Tính ổn định của cột ống thép nhồi bê tông có mặt cắt thay đổi bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Tác giả: ThS. ĐỖ THỊ HẰNG
              ThS. NGUYỄN KHÁNH ĐỨC
              Trường Đại học Giao thông vận tải

Cột có mặt cắt thay đổi chịu lực dọc trục phân bố

Trong vài thập kỷ gần đây, kết cấu nhà cao tầng, kết cấu nhịp lớn ngày càng phổ biến hơn. Kết cấu ống thép nhồi bê tông có ưu điểm khả năng chịu lực và sử dụng hiệu quả kết hợp của vật liệu thép và bê tông. Vì vậy, ống thép nhồi bê tông ngày càng được sử dụng phổ biến trong các công trình cao tầng và kết cấu nhịp lớn, công trình cầu. Cột thép nhồi bê tông đã được sử dụng trong các kết cấu cầu chịu tác động của hoạt tải xe và được sử dụng để làm hệ thống khung, dàn đỡ bể chứa, cột trong các tòa nhà cao tầng cũng như được sử dụng làm cọc.

Các nghiên cứu về kết cấu ống thép nhồi bê tông được nhiều tác giả nghiên cứu lý thuyết và thí nghiệm với mặt cắt ngang hình chữ nhật, hình vuông và hình tròn. Phan Dinh Hao và Trinh Huu Hiep [1] đã mô phỏng ống thép nhồi bê tông cường độ cao chịu nén đúng tâm bằng phần mềm Abaqus. Simon Schnab [2] đã tính ổn định của cột thép nhồi bê tông có xét đến biến dạng trượt giữa thép và bê tông. Gupta P.K và Singh Heaven [3] đã nghiên cứu sự kiềm chế của bê tông trong cột thép nhồi bê tông bằng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua sử dụng phần mềm Abaqus. Ahmed Ahmed Dalaf và Güneyisi Esra Mete [4] đã dùng phần mềm Ansys mô phỏng phi tuyến sự làm việc của kết cấu ống thép nhồi bê tông.

Đã có rất nhiều nghiên cứu về ổn định của thanh có mặt cắt thay đổi, nhiều bài toán cơ bản về ổn định các thanh có mặt cắt thay đổi được trình bày trong các sách như Timoshenko [5], Bazant [6], Wang [7], Lều Thọ Trình [8]. Ngoài ra, nhiều tác giả cũng đã nghiên cứu ổn định của thay với mặt cắt thay đổi với nhiều dạng khác nhau, tính toán bằng các phương pháp khác nhau. Lee và cộng sự [9] đã tính ổn định của cột có mặt cắt thay đổi với các liên cứng, liên kết đàn hồi bằng cách giải xấp xỉ phương trình vi phân ổn định. Krauberger và các cộng sự [10] đã nghiên cứu tính ổn định của cột bê tông cốt thép có liên kết đàn hồi.

Bên cạnh phương pháp giải tích, một số tác giả đã sử dụng các phương pháp phần tử hữu hạn. Sankaran và cộng sự [11] đã nghiên cứu ổn định của thanh có mặt cắt thay đổi bằng phương pháp phần tử hữu hạn Galerkin. Tuy nhiên, chưa thấy có nhiều nghiên cứu tính ổn định của cột ống thép nhồi bê tông có mặt cắt thay đổi. Nghiên cứu này xây dựng mô hình phần tử hữu hạn cho cột ống thép nhồi bê tông có mặt cắt thay đổi, sử dụng phần mềm Matlab để lập trình tính toán tìm giá trị lực tới hạn.

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