1. THÔNG TIN ĐỀ TÀI

Tên đề tài: Phát triển phương pháp tính dựa trên lý thuyết năng lượng biến dạng bù để phân tích ứng suất dư do hàn nhiệt gây ra trong kết cấu cầu dầm thép.

Mã số: B2023-GHA-06

Chủ nhiệm: PGS.TS. Phạm Văn Phê

2. THÔNG TIN CHÍNH ĐỀ TÀI

Đề tài tập trung vào việc phát triển các phương pháp tính toán nhằm phân tích ứng suất dư do hàn nhiệt gây ra trong kết cấu cầu dầm thép. Trước tiên, nghiên cứu tổng hợp và phân tích các phương pháp hàn phổ biến cùng với tính chất cơ học của vật liệu hàn. Đồng thời, đề tài cũng so sánh các phương pháp đo ứng suất dư trên thế giới, bao gồm các kỹ thuật cơ học như khoan lỗ, cắt, contour, khoan lỗ sâu, cũng như các phương pháp nhiễu xạ tia X, neutron, Barkhausen Noise và siêu âm. Một cách tiếp cận lý thuyết bậc cao đã được đề xuất để mô tả trạng thái ứng suất trong mối hàn khi nhiệt độ thay đổi. Dựa trên lý thuyết này, nhóm nghiên cứu đã thiết lập các phương trình vi phân và điều kiện biên, đồng thời xây dựng lời giải giải tích để dự đoán ứng suất dư, sau đó kiểm chứng bằng mô phỏng số và thực nghiệm.

Tiếp theo, đề tài phát triển một mô hình phần tử hữu hạn bậc cao nhằm mô phỏng ứng suất dư trong mối nối đường hàn bằng phần mềm ABAQUS. Mô hình này giúp xác định ảnh hưởng của hình dạng và kích thước mối hàn đến phân bố ứng suất dư, đồng thời đánh giá tác động của nhiệt độ hàn và các yếu tố khác trong quá trình hàn. Dựa trên kết quả mô phỏng, nghiên cứu đã xây dựng cơ sở dữ liệu về ứng suất dư, hỗ trợ kiểm toán sức kháng của các mối nối trong kết cấu cầu thép. Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng đề xuất hướng dẫn đánh giá ứng suất dư và kiểm toán mối hàn trong thực tế, đặc biệt đối với các kết cấu dầm chữ I chịu tải trọng lớn.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, ứng suất dư trong dầm chữ I có ảnh hưởng đáng kể, đặc biệt tại các vùng giao nhau giữa bản cánh và bản bụng. Việc sử dụng mô hình phần tử hữu hạn bậc cao mang lại kết quả chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống, giúp dự đoán ứng suất dư hiệu quả hơn mà không cần quá nhiều phép đo thực nghiệm. Nhóm nghiên cứu đề xuất sử dụng mô hình số để đánh giá ứng suất dư trong thực tế, từ đó tối ưu hóa thiết kế và kiểm toán sức kháng của các kết cấu hàn trong ngành xây dựng cầu thép. Nhìn chung, nghiên cứu này đã đóng góp quan trọng vào việc nâng cao độ chính xác trong dự báo ứng suất dư, đồng thời cung cấp công cụ hữu ích cho các kỹ sư thiết kế và kiểm định chất lượng kết cấu hàn.

3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI

3.1. KẾT QUẢ SẢN PHẨM

Sản phầm khoa học: 3 bài báo quốc tế nằm trong danh mục Web of Sciences và Scopus.

Sản phẩm đào tạo: 2 học viên thạc sĩ.

Sản phẩm ứng dụng: 2 hướng dẫn tính toán.

3.2. KẾT QUẢ NỔI BẬT

- Đề tài đã xây dựng thành công lời giải giải tích đánh giá ứng suất dư trong kết cấu dầm hàn với các mối hàn có kích thước khác nhau (h_we và t_we):

So sánh biểu đồ ứng suất dư giữa lời giải giải tích với mô hình số, lời giải tiêu chuẩn EC3 [9], lời giải thực nghiệm của Schaper và cộng sự [98] trong kết cấu có đường hàn kích thước 5mm

- Đề tài đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng số trong phần mềm ABAQUS để mô tả sự hình thành, phát triển và tồn tại của ứng suất dư trong các mối nối đường hàn khác nhau của kết cấu hàn: 

Kết quả phân tích ứng suất dư trong kết cấu thép hàn dựa trên mô phỏng số

- Đề tài đã áp dụng thành công các mô hình đề xuất vào xây dựng hướng dẫn đánh giá ứng suất dư và khả năng chịu lực còn lại trong một số loại mối nối đường hàn trong các kết cấu cầu: 

So sánh kết quả sức kháng uốn của dầm hàn có ứng suất dư thu được từ mô hình số hiện tại và kết quả thực nghiệm

Thí dụ 4: Đo vẽ một kết cấu bị cong vênh thực tế và dựng lại quá trình chịu uốn bằng mô hình số.