SAP 2000 - HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ ĐÀI NƯỚC

- Để tạo thêm các tiết diện khác , chọn Add New Section … lần lượt tạo thêm các tiết diện THANHDAI, VONONCUT, VOMDAY, THANHTR, NAP Bước 3 : Gán tiết diện cho mô hình đã tạo ở bước 1 Do

Ứ NG DỤNG PHẦN MỀM SAP2000 TRONG TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐÀI NƯỚC

Tài liệu này được viết trên giao diện của SAP2000 V9.03

Nguyen tran nguyen ©

Cho đài nước có hình dạng như hình vẽ với các kích thước (m) như sau :

Bước 1 : Tạo mô hình từ Template

9 Luôn chọn đơn vị tính trước khi thực hiện tạo mô hình

• Chọn đơn vị tính : trong bảng đơn vị tính ở dưới góc phải,

chọn đơn vị tính là KN,m,C

• Tạo mô hình từ Template :

- Chọn File – Newmodel , chọn mô hình Đài nước ( Storage Structure ), chọn đài dạng 1, nhập

vào các thông số sau :

Theo đường kính Theo cao độ

Num of Divisions, Angular = 16 : theo chu vi chia thành 16 phần x 22,5o = 360o

Max Spacing, Surface = 1 : theo chiều cao, cứ ≤1 m chia thành 1 phần tử

Không đánh dấu vào ô : Restrains (liên kết)

Sau khi thực hiện, trên màn hình Sap sẽ có dạng sau :

9 Mặc định, Sap tạo ra 2 khung nhìn : khung nhìn 3D-View và khung nhìn Top Trong đó, khung nhìn 3D-View được hiển thị ở trạng thái nhìn phối cảnh Để tắt trạng thái nhìn phối cảnh, click chọn khung nhìn 3D-View, sau đó chọn nút “hình mắt kiếng”

ó thể tắt bớt 1 khung nhìn nếu muốn Để tạo lại 2 khung nhìn, chọn Option – Windows

Vertically

9 Các đường màu xám được hiển thị trên màn hình là các đường lưới, để tắt/mở trạng thái hiển thị lưới,

chọn View – Show Gird, hay phím tắt F7

chọn View – Set Display Option , hay

9 Để tô đầy phần tử ,từ Menu, phím tắt Ctrl+E, hay nút “chữ V” trên màn hình,

Đường lưới

Set Display Option

chọn Fill Object (Từ đây, chức năng View – SetDisplay Option được gọi tắt là “nút V”)

Các nút được tạo ra mặc định là ở trạng thái ẩn ( Invisible), để hiển thị nút ta hãy tắt chế độ Invisible (Đôi khi cần phải dùng nút Restore Full View hay phím F3 thì mới có thể hiển thị được nút và chức năng Fill Object )

Bước 2 : Khai báo vật liệu và khai báo tiết diện

chọn Define – Materials

- Từ Menu,

- chọn CONC ( concrete) và kích nút Modify/Show

Nhập vào các thông số sau Mass per unit Volume : 0 Weight per unit Volume : 25 ( kN/m3)

7 ( kN/m2)

Modulus of Elasticity : 2,65e

Coff of thermal Expansion : 0

Khai báo tiết diện cho dầm ( phần tử Frame )

o

chọn Define – Frame Sections

- Từ Menu,

- Ở Choose Property Type to Add : chọn Add Rectangular

t3

- Để tạo dầm mới chọn Add new Property : nhập vào các thông số

Section Name : DAMTREN

Depth t3 : 0,3 ( chiều cao )

Width t2 : 0,25 ( chiều rộng )

- Để tạo thêm dầm, chọn Add Copy of Property … lần lượt tạo thêm DAMGIUA, DAMDUOI, DAMVOM

Khai báo tiết diện cho vỏ ( phần tử Shell )

o

chọn Define – Area Sections

- Từ Menu,

- Chọn Add New Section : nhập vào các thông số

Section Name : CHANDAI

Area Type : chọn Shell

- Để tạo thêm các tiết diện khác ,

chọn Add New Section …

lần lượt tạo thêm các tiết diện

THANHDAI, VONONCUT, VOMDAY,

THANHTR, NAP

Bước 3 : Gán tiết diện cho mô hình đã tạo ở bước 1

Do ban đầu khi tạo mô hình Sap bằng Template thì mặc định tất cả các phần tử Shell đều mang tiết diện ASEC1 Do đó , ta cần phải gán lại tiết diện cho các phần tử

9 Để xem tên tiết diện của phần tử ( Frame hay Shell ) ,chọn “nút V”, đánh dấu vào mục Section Để tắt tên tiết diện của phần tử ( Frame hay Shell ) , chọn lại “nút V”, tắt mục Section, hay để nhanh hơn có thể dùng phím tắt F4

Để gán lại tiết diện cho các phần tử,

ta sẽ sử dụng khung nhìn 3D

- Chọn khung nhìn 3D ( click vào khung cửa sổ 3D ),

họn View - Set 3D View,

- Từ Menu, c

hay phím tắt Shift+F3,

chỉnh các thông số lần luợt là 225o, 0o , 0o ,

• Gán tiết diện :

o Gán tiết diện cho thành đài :

- Bung chuột, chọn tất cả các phần tử

thuộc thành đài (xem hình)

- Từ Menu, chọn Assign – Area – Sections

chọn tiết diện THANHDAI

Tương tự

o Gán tiết diện cho vỏ nón cụt

- Chọn tất cả các phần tử thuộc vỏ nón cụt

- Assign – Area – Sections ,

chọn tiết diệnVONONCUT

Gán tiết diện cho chân đài

o

- Chọn tất cả các phần tử thuộc chân đài

- Assign – Area – Sections , chọn tiết diện CHANDAI

9 Nếu bạn cảm thấy khó khăn khi chọn các phần tử, hãy sử dụng các chức năng Zoom in , Zoom out hay Rubber Band Zoom ( F2) để có thể lựa chọn dễ hơn

9 Sau khi chọn , nếu bạn không muốn chọn các phần tử đó nữa,

bạn hãy tìm nút CLR (clear) bên trái màn hình

9 Hãy chắc rằng chọn đúng các phần tử Để kiểm tra, chọn “nút V”, đánh dấu vào mục Sections trong

phần Area Sau đó phóng lớn màn hình, chọn nút Rotate 3D View, xoay hình để kiểm tra.

9 Có sự khác nhau khi chọn các phần tử bằng cách bung chuột từ trái qua phải và bung chuột từ phải qua trái.

Bước 4 : Tạo nắp đài, vòm đáy, thành trong

- Từ Menu, chọn Edit – Add to Model from Template

- Chọn Shells – chọn mô hình Spherical Dome

Nhập vào các thông số sau :

(o)

Roll down Angle , T : 33,398488 Num of Divisons Angle : 16 ( theo chu vi chia thành 16 phần ) Num of Divisons , Z : 5 (theo chiều cao chia thành 5 phần ) Area : chọn tiết diện NAP

Không đánh dấu vào ô Restraints , Girdlines

Chọn Locate Origin , chọn chế độ 3D ,

-

24

nhập vào z : ( mô hình vòm nắp mới tạo ra được đặt ở độ cao 24m,

xem hình vẽ trang 1, lưu ý là gốc tọa độ nằm ở chân đài)

™ Bán kính R và góc T của vòm (Spherical Dome) được xác định như sau :

f

f r R

.2

Sau khi thực hiện, trên màn hình sẽ có như sau :

Tư ø Menu, chọn View - Set 3D View,

9

hay phím tắt Shift+F3,

chỉnh các thông số lần luợt là 225 o , 15 o , 0 o hay

các thông số khác để có góc nhìn tốt nhất cho bạn

Hay để nhanh hơn, có thể sử dụng Rotate 3D View

• Tạo vòm đáy :

- Từ bảng Toạ độ ở góc dưới phải, chọn lại gốc toạ độ là GLOBAL

- Từ Menu, chọn Edit – Add to Model from Template

- Chọn Shells – chọn mô hình Parapolic Dome

Nhập vào các thông số sau :

Start Angle , Tz1 : End Angle , Tz2 :

Constant , C : 5.44 Num of Divisons Angle : 16

Không đánh dấu vào ô

Chọn Locate Origin , chọn chế độ 3D ,

-

16

nhập vào z : ( mô hình vòm đáy mới tạo ra được đặt ở độ cao16m,

xem hình vẽ trang 1)

Parabolic Dome được xác định như

™ Trong SAP2000, mô hình hình vẽ sau :

9Dưới đây , xin trình bày một cách để xác định R , f - dựa vào chương trình AutoCad

- Sử dụng AutoCad , hãy xác định 3 điểm A , B , C ( theo giá trị Start X, End X và h đã biết )

- Vào Draw – Arc – 3 Points : chức năng vẽ cung tròn qua 3 điểm ( vẽ theo chiều kim đồng hồ )

Sau khi đã có cung tròn , ta sẽ đo được R , f

- Từ bảng Toạ độ ở góc dưới phải, chọn lại gốc toạ độ là GLOBAL

- Chọn Edit – Add to Model from Template

- Chọn Shells – chọn mô hình Cylinder

Nhập vào các thông số sau :

Culimder Height : 9,25 Num of Divisons , Z : 9

Radius : 1 Num of Divisons Angle : 16 Area : chọn tiết diện THANHTR

Chọn Locate Origin , chọn chế độ 3D , nhập vào z : 17

Không đánh dấu vào ô Restraints , Girdlines

End X

r R

Start X

End Xh

Start X

End X

r R

Sau khi thực hiện các bước trên, màn hình sẽ có dạng sau :

9 Phần vòm đáy và thành trong mới được tạo sẽ không thấy trên màn hình do đã bị phần thành đài che khuất Để nhìn thấy phía trong, có thể chọn “nút V” tắt chức năng Fill Object, hay có thể làm theo các cách sau đây :

Bạn vẫn đang ở trong chế độ Fill Object ,

chọn View – Set Limit ,chỉnh giá trị của X từ

Từ Menu,

0 – 5 , sau đó kết hợp với chức năng Rotate 3D View để xoay góc

Để trở lại bình thường, chọn Show all cũng

nhìn tốt nhất với bạn

trong Set Limit ( có thể phải sử dụng phím F3 )

)

Cách khác, bung chuột chọn một số phần tử, sau đó click chuột phải ( click vào cùng trống) chọn Show

Selection Only, sau đó kết hợp với chức năng Rotate 3D View để xoay góc nhìn Để trở lại bình thường,

click chuột phải, chọn Show All ( có thể phải sử dụng phím F3) ( các chức năng Show Selection Only,

Show All có trong Menu – View )

Bước 5 : Vẽ dầm

- Nếu bạn đã tắt một khung nhìn thì hãy mở lại 2 khung nhìn ( Options – Windows – Two Tiled Vertically)

Plane)

- Chọn “nút V”, tắt chức năng Invisible trong Joint

chọn Apply to All WIndows

• Vẽ dầm dưới :

- Sử dụng 2 nút di chuyển mặt lưới tới

mặt phẳng có cao trình z = +16m ( cao trình

dầm dưới ) bằng cách quan sát khung chữ nhật

màu xanh bên cửa sổ 3D View

hay xem giá trị toạ độ tại phía dưới

Vẽ : - Chọn nút Draw Frame/Cable Element, hộp thoại Properties of Object xuất hiện

- Chọn Section : DAMDUOI,

sau đó tắt hộp thoại này

- Vẽ 1 đoạn dầm bằng cách click vào 2 nút liền nhau trên khung nhìn XYPlane

Đoạn dầm mới tạo ra là đoạn thẳng màu vàng Bấm Enter để kết thúc

Click vào

Đoạn dầm mới tạo

Click vào

Sao chép dầm : - chọn đoạn dầm mới vẽ

- Từ Menu, chọn Edit – Replicate,

- Chọn tệp Radial

- Chọn Parallel to Z

- Nhập vào :

Angle : 22,5 (o) (22,5ox16=360o)

• Vẽ dầm giữa : thực hiện tương tự, sử dụng 2 nút di chuyển mặt lưới tới mặt phẳng có

cao trình z = +17.5m ( cao trình dầm giữa )

• Vẽ dầm trên : thực hiện tương tự, sử dụng 2 nút di chuyển mặt lưới tới mặt phẳng có

cao trình z = +24m ( cao trình dầm giữa )

9 Có thể sao chép (Replicate ) cả 3 dầm

cùng một lúc

9 Để kiểm tra lại, chọn khung nhìn 3Dview,

chọn “nút V”, đánh dấu vào các mục Not In View

của Joints, và Areas

màn hình sẽ có như sau :

( để hiển thị lại, tắt các mục Not In View,

có thể sẽ phải dùng phím F3 )

+

• Vẽ dầm vòm đáy :

9 Khi tạo mô hình bằng Template (ở bước 1 ), ta chỉ tạo các lưới theo z là 0; 16; 17,5; 24 mà

DAMVOMDAY nằm ở cao trình 17, do đó cần phải tạo thêm lưới z = 17

- Chọn hệ toạ độ là GLOBAL

- Nếu chế độ hiển thị lưới đã tắt, mở lại chế độ

hiển thị lưới ( View – Show Grid hay phím F7 )

Đường lưới

- Bấm double click vào đường lưới

( đường xám nhạt ), hộp thoại Define Grid Data

Xuất hiện

- Nhập thêm vào mục Z Gird Data cao trình

z = 17 ( cao trình dầm vòm đáy), bấm OK ( 2 lần)

- Đến đây, ta đã có mặt phẳng z = 17, việc vẽ DAMVOMDAY cũng giống như vẽ các dầm ở trên Sau khi vẽ ta sẽ có hệ dầm như sau :

Dầm trên Dầm vòm đáy

Dầm dưới

Bước 6 : Kiểm tra chiều hệ trục tọa độ địa phương

Hệ trục tọa độ

™

Trong chương trình Sap2000 , sẽ có 3 loại hệ trục tọa độ được định nghĩa : hệ trục tọa độ chính, hệ trục tọa độ phụ , hệ trục tọa độ địa phương

- Hệ trục tọa độ chính ( hệ GLOBAL ) là hệ trục tọa độ được tạo ra ngay từ khi tạo mô hình

Template Hệ trục tọa độ chính có thể là hệ trục tọa độ Decarts ( x , y , z) hay hệ trục tọa độ trụ ( r , t , z)

Trong quá trình tạo thêm các mô hình như vòm nắp , vòm đáy … sẽ tạo thêm các hệ trục tọa độ phụ (

CSYS1 , CSYS2 , …) và hệ trục tọa độ phụ là loại hệ trục Decarts hay hệ trục tọa độ trụ là phụ thuộc vào hệ trục tọa độ chính

Hệ trục tọa độ chính hay hệ trục tọa độ phụ sẽ là hệ trục tọa độ chung cho tất cả các phần tử Có sự chuyển giao tương đối giữa tọa độ 1 phần tử trong hệ trục tọa độ này và hệ trục tọa độ khác

(vd: điểm A có tọa độ (2,3,4) trong GLOBAL , nhưng sẽ có tọa độ ( 5,6,7) trong CSYS1…)

Tên 3 trục của hệ trục tọa độ chính và hệ trục tọa độ phụ là : trục X , trục Y , trục Z

- Hệ trục tọa độ địa phương ( LOCAL AXES) là hệ trục tọa độ của riêng một phần tử Mỗi phần tử

( Joint , Frame , Shell , Solid ) đều có 1 hệ trục tọa độ riêng của nó và các hệ trục tọa độ địa phương giữa các phần tử là hoàn toàn độc lập lẫn nhau và độc lập với hệ trục tọa độ chính hay phụ ( do đó ta có thể thay đổi phương và chiều của hệ trục toạ độ địa phương của một phần tử mà hoàn toàn không ảnh hưởng đến phần tử khác )

Tên 3 trục của hệ trục tọa độ địa phương là : trục 1 , trục 2 , trục 3

hệ trục tọa độ địa phương của các phần tử được định nghĩa như sau :

Đối với phần tử Frame ( phần tử dầm , cột …)

o

trục 1 (đỏ)trục 2 (trắng)

trục 3 (xanh)

9Để hiển thị phương và chiều của hệ trục tọa độ địa phương , chọn “nút V” Đánh dấu vào các mục

Local Axes của loại phần tử mà bạn muốn xem ( của Frame , Shell , Joint)

Để tắt hiển thị hệ trục tọa độ địa phương , vào lại “nút V” để tắt mục Local Axes đã đánh dấu , hay

nhanh hơn hãy dùng phím F4.

Đối với phần tử Shell ( phần tử tấm , sàn , vỏ mỏng …)

o

Trong Sap2000 V9.03 , trục 3 được định nghĩa là trục đi từ mặt 6 qua mặt 5 (đi từ mặt

vàng qua mặt đỏ )

trục 1 (đỏ) trục 2 (trắng)

trục 3 (xanh)

mặt 5 (mặt đỏ)

mặt 6 (mặt vàng)

Trở lại với bài toán trên, ta cần phải kiểm tra lại phương và chiều của hệ trục tọa độ địa phương

™

của các phần tử Shell thuộc VOMNAP, VOMDAY và THANHTR mới tạo mô hình ở trên

Để trợ giúp cho các bước sau, yêu cầu đặt ra là chiều của tất cả các trục 3 (hệ trục tọa độ địa phương của các phần tử shell đều phải cùng chiều so với áp lực thủy tĩnh của nước (ở bên trong đài), được minh họa trong hình sau :

Các bước thực hiện

- Chọn “nút V”, mở chế độ Fill Object, mở chế độ hiển thị hệ trục tọa độ địa phương - Local Axes của Area

họn Select – Select – Areas Sections

phím Ctrl trong khi chọn)

họn View – Show Selection Only : ta sẽ có như sau

- Từ menu, c

Hãy xem lại định nghĩa hệ trục tọa độ địa phương và sẽ

thấy rằng đối với vòm đáy , mặt đỏ hướng lên trên có nghĩa là

trục 3 hướng lên trên ( do trục 3 hướng từ mặt vàng qua mặt đỏ ),

trong khi theo yêu cầu là trục 3 phải hướng xuống

Tương tự, đối với thành trong của đài B, mặt đỏ hướng ra

ngoài có nghĩa là trục 3 hướng ra ngoài, trong khi theo yêu cầu là

trục 3 phải hướng vào trong

Do đó cần thiết phải đổi chiều lại hướng trục 3 của VOMDAY

Mặt đỏ ở ngoài, mặt vàng ở trong

và THANHTR ( hay có thể nói là đổi màu lại : từ đỏ thành vàng )

Để đổi chiều trục 3 :

- Chọn các phần tử VOMDAY , THANHTR

(chọn bằng cách bung một cửa sổ trên màn hình)

Chọn Assign – Area – Reverse Local 3

- Từ menu,

Mặt đỏ ở trong, mặt vàng ở ngoài

)

ta sẽ có như sau :

- Chọn View – Show All

9Để đơn giản, bạn chỉ cần nhớ là cần đổi chiều trục 3 sao cho

nếu bạn đứng bên trong đài nước, bạn chỉ thấy xung quanh

toàn màu vàng !!

Liên kết các phần tử :

•

- Chọn All (Ctrl + A)

- Từ menu, chọn Edit – Merge Joint

Để đảm bảo là các nút được liên kết với nhau, cần thiết

phải thực hiện Merge Joint

Bước 7 : Khai báo các loại lực tác dụng và các trường hợp tải hợp tổ trọng

• Khai báo các loại lực tác dụng

Các loại lực tác dụng lên đài nước bao gồm : tải trọng bản thân, áp lực thủy tĩnh ( bao gồm áp lực ngang của nước và trọng lượng nước), áp lực gió, tải sửa chữa

- Để khai báo các loại lực, từ menu, chọn Define – Load Cases

- Nhập vào : Load Name : THUYTINH

Sau đó chọn Add New Load

Tương tự, khai báo cho áp lực gió, tải sửa chữa, riêng tải trọng bản thân đã được định nghĩa sẵn

• Khai báo các tổ hợp tải trọng :

Xét các trường hợp tổ hợp tải trọng cơ bản sau : ( các hệ số vượt tải được lấy theo TCVN 2737)

Tổ hợp 1 : (lúc mới thi công xong)

o

TH1 = tĩnh tải x1,1 + áp lực gió x1,2

Tổ hợp 2 : ( lúc vận hành )

o

TH2 = tĩnh tải x1,1 + áp lực gió x1,2 + áp lực nước x1,0

Tổ hợp 3 : ( lúc sửa chữa )

o

TH3 = tĩnh tải x1,1 + áp lực gió x1,2 + áp lực nước x1,0 + sửa chữa x 1,2

- Để khai báo các trường hợp tổ hợp tải trọng, từ menu, chọn Define – Combinations – Add New Combo

- Khai báo tổ hợp 1 :

- Tương tự, khai báo các TOHOP2, TOHOP3

Khai báo tổ hợp bao ( biểu đồ bao nội lực )