Giáo trình Ứng dụng Sap trong thiết kế kết cấu (Nghề Kỹ thuật xây dựng Trình độ CĐTC)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG GIÁO TRÌNH Ứng dụng Sap thiết kế kết cấu NGHỀ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Trình độ trung cấp/cao đẳng (Ban hành theo định số: 70 /QĐ – CĐN ngày 11 tháng 01 năm 2019 hiệu trưởng trường cao đẳng nghề An Giang) Năm 2019 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu LỜI GIỚI THIỆU Những năm 1980 trở lại Trong lónh vực xây dựng, công nghệ máy tính ứng dụng rộng rãi, bao gồm phần mềm quản lí xây dựng, kinh tế xây dựng, phân tích nội lực kết cấu, thiết kế kết cấu thép kết cấu bê tông cốt thép, thiết kế thể vẽ kỹ thuật Trong số chương trình tính kết cấu, hệ chương trình Sap ( Structure Analysis Program) hệ chương trình nỗi tiếng Sap 86, Sap 90, Sap 2000 Hiện Sap 2000 ứng dụng để phân tích thiết kế nhiều loại kết cấu xây dựng nhà kỹ sư, sinh viên ngành công trình quan tâm nghiên cứu Giáo trình ứng dụng Sap thiết kế kết cấu tác giả biên soạn làm tài liệu hướng dẫn tập thực hành dành riêng cho sinh viên trường Cao đẳng nghề An Giang Tác giả xin chân thành cám ơn Thầy cô giáo viên Khoa Xây dựng trường Cao đẳng nghề An Giang bạn đồng nghiệp động viên, giúp đỡ góp ý trình trình biên soạn Giáo trình khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý bạn đọc để ngày hoàn thiện hơn./ An Giang, ngày 28 tháng 12 năm 2019 Tham gia biên soạn Chủ biên: Đoàn Trọng Thức Trang Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC CHƢƠNG TRÌNH MƠ ĐUN BÀI 1: MỞ ĐẦU- CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN I MỞ ĐẦU Giới thiệu chương trình, mục tiêu, ứng dụng Sap 2000 Hướng dẫn cài đặt phần mềm Giới thiệu giao diện Sap 2000 II CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Các khái niệm nút, phần tử thanh, phần tử Trang Các khái niệm hệ đơn vị hệ tọa độ 7 14 18 18 19 Đơn vị góc đo độ dùng SAP 2000 23 Liên kết (Restraints) 23 Tải trọng (Load) III.NHỮNG CÔNG CỤ HỖ TRỢ TRONG SAP 2000 23 Standard (tiêu chuẩn) 24 24 25 View (Xem) 25 Edit (Soạn thảo, hiệu chỉnh) Snap (Đặt chế độ bắt dính) 26 26 Draw (Vẽ thêm đối tượng) 27 Define (Khai báo thuộc tính hệ) Select (Chọn đối tượng) Point and Joint Assigns (Gán tính chất cho nút) Frame and Line Assigns (Gán tính chất cho thanh) 27 28 28 29 10 Shell and Area Assigns (Gán tính chất cho tấm) 11 Display (Thể sơ đồ, kết ) 12 Design (Thiết kế tiết diện) BÀI 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ TÍNH I TRÌNH TỰ GIẢI TRONG SAP 2000 Các bước để thực tính tốn phân tích 29 30 31 31 31 Trang Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu kết cấu phần mềm SAP 0 II XÂY DỰNG MƠ HÌNH TRONG SAP 2000 Chọn đơn vị Tạo mô hình Hiệu chỉnh gán liên kết Thay đổi hiển thị số thứ tự phần tử / số thứ tự nút III KHAI BÁO ĐẶC TRƢNG Khai báo đặc trưng vật liệu Đặc trưng tiết diện IV GÁN TIẾT DIỆN, GÁN TẢI TRỌNG Gán tiết diện Khai báo gán tải trọng V GIẢI BÀI TOÁN Chọn bậc tự Gán số mặt cắt cần xuất kết cho phần tử Frame Lưu toán Giải toán Câu hỏi tập BÀI 3: XEM VÀ XUẤT KẾT QUẢ NỘI LỰC I XỬ LÝ KẾT QUẢ Xem sơ đồ biến dạng Xem biểu đồ nội lực II XUẤT KẾT QUẢ THÀNH FILE III KIỂM TRA VÀ HIỆU CHỈNH Kiểm tra liệu nhập Hiệu chỉnh liệu nhập TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 32 32 38 39 40 40 42 45 45 46 52 52 53 53 53 53 55 55 55 55 56 57 57 59 60 Trang Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu CHƢƠNG TRÌNH MƠ ĐUN mơ đun: ỨNG DỤNG SAP TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU Mã mô đun: MĐ 15 Thời gian thực mô đun: 30 (Lý thuyết: giờ, thực hành: 20 giờ, kiểm tra:2 giờ) I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN Vị trí:là mơn học học sau môn vẽ kỹ thuật xây dựng, xây dựng, kết cấu xây dựng Tính chất:: mơn học ứng dụng, sử dụng phần mềm thiết kế kết cấu II MỤC TIÊU CỦA MÔ ĐUN Về kiến thức: - Nêu cách tính tốn nội lực Sap 2000 Về kỹ năng: - Xây dựng sơ đồ tính Sap từ mơ hình kết cấu - Khai báo đặc trưng kết cấu: vật liệu, hình học - Khai báo tải trọng - Xem xuất kết nội lực Về lực tự chủ trách nhiệm: - Rèn luyện tư kết cấu tính tĩ mỉ, cẩn thận III NỘI DUNG MÔ ĐUN Nội dung tổng quát phân bố thời gian: Thời gian ( giờ) Số thứ tự Tên chƣơng, mục I Bài 1: Mở đầu- Các khái niệm bản: I.Mở đầu Kiể Tổng Lý Thực m số thuyết hành,BT tra * 1.Giới thiệu chương trình, mục tiêu, ứng dụng Sap 2000 2.Hướng dẫn cài đặt phần mềm 3.Giới thiệu giao diện Sap 2000 Trang Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu II.Các khái niệm bản: 1 1.Các khái niệm nút, thanh, 2.Các khái niệm hệ tọa độ III.Những cơng cụ hỗ trợ Sap 2000 1.Phóng to, thu nhỏ, di chuyển 2.Thể đối tượng khung nhìn 2D 3.Thao tác chọn bỏ đối tượng III Bài 2:Xây dựng sơ đồ tính 18 12 I.Trình tự giải Sap 2000 II.Xây dựng mơ hình Sap 2000 III.Khai báo đặc trưng 1.Khai báo đặc trưng Đặc trưng vật liệu 2 Khai báo đặc trưng Đặc trưng hình học 3.Tải trọng tổ hợp tải trọng IV a)Các loại tải trọng, tổ hợp 2 b)Gán tải trọng, tổ hợp 2 Bài 3:Xem xuất kết nội lực I.Xem chuyển vị hệ kết cấu 1 II.Xem biểu đồ nội lực phần tử III.Xem phản lực nút 1 IV.Xuất kết nội lực dạng bảng 1 Trang Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu V Kiểm tra Ôn tập hết môn Tổng cộng 30 2 20 Trang Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu BÀI 1: MỞ ĐẦU- CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN A MỤC TIÊU BÀI: - Biết ứng dụng, tính phần mềm Sap 2000 - Biết giao diện Sap 2000 - Cài đặt phần mềm Sap 2000 - Trình bày khái niệm nút, phần tử thanh, - Trình bày hệ tọa độ Sap 2000 - Phân biệt hệ tọa độ Sap hệ tọa độ địa phương - Sử dụng ứng dụng thao tác di chuyển, phóng to , thu nhỏ,chọn bỏ đối tượng Sap 2000 B NỘI DUNG BÀI: I MỞ ĐẦU Giới thiệu chƣơng trình, mục tiêu, ứng dụng Sap 2000 - SAP 2000 (Structural Analysis Program) đời vào năm 1998 (Version 6.11) ĐH Avenue Mỹ - Các phiên SAP 2000 : + Nonlinear Version : phiên phi tuyến + Standard Version : phiên chuẩn + Plus Version : phiên nâng cao + Education Version : phiên dành cho học tập - SAP 2000 dựa vào phần tử mẫu nh : pt thanh, pt vỏ để mô tả dạng kết cấu - SAP 2000 tiến hành phân tích kết cấu dựa theo phơng pháp PTHH (dựa vào mô hình tơng thích), tìm chuyển vị điểm nút phần tử, từ tính đợc nội lực, ứng suất v v phần tử - Khả SAP2000: + Tính giao tiếp: dễ sử dụng, dễ mô tả dạng kết cấu, sửa đổi-in ấn thuận tiện Kết tính toán xem trực tiếp hình hay đọc dạng văn - Khả tính toán-thiết kế: + Tính toán xác định øng st – néi lùc cđa kÕt cÊu - T¶i trọng tĩnh tải, hoạt tải, nhiệt độ - Thiết kế KCBTCT theo tiêu chuẩn: BS, ACI, AASHTO, CSA, EUROCODE, NZS - Giải toán kiểm tra kết cấu thép theo tiêu chuẩn: BS, AISC, Trang Ứng dụng sap thiết kết kếu cu EUROCODE, CISC, AASHTO - Các File liệu: *.SDB : file d÷ liƯu chÝnh *.S2k: file d÷ liƯu d−íi dạng text, dùng phần mềm soạn thảo văn để tạo liệu sửa chữa *.OUT, *.TXT : file liệu chứa kết đợc xuÊt 2.Hƣớng dẫn cài đặt phần mềm Bƣớc 1: Copy hai file SAP2000_V14_DVD.zip (file Lưu ý : không copy vào ổ C để tránh mát lỗi Windows phần mềm đóng băng ổ cứng Bƣớc 2: Giải nén hai file : cài đặt) -Click chuột phải chọn Extract Here Bƣớc 3: Cài đặt chương trình -Click đúp vào file Autorun - Click vào Install SAP2000 V14… Trang Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu Chọn Install Standalone Installation Trang Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu Khai báo gán tải trọng 2.1 Khai báo trường hợp tải trọng Define > Load Cases … - Load name: Tên trường hợp tải trọng - Type: Loại tải trọng - Self Weight Multiplier: Hệ số nhân trọng lượng thân, trường hợp tải trọng có kể trọng lượng thân kết cấu nhập (thường tónh tải), không kể trọng lượng thân nhập (thường hoạt tải sử dụng, gió …) Modify Load : Hiệu chỉnh trường hợp tải chọn Add New Load : Thêm trường hợp tải trọng 2.2 Gán loại tải trọng tác dụng phần tử (Frame, Cable, Tendon) Có thể gán tải trọng lực, tải tập trung phần tử, tải phân bố – phân bố hình thang – phân bố tam giác – phân bố tuyến tính phần tử, Tải trọng thay đổi nhiệt độ … Các lựa chọn Assign > Frame/Cable/Tendon Loads > … dùng để gán loại tải trọng cho phần tử Frame, Cable vaø Tendon Trang 46 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu a) Gán tải trọng lực - Chọn phần tử cần gán tải trọng lực - Assign > Frame/Cable/Tendon Loads > Gravity… - Load Case Name: Chọn trường hợp tải cần gán tải trọng lực - Gravity Multipliers: Hệ số nhân trọng lực Trang 47 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu - Global X, Y, Z: Hệ số nhân trọng lực theo phương X, Y, Z hệ tọa độ tổng thể b) Gán tải tập trung phần tử - Chọn phần tử cần gán tải trọng lực - Assign > Frame/Cable/Tendon Loads > Point … Load Case Name: (chọn trường hợp tải cần gán tải vào) TINHTAI Load Type and Direction: (Loại tải hướng tác dụng) Chọn Forces, Coord Sys GLOBAL, Direction Gravity Point Load: (Tải tập trung phần tử) Chọn Absolute Distance from End-I (khoảng cách tuyệt đối) Distance Load x1 P1 x2 P2 x3 P3 x4 P4 c) Gán tải phân bố phần tử - Chọn phần tử cần gán tải trọng lực - Assign > Frame/Cable/Tendon Loads > Distributed … Trang 48 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu Load Case Name: (chọn trường hợp tải cần gán tải vào) TINHTAI Load Type and Direction: (Loại tải hướng tác dụng) Chọn Forces, Coord Sys GLOBAL, Direction Gravity Trapezoidal Load: (Tải trọng phân bố tuyến tính phần tử) Chọn Absolute Distance from End-I (khoảng cách tuyệt đối) Distance Load x1 q1 x2 q2 x3 q3 x4 q4 Uniform Load: (Tải trọng phân bố phần tử) 2.3 Gán loại tải tập trung nút Các lựa chọn Assign > Joint Loads > … dùng để gán loại tải trọng tập trung nút chuyển vị cưỡng gối tựa Trang 49 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu a) Gán tải trọng tập trung nút - Chọn nút cần gán tải tập trung - Assign > Joint Loads > Forces … - Force GlobalX, Y, Z: Lực tập trung nút theo phương X, Y, Z hệ tọa độ tổng thể - Moment about GlobalX, Y, Z: Moment tập trung nút quay quanh phương X, Y, Z hệ tọa độ tổng thể b) Gán chuyển vị nút cưỡng bức: - Chọn nút cần gán tải tập trung - Assign > Joint Loads > Displacements … Trang 50 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu 2.4 Khai báo tổ hợp tải trọng Khi phân tích nội lực kết cấu có nhiều trường hợp tải trọng độc lập khác tác động lên kết cấu cần phải tiến hành kết hợp trường tải trọng đồng thời xảy theo xu hướng tăng nội lực kết cấu, trình gọi tổ hợp tải trọng Thực tổ hợp tải trọng SAP2000 sau Define > Combinations… Sau click vaøo Add New Combo… Trang 51 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu - Response Combination Name: Đặt tên cho trường hợp tổ hợp - Combination Type: Loại tổ hợp Linear Add = Cộng tác dụng - Case Name: Chọn trường hợp tải trọng có tham gia tổ hợp khai báo - Scale Factor: Hệ số tổ hợp trường hợp tải trọng tương ứng - Add: Thêm trường hợp tải trọng chọn vào tổ hợp - Modify: Hiệu chỉnh trường hợp tải trọng chọn có tổ hợp - Delete: Loại bỏ trường hợp tải trọng chọn khỏi tổ hợp V GIẢI BÀI TOÁN Chọn bậc tự Analyze > Set Options … Bậc tự số chuyển vị xảy nút kết cấu, tổng quát, nút không gian có bậc tự gồm bậc tự chuyển vị thẳng UX – UY – UZ bậc tự chuyển vị xoay RX – RY – RZ trục OX, OY OZ Chọn bậc tự cho toán mục Available DOFs, chọn nhanh bậc tự mục fast DOFs theo hình mẫu toán tương ứng Khi giải toán kết cấu dầm khung phẳng mặt Trang 52 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu phẳng XZ nút có bậc tự UX, UZ RY, nên chọn vào hình khung phẳng (Plane Frame – XZ Plane), khung không gian có đủ bậc tự nên chọn vào hình khung không gian (Space Frame) Gán số mặt cắt cần xuất kết cho phần tử Frame Assign > Frame/Cable/Tendon > Output Stations … Max Station Spacing: Khoảng cách lớn mặt cắt Min Number Stations: Số mặt cắt tối thiểu Lưu toán File > Save as… Chọn đường dẫn đặt tên file Giải toán Analyze > Run Analysis nhấn phím F5 nhấn nút >Run Chọn Run Now chờ máy chạy (xuất cửa sổ có chữ màu xanh) đến xuất dòng ANALYZE COMPLETE, chọn OK để đóng cửa sổ giải Câu hỏi tập Bài 1:- Giải toán dầm bê tông nhịp hình vẽ Yêu cầu tính nội lực chuyển vị dầm: Dữ liệu ban đầu: + Vật liệu: BTCT có W = 2500 kg/m3, E = 2.65x109 kg/m2 + Hệ số Poisson µ = 0,2 + Tiết diện b x h = 250 x 500, chiều dài dầm L= m + Tải trọng phân bố q= 700 (KG/m) + Đơn vị tính toaùn: Kgf-m Trang 53 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu Bài 2:- Cho hệ dầm liên tục chịu tải phân bố tải tập trung hình vẽ Yêu cầu tính nội lực chuyển vị dầm: +Vật liệu: BTCT#250 có W = 2500 kg/m3, E = 2.4x109 kg/m2 + Hệ số Poisson µ = 0,2 + Đơn vị tính toán: Kgf-m Bài 3:- Trong toán bạn thực tập tính toán dầm liên tục Dầm liên tục thường xuất toán cầu đường với mô hình đây: Dữ liệu ban đầu: + Dầm đơn giản dài 30 m chịu tải trọng phân bố hình thang + Vật liệu thép với mô đun đàn hồi E = 1.99x108 KN/m2, + Hệ số Poisson µ = 0,3 + Dầm làm thép với số hiệu W21x50 + Đơn vị tính toán: Kgf-m Trang 54 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu BÀI 3: XEM VÀ XUẤT KẾT QUẢ NỘI LỰC A MỤC TIÊU BÀI: - Xem chuyển vị hệ kết cấu Xem biểu đồ nội lực hệ Xem phản lực nút Xuất nội lực phần tử bảng B NỘI DUNG BÀI: I XỬ LÝ KẾT QUẢ Xem sơ đồ biến dạng Display > Show Deformed Shape … - Case/Combo Name: Chọn tên trường hợp tải trọng trường hợp tổ hợp cần xem sơ đồ biến dạng chuyển vị - Scaling: Phóng đại hình dạng biểu đồ tự động (Auto) Nhập số phóng đại theo yêu cầu người sử dụng (Scale Factor) Xem biểu đồ nội lực Display > Show Forces/ Stresses > Frame/Cable … Trang 55 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu - Case/Combo Name: Chọn tên trường hợp tải trọng trường hợp tổ hợp cần xem biểu đồ nội lực - Axial Force: Lực dọc - Shear 2-2: Lực cắt theo phương (thường trùng với phương Z dầm trùng với phương X cột) - Shear 3-3: Lực cắt theo phương - Torsion: Mô ment xoắn - Moment 2-2: Mô ment uốn quanh trục - Moment 3-3: Mô ment uốn quanh trục hệ trục tọa độ địa phương XYZ hệ trục tọa độ tổng thể Có thể xem biểu đồ dạng tô màu (Fill Diagram) xem biểu đồ có ghi giá trị (Show Value on Diagram) II XUẤT KẾT QUẢ THÀNH FILE * File text.TXT , file.RTF, file.HTML File > Print Tables… Trang 56 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu Chọn liệu nhập kết tương ứng cần xuất thành file * File Excel File > Export > SAP2000 MS Excel Spreadsheet xls File Chọn liệu nhập kết tương ứng cần xuất thành file III KIỂM TRA VÀ HIỆU CHỈNH Kiểm tra liệu nhập - Kiểm tra đơn vị Xem lại đơn vị lực – chiều dài – nhiệt độ hộp đơn vị - Kiểm tra vật liệu Trang 57 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu Define > Material… Choïn loại vật liệu cần xem, Chọn Modify/Show Material… - Kiểm tra khai báo tiết diện Define > Frame Sections… Chọn tiết diện cần xem, Chọn Modify/Show Property… - Kiểm tra gán tiết diện Display > Show Misc Assign > Frame/Cable/Tendon … Chọn Frame Section Chọn OK - Kiểm tra khai báo trường hợp tải trọng Define > Load Cases… - Kiểm tra tải trọng gán: Display > Show Load Assign > Frame/Cable/Tendon … Trang 58 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu Load Name: Chọn trường hợp tải trọng cần xem Span Loading: Tải tác dụng phần tử Show Joint Loads with Span Loads: Thể kèm tải trọng tác dụng nút với tải trọng phần tử Show Span Loading Values: Thể giá trị tải trọng sơ đồ - Kiểm tra khai báo trường hợp tổ hợp Define > Combinations… Chọn trường hợp tổ hợp cần xem, Chọn Modify/Show Combo… - Kiểm tra bậc tự Analyze > Set Options … - Kiểm tra số mặt cắt Display > Show Misc Assign > Frame/Cable/Tendon … Choïn Output Stations Choïn OK Hiệu chỉnh liệu nhập Nếu phát sai bấm vào ổ khóa để mở khóa (Unlock), sai phần hiệu chỉnh phần Trang 59 Ứng dụng sap thiết kết kếu cấu TÀI LIỆU THAM KHẢO Phân tích thiết kế kết cấu xây dựng Sap 2000 (Nhà xuất xây dựng) Hướng dẫn sử dụng Sap 2000 – Khoa cơng trình – trường Đại Học Thủy Lợi (Xuất năm 2010) Giáo trình Sap 2000 V14 – KS Lê Văn Duy – Trung Tâm Đồ Họa Hoàng Nhi –Năm 2012 Trang 60 ... tiếng Sap 86, Sap 90, Sap 2000 Hiện Sap 2000 ứng dụng để phân tích thiết kế nhiều loại kết cấu xây dựng nhà kỹ sư, sinh viên ngành công trình quan tâm nghiên cứu Giáo trình ứng dụng Sap thiết kế kết. .. nội lực kết cấu, thiết kế kết cấu thép kết cấu bê tông cốt thép, thiết kế thể vẽ kỹ thuật Trong số chương trình tính kết cấu, hệ chương trình Sap ( Structure Analysis Program) hệ chương trình nỗi... vẽ kỹ thuật xây dựng, xây dựng, kết cấu xây dựng Tính chất:: mơn học ứng dụng, sử dụng phần mềm thiết kế kết cấu II MỤC TIÊU CỦA MÔ ĐUN Về kiến thức: - Nêu cách tính tốn nội lực Sap 2000 Về kỹ