Kiểm tra đơn vị: Neo

Giới thiệu 

Trong bài viết này, chúng tôi trình bày một nghiên cứu kiểm tra đơn vị nhằm xác minh 3D-CSFM về hành vi nhổ neo bê tông thông qua so sánh trực tiếp với kết quả thực nghiệm^[1]. Trọng tâm của nghiên cứu là đánh giá khả năng dự đoán của các mô hình số trong việc nắm bắt các khía cạnh chính của hành vi neo, bao gồm các dạng phá hoại và khả năng chịu lực tối đa. Nghiên cứu của chúng tôi bao gồm nhiều đường kính neo khác nhau, từ 10mm đến 32mm, phản ánh sự đa dạng gặp phải trong các tình huống kỹ thuật thực tế. Điều này cho phép chúng tôi xác định các xu hướng phụ thuộc vào đường kính và đánh giá tính bền vững của 3D-CSFM ở các quy mô khác nhau. Cần lưu ý rằng tất cả các mô phỏng đều được thực hiện trong 3D-CSFM, một phương pháp được triển khai trong IDEA StatiCa Detail, sử dụng các cài đặt mặc định cho tất cả các tham số. 

Định nghĩa các dạng phá hoại

Để đánh giá hiệu suất của 3D-CSFM trong việc mô hình hóa neo dán cấy sau, chúng ta phải xem xét hai dạng phá hoại: nhổ neo, trong đó ứng suất dính (τ_b) bằng ứng suất dính thiết kế (τ_bd), và chảy dẻo của bản thân neo, nghĩa là đạt đến giới hạn biến dạng dẻo.

Thiết lập kiểm tra đơn vị

Trong nghiên cứu này, neo Hilti HIT-RE500 - Vữa bơm có Cốt thép (500B) được mô hình hóa trong IDEA StatiCa Detail và kết quả được so sánh với dữ liệu thực nghiệm^[1]. 

Kích thước của các khối bê tông và cốt thép của chúng được xem xét cẩn thận để giảm thiểu bất kỳ ảnh hưởng tiềm năng nào đến hành vi nhổ neo, từ đó đảm bảo tính hợp lệ của kết quả thực nghiệm^[1]. Một kích thước khối bê tông được sử dụng cho tất cả các kiểm tra đơn vị neo (1,0x1,0x0,5 m; RxSxC). Khối được gia cường bằng các thanh thép B 500B và đường kính từ 8-14 mm. 8 lớp thanh xung quanh mỗi bề mặt (ngoại trừ bề mặt đáy, cốt thép được mô hình hóa liên tục qua gối đỡ đáy) với khoảng cách lớp là 135,0 mm.  Tất cả các hệ số an toàn theo quy định của các tiêu chuẩn xây dựng liên quan đều được tuân thủ nghiêm ngặt, với giá trị 1,0 được áp dụng trong suốt quá trình tính toán. Kích thước lỗ neo so với đường kính của bản thân neo không được xem xét rõ ràng trong mô hình tính toán.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.1 Side view of a reinforced concrete block with glued in anchor}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.2 View of a reinforced concrete block with highligted anchor. Diameter of anchor equals to 16 mm }}}\]

Cường độ dính của neo, một thông số quan trọng trong thiết kế neo, được xác định là 15,4 MPa theo xem xét thực nghiệm^[1], và 12,0 MPa cho mô hình kiểm chứng thứ hai. Tương tự, theo thực nghiệm, chiều dài neo ngàm trong khối bê tông được xác định nhất quán. Đoạn neo dài thêm 50 mm phía trên khối bê tông, nơi lực kéo dọc trục được áp dụng, đã được xem xét trong mô hình. Trong thử nghiệm này, các neo có đường kính 10mm, 12mm, 16mm, 20mm, 25mm, 32mm được so sánh với kết quả thực nghiệm. Các thiết lập thực nghiệm được tóm tắt trong Bảng 2.2.

Sử dụng mô hình Khối Đặc 3D-CSFM, phân tích bao gồm kiểm tra toàn diện các khía cạnh khác nhau bao gồm đặc tính nhổ neo, xác định ngưỡng tải trọng tới hạn và dự đoán chi tiết các dạng phá hoại. 

Đặc tính vật liệu

Các đặc tính vật liệu của bê tông, cốt thép và neo được sử dụng trong phân tích CSFM được tóm tắt trong Bảng 2.2. Ứng suất chảy (\(f_{yk}\)) và ứng suất cực hạn (\(k \times f_{yk}\)) của cốt thép, cũng như cường độ chịu nén (\(f_{ck}\)), biến dạng dẻo (\(\epsilon_{c2}\)) và giới hạn biến dạng dẻo (\(\epsilon_{cu2}\)) của bê tông, được lựa chọn dựa trên các điều kiện ghi chú trong thực nghiệm. Cường độ dính cũng được nhà sản xuất quy định trong tài liệu kỹ thuật được cung cấp.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.3 Stress strain diagrams of materials: (a) Stress-strain diagram of reinforcement B 500B, (b) Stress-strain diagram of concrete C30/37 }}}\]

So sánh với kết quả thực nghiệm 

Phần này so sánh kết quả thực nghiệm từ nhà sản xuất với tải trọng cực hạn và các dạng phá hoại được dự đoán bởi 3D-CSFM. Sáu trường hợp tải trọng nhổ neo cực hạn, tương ứng với các đường kính neo khác nhau, được đối chiếu với kết quả từ 3D-CSFM. Ngoài ra, một dạng phá hoại cụ thể được xác định cho mỗi đường kính neo.

Các dạng phá hoại và tải trọng cực hạn

Bảng 2.4 trình bày tóm tắt toàn diện về tải trọng cực hạn ghi nhận trong các thử nghiệm thực nghiệm (P_u,exp) và những giá trị được dự đoán bởi 3D-CSFM (P_u,3D-CSFM), cùng với các dạng phá hoại tương ứng. Tỷ số vượt quá một cho thấy dự đoán của mô hình cao hơn một cách thận trọng so với các giá trị đo được. Như được chứng minh trong Bảng 2.4, các dạng phá hoại chính được dự đoán bởi tất cả các phân tích 3D-CSFM đều nhất quán với kết quả thực nghiệm, mặc dù một số sai lệch trong các dạng phá hoại phụ cụ thể được ghi nhận đối với các đường kính lớn hơn. Các dự đoán của 3D-CSFM nhìn chung là chính xác, với xu hướng thận trọng nhẹ được chỉ ra bởi tỷ số lớn hơn 100% đối với các đường kính lớn hơn. 

Ngoài ra, các giá trị của (\(P_{u,bar}\)) và (\(P_{u,bond}\)) được tính toán và bổ sung vào bảng.

\(P_{u,bar}=A_{bar}\cdot k \cdot f_{yk}\)

\(P_{u,bond}=C_{bar}\cdot l_{bar} \cdot \tau_{bd}\)

Trong đó (\(A_{bar}\)) là diện tích của neo, (\(C_{bar}\)) là chu vi của neo, và (\(l_{bar}\)) là chiều dài của neo trong bê tông.

Có thể thấy, từ các giá trị trình bày ở trên, rằng thực nghiệm được thiết lập để chứng minh rằng bộ giải có thể tính toán chính xác các dạng phá hoại kết hợp Nhổ neo và Chảy dẻo neo (YA).

Ngoài ra, các mô hình tương tự với cường độ dính (\(\tau_{bd} = 12.0 MPa\)) được tính toán và so sánh với các giá trị (\(P_{u,bond}\)) được xác định theo phương pháp giải tích.

Hình 1.4 xác nhận các kết quả được chỉ ra trong Bảng 2.4 bằng cách cho thấy toàn bộ khả năng chịu ứng suất dính được đạt đến cũng như biến dạng giới hạn, dẫn đến dạng phá hoại được xác định là Nhổ neo và Chảy dẻo neo (YA).

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.4 Anchor 16 mm: Strain check value (left) and Bond stress (right) }}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.5 Anchor 32 mm: Stress flow view }}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.6 Anchor 25 mm: Stress in the reinforcement }}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.7 Anchor 20 mm: Strain in the reinforcement }}}\]

Kết luận 

So sánh giữa dữ liệu thực nghiệm^[1] và phiên bản beta của 3D-CSFM cho thấy sự tương quan đáng hài lòng. Các nhận xét chính từ đánh giá sơ bộ này bao gồm:

• Sự tương quan mạnh đã được thiết lập cho tất cả các neo, thể hiện qua các dạng phá hoại quan sát được trong các mô hình và các giá trị tải trọng cực hạn. 
• Mặc dù 3D-CSFM vẫn đang trong giai đoạn beta, sự phù hợp của nó với các kết quả thực nghiệm làm nổi bật tiềm năng ứng dụng của công cụ này. Sự đồng thuận này cung cấp một số xác nhận về hiệu quả của công cụ, mặc dù cần được diễn giải thận trọng do giai đoạn phát triển của nó.

Tài liệu tham khảo 

[1] - HILTI. Hilti HIT - RE500 - SD Injectable Mortar with Rebar (500B). HILTI CORPORATION. Https://www.hilti.com.hk/ [online]. 2016 [cit. 2024-04-22]. Có tại: https://www.hilti.com.hk/medias/sys_master/documents/h86/h89/9485674512414/Submittal-ASSET-DOC-LOC-8336225.pdf