intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Đánh giá sự phá hủy cấu kiện bê tông cốt thép dưới tác dụng tải trọng nổ tiếp xúc bằng mô phỏng số và thực nghiệm tại hiện trường

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST
Báo xấu
69
lượt xem 4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo tập trung vào nghiên cứu và đánh giá sự phá hủy của tải trọng nổ tiếp xúc đối với bê tông cốt thép theo phương pháp thực nghiệm tại hiện trường và mô phỏng số. Để phục vụ mô phỏng số, tác giả đã lựa chọn mô hình vật liệu phù hợp với bài toán nổ và tiến hành thực nghiệm để xác định các tham số trên. Kết quả so sánh nhằm đánh giá mức độ tin cậy của mô phỏng, lựa chọn mô hình tính và mô hình vật liệu trong mô phỏng kết cấu chịu tác dụng của tải trọng nổ bằng phần mềm ABAQUS. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đánh giá sự phá hủy cấu kiện bê tông cốt thép dưới tác dụng tải trọng nổ tiếp xúc bằng mô phỏng số và thực nghiệm tại hiện trường

  1. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2020. 14 (5V): 180–196 ĐÁNH GIÁ SỰ PHÁ HỦY CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯỚI TÁC DỤNG TẢI TRỌNG NỔ TIẾP XÚC BẰNG MÔ PHỎNG SỐ VÀ THỰC NGHIỆM TẠI HIỆN TRƯỜNG Phan Thành Trunga,∗, Nguyễn Quốc Bảob , Vũ Đức Hiếua a Viện Kỹ thuật Công trình đặc biệt, Học viện Kỹ thuật Quân sự, số 236 đường Hoàng Quốc Việt, quận Bắc từ Liêm, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Công trình, Đại học Công nghệ Giao thông vận tải, số 54 đường Triều Khúc, quận Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 09/10/2020, Sửa xong 02/11/2020, Chấp nhận đăng 03/11/2020 Tóm tắt Đánh giá tác động và phá hủy của lượng nổ tiếp xúc với các cấu kiện là bài toán rất phức tạp và có sai số lớn. Ở Việt nam, tính toán này hiện nay chủ yếu sử dụng một số công thức thực nghiệm tham khảo đã có. Kết quả thực nghiệm chỉ phù hợp trong phạm vi thực nghiệm đề ra và còn có nhiều sai lệch đáng kể so với thực tế tại hiện trường. Bài báo tập trung vào nghiên cứu và đánh giá sự phá hủy của tải trọng nổ tiếp xúc đối với bê tông cốt thép theo phương pháp thực nghiệm tại hiện trường và mô phỏng số. Để phục vụ mô phỏng số, tác giả đã lựa chọn mô hình vật liệu phù hợp với bài toán nổ và tiến hành thực nghiệm để xác định các tham số trên. Kết quả so sánh nhằm đánh giá mức độ tin cậy của mô phỏng, lựa chọn mô hình tính và mô hình vật liệu trong mô phỏng kết cấu chịu tác dụng của tải trọng nổ bằng phần mềm ABAQUS. Từ khoá: nổ tiếp xúc; phá hủy bê tông cốt thép; phân tích động tường minh theo thời gian; mô hình Holmquist - Johnson - Cook; mô hình Johnson - Cook. ASSES THE FRACTURE RESPONSE OF REINFORCED CONCRETE COMPONENTS UNDER CON- TACT BLAST LOADING USING THE SIMULATION AND ON SITE TESTING METHOD Abstract Evaluation of and fracture failure of contact blast loading on structural components is normally a complicated issue with errors. In Vietnam, the problem has been solved by applied some empirical models in the literature. However, the experimental results are only suitable for each case study and still have significant deviations in comparison with reality. The paper aim to assess the fracture failure mode of reinforced concrete components under contact blast loading using both on site experiment and numerical simulation. Based on the results, the selection of computational models, constitutive laws of the material in the simulation of the structure under the impact of blast loading in the ABAQUS program has been evaluated. Keywords: contact blast loading; demolition of reinforced concrete; explicit time integration; Holmquist - John- son - Cook model; Johnson - Cook model. https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(5V)-15 © 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) 1. Giới thiệu Khi tính toán cấu kiện bê tông cốt thép chịu tác dụng của tải trọng nổ tiếp xúc, phương pháp phân tích động tường minh theo thời gian (explicit time integration) [1] sẽ mô tả cơ hệ một cách sát thực nhất. Phương pháp này mô phỏng đầy đủ quá trình vật lý nổ, lan truyền sóng nổ trong môi trường và ∗ Tác giả đại diện. Địa chỉ e-mail: thanhtrungphank4@gmail.com (Trung, P. T.) 180
  2. Trung, P. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng tương tác của sóng nổ với kết cấu. Quá trình tính toán bắt đầu từ tâm vụ nổ, năng lượng lan truyền qua các phần tử môi trường theo bước thời gian và tác dụng vào công trình. Giải quyết bài toán tương tác này thực chất là giải quyết hệ bài toán vi phân đạo hàm riêng cực kỳ phức tạp, trong đó các phương trình phải mô tả được các quan hệ vật lý, các định luật bảo toàn, thỏa mãn các điều kiện biên ban đầu theo cả trường không gian và thời gian. Những phương trình trên phải được giải quyết đồng thời trong mọi thời điểm, phương pháp phân tích động tường minh theo thời gian (explicit time integration) được phát triển để giải quyết đồng thời các bài toán vật lý nổ, lan truyền và tương tác của sóng nổ với công trình. Trong các chương trình tính toán ABAQUS tùy theo mô đun và yêu cầu của bài toán có thể được giải bằng các phương pháp như sai phân hữu hạn, thể tích hữu hạn, phần tử hữu hạn, ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) hay SPH (The smoothed particle hydrodynamics) [1]. Bài toán mô phỏng nổ thực chất là tính toán các tham số của sản phẩm nổ và mô tả quá trình giãn nở của sản phẩm nổ. Quá trình truyền sóng là mô phỏng quá trình lan truyền của các tham số áp suất, nội năng, khối lượng, nhiệt độ, ứng suất và mật độ theo thời gian. Quá trình lan truyền và tương tác là giải quyết các bài toán trên cơ sở định luật bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng tại tất cả các nút hoặc các phần tử theo điều kiện biên và điều kiện ban đầu [2, 3]. Các phương trình sử dụng để mô tả trạng thái của vật liệu, các quan hệ giữa ứng suất, biến dạng và chuyển vị. Khác với giải thuật khi giải các bài toán động lực học kết cấu ở vùng đàn dẻo (không có quá trình phá hủy vật liệu) là giải các phương trình cân bằng động lực học sử dụng phép tính gần đúng Newmark [4]. Khi giải các bài toán động lực học diễn ra trong thời gian ngắn và có xét đến sự phá hủy vật liệu như trong bài toán nổ, người ta sử dụng sơ đồ tích phân trung tâm theo thời gian khác nhau (thường được gọi là phương pháp Leapfrog) [1]. Để tính toán kết cấu chịu tác dụng của tải trọng nổ bằng các phần mềm ABAQUS trước tiên cần phải mô hình hóa bài toán. Công việc này thực chất là phân chia các vùng tính toán, khai báo mô hình vật liệu cho từng vùng, lựa chọn phương pháp giải phù hợp cho mỗi vùng và giải pháp tương tác giữa các vùng. Trong mô hình số bằng phần mềm đó, mô hình tính và mô hình các vật liệu, các thông số cơ bản có thể được lấy trực tiếp và các thông số còn lại thường được coi là giống với các thông số mô hình cụ thể, điều này làm giảm độ chính xác của các kết quả mô phỏng số. Vì vậy, tác giả đã tiến hành một số thí nghiệm để đưa ra các tham số của mô hình vật liệu thực sự cần thiết. Trên thế giới các nghiên cứu về tác dụng của nổ tiếp xúc lên kết cấu bê tông cốt thép đã được thực hiện trong các thập kỷ qua. Một vài nghiên cứu xác định tải trọng và phá hoại do nổ tiếp xúc để đưa ra tải trọng tương đương cho sự phá hoại đó, làm căn cứ bước đầu nghiên cứu lý thuyết về phá hoại do nổ tiếp xúc [5, 6]. Kot và cs. [7, 8] đã đề xuất các phương pháp lý thuyết về sự phá hoại của bê tông dưới tác dụng của tải trọng nổ tiếp xúc, tuy nhiên các phương pháp này chỉ dựa trên một số giả định đơn giản làm ảnh hưởng đến tính chính xác của kết quả. Vào cuối những năm 1980, một loạt các thử nghiệm nổ bê tông đã được McVay [9] tóm tắt, các thông số ảnh hưởng đến sự phá hoại của bê tông như: khoảng cách, trọng lượng chất nổ, độ dày tường, cường độ bê tông, phụ gia bê tông và hàm lượng cốt thép đã được nghiên cứu. Wang và cs. [10] đã tiến hành các thử nghiệm nổ tiếp xúc trên các tấm BTCT vuông với khối lượng thuốc nổ khác nhau, kết quả được quan sát, nghiên cứu qua đó sử dụng để xác minh mô hình số của chúng. Dựa trên lượng lớn các cơ sở dữ liệu từ các thử nghiệm nổ trên tấm sàn và tường bê tông cốt thép, Marchand và cs. [11] đã phát triển thuật toán về nứt dưới tác dụng của tải trọng nổ đối với tấm sàn và tường bê tông cốt thép. Các nghiên cứu trên cho thấy, ứng xử cơ học của bê tông chịu tác động của tải trọng nổ tiếp xúc rất phức tạp. Khả năng chịu tác động tải trọng nổ tiếp xúc của cấu kiện bê tông cốt thép không được cao, sự phá hoại xuất hiện kèm theo sự phát triển nhanh của các vết nứt làm cho công trình rất dễ bị phá hoại. 181
  3. Trung, P. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Ở Việt Nam, các nghiên cứu về vấn đề nổ tiếp xúc cũng thực hiện trong những năm gần đây [12]. Việc nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số quá trình tác dụng của tải trọng nổ tiếp xúc đối với cấu kiện bê tông cốt thép với bê tông B25 chưa được công bố. Mục tiêu của nghiên cứu này là thử nghiệm hiện trường và mô phỏng lại quá trình phá hoại cấu kiện bê tông cốt thép chịu tác dụng của nổ tiếp xúc. Các cấu kiện bê tông cốt thép có cùng kích thước đã được chế tạo và thử nghiệm nổ để so sánh với kết quả mô phỏng số. Tải trọng nổ tiếp xúc của thuốc nổ TNT. Từ các tham số mô hình vật liệu có được sau khi thí nghiệm, tác giả tiến hành bằng mô phỏng số bài toán phá hủy cấu kiện bê tông cốt thép (BTCT) chịu tác dụng của tải trọng nổ tiếp xúc, so sánh và đánh giá với kết quả thực nghiệm tại hiện trường. 2. Mô phỏng số phá hủy cấu kiện bê tông cốt thép chịu tác dụng của tải trọng nổ tiếp xúc 2.1. Cơ sở lý thuyết của các vùng trong bài toán mô phỏng a. Vùng thuốc nổ Thuốc nổ được sử dụng trong nghiên cứu này là loại thuốc nổ TNT và các loại tương đương. Khi bị kích nổ thuốc nổ chuyển hóa rất nhanh từ thể rắn sang khí, tương tác và truyền sang các vùng xung quanh một năng lượng nhất định [2, 3]. Do sự giãn nở rất lớn trong quá trình nổ, nên vùng thuốc nổ và các phần tử của sản phẩm thuốc nổ được mô hình hóa và giải theo phương pháp lưới Euler hoặc nhờ kỹ thuật hạt không lưới SPH nhằm tránh sự méo mó quá lớn của lưới dẫn đến lỗi trong quá trình giải [13, 14]. Mặt khác trong quá trình nổ các phần tử của sản phẩm nổ có thể sẽ được mở rộng ra các lớp vật liệu xung quanh và ngược lại, lớp vật liệu xung quanh có thể sẽ bị đẩy, thâm nhập vào vùng của sản phẩm nổ. Do đó thuốc nổ và vùng vật liệu xung quanh cần phải được thiết lập để mô hình hóa và giải theo cùng một phương pháp dạng lưới Euler hoặc kỹ thuật hạt không lưới SPH, trong môi trường thiết lập đa vật liệu. Để mô hình hóa hiện tượng nổ và quá trình lan truyền áp lực sóng nổ, sử dụng phương trình trạng thái do Lee – Tarver và Jones - Wilkins - Lee đề xuất. Theo đó phương trình trạng thái của thuốc nổ TNT và chất nổ tương đương có dạng như sau [15]: ω −r1 v ω −r2 v ωe ! ! p= A 1− e +B 1− e + (1) r1 v r2 v v trong đó: p là áp suất thủy tĩnh; v = 1/ρ là thể tích riêng; ρ là khối lượng riêng thuốc nổ TNT; A, B, r1 , r2 , ω là các hằng số đoạn nhiệt được xác định từ thí nghiệm. b. Vùng kết cấu công trình Đối với kết cấu công trình chịu tác dụng của tải trọng nổ, sự biến dạng của của các phần tử kết cấu, vị trí của mỗi chất điểm trong môi trường kết cấu được mô được mô hình hóa bằng phương pháp lưới Lagrange [16] để giải, chuyển vị, vận tốc và gia tốc của các nút cũng như ứng suất và biến dạng của các phần tử trong vùng này nhận được nhờ giải các phương trình bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng. Phương trình này cùng với mô hình vật liệu cụ thể và một tập hợp các điều kiện ban đầu, điều kiện biên sẽ cho ta lời giải hoàn chỉnh [17]. 2.2. Mô hình vật liệu được sử dụng trong bài toán mô phỏng a. Bê tông Sử dụng mô hình vật liệu Holmquist – Johnson – Cook (HJC), các tham số của mô hình HJC được xác định bằng phương pháp do Holmquist và cộng sự đề xuất [18]. Loại bê tông được sử dụng trong nghiên cứu này là bê tông B25 hiện chưa có các tham số cho mô hình HJC, do vậy tác giả đã thực hiện 182
  4. Trung, P. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng các thí nghiệm nén đơn trục, thí nghiệm lặp cũng như các thí nghiệm ép chẻ và nén ba trục bằng máy nén ba trục tại Phòng thí nghiệm của Bộ môn Cơ sở kỹ thuật công trình, Viện Kỹ thuật công trình đặc biệt, Học viện Kỹ thuật Quân sự để đưa ra các tham số của mô hình HJC cho bê tông B25. Cấp phối bê tông như trong Bảng 1. Ở độ tuổi 21 ngày, 14 mẫu thử hình trụ với chiều dài và đường kính được liệt kê trong Bảng 2, được đưa ra khỏi phòng bảo dưỡng và được mài cẩn thận ở cả hai đầu để tạo ra các khu vực phẳng và nhẵn cho các tấm chất tải, sau đó chúng được đưa trở lại phòng bảo dưỡng cho đến tuổi thí nghiệm. Bảng 1. Cấp phối bê tông B25 sử dụng xi măng PC30 Nước (lít) Xi măng (kg) Cát (m3 ) Đá 1 × 2 (m3 ) B25 187 439 0,444 0,865 Bảng 2. Các thông số của mẫu bê tông B25 Tên mẫu Khối lượng (g) Chiều dài (mm) Đường kính (mm) Tỉ trọng (g/cm3 ) 1 631,5 110,10 54,92 2,421 2 630,5 110,60 54,82 2,415 3 622,0 109,80 54,72 2,409 4 637,5 111,30 54,82 2,427 5 614,5 109,12 54,76 2,391 6 617,5 109,52 54,90 2,382 7 621,0 109,66 54,80 2,401 8 632,5 110,54 54,84 2,422 9 645,5 111,80 54,52 2,473 10 602,5 107,20 54,72 2,390 11 625,5 109,24 54,80 2,428 12 624,0 111,32 54,84 2,373 13 609,5 108,04 54,86 2,387 14 618,5 110,54 54,82 2,371 Theo kết quả thí nghiệm được thể hiện trong Bảng 2, giá trị trọng lượng riêng ρ0 bằng giá trị trung bình của 14 mẫu thí nghiệm, là 2,406 g/cm3 . Thí nghiệm xác định cường độ nén đơn trục fc , mô đun đàn hồi E, hệ số Poisson v và mô đun cắt G Giá trị của thông số cường độ nén đơn trục fc được xác định thông qua thí nghiệm nén một trục mẫu bê tông B25. Ba thí nghiệm nén đơn trục đã được thực hiện và thu được ba bộ dữ liệu. Dựa trên dữ liệu đó, giá trị của tham số cường độ nén đơn trục fc của mẫu bê tông B25 thu được từ điểm cực đại của đường cong ứng suất - biến dạng (Bảng 3). Theo kết quả thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3, giá trị trung bình của ba mẫu được coi là giá trị của tham số cường độ nén dọc trục fc , mô đun đàn hồi E và hệ số Poisson v của mẫu bê tông B25 lần là fc = 41,305 MPa, E = 28320 MPa và v = 0,254. Mô đun cắt G = E/2(1 + v) = 11291,866 MPa. 183
  5. Trung, P. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Bảng 3. Kết quả thí nghiệm nén dọc trục Tên Cường độ nén Biến dạng dọc trục Biến dạng ngang Mô đun đàn hồi Hệ số mẫu (MPa) (10−2 ) (10−2 ) (MPa) Poisson 3 41,203 0,273 −0,069 27086 0,252 8 39,680 0,221 −0,059 29603 0,266 9 43,031 0,261 −0,064 28271 0,244 Thí nghiệm xác định độ bền kéo đơn trục T Để xác định độ bền kéo đơn trục T , dùng máy nén để ép chẻ 3 mẫu bê tông hình trụ có đường kính 54 mm, chiều cao 110 mm. Tải trọng dọc trục được gia tải với tốc độ 0,1 mm/phút. Thí nghiệm kết thúc khi một vết nứt xuất hiện trên bề mặt mẫu thử. Kết quả thu được là lực nén phá hủy P, từ đó tính được độ bền kéo đơn trục T = 2P/πdh, trong đó d là đường kính mẫu, h là chiều cao mẫu. Tiến hành thí nghiệm ép chẻ 3 mẫu bê tông và kết quả được thể hiện trong Bảng 4. Bảng 4. Giá trị cường độ kéo dọc trục Tải phá hủy Chiều dài Đường kính Cường độ kéo dọc trục Tên mẫu (kN) (mm) (mm) (MPa) 7 31,3 109,66 54,80 3,32 11 29,7 109,24 54,80 3,16 12 31,2 111,32 54,84 3,25 Theo kết quả thí nghiệm được thể hiện trong Bảng 4, giá trị cường độ kéo dọc trục T bằng giá trị trung bình của 3 mẫu thí nghiệm, là 3,24 MPa. Thí nghiệm xác định hằng số hư hỏng e f min của vật liệu Hằng số hư hỏng e f min là điểm tới hạn của Bảng 5. Giá trị của tham số e f min trạng thái biến dạng dẻo được xác định bằng thí nghiệm lặp. Trong quá trình chất tải, đầu tiên các Tên mẫu e f min Giá trị trung bình mẫu bê tông được gia tải đến 90% cường độ nén 4 0,0018 đơn trục của chúng và sau đó được dỡ tải xuống 0 5 0,0015 0,0016 ở cùng tốc độ. Sau đó, việc gia tải được lặp lại và 6 0,0017 cường độ của nó được giảm đi 10% ở mỗi chu kỳ cho đến khi không còn biến dạng dư [18]. Biểu đồ nứt gãy cho thấy rằng khi biến dạng dọc trục đạt đến giao điểm của mặt phân cách và trục, mẫu mất hoàn toàn sức bền của nó và giá trị biến dạng bằng giá trị của e f min . Các giá trị tham số thu được theo phương pháp trên được tóm tắt trong Bảng 5. Theo kết quả thể hiện trong Bảng 5, tham số phá hủy e f min bằng giá trị trung bình của 3 mẫu, là 0,0016. Do thiếu thiết bị thí nghiệm, nên lấy D1 = 0,04 và D2 = 1,0 theo đề xuất của đề xuất bởi Holmquist và cs. (1993) [18]. Tham số đặc trưng cho độ bền của vật liệu A, B, N và S max Các tham đặc trưng cho độ bền của vật liệu của mô hình HJC gồm A, B, N và S max , trong đó B, N có thể được xác định bằng thí nghiệm nén ba trục, thông số S max = 7 lấy theo đề xuất bởi Holmquist 184
  6. Trung, P. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng và cs. (1993). Tham số A là cường độ dính kết chuẩn hóa của bê tông tại ε˙ ∗ = 1,0. Do thiếu dữ liệu thí nghiệm Holmquist và cộng sự giả định cường độ kết dính chuẩn hóa tại 0,75 fc đối với các điều kiện bán tĩnh (ε˙ ∗ = 0,001) và có được A = 0,79 bằng cách chuẩn hóa tốc độ biến dạng thành ε˙ ∗ = 1,0 từ công thức: h i σ∗ = A(1 − D) + BP∗N 1 + C ln ε˙ ∗  (2) Nếu không tính đến ảnh hưởng của các hiệu ứng tốc độ biến dạng và phá hủy, thì cân bằng của mặt dẻo (2) có thể được đơn giản hóa như sau: σ∗ = 0,79 + BP∗N (3) trong đó σ∗ = (σ1 − σ3 )/ fc ; P∗ = (σ1 + σ2 + σ3 )/3 fc , với σ1 là ứng suất dọc trục; σ2 , σ3 là áp lực hông. Để đạt được các giá trị của B và N. Một thử nghiệm nén ba trục được thực hiện bằng cách sử dụng áp lực giới hạn ở tốc độ 2 MPa/s. Sau thời gian ổn định, gia tải dọc trục được áp dụng với tốc độ 0,1 mm/phút cho đến khi mẫu phá hoại với các cấp áp lực hông bằng 5, 10, 15, 20 và 25 MPa. Áp suất thủy tĩnh P = (σ + 2σ3 )/3 và chênh lệch ứng suất chính ∆σ = σ1 − σ3 được chuẩn hóa bằng các giá trị P∗ = P/ fc và σ∗ = ∆σ/ fc (Bảng 6). Bảng 6. Giá trị σ∗ và P∗ Tên mẫu σ1 (MPa) σ3 (MPa) σ∗ (MPa) P∗ (MPa) 1 75,67 5 1,71 0,69 2 101,31 10 2,21 0,98 10 119,66 15 2,53 1,21 13 137,29 20 2,84 1,43 14 158,99 25 3,24 1,69 Sử dụng dữ liệu trong Bảng 6, hiệu chỉnh số liệu theo phương trình σ∗ = 0, 79 + BP∗N và đường cong khớp với dữ liệu trong Bảng 6 ta thu được giá trị B = 1,405 và N = 1,085. Tham số trạng thái Pcrush , µcrush , Plock , µlock , C, K1 , K2 và K3 Các tham số Pcrush , µcrush được xác định bằng công thức sau [18]: Pcrush = fc /3 và µcrush = Pcrush /K với K = E/3(1 − 2v). Như vậy Pcrush , µcrush có giá trị lần lượt là 13,768 MPa và 0,0007. Các tham số đặc trưng cho tốc độ biến dạng C, áp lực giới hạn nén Plock , biến dạng thể tích ở áp lực nén µlock , và các hằng số vật liệu K1 , K2 và K3 được xác định bằng các thí nghiệm va đập và các thử Bảng 7. Các tham số mô hình HJC cho bê tông B25 ρ0 (kg/m3 ) G (Pa) A B C N e f min 2406 11,292 × 109 0,79 1,405 0,007 1,085 0,0016 T (Pa) fc (Pa) S max Pcrush (Pa) µcrush Plock (Pa) µlock 3,24 × 106 41,305 × 106 7 13,768 × 106 0,0007 1 × 109 0,08 D1 D2 K1 (Pa) K2 (Pa) K3 (Pa) 0,04 1,0 85 × 109 −171 × 109 208 × 109 185
  7. Trung, P. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng nghiệm thanh áp lực Split-Hopkinson [18]. Do điều kiện thí nghiệm hạn chế nên các giá trị của các tham số này được lấy theo đề xuất bởi Holmquist và cs. (1993) [18]. Như vậy, các tham số của mô hình HJC cho bê tông B25 được xác định và liệt kê trong Bảng 7. b. Cốt thép Sử dụng mô hình phá hủy do Johnson-Cook đề xuất, các tham số của phương trình trạng thái, mô hình bền, mô hình phá hủy của cốt thép được lấy theo tài liệu [19, 20] cụ thể như sau như Bảng 8. Bảng 8. Các tham số mô hình vật liệu thép E (MPa) v A (MPa) B (MPa) n T melt (K) T H (K) m 200000 0,3 263 130 0,0915 1800 293,2 1 ρ (kg/m3 ) C D D1 D2 D3 D4 D5 7850 0,017 1 0,05 3,44 2,12 0,002 0,61 c. Thuốc nổ Để mô hình hóa hiện tượng nổ và quá trình lan truyền áp lực sóng nổ, sử dụng phương trình trạng thái do Lee – Tarver và Jones - Wilkins - Lee đề xuất [15] với các tham số: v = 1/ρ là thể tích riêng; ρ là khối lượng riêng thuốc nổ TNT; A, B, r1 , r2 , ω là các hằng số đoạn nhiệt được xác định từ thí nghiệm, vn là tốc độ nổ; E0 là năng lượng trên đơn vị thể tích; PCJ là áp suất nổ. Giá trị cụ thể các tham số được liệt kê trong Bảng 9. Bảng 9. Tham số mô hình vật liệu TNT ρ (kg/m3 ) vn (m/s) PCJ (kPa) A (kPa) B (kPa) 1650 6930 2,1 × 107 3,7377 × 108 3,73471 × 106 r1 r2 ω v E0 (kJ/m3 ) 4,15 0,9 0,35 1/1650 6 × 106 Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2018 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 2.3. Mô hình hình học bài toán Hình1.1.Mô Hình Môhình hìnhhọc hình hình họcbàibài toántoán Nghiên cứu sự phá huỷ và tương tác của cấu kiện bê tông cốt thép dưới tác dụng 186 của tải trọng nổ tiếp xúc. Cấu kiện BTCT có chiều dài 1,5m, tiết diện 0,2x0,2m được gia cường bằng 4 thanh thép 14, cốt đai 6a200 với chiều dày bảo vệ 0,01m. Cấu kiện BTCT chịu tác dụng của tải trọng nổ tiếp xúc có khối lượng 200g đặt chính giữa
  8. Hình 1. Mô hình hình học bài toán Nghiên cứu sự phá huỷ và tương tác của cấu kiện bê tông cốt thép dưới tác dụng Trung, P. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng của tải trọng nổ tiếp xúc. Cấu kiện BTCT có chiều dài 1,5m, tiết diện 0,2x0,2m được gia cường Nghiên cứu bằng sự phá4 huỷ thanh tương14, và thép tác của cốtcấu 6a200 đaikiện vớicốt bê tông chiều thépdày dướibảo tác vệ dụng0,01m. của tảiCấu trọng nổ tiếp xúc. kiện Cấu BTCT kiệnchịu BTCT tác có chiều dụng củadàitải1,5 m, tiết trọng diện xúc nổ tiếp 0,2 ×có0,2 m được khối lượnggia cường 200g đặtbằng chính4 thanh giữa thép Φ14, cốt đai Φ6a200 với chiều dày bảo vệ 0,01 m. Cấu kiện BTCT chịu tác dụng của tải trọng nổ tiếp cấu kiện BTCT (hình 1). xúc có khối lượng 200g đặt chính giữa cấu kiện BTCT (Hình 1). Cấu kiệnCấu kiệnđược BTCT BTCT môđược tả như môphần tả như phầntrong tử khối tử khối khi trong phần tửkhithanh phầnáptửdụng thanhcho áp thanh dụng thép. Liêncho kết thanh thép. Liên kết giữa các phần tử của khối bê tông và thanh thép được xác định giữa các phần tử của khối bê tông và thanh thép được xác định theo liên kết cứng. Lưới bê tông theo đượcliên chiakết mịncứng. với kích Lướithước 5 mm. bê tông đượcLướichia chịumịn lực với và thép kíchđai cũng5mm. thước được chia Lướimịn vớilực chịu kích vàthước 5 mm (Hình 2). thép đai cũng được chia mịn với kích thước 5mm (hình 2). HìnhHình 2. Chia lướilưới 2. Chia phần phầntửtửcấu cấukiện kiện BTCT củamô BTCT của môhình hình mômô phỏng phỏng Kết cấu bê tông được mô hình hóa bằng phương pháp lưới Lagrange. Điều kiện Kết cấu bê tông được mô hình hóa bằng phương pháp lưới Lagrange. Điều kiện phá huỷ được xác phá huỷ được xác định theo tiêu chuẩn vật liệu người dùng tự định nghĩa, sử dụng các tham định theo tiêu chuẩn vật liệu người dùng tự định nghĩa, sử dụng các tham số vật liệu như thí nghiệm số vật liệunổ Tạp Thuốc đã nêu. chí Khoa như học thí nghiệm Công được tínhnghệ đãphương theoXâynêu. Thuốc dựng, pháp nổ2018 NUCESPH được[13,tính 14].theo phương pháp SPH [13,14]. p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 Điều kiệnĐiều biên: Cấu kiện kiệnCấu biên: BTCT kiệnđược BTCT liên kết liên được trênkết 2 gối = ur trên(u21 gối ( u21 = ur = ur ur32   0 ) (hình 0) (Hình 3). 3). 3 10 Hình 3.3.Điều Hình Điềukiện biêncủa kiện biên củakếtkết cấucấu 2.4. Kết quả mô phỏng số 2.4. Kết quả Kếtmô phỏng quả số mô phỏng số được thể hiện như trong hình 4; 5; 6; 7 và bảng 10. Kết quả mô phỏng số được thể hiện như trong Hình 4–7 và Bảng 10. 187
  9. Hình 3. Điều kiện biên của kết cấu 2.4. Kết quả mô phỏng số Trung, P. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Kết quả mô phỏng số được thể hiện như trong hình 4; 5; 6; 7 và bảng 10. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2018 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 11 Hình 4.Hình Quá4.trình phá phá Quá trình hủyhủy cấucấukiện kiệnBTCT theothời BTCT theo thời gian gian trêntrên mô mô mô hình hình mô phỏng phỏng 188
  10. Hình 4. Quá trình pháP.hủy Trung, cấu T., và cs. kiện chí Khoatheo / Tạp BTCT thời gian học Công trêndựng nghệ Xây mô hình mô phỏng Hình 4. Quá trình phá hủy cấu kiện BTCT theo thời gian trên mô hình mô phỏng Hình 5. 5. Hình Kích Kíchthước thướcvùng vùngphá phá hủy hủy cấu kiện BTCT cấu kiện trênmô BTCTtrên môhình hình mômô phỏng phỏng số số Hình 5. Kích thước vùng phá hủy cấu kiện BTCT trên mô hình mô phỏng số Tạp6.chí Hình Khoa Biến họcdọc dạng Công nghệ trục tạiXây dựng, phần NUCE (chính tử 42307 2018 giữa, p-ISSN 2615-9058; mặt dưới, e-ISSNdài ở 1/4 chiều 2734-9489 cấu kiện) Biếndạng Hình6.6.Biến Hình dạngdọc dọctrục trục tại tại phần phần tử tử 42307 42307 (chính (chínhgiữa, giữa,mặt mặtdưới, dưới,ởở1/4 1/4chiều chiềudài dàicấu cấukiện) kiện) 12 12 Hình Hình7.7.Biến Biếndạng dạng dọc dọc trục trục tại phần tử tại phần tử 246742 246742(mặt (mặtdưới dướichính chínhgiữa giữacấu cấu kiện) kiện) Bảng 10. Kích thước vùng phá hủy trên mô hình mô phỏng số Bảng 10. Kích thước vùng phá hủy trên mô hình mô phỏng số Chiều dài vùng phá Chiều dài vùng phá Chiều dài vùng phá Chiều dài hủy vùnggiữa cấuhủy phá kiện Chiều hủy mặt dàitrên vùng cấuphá kiệnhủyhủy mặt dướidài Chiều cấuvùng kiện phá hủy giữa cấu kiện(mm) (mm) mặt trên (mm) cấu kiện (mm) mặt(mm) dưới cấu kiện (mm) Mô phỏngMô sốphỏng số 264 264 612 612 684 684 Mô phỏng số cho thấy quá trình phá hoại của cấu kiện bê tông cốt thép khi chịu tác dụng Mô phỏng số cho nổ tiếp thấyxúcquátheo trình thờihoại cácphá điểm 0,0002, của 0,0004, cấu kiện 0,0006, bê tông cốt 0,0008, thép khi0,0014, chịu tác0,002, dụng nổ tiếp 0,004 xúc theo các vàđiểm thời 0,005s (hình 4), 0,0002, quá trình 0,0004, phá hoại 0,0006, của 0,0014, 0,0008, nổ tiếp xúc là rất0,004 0,002, nhanh, vàđến thờis điểm 0,005 (Hình 4), quá 0,5 trở đi vùng phá hoại của cấu kiện đạt đến trạng thái lớn nhất, kết quả vùng bê tông của cấu kiện BTCT bị phá hoại hoàn toàn 189ở chính giữa có chiều dài khoảng 264mm, vùng phá hoại lan rộng ra phía các cạnh cấu kiện có chiều dài khoảng 612-684mm (bảng 10). Cốt thép chịu lực không bị phá hủy, thép đai tại vị trí gần lượng nổ bị thổi bay. Biến dạng tại phần tử 42307 (chính giữa, mặt dưới, ở 1/4 chiều dài cấu kiện BTCT) đạt
  11. Trung, P. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng trình phá hoại của nổ tiếp xúc là rất nhanh, đến thời điểm 0,5 trở đi vùng phá hoại của cấu kiện đạt đến trạng thái lớn nhất, kết quả vùng bê tông của cấu kiện BTCT bị phá hoại hoàn toàn ở chính giữa có chiều dài khoảng 264 mm, vùng phá hoại lan rộng ra phía các cạnh cấu kiện có chiều dài khoảng 612-684 mm (Bảng 10). Cốt thép chịu lực không bị phá hủy, thép đai tại vị trí gần lượng nổ bị thổi bay. Biến dạng tại phần tử 42307 (chính giữa, mặt dưới, ở 1/4 chiều dài cấu kiện BTCT) đạt giá trị lớn nhất là 0,115 (Hình 6) và biến dạng tại phần tử 246742 (mặt dưới chính giữa cấu kiện BTCT) đạt 0,211 sau đó những phần tử bê tông tại vị trí đó bị phá hoại khỏi cấu kiện (Hình 7). 3. Thử nghiệm nổ phá hoại cấu kiện bê tông cốt thép Tác giả tiến hành thử nghiệm nố tại hiện trường để phá hoại cấu kiện BTCT có chiều dài 1,5 m, tiết diện 0,2×0,2 m được gia cường bằng 4 thanh thép Φ14, cốt đai a200 với chiều dày bảo vệ 0,01 m. Cấu kiện BTCT chịu tác dụng của tải trọng nổ tiếp xúc với khối lượng 200 g đặt chính giữa cấu kiện (Hình 8). Xác định được thực trạng bị phá hoại của kết cấu. Từ đó sánh kết quả giữa thí nghiệm và mô phỏng. 3.1. Thử nghiệm nổ phá hoại cấu kiện bê tông cốt thép a. Chuẩn bị mô Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2018 hình thử nghiệm p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 Mô hình thử nghiệm chế tạo tại xưởng bê tông đúc sẵn Chèm, kích thước và chất lượng đảm bảo đúng theo yêu cầu bàiMô hìnhsau toán, thử nghiệm đó được chếvận tạo tại xưởngđến chuyển bê tông đúctrường thao sẵn Chèm, củakích Họcthước việnvàKTQS chất tại Hòa Lạc. lượng đảm bảo đúng theo yêu cầu bài toán, sau đó được vận chuyển đến thao trường của Tại thao trường tiến hành làm công tác chuẩn bị (Hình 8). Học viện KTQS tại Hòa Lạc. Tại thao trường tiến hành làm công tác chuẩn bị (hình 8). Hình 8. Ảnh mô hình thử nghiệm Hình 8. Ảnh mô hình thử nghiệm b. Thiết bị thí nghiệm Máy đo biến dạng, đầu đo biến dạng, máy điểm hỏa, dây điện, kíp điện, loa, còi, b. Thiết bị thí nghiệm dây căng cảnh báo an toàn. Máy đo biến dạng, đầu đo biến dạng, máy điểm hỏa, dây điện, kíp điện, loa, còi, dây căng cảnh b1. Máy đo động NI SCXI–1000DC báo an toàn. Máy đo động đa kênh NI SCXI–1000DC (hình 9) là thiết bị đo động đa kênh hiện đại do hãng National Instrument của Mỹ chế tạo. Đây là một hệ thống đo thông Máy đo động NI SCXI–1000DC minh có cấu hình mềm dẻo bằng cách tích hợp các loại card đo khác nhau tùy theo mục Máy đo độngđíchđa thíkênh nghiệmNIcủaSCXI–1000DC người sử dụng. (Hình 9) là thiết bị đo động đa kênh hiện đại do hãng National Instrument của Mỹ chế tạo. Đây là một hệ thống đo thông minh có cấu hình mềm dẻo bằng cách tích hợp các loại card đo khác nhau tùy theo mục đích thí nghiệm của người sử dụng. 190 Hình 9. Máy đo động NI SCXI–1000DC b2. Cảm biến đo biến dạng
  12. gắn cảm biến đo biến dạng trên mô hình thử nghiệm hí nghiệm đo biến dạng, đầu đo biến dạng, máy điểm hỏa, dây điện, kíp điện, loa, còi, 0 nh báo an toàn. 375 375 750 động NI SCXI–1000DC Điểm Trung, P. T., và cs. / Tạp chí Khoa học2a Công nghệ Xây dựng Điểm 1 Điểm 2b D200 đo động (hình đa kênh NI11) Cảm biến đo biếnlà SCXI–1000DC loại(hình máy dùng 9) là thiết bị đo để động điểm đa kênh hỏa gây nổ cho tối đa 100 dạng 200 hãng National Instrument của Mỹ chế tạo. Đây là một hệ thống đo thông ốhìnhcơ bản: mềm điện dẻo Trong bằng cấusử kiện cách áp tích hợpđầu thí nghiệm, cảm ra biến các loại đo3000V, cardbiến dạngnhau đo khác thời tùy theogian KC-60-120-A1-11 nạp mục được điện sử dụng để đonhỏ hơn biến dạng Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2018 bê tông cốt thép khi chịu tác dụng nổ tiếp xúc tại các điểm dưới đáy cấu kiện (Hình 10). của 30 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 iệm của người DC. dụng. Hình 11. Máy 375 điểm 1500 375 hỏa FD200 750 gắn2acảm biến đo biến Hình 10. Vị trí Điểm Điểm 1dạng trên Điểm 2b mô hình thử n b4. Thuốc nổ và kíp nổ 100 200 b3. Máy điểm hỏa FD200 1500 Thuốc nổ được sử dụng là loại thuốc nổ TNT được đúc Hình 9. Máy đo động NI Máy điểm hỏa FD200 (hình 11) là loại máy dùng để điểm hỏa g SCXI–1000DC Hình Hình10. 10.Vị đo biến Hình 9. Máy đo động NI200 kíp nổ điện. Thông SCXI–1000DC sốVịtrícơgắngắn trí cảmcảm bản: biếnbiến điện áp dạng dạng đầu đo biến trên mô hình ra 3000V, trên môthử nghiệm thời hình gian nạp thử 200g, kích thước 100x50x25mm n đo biến dạng (hình 12). b3. Máy điểm hỏa FD200 giây, điện áp nguồn 6VDC. nghiệm Máy điểm hỏa FD200 (hình 11) là loại máy dùng để điểm hỏa gây nổ cho tối đa g thí nghiệm, cảm biến đo biến dạng KC-60-120-A1-11 được sử dụng để đo 200 kíp nổ điện. Thông số cơ bản: điện áp đầu ra 3000V, thời gian nạp điện nhỏ hơn 30 ủa cấu kiện bê Máytông cốthỏa điểm thépFD200 khi chịu tác dụng nổgiây, tiếpđiện xúcáptạinguồn các điểm 6VDC.dưới Hình 11. Máy điểm hỏa FD200 n (hình 10). Máy điểm hỏa FD200 (Hình 11) là loại máy dùng để điểm hỏa gây nổ cho tối đa 200 kíp nổ điện. Thông số cơ14 bản: điện áp đầu ra 3000 V, thời gian nạp điện nhỏ hơn 30 giây, điện áp nguồn 6 VDC. HìnhHình11.11.MáyMáy điểm hỏa điểm hỏa Hình 11. Máy điểm hỏa FD200 FD200 FD200 Hình 12. Thuốc nổ TNT dụng Thuốc là loại nổ và thuốc kíp nổ nổThuốc b4. TNTnổ được và kíp nổđúc thành bánh có khối lượng b4. Thuốc nổ và kíp nổ Thuốc nổ được sử dụng là loại thuốc Thuốc nổ được đượcsửđúc dụngthành là loại bánh thuốc nổ có TNT khốiđược đúc200 thànhg,bánh có khối lượng 0x25mm Kíp thước 100 ×nổ (hình 50 × điện 12). được 25 mm (Hình 12). Kípsử Thuốc nổ 200g, kíchdụng nổ TNT được nổ điện được sửlà thước sử dụngloại dụng 100x50x25mmlà loại (hình là loại kípkíp thuốc 12). nổsố 8điện nổ nổ điện lượng TNT được (Hình 13). số thành kích đúc 8 (hìn bán 200g, kích thước 100x50x25mm (hình 12). Hình 12. Thuốc nổ TNT Kíp nổ điện được sử dụng là loại kíp nổ điện số 8 (hình 13). Hình 12. Thuốc nổ TNT Hình 12. Thuốc nổ TNT Hình 13. Kíp nổ điện số 8 Hình 12. Thuốc nổ TNT Kíp nổ Hình điện được 13. sử dụng Kíp là13. Hình loại Kíp kíp nổ 8điện nổsốđiện nổ điện số 813). số 8 (hình c. Trình tự thí nghiệm c. Trình tự thí nghiệm c.sửTrình dụngTiến là tự loại thí hành kíp nổ nghiệm thí nghiệm nổ lầnđiện BTCT với trình tự cụ thể như sau: lượt vớisố trên Tiến 8 thuốc cấu kiện nổ(hình hành BTCT thí nghiệm TNT với khốinổ trình 13). lần lượt lượng tự cụ 200 thể vớigthuốc như nổ TNT đặt tiếp sau: xúckhối trênlượng 200g đặt tiếp xúc cấu kiện - Đặt cấu kiện BTCT vào vị trí để thí nghiệm - Đặt cấuliên kiệnkết chặt; BTCT vào vị trí để thí nghiệm liên kết chặt; Hình 13. Kíp dàiđiện nổ số 8BTCT); Tiến hành thí nghiệm nổ lần lượt với thuốc nổ TNT kh - Gắn các đầu đo biến dạng tại các điểm- Gắn điểm 2 (mặt dưới chính giữa cấu kiệncấu BTCT); 1 (chính các đầugiữa, mặtdạng đo biến dưới,tạiởcác 1/4điểm chiều 1 (chínhcấu kiện giữa, mặt dưới, ở 1/4 chiều dài c. Trình tự thí nghiệm kiện BTCT); điểm 2 (mặt dưới chính giữa cấu kiện BTCT); trên cấu kiện BTCT với trình tự cụ thể như sau: - Cấu tạo lượng nổ và bố trí lượng nổ vào mô hình kết cấu BTCT. Khi bố trí lượng nổ, tất cả người - Cấu tạo lượng nổ và bố trí lượng nổ vào mô hình kết cấu BTCT. Khi bố trí không có trách nhiệm phải ra khỏi Tiến vị hành thírútnghiệm trí nổ và về vị trínổan lần toànlượttheo với thuốc qui định nổphổ được TNT biếnkhối tại lượng 2 thao trường; Hình 13. Kíp nổ điện số 8 - Kiểm tra công tác trên cấu an toàn kiện trước khiBTCT nổ, cho với phéptrình kiểm tratự mạch cụ thể nổ;như sau: 15 - Đặt cấu kiện BTCT vào vị trí để thí nghiệm liên kết - Tiến hành nổ, kiểm tra và xử lý mìn câm sau đó đo kết quả cho lần thí nghiệm. - Đặt cấu kiện BTCT vào vị trí để thí nghiệm liên kết chặt; Các lần nổ thí nghiệm tiếp theo quy trình được thực hiện theo đúng tuần tự như trên. - Gắn các đầu đo biến dạng - Gắn các đầu191 tại các điểm 1 (chính giữa đo biến dạng tại các điểm 1 (chính giữa, mặt dưới cấu kiện BTCT); điểm 2 (mặt dưới chính giữa cấu kiện BTCT); iệm cấu nổ lầnBTCT); kiện lượt vớiđiểm thuốc2nổ(mặt TNTdưới khốichính lượnggiữa 200gcấu đặt tiếp xúc - Cấu tạo lượng nổ và bố trí lượng nổ vào mô kiện hình kếtBTC cấu BT
  13. -- Kiểm Kiểm tra tra công công tác tác an an toàn toàn trước trước khikhi nổ, nổ, cho cho phép phép kiểm tra mạch kiểm tra mạch nổ; nổ; Tiến hành --- Tiến hành nổ, kiểm kiểm tra và và xử lý lý mìn câm câm sau đó đó đo kết kết quả quả cho cho lần lần thí thí nghiệm. nghiệm. Tiến hành nổ,nổ, kiểm tra tra và xử xử lý mìnmìn câm sau sau đó đođo kết quả cho lần thí nghiệm. Các lần Các lần nổ thíthí nghiệm tiếp tiếp theo quy quy trình được được thực hiện hiện theo đúng đúng tuần tuần tự tự như như trên. trên. Các lần nổ nổ thí nghiệm nghiệm tiếp theotheo quy trìnhtrình được thực thực hiện theo theo đúng tuần tự như trên. Trung, P. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 3.2. Kết 3.2. Kết quảquả thử thử nghiệm nghiệm 3.2. 3.2. Kết quảthử Kết quả thửnghiệm nghiệm Kết quả quả cấu cấu kiện kiện BTCT BTCT bị bị phá phá hoại hoại sau sau khi khi nổ nổ cấu kiện kiện BTCT BTCT số số 2, 2, 33 và và 5 như như trong trong KếtKết Kết quả quả cấu BTCT cấu kiện kiện BTCT bị phá bị phá hoại sauhoại khi sau nổ cấu nổ cấu khikiện cấu BTCT kiện số BTCT 2, 3 và 5số như 3 và 55Hình 2, trong như14(a), trong hình 14(a), 14(a), (b), (b), (c) và bảng 11. (c) và 11. hình (b), (c) hình và Bảng 14(a), (c) và bảng (b), 11. bảng 11. Cấu (a) Cấu (a) kiện kiện BTCT BTCT số 2 số 2số 2 Cấu (a) (a) kiện Cấu BTCT kiện BTCT số 2 Cấu (b) Cấukiện (b) Cấu BTCT kiện BTCT số 3số 3 (b) Cấu kiện BTCT số 3 (b) (c) Cấu kiện BTCT số 5 (c) Cấu (c) Cấu (c) kiện BTCT Cấu kiện BTCT số số 55 Hình 14. Hình ảnh cấu kiện BTCT bị phá hủy sau khi nổ cấu kiện số 2, 3 và 5 Hình Hình 14. Hình 14. Hình Hình 14. ảnh Hình ảnh cấu ảnh cấu kiện cấu kiện BTCT kiện BTCT BTCT bị bị phá phá hủy hủy sau sau khikhi nổ nổ cấu cấu kiện kiện số số 2, 2, 33 và và 55 Bảng 11. Bảng 11. Bảng 11. Kích Kích Kích thước thước thước vùng vùng phá hủy hủy trên trên mô mô hình thửthử nghiệm Bảng 11. Kích thước vùngphá vùng phá hủy trên mô hìnhhình thử nghiệmnghiệm Chiều Chiều dài Chiều dài vùng dài vùng phá vùng phá Chiều dài phá Chiều dài vùng vùng phá phá ChiềuChiều dài dài vùng vùng phá pháhủy hủy Cấu Cấu Cấu kiện kiện Chiềuhủy kiện giữahủy hủy giữa dài vùng giữa cấu phá cấu kiện hủy cấu kiện hủy Chiều hủy mặt dài trên vùng mặt trên cấu phá kiện hủy mặt Chiều cấu kiện mặt mặt dàidưới vùngcấu phákiện hủy cấu giữa kiện mặt dướidưới cấu(mm) kiện Cấu kiện kiện (mm)(mm) trên cấu kiện (mm) (mm) cấu kiện (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) Cấu Cấu kiện kiện222 kiện Cấukiện Cấu 2 280280 280 280 655655 655 695 695 695 Cấu kiện 3 310 635 710 Cấu kiện 5 265 660 725 Trung bình 285 16 16 650 710 192
  14. Cấu kiện 3 310 635 710 Cấu kiện Cấu kiện 53 310 265 635 660 710 725 Cấu kiện Trung 5 bình 265 660 725 Trung, P.285 T., và cs. / Tạp chí Khoa học650 Công nghệ Xây dựng 710 Trung bình 285 650 710 Biếnđodạng Biến dạng đothông được được qua thông cácquacảmcácbiến cảmgắn biếntrên gắncấu trênkiện cấuBTCT kiện BTCT tại 1điểm tại điểm và 21(Hình và 2 15 Biến dạng (hình 15; 16). và 16). đo được thông qua các cảm biến gắn trên cấu kiện BTCT tại điểm 1 và 2 (hình 15; 16). 15. Kết HìnhHình quảquả 15. Kết đođobiến biếndạng dạng tại điểm1 1trên tại điểm trên mômô hình hình thựcthực Hình 15. Kết quả đo biến dạng tại điểm 1 trên mô hình thực Hình 16. Kết quả đo biến dạng tại điểm 2 trên mô hình thực Thử nghiệmHìnhHìnhnổ Kết 16. trên quả 16. Kết đo quả hiện biến đo trườngbiếndạng tại dạngkết cho điểm tại quả điểm 2 2trên vùng trên mô hìnhhình môtông bê thựckiện BTCT bị thựccấu của phá hoại Thửhoàn nghiệmtoàn ở chính giữatrường có chiềuchodài kếtkhoảng 285mm, vùng phá cấu hoại lan rộng Thử nghiệm nổ trên nổhiệntrên hiện trường cho kết quả vùng quả vùng bê tông bê cấu của tông củaBTCT kiện kiện BTCT bị phá hoạibị hoàn toànraở phía phá hoạicác chính cạnh hoàn giữa có cấuở kiện toàn chiều chính giữa có dài BTCT khoảng có 285chiều mm,dài chiều dài vùngkhoảng khoảng 650-710mm phá hoại285mm, lan rộng ra(bảng vùng phá 11). phía Cốt lan thép hoạicạnh các rộng cấu kiện BTCTchịu ra cólực phía cáckhông chiều cạnh bị cấu dài khoảngphá hủy, kiện 650-710thép BTCT mm đai(Bảng có tại vị11). chiều trí Cốt dài gần thép lượng khoảng nổlực bị không 650-710mm chịu thổi (bảng bay. Biến bị phá hủy,dạng 11). Cốt tại thép thép đai tại điểm vị trí chịu 1lượng gầnlực (chính nổ bị không giữa,phámặt bịthổi bay. dưới, hủy,Biến thépở đai dạng1/4tạichiều tạiđiểm dài vị trí cấulượng 1 gần (chínhkiện giữa,BTCT) đạtởbay. mặtbịdưới, nổ thổi giá 1/4trị lớn dạng chiều Biến nhất dài cấulàkiện tại BTCT) đạt giá trị lớn nhất là và biến 0,109 (Hình 15) và biến dạng tại điểm 2 (mặt dưới chính giữa0,236làkiện cấu 0,1091(hình điểm (chính 15)giữa, mặtdạng dưới,tạiởđiểm 2 (mặtdài 1/4 chiều dướicấuchính kiệngiữa BTCT)cấu kiện BTCT) đạt giá đạtnhất trị lớn BTCT) đạt 0,236 sau đó những phần tử bê tông tại điểm đó bị phá hoại khỏi cấu kiện (Hình 16). sau đó(hình 0,109 những 15)phần tử bêdạng và biến tôngtạitạiđiểm điểm2 đó bị dưới (mặt phá hoại chínhkhỏigiữacấucấu kiện kiện(hình 16). đạt 0,236 BTCT) 4. sau đósánh, những 4. sánh, So So phần đánh đánh tửquả giá giá kết bê kếttông quả tại điểm đó bị phá hoại khỏi cấu kiện (hình 16). 4.Kết Soquả sánh, Kết đánh thí quả thígiá nghiệm kếtvàquả nghiệm thực thựcphỏng mô và mô số phỏng số hiện được thể đượcnhư thểtrong hiện Hình như trong 17–19hình 17, 18, và Bảng 12. Kết quả kích thước Kết vùng phánghiệm quả thí hủy trênthực mô hình thửphỏng và mô nghiệmsố vàđược mô phỏng số (Hình thể hiện như 17) có sự trong sai17, hình khác18, chiều dài vùng phá hủy giữa cấu kiện 7,4%; Chiều dài vùng phá hủy mặt trên cấu kiện 5,8%; Chiều dài vùng phá hủy mặt dưới cấu kiện 3,7% (Bảng 12).17 Còn biến dạng dọc trục điểm 1 và 2 (trung bình của điểm đo 2a và 2b) (Hình 18, 19) có sự sai khác lần lượt là 5,5% và 10,6%. Sai khác này hoàn toàn 17 chấp nhận được đối với bài toán mô phỏng tác dụng của tải trọng nổ. 193
  15. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2018 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 Tạp chí Tạp chí Khoa Khoa học học Công Công nghệ nghệXây Xâydựng, dựng,NUCE NUCE2018 2018 p-ISSN 2615-9058; p-ISSN e-ISSN 2615-9058; 2734-9489 e-ISSN 2734-9489 19 và bảng 12. 19 và bảng 12. Trung, P. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 19 và bảng 12. Hình 17. Kích thước vùng phá hủy trên mô hình thử nghiệm và mô phỏng số 17. Kích Hình Hình thước 17. Kích vùng thước phá vùng pháhủy hủytrên mô hình trên mô hìnhthử thửnghiệm nghiệm và mô và mô phỏng phỏng số số Hình 17. Kích thước vùng phá hủy trên mô hình thử nghiệm và mô phỏng số Hình 18. Biến dạng tại điểm 1 trên mô hình thử nghiệm và mô phỏng số 18. Biến HìnhHình dạng 18. Biến tạitại dạng điểm điểm11trên trên mô hìnhthử mô hình thửnghiệm nghiệmvà và mô mô phỏng phỏng số số Hình 18. Biến dạng tại điểm 1 trên mô hình thử nghiệm và mô phỏng số Hình 19. Biến dạng tại điểm 2 trên mô hình thử nghiệm và mô phỏng số Hình 19.Biến 19. HìnhHình Biến 19. dạng dạng Biến tại điểm tạitại dạng điểm 2 trên18mô điểm22trên trên mô hình thử hìnhthử mô hình nghiệm thửnghiệm nghiệm và mô và và mô phỏng phỏng số mô phỏng số số 18 18 194
  16. Trung, P. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Bảng 12. So sánh kết quả trên mô hình thử nghiệm và mô phỏng số Mô phỏng số Thử nghiệm Sai khác Chiều dài vùng phá hủy giữa cấu kiện (mm) 264 285 7,4% Chiều dài vùng phá hủy mặt trên cấu kiện (mm) 612 650 5,8% Chiều dài vùng phá hủy mặt dưới cấu kiện (mm) 684 710 3,7% Biến dạng dọc trục điểm 1 0,115 0,109 5,5% Biến dạng dọc trục điểm 2 0,211 0,236 10,6% 5. Kết luận Bài cáo đã trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số sự phá hoại của cấu kiện bê tông cốt thép chịu tác dụng của nổ tiếp xúc. Kết quả nghiên cứu cho thấy: - Thời gian tác dụng phá hủy cấu kiện bê tông cốt thép của nổ tiếp xúc là rất ngắn, cấu kiện bị phá hoại hoàn toàn ở vùng tiếp xúc với lượng nổ và vùng phá hoại đó lan rộng ra ở mặt trên và mặt dưới cấu kiện. Cốt thép bị ảnh hưởng không đáng kể. - Sai khác kết quả mô phỏng số và thực nghiệm cụ thể lần lượt: Chiều dài vùng phá hủy giữa cấu kiện 7,4%; Chiều dài vùng phá hủy mặt trên cấu kiện 5,8%; Chiều dài vùng phá hủy mặt dưới cấu kiện 3,7%; Biến dạng dọc trục điểm 1 và 2 lần lượt là 5,5% và 10,6%. Kết quả nhận được từ mô phỏng số phù hợp với kết quả thí nghiệm hiện trường, thông qua mô phỏng số cho ta thấy rõ cơ chế phá hoại kết cấu bê tông cốt thép khi chịu tác dụng của tải trọng nổ tiếp xúc theo từng thời điểm. Từ đó có cơ sở để khẳng định tính hợp lý khi sử dụng mô hình vật liệu HJC cho bê tông và mô hình vật liệu Johnson-Cook cho cốt thép trong phân tích kết cấu bê tông cốt thép chịu tác dụng nổ tiếp xúc bằng phần mềm ABAQUS. Kết quả đó hữu ích cho mô phỏng các bài toán kháng xuyên, kháng nổ và kháng sập luỹ tiến chịu tác dụng nổ. Tài liệu tham khảo [1] (2020). ABAQUS Theory Manual, revision 2020. Pawtucket, Rhode Island, Mỹ. [2] Lee, E., Finger, M., Collins, W. (1973). JWL equation of state coefficients for high explosives. Technical report, Lawrence Livermore Laboratory, Livermore, Calif, UCID-16189, Berkeley. [3] Henrych, J., Major, R. (1979). The dynamics of explosion and its use, volume 569, chapter 5. Elsevier Amsterdam. [4] Biggs, J. M. (1964). Introduction to structural dynamics. New York: McGrawHill. [5] Li, J., Hao, H. (2011). A two-step numerical method for efficient analysis of structural response to blast load. International Journal of Protective Structures, 2(1):103–126. [6] Dragos, J., Wu, C. (2014). Interaction between direct shear and flexural responses for blast loaded one- way reinforced concrete slabs using a finite element model. Engineering Structures, 72:193–202. [7] Kot, C. A., Valentin, R. A., McLennan, D. A., Turula, P. (1978). Effects of air blast on power plant structures and components. Technical report, Argonne National Lab., IL (USA). [8] Kot, C. A. (1977). Spalling of concrete walls under blast load. Structural Mechanics in Reactor Technol- ogy, 31(9):2060–2069. [9] McVay, M. K. (1988). Spall damage of concrete structures. Technical report, ARMY Engineer Waterways Experiment Station Vicksburg MS Structures LAB. [10] Wang, W., Zhang, D., Lu, F., Wang, S.-c., Tang, F. (2013). Experimental study and numerical simulation of the damage mode of a square reinforced concrete slab under close-in explosion. Engineering Failure Analysis, 27:41–51. 195
  17. Trung, P. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng [11] Marchand, K. A., Plenge, B. T. (1998). Concrete hard target spall and breach model. Air Force Research Laboratory, Munitions Directorate, Lethality . . . . [12] Hòa, P. D., Thắng, N. C., Linh, N. Đ., Dung, B. T. T., Lộc, B. T., Đạt, Đ. V. et al. (2019). Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu tác động tải trọng nổ của vật liệu bê tông chất lượng siêu cao (UHPC). Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 13(3V):12–21. [13] Monaghan, J. J. (1988). An introduction to SPH. Comput. Phys. Comm., 48:89–96. [14] Hayhurst, C. J., Clegg, R. A. (1997). Cylindrically symmetric SPH simulations of hypervelocity impacts on thin plates. International Journal of Impact Engineering, 20(1-5):337–348. [15] Lee, E., Finger, M., Collins, W. (1973). JWL equation of state coefficients for high explosives. Technical report, Lawrence Livermore National Lab.(LLNL), Livermore, CA (United States). [16] Johnson, G. R. (1994). Linking of Lagrangian particle methods to standard finite element methods for high velocity impact computations. Nuclear Engineering and Design, 150(2-3):265–274. [17] Abascal, R., Dominguez, J. (1984). Dynamic behavior of strip footings on non-homogeneous viscoelastic soils. Dynamic Soil-structure Interaction: Proceedings of the International Symposium on Dynamic Soil- Structure Interaction, Minneapolis, 25–35. [18] Holmquist, T. J., Johnson, G. R. (2011). A computational constitutive model for glass subjected to large strains, high strain rates and high pressures. The 14th international symposium on ballis-tic, Quebec, Canada, (5):26–29. [19] Johnson, G. R., Cook, W. H. (1983). A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures. Proceedings of the 7th International Symposium on Ballistics, The Netherlands, 21(1):541–547. [20] Johnson, G. R., Cook, W. H. (1985). Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures. Engineering Fracture Mechanics, 21(1):31–48. 196
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2