 1 0 1 0 1 A1 N = σdA = AE u ' + SE v"+ y AE v"+AE s' (5) 2 ∫ 1 0 1 0 1 2 A2 ' N = N1 + N 2 = AEu0 + SEv"+ y0 AEv"+AE2 s' (6) M = yσdA = SEu ' + IEv"+ y SEv"+SE s' (7) ∫ 0 0 2 A 2.2.2 Phương trình chuyển vị, biến dạng v’; v; un ’ Giải các phương trình (6), (7) với các ẩn là u0 và v” ta được phương trình sau: ' u0 = a1 N + a2 M + a3 s' (8) " v = b1 N + b2 M + b3s' (9) Xét phần tử dầm cĩ chiều dài z, từ (9) lấy tích phân theo z, ta được phương trình chuyển vị, gĩc xoay như sau: v'= a Mdz + a Ndz + a s'dz + D (10) 1 ∫ 2 ∫ 3 ∫ 1 v = v'dz + D = a Mdzdz + a Ndzdz + a s'dzdz +D z + D (11) ∫ 2 1 ∫∫ 2 ∫∫ 3 ∫∫ 1 2 Chuyển vị trượt tại mặt tiếp xúc tính như sau: s = un − u0 − y0v' (12) Từ phương trình (12), xác định un, sau đĩ lấy đạo hàm theo biến z, ta được: Trang 76
4. TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 10, SỐ 11 - 2007 ' ' ' un = u0 + y0v"+s (13) Thay (8), (9) vào (13) ta được: ' un = l1M + l2 N + l3 s' (14) Lấy tích phân phương trình (14) theo chiều dài phần tử, ta được: u = l Mdz + l Ndz + l s'dz + D (15) n 1 ∫ 2 ∫ 3 ∫ 3 trong đĩ: SE + y AE y SE + AE a = − 0 ; a = 0 ; 1 AEIE − SE 2 2 AEIE − SE 2 SESE + y (SE AE − SE AE ) − AE IE a = − 2 0 2 1 1 2 2 3 AEIE − SE 2 AE SE SE AE − SE AE b = ; b = − ; b = 1 2 2 1 1 AEIE − SE 2 2 AEIE − SE 2 3 AEIE − SE 2 l1 = a1 + y0b1 ; l2 = a2 + y0b2 ; l3 = a3 + y0b3 +1 2.2.3 Phương trình chuyển vị và biến dạng trượt s, s’ Xét phần tử 1 của dầm LH với trạng thái giải phĩng liên kết tự do như hình 3. Thay (8), (9) vào (5), ta được: ' N 1= q1M + q2 N + q3 s (16) trong đĩ: SE AE − SE AE AE IE − SE SE SE 2 AE + SE AE − IEAE AE q = 1 2 2 1 ; q = 1 1 ; q = 1 2 2 1 1 2 1 AEIE − SE 2 2 AEIE − SE 2 3 AEIE − SE 2 Phương trình cân bằng phần tử 1 như sau: dN (N + 1 δz + qδz) − N = 0 (17) 1 dz 1 Từ (4), (16) và (17), ta được phương trình sau: d 2 s dM dN α − ks = α + α (18) dz 2 1 dz 2 dz αs"−ks = α1M '+α 2 N' (19) SE 2 AE + SE 2 AE − IEAE AE SE AE − SE AE Trong đĩ:α = − 1 2 2 1 1 2 ;α = 1 2 2 1 AEIE − SE 2 1 AEIE − SE 2 AE IE − SE BE α = 1 1 2 AEIE − SE 2 Giải phương trình (19), ta được nghiệm tổng quát như sau:: μz −μz s = C1e + C2e + s0, p (20) k Trong đĩ: μ 2 = ; s : là nghiệm riêng phụ thuộc vào tải tác dụng α 0, p Trang 77
5. Science & Technology Development, Vol 10, No.11 - 2007 2.3. Thiết lập ma trận độ cứng k – véc tơ tải tương đương 2.3.1 Phương trình cân bằng Xét phần tử dầm LH chịu tác dụng của tải phân bố đều w. Véc tơ chuyển vị phần tử gồm cĩ 8 bậc tự do, mỗi nút gồm 4 bậc tự do. Các thành phần chuyển vị nút phần tử gồm: chuyển vị đứng, gĩc xoay, chuyển vị trượt được mơ tả như hình 4. Phần tử 1 N10 N1L M0 ML N0 NL R0 RL z Phần tử 2 y0 unL un0 v0 vL v'L v'0 sL s0 Hình 4: Các thành phần chuyển vị và phản lực nút phần tử Phương trình cân bằng tổng quát của phần tử dầm LH biểu diễn quan hệ giữa các thành phần chuyển vị nút và phản lực nút như sau: ⎡ k11 k12 k13 k14 k15 k16 k17 k18 ⎤ ⎢ k k k k k k k ⎥ ⎢ 22 23 24 25 26 27 28 ⎥ ⎢ k33 k34 k35 k36 k37 k38 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ k44 k45 k46 k47 k48 ⎥ {}q = {}g + {}g (21) ⎢ k k k k ⎥ eq ⎢ 55 56 57 58 ⎥ ⎢ k66 k67 k68 ⎥ ⎢ k k ⎥ ⎢ 77 78 ⎥ ⎣⎢SYM k88 ⎦⎥ ' ' T trong đĩ:{}q = []un0 , v0 , v0 , s0 , unL , vL , vL , s1L T {}g = []N 0 , R0 , M 0 , N10 , N L , RL , M L , N1L {}q , {}g : véc tơ chuyển vị phần tử, véc tơ phản lực nút {g eq }: véc tơ phản lực nút tương đương do tải trọng phân bố đều gây ra 2.3.2 Xác định ma trận độ cứng K Các hệ số của ma trận độ cứng K được thiết lập theo phương trình tổng quát của phần tử cơ bản, phần tử khơng chịu tác dụng của tải trọng ngồi, bằng cách lần lượt gán các chuyển vị đơn vị cho các thành phần của véc tơ chuyển vị phần tử. Trang 78
6. TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 10, SỐ 11 - 2007 Thành phần nội lực tại vị trí z và nghiệm của phương trình (20) của dầm cơ bản như sau: M = −M 0 +R 0 z ; N = −N 0 ; (22) α s = C e μz + C e −μz − 1 R (23) 1 2 k 0 2.3.2.1 Xác định hệ số cột thứ nhất của ma trận K Gán chuyển vị đơn vị cho thành phần thứ nhất của q, khi đĩ ta cĩ: T {}q = []1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 (1) (24) Từ (21) và (24), ta cĩ: ⎡ k11 k12 k13 k14 k15 k16 k17 k18 ⎤⎧1⎫ ⎧ N 0 ⎫ ⎧k11 ⎫ ⎧ N0 ⎫ ⎢ k k k k k k k ⎥⎪0⎪ ⎪ R ⎪ ⎪k ⎪ ⎪ R ⎪ ⎢ 22 23 24 25 26 27 28 ⎥⎪ ⎪ ⎪ 0 ⎪ ⎪ 21⎪ ⎪ 0 ⎪ ⎢ k33 k34 k35 k36 k37 k38 ⎥⎪0⎪ ⎪M 0 ⎪ ⎪k31 ⎪ ⎪M 0 ⎪ ⎢ ⎥⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎢ k44 k45 k46 k47 k48 ⎥⎪0⎪ ⎪N10 ⎪ ⎪k41⎪ ⎪N10 ⎪ ⎨ ⎬ = ⎨ ⎬ ⇔ ⎨ ⎬ = ⎨ ⎬ (25) ⎢ k k k k ⎥ 0 N k N ⎢ 55 56 57 58 ⎥⎪ ⎪ ⎪ 10 ⎪ ⎪ 51 ⎪ ⎪ 10 ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎢ k66 k67 k68 ⎥ 0 RL k61 RL ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎢ k k ⎥ 0 M k M ⎢ 77 78 ⎥⎪ ⎪ ⎪ L ⎪ ⎪ 71 ⎪ ⎪ L ⎪ SYM k ⎪ ⎪ ⎪N ⎪ ⎪k ⎪ ⎪N ⎪ ⎣⎢ 88 ⎦⎥⎩0⎭ ⎩ 1L ⎭(1) ⎩ 81 ⎭ ⎩ 1L ⎭(1) Các hệ số của cột thứ nhất của ma trận K được xác định theo (25). Các phản lực nút được xác định từ các phương trình (10), (11), (15), (16), (22) và (23). Sử dụng 5 điều kiện để xác định các hệ số C1, C2, D1, D2 và D3 như sau: α s = 0 ↔ C e μz + C e −μz − 1 R = 0 (26) 0 1 2 k 0 z=0 α s = 0 ↔ C e μz + C e −μz − 1 R = 0 (27) L 1 2 k 0 z=L v = 0 ↔ b Mdzdz + b Ndzdz + b s'dzdz +D z + D = 0 (28) 0 1 ∫∫ 2 ∫∫ 3 ∫∫ 1 2 z=0 v = 0 ↔ b Mdzdz + b Ndzdz + b s'dzdz +D z + D = 0 (29) L 1 ∫∫ 2 ∫∫ 3 ∫∫ 1 2 z=L u = 1 ↔ l Mdz + l Ndz + l s'dz + D = 1 (30) n0 1 ∫ 2 ∫ 3 ∫ 3 z=0 Sử dụng 3 điều kiện tiếp theo xác định các thành phần phản lực nút N0, R0, M0 như sau: ' v 0 = 0 ↔ b Mdzdz + b Ndzdz + b s'dzdz +D = 0 (31) 1 ∫∫ 2 ∫∫ 3 ∫∫ 1 z=0 ' v L = 0 ↔ b Mdzdz + b Ndzdz + b s'dzdz +D = 0 (32) 1 ∫∫ 2 ∫∫ 3 ∫∫ 1 z=L u = 0 ↔ l Mdz + l Ndz + l s'dz + D = 0 (33) nL 1 ∫ 2 ∫ 3 ∫ 3 z=L Các thành phần phản lực nút NL, RL, ML xác định theo điều kiện cân bằng của phần tử cơ bản và phương trình (22). Các thành phần phản lực nút N10; N1L được xác định theo phương trình cân bằng của phần tử 1 từ phương trình (16) như sau: N10 = N1 Z =0 ; N1L = −N1 Z =L (34) Trang 79
7. Science & Technology Development, Vol 10, No.11 - 2007 Vậy các hệ số của cột thứ 1 được xác định Tương tự, các hệ số của cột thứ 2 đến 8 của ma trận K cũng được xác định như trên. 2.3.2.2 Xác định véc tơ tải phản lực nút tương đương do tải phân bố đều w gây ra Thành phần nội lực của phần tử chịu tác dụng của tải w tại z và nghiệm của (20) như sau: wz 2 M = −M +R z − ; N = −N (35) 0 0 2 0 α α w s = C e μz + C e −μz − 1 R + 1 z (36) 1 2 k 0 k Gán các thành phần chuyển vị của véc tơ tải phần tử bằng khơng, ta cĩ: T {}d = []0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 (q) (37) Tương tự như 2.3.2.1, ta xác định được hệ số của véc tơ tải tương đương do w gây ra. 3. VÍ DỤ MINH HỌA 3.1 Dầm liên hợp đơn giản chịu tác dụng của tải phân bố đều w Xét dầm đơn giản cĩ sơ đồ tính và đặc trưng mặt cắt tiết diện như hình 5. Mơ đun đàn hồi vật liệu của bê tơng, thép lần lượt là: Ec=2.1e7KPa, Es=2.1e8KPa; độ cứng liên kết cắt k=122.24e3KPa. Phương pháp ma trận độ cứng trực tiếp áp dụng cho bài tốn với mơ hình một phần tử. Xét ứng xử của dầm với các cấp tải khác nhau. w(kN/m) 680 100 6 200 2800 12 180 Hình 5: Sơ đồ tính và mặt cắt tiết diện của dầm LH Khảo sát giá trị chuyển vị đứng ở giữa nhịp của dầm. So sánh kết quả tính tốn với kết quả của các phương pháp khác: nhĩm tác giả Hồng Tùng, Faella với lời giải phương trình vi phân cơ bản của mơ hình Newmark; phần mềm PTHH Ansys [6]. Kết quả cho thấy với cấp tải nhỏ hơn 300KN/m phương pháp ĐCTT cĩ sai số so với Ansys từ 0,5% đến 10%, trong khi đĩ phương pháp của tác giả Hồng Tùng, Faella cĩ sai số với Ansys từ 22% đến 30%. Kết quả so sánh cho thấy phương pháp ĐCTT cĩ sai số với Ansys ít hơn, cĩ độ tin cậy cao khi sử dụng. Kết quả so sánh thể hiện ở bảng 1 và hình 6. Trang 80
8. TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 10, SỐ 11 - 2007 400 350 300 250 200 w (KN/m) 150 100 50 0 0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 Wmax (mm) ĐCTT Tung Ansys Hình 6: Biểu đồ so sánh wmax các phương pháp Bảng 1: Kết quả tính tốn của các phương pháp Tung, Faella Sai số Sai số ĐCTT (1) Ansys (3) (2) (2)&(3) (%) (1)&(3) (%) Cấp w Cấp w w Gía trị xét theo cấp tải max max Cấp tải max tải (mm) tải (mm) (mm) của ĐCTT 0 0.000 0 0.000 0 0.000 35 1.794 35 1.139 7 0.326 -30.52 9.38 70 3.588 70 2.379 14 0.652 -28.96 7.12 105 5.381 105 3.738 24.5 1.142 -28.13 3.47 140 7.175 140 5.220 40.3 1.895 -26.92 0.45 175 8.969 175 6.823 63.9 3.056 -25.85 -2.53 210 10.763 210 8.544 99.3 4.883 -24.59 -5.01 245 12.557 245 10.378 152.5 7.830 -23.75 -7.74 280 14.350 280 12.320 222.5 12.070 -22.66 -9.92 315 16.114 315 14.365 292.5 16.791 -22.10 -12.61 350 17.938 350 16.508 350 20.956 -21.23 -14.40 3.2 Dầm liên hợp đơn giản chịu tác dụng của lực tập trung P ở giữa nhịp Xét dầm đơn giản cĩ sơ đồ tính và đặc trưng mặt cắt tiết diện như hình 7. Mơ đun đàn hồi vật liệu của bê tơng, thép lần lượt là: Ec=2.1e7KPa, Es=2.1e8KPa; độ cứng liên kết cắt k=184.85e3KPa. Phương pháp ĐCTT áp dụng cho bài tốn với mơ hình hai phần tử. Xét ứng xử của dầm với các cấp tải khác nhau. Trang 81
9. Science & Technology Development, Vol 10, No.11 - 2007 P(kN) 800 100 5000 8.6 400 13.5 180 Hình 7: Sơ đồ tính và mặt cắt tiết diện của dầm LH Khảo sát chuyển vị ở vị trí giữa nhịp của dầm. So sánh kết quả tính tốn với kết quả của phương pháp khác: các kết quả tính tốn và số liệu thực nghiệm của nhĩm Bojam Cas (2004); nhĩm Fabbrocino (1999) [6]; kết quả tính tốn của Hồng Tùng. Kết quả cho thấy với cấp tải nhỏ hơn 300KN, phương pháp ĐCTT cĩ sai số so với nhĩm Bojan Cas từ 2,5% đến 14%; với nhĩm Fabbrocino từ 2,3% đến 6,8%; trong khi phương pháp của Hồng Tùng cĩ sai số khá cao so với kết quả thực nghiệm. Kết quả so sánh thể hiện ở bảng 2 và hình 8. 400 350 300 250 200 P (KN) 150 100 50 0 0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 Wmax (mm) ĐCTT Tung Bojan Fabbrocino Hình 8: Biểu đồ so sánh wmax các trường hợp Bảng 2: Kết quả tính tốn của các phương pháp Giá trị w của các phương pháp Cấp tải max So sánh (%) wmax (mm) P (KN) ĐCTT Tung Bojan Cas Fabbrocino (2)&(3) (2)&(4) (2)&(5) (1) (2) (3) (4) (5) 0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0 0.0 0.0 100 3.418 3.635 3.000 3.200 -6.0 13.9 6.8 Trang 82
10. TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 10, SỐ 11 - 2007 200 6.836 7.638 6.300 6.600 -10.5 8.5 3.6 250 8.545 9.738 8.000 8.200 -12.3 6.8 4.2 300 10.254 11.900 10.000 10.500 -13.8 2.5 -2.3 325 11.108 13.011 12.300 13.000 -14.6 -9.7 -14.6 350 11.962 14.122 16.000 17.300 -15.3 -25.2 -30.9 Như vậy, qua hai ví dụ chứng tỏ phương pháp ĐCTT cĩ kết quả khá tốt so với Ansys và kết quả thực nghiệm. Với cấp tải nhỏ hơn 300KN thì sai số nhỏ hơn 10%. Khi cấp tải lớn hơn 300KN thì sai số từ 12% đến 25%. Ứng xử của dầm LH là hồn tồn phi tuyến, tuy nhiên với cấp tải nhỏ hơn 60% khả năng chịu lực cực hạn thì cĩ thể xem là tuyến tính. Đồng thời nếu xét theo tiêu chuẩn Eurocode 4: ENV 1994 và tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Việt Nam TCXDVN 338:2005 để so sánh thì khi tải trọng lớn hơn 350KN thì độ võng của dầm đã vượt quá giới hạn cho phép L/250. Điều này chứng tỏ phương pháp ĐCTT cĩ độ chính xác khá cao để khảo sát dầm LH trong giai đoạn đàn hồi. 4. KẾT LUẬN Trong bài báo tác giả giới thiệu phương pháp ĐCTT để phân tích dầm thép-bê tơng liên hợp cĩ xét đến biến dạng trượt do tương tác khơng tồn phần của liên kết chịu cắt. Phương pháp cĩ ưu điểm là khơng sử dụng hàm xấp xỉ cho các hàm chuyển vị. Kết quả thu được của phương pháp ĐCTT khá tin cậy so với kết quả tính tốn của Ansys và các kết quả tính tốn thực nghiêm. Mơ hình tính tốn đơn giản, phương pháp ĐCTT cần được nghiên cứu để ứng dụng phân tích ứng xử của kết cấu thép-bê tơng liên hợp đa dạng hơn như dầm LH chịu tác dụng của các loại tải trọng khác nhau, dầm liên tục Bài báo này thực hiện trong khuơn khổ “Đề tài nghiên cứu cấp trường mã số T-KTXD- 2007-31”, Trường Đại Học Bách khoa, ĐHQG TP.HCM. THE ANALYSIS OF CONCRETE - STEEL COMPOSITE BEAMS WITH PARTIAL INTERACTION OF SHEAR CONNECTORS USING DIRECT STIFFNESS METHOD Nguyen Van Chung (1), Bui Cong Thanh (2) (1) University of Technology, VNU-HCM (2) Department of Strength and Structure, Faculty of Civil Engineering ABSTRACT: This paper presents a method for the analysis of concrete-steel composite beams using the direct stiffness method. In this method, no displacement approximation is needed. The stiffness matrix K is obtained directly by taking into account the partial interaction of the shearing connector by restraining all freedoms except the one related to the column consider, for which a unit displacement is imposed. A program using the direct stiffness method which is written in Matlab is applied to some simple illustrative examples. The results obtained are compared to those of the other methods. Trang 83
11. Science & Technology Development, Vol 10, No.11 - 2007 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Newmark NM, Siess CP, Vies IM. Test and analysis of composite beams with incomplete interaction. Proc Soc Exp Stress Anal, (1951). [2]. Yasunori Arizumi and Sumio Hamada. Elastic-plastic analysis of composite beams with incomplete interaction by element method. Computer & Structures; (1981). [3]. Faella C, Martinell E, Nigro E. Steel and concrete composite beams with flexble shear connection: ”exact” analytical expression of the stiffness matrix and application. Computer & Struct, (2002). [4]. Ranzi G, Bradford MA. Analytical solutions of time-dependent behaviour of composite beams with partial interaction. Int J Solids Struct; (2006). [5]. Ranzi G, Bradford MA, Direct stiffness of a composite beam-column element with partial interaction. Computer & Structures; (2007). [6]. Đặng Hồng Tùng, Phân tích ảnh hưởng của lực cắt trong dầm thép-bê tơng cốt thép liên hợp, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh, (2006). Trang 84