Bài báo trình bày phương pháp mô phỏng sự hình thành vết nứt trong dầm bê tông thông qua mô hình lò xo thân cứng (RBSM) hai chiều, được xây dựng và phân tích trên nền tảng phần mềm SAP2000. Mô hình sử dụng để khảo sát là dầm bê tông có tiết diện 5×10 cm, dài 50 cm, chịu tải phân bố đều.
Dầm được chia thành các phần tử đơn vị có kích thước 2 cm, mô phỏng bằng các nút không biến dạng liên kết với nhau thông qua các lò xo có độ cứng được xác định thông qua mô đun đàn hồi của bê tông. Phân tích trong SAP2000 với giá trị tải phân bố 1 kN/m đến 6 kN/m cho thấy lực dọc phát sinh trong các lò xo tăng tuyến tính theo tải trọng. Phần tử lò xo nguy hiểm nhất nằm ở giữa và phía dưới dầm - nơi có lực kéo lớn nhất. Bằng cách so sánh lực kéo lớn nhất trong lò xo với giá trị khả năng chịu kéo của phần tử bê tông, kết quả xác định được tải trọng gây nứt dầm là 4,61 kN/m.
Ngoài ra việc tính toán mô men gây nứt tính toán theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 cũng được thực hiện, cho thấy sự tương đồng về kết quả, qua đó xác nhận độ tin cậy và tính khả thi của phương pháp mô hình hóa RBSM trong việc dự đoán vị trí và tải trọng gây nứt. Mô hình RBSM thể hiện tiềm năng ứng dụng trong phân tích cơ học phá hoại của kết cấu bê tông, đặc biệt phù hợp trong bối cảnh cần mô phỏng chi tiết sự hình thành và phát triển của vết nứt ở cấp độ cấu kiện.
Trong vài thập kỷ gần đây, nhu cầu mô phỏng chính xác sự phá hoại và hình thành vết nứt trong vật liệu giòn, đặc biệt là bê tông, đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp mô hình số phi tuyến. Trong số đó, các mô hình phần tử rời rạc đã chứng tỏ ưu thế nổi bật khi xử lý các quá trình biến dạng không liên tục, gãy đứt, tách lớp hoặc phá vỡ từng phần - những hiện tượng mà các phương pháp truyền thống như phần tử hữu hạn (FEM) gặp khó khăn trong việc biểu diễn chính xác. Các mô hình phần tử rời rạc được xây dựng dựa trên ý tưởng rằng vật liệu có thể được chia thành các phần tử riêng biệt, tương tác với nhau thông qua các liên kết hoặc tiếp xúc.
Những mô hình như mô hình phần tử rời rạc (Discrete Element Method - DEM), mô hình mạng lưới (Lattice Models), mô hình phần tử gián đoạn (Discontinuous Deformation Analysis - DDA) và mô hình lò xo thân cứng (Rigid Body Spring Model - RBSM). RBSM là một trong những mô hình nổi bật trong nhóm này, cho phép mô phỏng sự hình thành, lan truyền của các vết nứt trong vật liệu giòn một cách hiệu quả, phù hợp với kết cấu bê tông. Mô hình RBSM được xây dựng trên nguyên lý chia vật thể rắn thành các phần tử không biến dạng.
Các phần tử này được liên kết với nhau thông qua hệ lò xo đàn hồi tại biên tiếp xúc. Khi vật thể chịu tải, các lò xo sẽ truyền lực giữa các phần tử và phá hủy xảy ra khi lực trong lò xo vượt ngưỡng tới hạn, được xác định từ đặc trưng vật liệu. Một trong những ưu điểm lớn nhất của RBSM là khả năng mô phỏng trực tiếp sự hình thành và lan truyền vết nứt mà không cần kỹ thuật tái tạo lưới như trong FEM. Vết nứt được hình thành tự nhiên khi các lò xo bị đứt và có thể lan theo bất kỳ hướng nào tùy thuộc vào mạng lưới phần tử.
Trong nghiên cứu của một số tác giả trên thế giới, các dạng mô hình phần tử rời rạc đã được áp dụng thành công để mô phỏng sự nứt gãy trong dầm bê tông chịu uốn, với kết quả gần với quan sát thực nghiệm. Từ khi được giới thiệu, RBSM đã được nhiều nhà nghiên cứu sử dụng để mô phỏng các bài toán phá hủy trong vật liệu giòn, đặc biệt là bê tông.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
Buildata
