Ứng dụng chương trình RM trong phân tích tính toán kết cấu cầu

Bài giảng chuyên đề UD RM trong tính cầu BTCT DUL phán đoán

Professional Bridge Engineering Software

tích tính toán kết cấu cầu Đối với các cầu lớn ở Việt Nam hiện nay đều được các công ty tư vấn

sử dụng phần mềm này để tính toán kiểm tra kết cấu Chương trình được thiết kế với các modul chuyên dụng để tính toán cho từng loại kết cấu cầu được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam và trên thế giới

a Giới thiệu các Modul của RM-SPACEFRAME:

Modul cơ bản:

Có giao tiếp đồ hoạ hoàn chỉnh xây dựng chuyên cho ngành xây dựng cầu: mô hình kết cấu, mô hình tải trọng (tĩnh tải, hoạt tải), tổ hợp tải trọng, phân tích tĩnh không gian có xét đến các tải trọng phụ thuộc thời gian (co ngót, từ biến), quản lý kết quả tính toán

Modul xử lý hình học:

Xây dựng cơ sở dữ liệu hình học chi tiết cho cầu: Trắc dọc, trắc ngang, mặt bằng tuyến Xác định các mặt cắt ngang qua giao tiếp đồ hoạ và tự động xây dựng các dữ liệu cho Modul tính toán

Modul Bê tông D Ư.L:

Phần mềm để tính toán bê tông dự ứng lực bao gồm tính toán thông số hình họccủa cáp, tính toán căng kéo cáp, tính toán với tải trọng co ngót từ biến trong bê tông, kiểm tra ứng suất theo các trạng thái giới hạn Các kết quả kiểm tra được biểu thị trên biểu đồ

Modul Bê tông cốt thép thường:

Xét uốn hai trục và các lực dọc trục để xác định cốt thép thường

Modul phân tích nứt của kết cấu bê tông:

Thực hiện phân tích phi tuyến xét đến các tính chất vật liệu phi tuyến của bê tông bị nứt trong vùng chịu kéo

Modul phân tích động: (tải trọng gió, tải trọng động đất, tính toán giá trị riêng, phổ hiệu ứng, phân

tích mode dao động, lịch sử thời gian tuyến tính…)

Modul tính toán cho cầu treo dây văng:

Modul tính toán cho cầu treo dây võng: theo lý thuyết biến dạng lớn và phân tích phi tuyến

Modul tính toán kết cấu theo phương phán phần tử hữu hạn tổng quát (MISES3)

Modul phân tích tính toán phần tử tấm: PLATE (phần tử tấm trên nền đàn hồi, phần tử tấm

TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM RM

- Khả năng phân tích của chương trình: trên 50.000 phần tử và 50.000 nút

- Dữ liệu đầu vào: Sử dụng dữ liệu nhập vào theo khối, được chia thành các modulus

- Phương pháp phân tích: Các phương pháp phân tích biến dạng đàn hồi hay phân tích theo phương pháp biến dạng lớn đều được sử dụng trong chương trình

- Tự động áp dụng các quy định về vật liệu theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau

- Không có hạn chế nào về việc mô tả hình học, các điều kiện liên kết hay áp dụng các tải trọng

- Phân tích từng phần nhỏ trong kết cấu tổng thể (ví dụ: Các giai đoạn của quá trình thi công làm kết cấu thay đổi) mà không cần phải thay đổi dữ liệu đầu vào

- Các kết cấu thường dùng chương trình để phân tích như:

+ Hệ khung phẳng + Hệ dầm, thanh phẳng + Kết cấu đài cọc + Hệ khung không gian + Hệ dầm, thanh không gian + Hệ dầm và dây biến dạng hoặc không biến dạng hình học

- Các tổ hợp của nội lực và biến dạng: Bất cứ tổ hợp nào có thể tưởng tượng được của các trường hợp tải của tĩnh tải và hoạt tải

- Các Modulus bổ sung của chương trình:

+ Phân tích độ bền, ổn định của kết cấu + Thiết kế bê tông và thiết kế thép + Phân tích nứt của kết cấu bê tông + Phân tích phi tuyến

+ Phân tích dao động + Các phương thức phân tích: Lực rung, Phổ phản ứng, Động đất, Phương pháp thời gian)

+ Các phân tích liên quan đến Thi công kết cấu bê tông ứng suất trước (Sơ

đồ cáp DƯL, Từ biến và co ngót, ảnh hưởng của nhiệt độ, Kiểm tra ứng suất bê tông và khả năng chịu lực tới hạn)

+ Phân tích ảnh hưởng động của gió, hoạt tải

- Kết quả của chương trình có thể xem trực tiếp bằng file text hoặc file đồ hoạ, xuất sang Excel hoặc AutoCad

- Chương trình tính toán và đưa ra kết quả nội lực với 6 thành phần (N, Qx, Qy, Mx, My, Mz) và các thành phần chuyển vị tương ứng đồng thời đưa ra được ứng suất tại bất kì điểm nào đã được định nghĩa trước đó, Khả năng chịu lực cực hạn của mặt cắt (Ultimate bearing capacities)

- Điểm khác biệt của chương trình so với các kết cấu thông thường khác đang có mặt tại Việt Nam là trình tự phân tích và tính toán dựa trên cơ sở phân tích cộng dồn từ các giai đoạn thi công có xét tới nhiều yếu tố thực tế Tiến trình thiết kế dựa trên hệ thống kết cấu cuối cùng và thiết kế các giai đoạn thi công dựa trên kết quả của phân tích kết cấu giai đoạn cuối

c Các tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng:

OENORM(B4200) Tiêu chuẩn thiết kế của Áo (tiêu chuẩn cũ)

OENORM(B4700) Tiêu chuẩn thiết kế của Áo (tiêu chuẩn mới theo tiêu chuẩn

A2 Motorway (Lavant Valley), Austria: Thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng với chiều

dài nhịp giữa là 160m, chiều cao trụ là 175m

Gateway bridge (Brisbane, Australia ): Thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng với chiều

dài nhịp giữa là 260m, chiều cao trụ là 60m

TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM RM

Umgehung Sulz Bridge – GERMANY:

Lockwitztal Viaduct Bridge in Germany:

Kao Ping Hsi Bridge (Taiwan R.O.C.):

2nd Bridge across Panama Canal: Cầu treo dây văng 1 mặt phẳng dây với nhịp giữa là 420m

Cầu Sutong – Cầu treo dây văng với nhịp giữa là 1088m:

TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM RM

Stonecutters Bridge in Hong Kong: Nhịp giữa 1018m, chiều cao tháp 290m:

Machang Bridge – KOREA: Cầu treo dây văng với nhịp chính là 400m

Verige Bridge in Montenegro:

Doushan Viaduct Bridge in Taiwan:

Hardanger Bridge in Norway:

Kwang An Suspension Bridge in Pusan, Korea:

Cầu Rạch Miễu – Việt Nam: Sơ đồ nhịp: 117-270-117m

TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM RM

Cầu Đắk rụng – Việt Nam:

Tại Việt Nam, hầu hết cỏc cầu lớn được thiết kế bởi cỏc cụng ty Tư vấn trong nước đều sử dụng phần mềm này Cỏc cầu tiờu biểu như Phỳ Lương, Dakrong, Tư Hiền, Rạch Miễu, Thuận Phước đều được sử dụng chương trỡnh để thiết kế kết cấu Tại Hà Nội sắp tới cầu Vĩnh Tuy với chiều dài khoảng 3100m cú khẩu độ nhịp chớnh là 135m (khẩu độ đỳc hẫng lớn nhất tại Việt nam) đến giai đoạn thiết kế kỹ thuật cũng sẽ sử dụng phần mềm này Đối với cỏc dự ỏn nước ngoài cỏc cụng trỡnh cầu khẩu độ lớn được thiết kế bởi cỏc hóng Tư vấn nước ngoài, trong quỏ trỡnh thi cụng, đều được kiểm toỏn lại bằng phần mềm này như cầu Tõn Đệ, Quý Cao, Cầu Kiền, Cầu Cõu Lõu, Trà Khỳc, Nỳt giao Ngó Tư Vọng

Cú thể núi, đõy là phần mềm rất phổ biến tại Việt Nam, việc làm quen với chương trỡnh là hết sức cần thiết nhằm đỏp ứng yờu cầu cụng nghệ cho cỏc kỹ sư thiết kế và cỏc cụng ty trong nước

1.2 Bộ chương trình và yêu cầu phần cứng

Cấu hỡnh phần cứng tối thiểu:

- Mỏy tớnh & hệ điều hành: Hệ điều hành Windows98/NT, 2k

*.rm9 File dữ liệu tính toán trong mô đun RM

*.pl, *.pla File kết quả tính toán dưới dạng đồ họa

Các file hướng dẫn sử dụng chương trình:

rm9e_UGuide.pdf User Guide (in English)

gp9e_UGuide.pdf User Guide (in English)

Dữ liệu Input/Output của chương trình:

TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM RM

1.4 Quá trình phát triển RM

Version 9.15.03

Output of joined forces with primary part selectable

Action UltLc and UltSup with option "Rein" improved for multiple reinforcement layer

Bổ sung shear leg calculation

Bổ sung tính năng tính toán gió động

Hiệu chỉnh mô đun AddCon

Thêm cách mô hình hóa phần tử ma sát: Friction spring element input improved

Hiệu chỉnh và cập nhật một số tính năng

Version 9.10.02

Thêm tính năng mô hình hóa tải trọng Gradient nhiệt trong GP và mô đun Tempvar

Hiệu chỉnh Mô đun hỗ trợ xuất báo cáo TDV Document format (TDF/CNF) report manager has been improved

Thêm tính năng trong RECALC

Bổ sung Mô đun hỗ trợ xuất báo cáo TDF Report Manager

Hiệu chỉnh tính toán nội lực với mặt cắt lien hợp

Hiệu chỉnh và cập nhật một số tính năng

Version 9.09.03

Thêm tính năng tính toán với cáp DƯL ngoài

Version 9.09.02

TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM RM Version 9.09.01

Hiệu chỉnh và cập nhật một số tính năng

Version 9.08.02

Bổ sung tính năng cho mô đun ILM trong tính toán đúc đẩy trên đường cong

Thêm tính năng mô hình hóa với hoạt tải

Các chức năng chính của chương trình GP/MODELER:

TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM RM

2.1.2 Hướng dẫn sử dụng modul GP/MODELER

a Menu chính (General toolbar):

Trong đó:

<show log-file>

Kiểm tra các thông báo trong quá trình chạy modul GP

<explorer> Mở Windows Explorer

<error> Thông báo lỗi trong quá trình chạy modul GP

<calculator> Gọi ứng dụng Windows Calculator

Lựa chọn ngôn ngữ báo cáo và hiển thị của

<modify> Sửa CSDL của hàng đang chọn

<insert after> Chèn CSDL sau hàng đang chọn

<copy>

Copy CSDL của hàng đang chọn xuống hàng cuối của bảng

< numbering> Xắp xếp lại CSDL của hàng đang chọn

<delete> Xóa CSDL của hàng đang chọn

c Toolbar Zoom Function

Phóng to toàn bộ đồ hoạ của dự án lên màn hình

Di chuyển cửa sổ theo các phương

Phóng to, thu nhỏ

d Toolbar List Functions

Cung cấp thông tin về trục hiện hành và các trục của cầu được khai báo

Cung cấp thông tin về các loại mặt cắt ngang được khai báo

Cung cấp thông tin về tên các mặt cắt ngang được khai báo

TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM RM

e Toolbar Modelling Functions

Nút nhập số liệu cho các thông số hình họccủa dự án trên mặt bằng

Nút nhập số liệu cho các thông số hình học của dự án trên trắc dọc Quan sát mô hình hình học của dự án trên không gian 3-D

Nút nhập các thông số cho mặt cắt ngang: Vẽ mặt cắt ngang, định nghĩa các điểm liên kết, điểm kiểm tra cho mặt cắt, xây dựng các hàm cho mặt cắt thay đổi

Nút nhập các thông số cho vị trí mặt cắt, gán các hàm thay đổi cho mặt cắt, đánh số thứ tự của phần tử, định nghĩa các liên kết

Xây dựng và quản lý các hàm cho mặt cắt thay đổi

f Toolbar Recalculate Functions

Tính toán số liệu các hàm cho mặt cắt thay đổi Tính toán lại số liệu các hàm cho mặt cắt thay đổi (khi thay đổi các giá trị của hàm

g Toolbar File Functions

Xuất dữ liệu cho Modul RM

Nhập dữ liệu dưới dạng ASCII-file

Xuất dữ liệu dưới dạng ASCII-file

h Toolbar for Hozirontal Axis Construction

Điểm gốc của trục cầu trên mặt bằng

Vẽ đường thẳng trên mặt bằng

Vẽ đường cong nằm (đường cong tròn)

Vẽ đường cong nằm (đường cong chuyển tiếp)

Vẽ đường thẳng theo lý trình và cao độ của điểm cuối

Thiết kế đường công đứng lồi cho biết lý trình và bán kính

Thiết kế đường cong đứng lõm

Thiết kế đường cong đứng dạng Parabol

Undo, xoá các đối tượng trước đó

Tự động vẽ đường Parabol giữa 2 đường thẳng

Tự động vẽ đường Parabol giữa 3 đường thẳng

Me nu chính của chương trình:

General functions

Option Thiết lập các thông số cho bài toán và sử dụng các mặc định của

chương trình

Structural modelling functions

sử dụng trong quá trình mô hình hóa

thị mô hình dưới dạng 3D Recalculate Thực hiện các tính toán xử lý hình học và xuất kết quả sang mô đun

RM

TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM RM

2.2 Xem kết quả đồ hoạ hoàn chỉnh

Modul GP cho phép người dùng xem kết quả mô hình hoá dưới dạng 3D:

2.3 XuÊt d÷ liÖu tÝnh to¸n sang RM

Kết quả của chương trình GP bao gồm các loại dữ liệu sau:

File định dạng text file (*.tcl)

TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM RM 2.4 Giíi thiÖu Modul ph©n tÝch tÝnh to¸n RM

2.4.1 Giới thiệu về modul RM

Giao diện chính của chương trình:

Thanh công cụ chính của chương trình:

Trong đó:

<show log-file>

Kiểm tra các thông báo trong quá trình chạy modul RM

<explorer> Mở Windows Explorer

<error> Thông báo lỗi trong quá trình chạy modul RM

<calculator> Gọi ứng dụng Windows Calculator

<Tdf-edit> Tạo file báo cáo

Me nu chính của chương trình:

General functions

Structural modelling functions

Structure Khai báo kết cấu (nodes, elements, tendon geometry)

Construction Schedule Khai báo tải trọng và các giai đoạn thi công

Post-processing functions

Thanh công cụ cơ bản của RM sử dụng trong quá trình thao tác với bảng CSDL:

<insert before> Chèn CSDL trước hàng đang chọn

<modify> Sửa CSDL của hàng đang chọn

<insert after> Chèn CSDL sau hàng đang chọn

<copy>

Copy CSDL của hàng đang chọn xuống hàng cuối của bảng

<renumber> Sửa thứ tự của hàng đang chọn

<delete> Xóa CSDL của hàng đang chọn

Thay đổi kích thước chữ hiển thị (tên nút, tên phần tử)

Quay theo trục nằm ngang

Quay theo trục thẳng đứng

Chọn chế độ hiển thị mặc định

2.4.2 Thiết lập hệ thống đơn vị tính toán cho chương trình

Properties ð Units

2.4.3 Các khả năng tính toán của chương trình

Lựa chọn các thông số cho quá trình giải bài toán:

2.4.4 Hiển thị kết quả

Xem kết quả của các load case:

TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM RM

Xem kết quả đường bao nội lực: Chương trình có thể cho phép xem đường bao nội lực hoặc biểu

đồ nội lực trong từng giai đoạn thi công

Xem kết quả nội lực các giai đoạn thi công:

2.5 Các lưu ý khi sử dụng chương trình

Để tính toán, phân tích một kết cấu cầu nếu ta nhập dữ liệu trong chương trình RM tốn rất nhiều thời gian Để giảm thời gian nhập dữ liệu bằng cửa sổ windows của chương trình người ta thường

sử dụng Texpad để hiệu chỉnh và nhập dữ liệu cho chương trình Yêu cầu khi nhập số liệu bằng TextPad người dùng phải hiểu rất kỹ về cấu trúc dữ liệu của file *.tcl

Phần 2: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG GP/MODELER

PHẦN 2:

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG Mễ ĐUN GP/MODELER

TRONG XÂY DỰNG Mễ HèNH HểA HèNH HỌC

KẾT CẤU CẦU

Chương 1: Một số khái niệm cơ bản

1.1 Các quy ước cơ bản trong GP/MODELER

1.1.1 Thiết lập hệ thống đơn vị sử dụng mụ hỡnh húa:

Chọn Options ð Units

1.1.2 Cỏc quy ước về hệ trục tọa độ

Hệ trục tọa độ sử dụng trong GP và RM được quy ước như sau:

1.1.3 Quy ước về giỏ trị của bỏn kớnh đường cong nằm

Phần 2: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG GP/MODELER Chương 2:

Trình tự tính toán kết cấu cầu bằng phần mềm RM-SPACEFRAME

2.1 Trình tự tính toán kết cấu cầu bằng phần mềm RM-SPACEFRAME

Trỡnh tự giải bài toỏn bằng phần mềm RM-SPACEFRAME:

Bước 1: Chuẩn bị cỏc thụng số đầu vào cho bài toỏn

- Cỏc kớch thước cơ bản: Mặt bằng, mặt đứng, cắt ngang…

- Sơ bộ đỏnh số thứ tự của nỳt, phần tử (dầm, mố, trụ, cỏp ngoài, cỏp trong, phần tử liờn kết gối…)

- Cỏc đặc trưng cơ bản của vật liệu

- Tải trọng tỏc dụng

- Cỏc gai đoạn thi cụng

- Tổ hợp tải trọng

- Cỏc yờu cầu của tiờu chuẩn kỹ thuật ỏp dụng cho dự ỏn

Bước 2: Mụ hỡnh hoỏ kết cấu trong GP/MODELER

- Định nghĩa trục cầu

- Định nghĩa đường cong đứng

- Định nghĩa mặt cắt

- Định nghĩa liờn kết

- Hoàn thiện mụ hỡnh hoỏ hỡnh học kết cấu

- Xuất dữ liệu sang chương trỡnh RM

Bước 3: Khai bỏo vật liệu trong RM

- Input thư viện vật liệu theo tiờu chuẩn thiết kế của dự ỏn

- Định nghĩa vật liệu cho dự ỏn

Bước 4: Khai bỏo phần tử Cable trong RM

- Mụ hỡnh hoỏ phần tử cable (Tendon) trong RM

Bước 5: Khai bỏo cỏc loại tải trọng trong RM

Bước 6: Khai bỏo hoạt tải trong RM và tổ hợp tải trọng

Bước 7: Khai bỏo cỏc giai đoạn thi cụng và kớch hoạt cỏc phần tử đối với từng giai đoạn thi cụng

trong RM

Bước 8: Khai bỏo cỏc thụng số cho quỏ trỡnh giải bài toỏn và chạy chương trỡnh trong RM

Bước 9: Xem và đỏnh giỏ kết quả trong RM

Bước 10: Kiểm tra ứng suất trong RM

Bước 11: Kiểm tra tải trọng cực hạn trong RM

Bước 12: Kiểm tra khả năng chống cắt của kết cấu trong RM

Kết quả mô hình hóa mặt bằng cầu:

Một số quy ước cơ bản:

Segments bao gồm master segments và slave segments được quy định như hình vẽ 5.10:

Hình2.1 Master segments and slave segments

Hình 2.2 Connection between master segment and slave segment

Các thông số cho quá trình định nghĩa mặt cắt:

Type: Loại mặt cắt, RM cho phép định nghĩa các loại mặt cắt sau:

Main Girder: Mặt cắt cho dầm chủ:

Pier, Free Pier: Mặt cắt cho trụ

Cable: Mặt cắt cho cáp (cầu treo dây văng, dây võng)

Hình 2.3 Cross-sections and Cross-section elements

Các lưu ý khi chia các phần tử trên mặt cắt ngang:

Việc phân chia các phần tử trên mặt cắt ngang phải tuên thủ các nguyên tắc của phần tử hữu hạn: các phần tử được giao nhau tại nút để đảm bảo tính liên tục về chuyển vị, ứng suất và cân bằng về lực

Hình 2.4 Connectivity of cross-section elements over part-boundaries

Trên mặt cắt định nghĩa có các điểm reference points để mô hình hóa các điểm:

Sử dụng để khai báo vị trí của cốt thép chịu uốn (có thể là

1 điểm hoặc 1 vùng) Diện tích cốt thép cụ thể sẽ được tính toán trong RM

Chú ý:

Fibre Stresses: được sử dụng trong RM là Stress Check Points, loại điểm mô hình cho Fibre

Stresses là “Single point”

Reinforcement: được sử dụng để tính toán diện tích cốt thép dọc longitudinal reinforcement, bao

gồm: “Bending Reinforcement”, “Cracking Reinforcement” or “Robu Reinforcement”

Shear Check:

Crack Check and Robustness:

Mô hình hóa mặt cắt liên hợp:

Đối với mô hình hóa mặt cắt liên hợp mặt cắt được chia thành các Part như hình vẽ sau:

Hình2.5 Flange & web forming a composite cross-section

Phần 2: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG GP/MODELER

Hình 2.6 Examples for parts forming various cross-sections

Trình tự mô hình hóa mặt cắt ngang:

Vẽ các đường bao của mặt cắt bằng thanh công cụ:

Các lệnh để vẽ đường bao của mặt cắt:

Vẽ các đường thẳng song song theo khoảng cách từ một điểm

Vẽ đường thẳng từ 2 điểm giao nhau

Vẽ đường thẳng khi biết trước điểm đầu (giao của các đường) và góc nghiêng với các trục

Vẽ đường thẳng khi biết trước điểm đầu (giao của các đường) và góc nghiêng với các đường tham chiếu

Vẽ đường polygon từ các điểm giao

Vẽ đường polygon song song với đường polygon có sẵn

Cắt đường giao của polygon

Xóa tất cả các đường đã vẽ

Vẽ phần tử 8 điểm nút cho mô hình bề mặt không tuyến tính (hình 2.7c, 2.7d)

Copy phần tử theo part hiện hành (hình 2.9)

Copy phần tử theo đường base line

Copy phần tử theo góc quay

Copy phần tử theo lệnh đối xứng

Chuyển cạnh của phần tử từ đường thẳng sang đường cong tròn

Vẽ phần tử cho thanh thành mỏng (hình 2.8)

Khai báo cho phần tử của mặt cắt chỉ chịu cắt

Khai báo hệ số giảm hiệu ứng cắt, xoắn của mặt cắt

Gán phần tử theo active part