tin học ứng dụng : chương 5 THIẾT KẾ CẦU VỚI MIDAS CIVIL

Bài giảng Tin ứng dụng CHƢƠNG V THIẾT KẾ CẦU VỚI MIDAS CIVIL Trong chƣơng bao gồm vấn đề sau: Thiết kế cầu dầm giản đơn BTCT DƯL Thiết kế cầu dầm thép liên hợp BTCT Thiết kế cầu đúc hẫng BTCT DƯL Thiết kế cầu dầm giản đơn BTCT 1.1 Số liệu thiết kế Thiết kế cầu bê tông cốt thép nhịp giản đơn với số liệu sau: - Chiều dài nhịp L = 33m; - Khổ cầu B = 14.5m; - Dầm chủ sử dụng dầm định hình PCI Mỹ (hình vẽ) Hình 1: Mặt cắt ngang cầu - Vật liệu sử dụng: o Bản mặt cầu dầm ngang sử dụng bê tông theo tiêu chuẩn ASTM Grade C4000; o Dầm đúc trước sử dụng bê tơng theo tiêu chuẩn ASTM Grade C6500; o Cốt thép thường sử dụng A36 theo tiêu chuẩn ASTM; o Cốt thép DƯL sử dụng tao cáp sợi 15,2mm cấp 270 theo ASTM - Tải trọng thiết kế HL93 - Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN – 272 – 05 -MIDAS/Civil- Trang 140 Bài giảng Tin ứng dụng Hình 2: Mặt cắt ngang dầm 1.2 Tính tốn thiết kế Các bước tính toán thiết kế MIDAS Civil: Bắt đầu Thiết lập thơng số cho q trình phân tích Chạy chương trình, phân tích đánh giá kết -MIDAS/Civil- Chuẩn bị số liệu cần thiết tốn Mơ hình hóa kết cấu Tổ hợp tải trọng Mơ hình hóa tải trọng Xuất kết Kết thúc Trang 141 Bài giảng Tin ứng dụng a Lựa chọn đơn vị tính tốn - Khởi động MIDAS Civil - Trên menu lựa chọn File/New Project bấm vào biểu tượng Toolbars - Lựa chọn Tools/ Unit System, xuất hộp thoại: Hình 3: Hộp thoại lựa chọn đơn vị hệ thống Lựa chọn đơn vị chiều dài Length: m; đơn vị lựa chọn tonf; … b Khai báo đặc trưng hình học mặt cắt vật liệu  Khai báo đặc trưng vật liệu Các loại vật liệu cần khai báo là: + Bản mặt cầu; + Dầm chính; + Cốt thép DƯL; + Dầm ngang Khai báo: - Trên menu lựa chọn Model/ Properties/ Material - Kích vào nút hộp thoại xuất - Khai báo thông số vào hộp thoại sau: -MIDAS/Civil- Trang 142 Bài giảng Tin ứng dụng Name: Banmc; Type of Design: Concrete; Standard: None; Modulus of Elastic: 2.6956e+6; Poission’s Ratio: 0.2; Weight Density: 0; Hình 4: Khai báo đặc trƣng vật liệu Sau bấm nút Apply khai báo cho loại (theo bảng sau) -MIDAS/Civil- Trang 143 Bài giảng Tin ứng dụng STT Bộ phận Name Type of Design Standard Modulus of Elastic Poission’s Ratio Weight Density Dầm Dam chinh Concrete None 3.4366e+006 0.2 2.403 Cáp DƯL Cap DUL User Defined None 2.0037e+007 0.3 2.403 Dầm ngang Dam ngang Concrete None 2.6956e+006 0.2 Khai báo ảnh hưởng từ biến, co ngót tới vật liệu: - Trên menu lựa chọn Model/ Properties/ Time Dependent Material (Creep/Shrinkage) - Bấm nút hộp thoại xuất - Khai báo thông số vào hộp thoại: Hình 5: Khai báo từ biến, co ngót Name: Co ngot – Tu bien; Code: CEB – FIP; Compressive Strength of concrete at the age of 28 days: 4500; Relative Humidity of ambient environment (40 – 99): 70; Notational size of member: 1; Type of cement: (N, R); -MIDAS/Civil- Trang 144 Bài giảng Tin ứng dụng Age of concrete at the beginning shrinkage: - Sau bấm nút để biểu diễn kết Hình 6: Biểu diễn co ngót, từ biến theo thời gian Khai báo ảnh hưởng thời gian tới cường độ vật liệu: - Trên menu lựa chọn Model/ Propertoes/ Time Dependent Material (Com Strength); - Bấm nút hộp thoại xuất - Khai báo thơng số u cầu: Hình 7: Khai báo ảnh hƣởng thời gian tới cƣờng độ bê tông -MIDAS/Civil- Trang 145 Bài giảng Tin ứng dụng Name: C6500; Type: Code; Development of Strength: CEB – FIP; Concrete Compressive Strength at 28 days: 4500; Cement Type: N, R: 0.25 - Bấm nút đồ thị để biểu diễn kết Gán ảnh hưởng thời gian tới vật liệu (Time Dependent Material Link): - Trên menu lựa chọn Model/ Properties/ Time Dependent Material Link - Khai báo thông số vào hộp thoại xuất Hình 8: Gán ảnh hƣởng thời gian tới vật liệu -MIDAS/Civil- Trang 146 Bài giảng Tin ứng dụng Time Dependent Material Type: Creep/Shrinkage: Co ngot – Tu bien; Comp Strength: C6500 Select Material to Assign: Material: 2: Dam chinh; Bấm vào nút để chuyển loại vật liệu lựa chọn sang hộp Selected Material Bấm nút Bấm nút để thực phép gán để kết thúc trình gán  Khai báo đặc trưng hình học mặt cắt Các mặt cắt cần khai báo: + Mặt cắt dầm trong; + Mặt cắt dầm biên; + Dầm ngang đầu dầm; + Dầm ngang bên Khai báo mặt cắt dầm trong: - Từ menu lựa chọn Model/Properties/Section - Tab Section bấm nút hộp thoại - Khai báo thông số cần thiết vào hộp thoại Section Data - Chuyển sang Tab Composite khai báo thông số sau: Name: Damtrong; Section Type: Composite – I; Slab Width: 1540 (Bề rộng toàn cầu); Girder: Num: (Số lượng dầm chủ); CTC: 270 (Khoảng cách tim dầm chủ); Slab: Bc: 270; tc: 20; Hh: 0; Girder: Symmetry: on; (Khai báo đối xứng qua trục) Joint: tích vào điểm J1, JL1; -MIDAS/Civil- Trang 147 Bài giảng Tin ứng dụng Hình 9: Khai báo mặt cắt dầm Nhập giá trị mặt cắt theo bảng sau: H1 180.000 HL1 8.000 HL2 10.000 HL2-1 5.000 HL3 135.000 HL4 12.000 HL5 15.000 BL1 7.500 BL2 52.500 BL2-1 40.000 BL4 32.500 Material: Egd/Esb: 1.2749; (Tỷ số mơ đun đàn hồi dầm -MIDAS/Civil- Trang 148 Bài giảng Tin ứng dụng mặt cầu) Dgd/Dsb: 0; Consider Shear Deformation: on Nếu muốn lựa chọn vật liệu theo tiêu chuẩn sẵn có MIDAS bấm vào nút Bấm vào nút khai báo đê kết thúc q trình Nếu muốn xem kết tính tốn đặc trưng hình học mặt cắt, bấm vào nút Khai báo mặt cắt dầm biên: - Trên Tab Section lựa chọn mặt cắt dầm vừa khai báo Sau bấm để tạo mặt cắt dầm nút - Lựa chọn mặt cắt vừa Copy bấm vào nút để hiệu chỉnh - Hiệu chỉnh thông số cần thiết: Name: dambien; Slab: Bc = 230; (Tính từ mép ngồi mặt cầu đến dầm biên dầm trong) - Bấm nút để kết thúc trình khai báo Khai báo mặt cắt dầm ngang đầu dầm: - Trên Tab Section lựa chọn khai báo mặt cắt dầm ngang - Lựa chọn Tab DB/ User hộp thoại xuất khai báo thông số sau: Name: damngangdaudam; Lựa chọn mặt cắt dạng chữ nhật: Solid Rectangle; User: on; Kích thước mặt cắt: H: 20; B: 108; Khai báo mặt cắt dầm ngang: Name: damngang; Lựa chọn mặt cắt dạng chữ nhật: Solid Rectangle; User: on; Kích thước mặt cắt: -MIDAS/Civil- Trang 149 Bài giảng Tin ứng dụng Hình 70 Bƣớc thi cơng 16 (Tab Load) o Với bước 17: Hình 71 Bƣớc thi công 17 (Tab Load) -MIDAS/Civil- Trang 210 Bài giảng Tin ứng dụng 3.7 Khai báo tải trọng a) Khai báo trọng lượng thân: Từ menu lựa chọn Load/Self Weight o Load Case Name: Ban than; o Load Group Name: Ban than; o Self Weight Factor>Z: -1; o Nhấp chuột vào nút b) Khai báo tải trọng xe đúc: Xe đúc có trọng lượng 800KN, mơ hình thành tải trọng tập trung 800KN mô men 2000KNm quay xung quanh trục y, đặt đầu đốt đúc Lựa chọn bước thi công thứ nhất: CS1; Load/Nodal Loads; Select Window: (Điểm 20); Load Case Name: XD; Load Group Name: XD-K0P1; Fz: -800; My: -2000; Select Window: (Điểm 24); Load Case Name: XD; Load Group Name: XD-K0P1; Fz: -800; My: 2000; Select Window: (Điểm 61); Load Case Name: XD; Load Group Name: XD-K0P2; Fz: -800; My: -2000; Select Window: (Điểm 57); Load Case Name: XD; Load Group Name: XD-K0P2; Fz: -800; My: 2000; Các giai đoạn khác khai báo tương tự c) Khai báo tải trọng bê tông tươi: Tải trọng bê tông tươi mơ hình thành tải trọng tập trung mơ men quay -MIDAS/Civil- Trang 211 Bài giảng Tin ứng dụng xung quanh trục y Giá trị tải trọng tính tốn thơng qua Bill of Material Tools/Bill of Material; Select BOM output>Beam – Truss Element BOM Type 1: on; Nhấp chuột vào nút Quá trình khai báo: o Chuyển giai đoạn thi công thứ CS1; o Load/Nodal Loads; o Select Identity – Node: Lựa chọn điểm 20; o Load Case Name: BT; o Load Group Name: BT-P1K1; o Fz: -774.8; My: -774.8*2.5; o Select Identity – Node: Lựa chọn điểm 24; o Load Case Name: BT; o Load Group Name: BT-P1K1; o Fz: -774.8; My: 774.8*2.5; o Select Identity – Node: Lựa chọn điểm 57; o Load Case Name: BT; o Load Group Name: BT-P2K1; o Fz: -774.8; My: 774.8*2.5; -MIDAS/Civil- Trang 212 Bài giảng Tin ứng dụng o Select Identity – Node: Lựa chọn điểm 61; o Load Case Name: BT; o Load Group Name: BT-P2K1; o Fz: -774.8; My: -774.8*2.5; Các bước sau khai báo tương tự Hình 72 Kết tải trọng sau khai báo d) Khai báo tải trọng dự ứng lực: Khai báo tên phần tử cáp dự ứng lực: o Từ menu lựa chọn Load/Prestress Loads/Tendon Property; o Nhấp chuột vào nút hộp thoại Tendon Property; o Khai báo thông số sau:  Tendon Name: TOP (cáp dự ứng lực phía trên);  Tendon Type: Internal (Post-Tension);  Material: 3: Cap DUL;  Total Tendon Area: nhập diện tích bó cáp nhấp chuột vào nút để khai báo đường kính tao cáp 12.7mm số lượng tao 19 tao  Duct Diameter: 0.097 (đường kính ống gen);  Ultimate Strength: 1860000 (cường độ giới hạn chảy);  Yield Strength: 1670000 (cường độ giới hạn bền); -MIDAS/Civil- Trang 213 Bài giảng Tin ứng dụng  Curvature Friction Factor: 0.2 (hệ số ma sát cáp ống);  Wobble Friction Factor: 0.001 (hệ số ma sát cong);  Anchorage Slip: tụt neo Begin: 0.006; End: 0.006;  Bond type: Bonded (on); o Nhấp chuột vào nút ;  Tendon Name: BOTTOM (cáp dự ứng lực phía dưới);  Tendon Type: Internal (Post-Tension);  Material: 3: Cap DUL;  Total Tendon Area: nhập diện tích bó cáp nhấp chuột vào nút để khai báo đường kính tao cáp 12.7mm số lượng tao 25 tao  Duct Diameter: 0.107 (đường kính ống gen);  Ultimate Strength: 1860000 (cường độ giới hạn chảy);  Yield Strength: 1670000 (cường độ giới hạn bền);  Curvature Friction Factor: 0.2 (hệ số ma sát cáp ống);  Wobble Friction Factor: 0.001 (hệ số ma sát cong);  Anchorage Slip: tụt neo Begin: 0.006; End: 0.006;  Bond type: Bonded (on);  Nhấp chuột vào nút ; Hình 73 Khai báo đặc trƣng cáp dự ứng lực -MIDAS/Civil- Trang 214 Bài giảng Tin ứng dụng Khai báo cách bố trí cáp dự ứng lực: Tên TC1 TC4 TC5 TC6 TC7 TC8 -MIDAS/Civil- 2.874 2.56 15 16.348 18.45 1.626 1.94 15 -16.348 -18.45 TC3 y 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 1.94 1.94 1.94 1.94 1.94 1.94 2.79 2.732 2.56 2.56 2.732 2.79 1.71 1.768 1.94 1.71 1.768 1.94 2.874 2.56 -13.348 -15.45 TC2 x 4.119 5.15 6.45 -4.119 -5.15 -6.45 4.119 5.15 6.45 -4.119 -5.15 -6.45 7.394 8.229 9.45 -7.394 -8.229 -9.45 10.394 11.229 12.45 -10.394 -11.229 -12.45 13.348 15.45 R 1.626 1.94 15 17.458 18.345 21.45 -17.458 -18.345 -21.45 20.458 21.345 3.09 3.024 2.56 3.09 3.024 2.56 1.41 1.476 19.119 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 x 4.119 5.15 6.45 -4.119 -5.15 -6.45 4.119 5.15 6.45 -4.119 -5.15 -6.45 7.119 8.15 9.45 -7.119 -8.15 -9.45 10.119 11.15 12.45 -10.119 -11.15 -12.45 13.119 14.15 15.45 -13.119 -14.15 -15.45 16.119 17.15 18.45 -16.119 -17.15 -18.45 -0.125 20.15 21.45 -19.119 -20.15 -21.45 22.119 23.15 z -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 TC7 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 R 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 17.458 15 15 15 Trang 215 Bài giảng Tin ứng dụng 24.45 -20.458 -21.345 -24.45 22.684 23.623 27.45 -22.684 -23.623 -27.45 26.184 27.123 30.95 -26.184 -27.123 -30.95 25.237 26.176 30.95 -25.237 -26.176 -30.95 TC9 TC10 TC10R 1.94 1.41 1.476 1.94 3.24 3.166 2.56 3.24 3.166 2.56 1.26 1.334 1.94 1.26 1.334 1.94 3.39 3.316 2.56 3.39 3.316 2.56 15 15 15 15 15 15 15 24.45 -22.119 -23.15 -24.45 25.119 26.15 27.45 -25.119 -26.15 -27.45 28.619 29.65 30.95 -28.619 -29.65 -30.95 28.619 29.65 30.95 -28.619 -29.65 -30.95 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 -0.125 -0.16 -0.25 15 15 15 15 15 15 15 o Kích hoạt nhóm kết cấu đốt K0 trụ P1; o Từ menu lựa chọn Load/Prestress Loads/Tendon Profile;  Tendon Name: P1TC1R;  Tendon Property: TOP;  Assigned Element: Select All lựa chọn phần tử từ 20 – 23;  Input Type: 2D (lựa chọn kiểu nhập 2D); Curve Type: Round;  Straight Length of Tendon: chiều dài đoạn thẳng đầu cáp dự ứng lực Begin (0); End (0);  Profile: Nhập tọa độ x, y, z bán kính R bảng thống kê e) Khai báo tải trọng giai đoạn 2: o Lựa chọn phần tử theo số hiệu:  Từ menu chính, nhấp chuột vào biểu tượng (Seclect Identity)  Nhập số hiệu phần tử (1to71) vào ô Element bấm phím Enter bàn phím -MIDAS/Civil- Trang 216 Bài giảng Tin ứng dụng Hình 74 Lựa chọn phần tử theo số hiệu o Từ menu lựa chọn: Load/Element Beam Loads o Khai báo thông số vào hộp thoại xuất hiện:  Load case name: TT2;  Load group name: TT2;  Khai báo giá trị tải trọng phân bố đều: w = -7.5; o Nhấp chuột vào nút Apply Close f) Khai báo hoạt tải: o Từ menu lựa chọn: Load/Moving Load Analysis Data/Moving Load Code; o Lựa chọn tiêu chuẩn tiêu chuẩn thiết kế: AASHTO LRFD; Hình 75 Lựa chọn tiêu chuẩn thiết kế o Khai báo xe:  Load/Moving Load Analysis Data/Traffic Line Lanes;  Nhấp chuột vào nút Add vào hộp thoại Traffic Line Lines;  Khai báo thông số vào hộp thoại: Lane name: lantrai; -MIDAS/Civil- Trang 217 Bài giảng Tin ứng dụng Hình 76 Khai báo xe Độ lệch tâm (a): -3.5 Selection by: 2point: Nhấp chuột vào điểm đầu điểm cuối kết cấu nhịp; Nhấp chuột vào nút OK; Lane name: lanphai; Độ lệch tâm (a): 3.5; -MIDAS/Civil- Trang 218 Bài giảng Tin ứng dụng Selection by: 2point: Nhấp chuột vào điểm đầu điểm cuối kết cấu nhịp; Nhấp chuột vào nút OK; o Khai báo xe: Vehicles  Load/Moving Load Analysis Data/Vehicles;  Nhấp chuột vào nút ;  Khai báo xe tải thiết kế (HL-93TRK) xe hai trục (HL-93TDM);  Khai báo hệ số xung kích: Dynamic Load Allowance: 25;  Nhấp chuột vào nút Hình 77 Khai báo xe o Khai báo nhóm xe: Vehicle Classes  Load/Moving Load Analysis Data/Vehicle Classes;  Nhấp chuột vào nút hộp thoại Vehicle Classes;  Khai báo thông số vào hộp thoại xuất hiện: Vehicle Class Name (tên xe): Xe tai TK; Lựa chọn loại xe HL-93TRK nhấp chuột vào nút Nhấp chuột vào nút -MIDAS/Civil- ; ; Trang 219 Bài giảng Tin ứng dụng Tiếp tục khai báo: Xe hai truc; Lựa chọn loại xe HL-93TDM; Nhấp chuột vào nút Hình 78 Khai báo nhóm xe o Khai báo trường hợp tải trọng di động: Moving Load Cases;  Load/Moving Load Analysis Data/Moving Load Cases;  Nhấp chuột vào nút hộp thoại xuất hiện;  Khai báo thông số sau: Load Case Name: MVL; Sub-Load Cases: Loading Effcet: Independent; Nhấp chuột vào nút lựa chọn: o Vehicle Class: VC:Xe tai TK; o Min number of load lanes: 1; o Max number of load lanes: 2; o Lựa chọn lantrai, lanphai nhấp chuột vào nút o Nhấp chuột vào nút ; ; o Vehicle Class: VC:Xe hai truc; o Min number of load lanes: 1; o Max number of load lanes: 2; o Lựa chọn lantrai, lanphai nhấp chuột vào nút o Nhấp chuột vào nút Nhấp chuột vào nút -MIDAS/Civil- ; ; Trang 220 Bài giảng Tin ứng dụng Hình 79 Khai báo trƣờng hợp tải trọng di động 3.8 Chạy chƣơng trình xuất kết 3.8.1 Chạy chƣơng trình: - Thiết lập tùy chọn cho trình phân tích:  Analysis/Construction Stage Analysis Control;  Lựa chọn tùy chọn tính tốn sau:  Trong mục Analysis Option lựa chọn Include Time Dependent Effect;  Lựa chọn tính tốn ảnh hưởng thời gian tới hiệu ứng co ngót từ biến lựa chọn Creep&Shrinkage; - Từ menu lựa chọn Analysis/Perform Analysis bấm phím F5 3.8.2 Xuất kết quả: - Xuất kết nội lực giai đoạn thi công:  Results/Forces/Beam Diagrams;  Lựa chọn dạng nội lực cần xuất (Mô men (M), lực cắt (Q)…); -MIDAS/Civil- Trang 221 Bài giảng Tin ứng dụng Hình 80 Biểu đồ mơ men cho giai đoạn đúc hẫng (GD10) Hình 81 Biểu đồ lực cắt cho giai đoạn thi công đúc hẫng (GD10) -MIDAS/Civil- Trang 222 Bài giảng Tin ứng dụng Hình 82 Biểu đồ mô men cho giai đoạn thi công (GD16) - Xuất kết nội lực hoạt tải:  Xuất kết đường ảnh hưởng:  Results/Influence Lines/Beam Forces/Moments;  Lựa chọn phần tử cần xuất loại nội lực cần xuất đường ảnh hưởng; Hình 83 Các tùy chọn cho việc xuất kết ĐAH -MIDAS/Civil- Trang 223 Bài giảng Tin ứng dụng Hình 84 Đƣờng ảnh hƣởng mơ men phần tử Hình 85 Đƣờng ảnh hƣởng lực cắt phần tử  Xuất kết nội lực hoạt tải:  Results/Moving Load Traces/Beam Forces/Moments  Lựa chọn loại nội lực cần xuất kết Hình 86 Các tùy chọn xuất kết nội lực hoạt tải -MIDAS/Civil- Trang 224