Nghiên cứu mô phỏng số đánh giá khả năng chịu lực của dầm thép bị ăn mòn

Dầm thép là cấu kiện thiết yếu trong các công trình xây dựng, đặc biệt là cầu, do khả năng chịu lực vượt trội và dễ thi công. Tuy nhiên, nhược điểm đáng kể là chúng dễ bị ăn mòn, một vấn đề nghiêm trọng đặc biệt ở các khu vực khí hậu ẩm ướt như Việt Nam. Sự ăn mòn tại các vùng trọng yếu như đầu dầm và bản bụng có thể làm suy giảm đáng kể khả năng chịu tải của kết cấu, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn. Do những hạn chế của nghiên cứu thực nghiệm, mô phỏng số trở thành công cụ đắc lực. Nghiên cứu này tập trung đánh giá khả năng chịu lực của dầm thép bị ăn mòn tại các liên kết đầu dầm và bản bụng bằng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Abaqus, nhằm cung cấp hiểu biết sâu sắc về ảnh hưởng của ăn mòn đến hiệu suất kết cấu.

Các kỹ sư kết cấu, nhà nghiên cứu trong lĩnh vực cầu đường và kết cấu thép, sinh viên và giảng viên ngành kỹ thuật xây dựng và vật liệu.

Nghiên cứu này khảo sát một cách toàn diện về khả năng chịu lực của dầm thép khi bị ăn mòn, một vấn đề cấp thiết trong kỹ thuật xây dựng. Sử dụng phần mềm Abaqus tiên tiến và phương pháp phần tử hữu hạn, các tác giả đã mô phỏng chi tiết hành vi của dầm thép tiết diện chữ I W360x51 dưới ba kịch bản ăn mòn chính: ăn mòn liên kết bu lông, ăn mòn bản bụng, và sự kết hợp của cả hai loại ăn mòn. Tổng cộng chín trường hợp ăn mòn cụ thể đã được phân tích, bao gồm các kịch bản với mức độ ăn mòn tăng dần trên bu lông và các lỗ thủng trên bản bụng. Phương pháp mô hình hóa ăn mòn liên quan đến việc giảm chiều dày bản bụng hoặc loại bỏ bu lông (để mô phỏng đứt liên kết), sử dụng các phần tử khối C3D8R trong Abaqus. Kết quả cho thấy sự suy giảm đáng kể khả năng chịu lực của dầm thép trong tất cả các trường hợp ăn mòn. Cụ thể, ăn mòn bu lông làm giảm khả năng chịu lực từ 6,8% đến 10,5%. Ăn mòn bản bụng dẫn đến mức giảm từ 10,6% đến 14,2%. Khi ăn mòn đồng thời cả bu lông và bản bụng, khả năng chịu lực suy giảm nghiêm trọng nhất, từ 14,4% đến 17,8%. Các đường cong lực-độ võng cũng minh chứng rõ ràng sự giảm sút về sức kháng dẻo và tải trọng ổn định phi tuyến của dầm bị ăn mòn. Những phát hiện này cung cấp dữ liệu quan trọng, cho thấy tầm quan trọng của việc xem xét ảnh hưởng ăn mòn trong thiết kế và đánh giá kết cấu dầm thép. Nghiên cứu nhấn mạnh rằng mức độ suy giảm khả năng chịu lực phụ thuộc đáng kể vào vị trí và mức độ nghiêm trọng của ăn mòn. Đây là cơ sở để phát triển các phương án gia cường hiệu quả cho các cấu kiện dầm thép bị ăn mòn trong tương lai, góp phần nâng cao an toàn và tuổi thọ cho các công trình xây dựng.