Chuyên đề sử dụng sap trong phân tích gió động
Trang 1Ths Dương Nguyễn Hồng Toàn Page 1
PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG TRONG Sap2000
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Mục đích chính của phân tích động lực học kết cấu là dự báo độ chính xác của chuyển
vị và nội lực trong kết cấu thực Trong tính toán các dạng tải trọng thay đổi theo thời gian như sóng, gió, động đất có thể được biểu diễn bởi tổng các vector không gian hoàn toàn không phụ thuộc vào thời gian Các vector này đều được xấp xỉ một cách gần chính xác bằng các hàm tuyến tính hóa và phương pháp Rayleigh - Ritz được dùng rộng rãi để tìm nghiệm xấp xỉ
Ngày nay với sự phát triển của máy tính người ta sử dụng vector tải Ritz ( Load Dependent
tải trọng dùng để phân tích cho cả hai trường hợp tuyến tính và phi tuyến Ưu điểm của cách tính này là các tần số từ phân tích vector Ritz luôn cho giá trị gần với dao động tự do chính xác và thời gian tính toán giảm đáng kể so với thời gian yêu cầu
Hiện nay việc giải các bài toán động lực học trong Sap2000, Etabs và Safe sử dụng phiên bản mới của phương pháp Jacobi trong tính toán cho vector tải Ritz (LDR)
CHUẨN BỊ GIẢI BÀI TOÁN ĐỘNG LỰC
Phân tích động học công trình thường theo các bước như sau:
o Thành lập sơ đồ kết cấu trong đó giả thiết kích thước các cấu kiện
o Giải các bài toán động để xác định các đặc trưng động học: tần số, chu kỳ, biên độ dao động bản thân công trình Khi giải chỉ xét đến ảnh hưởng của tải trọng dài hạn
So sánh với quy định trong tiêu chuẩn để quyết định số dao động cần xét
o Tính toán lực ngang tác động lên công trình dựa trên dao động vừa phân tích bao gồm gió động và động đất (nếu có)
Khi phân tích động học cần lưu ý về quy luật phân bố các khối lượng như sau:
o Khối lượng của các phần tử thanh được quy về 2 đầu nút thanh
o Khối lượng của các phần tử sàn (Shell) được phân về các nút (giao giữa các thanh)
o Tải trọng phân bố trên thanh quy đổi khối lượng gán về 2 nút đầu thanh
o Tải trọng phân bố trên sàn (Shell) quy đổi khối lượng gán về các nút sàn
Trang 2Ths Dương Nguyễn Hồng Toàn Page 2
Lưu ý : ở dạng dao động thứ i tại mức (nút k) đặt khối lượng mk của nó (có chuyển vị
yik) được gán lực ngang thay thế (Rik) có phương cùng với dao động và lấy giá trị (+,-) theo phương chiều của chuyển vị trong phân tích dao động
THỰC HÀNH
B ước 1: Thiết lập mô hình tính toán
Thiết lập mô hình tính toán trong SAP2000 định nghĩa và gán đầy đủ các đặc tính vật liệu, đặc trưng hình học, các lực vào kết cấu bao gồm lực tĩnh, hoạt tải
Đối với tĩnh tải: khi gán tải nên kể luôn tải trọng tường xây (không kể tải trọng bản thân vì Sap2000 đã tự động tính )
Đối với hoạt tải chỉ cần nhập giá trị hoạt tải dài hạn Trong trường hợp không có giá trị dài hạn cụ thể có thể lấy 0.5HT ngắn hạn
Lưu ý : không được phân chia phần tử Shell, cũng như đặt chế độ Assign Automatic
Area Mesh trong Menu Assign
B ước 2:Gán các đặc trưng động học
o Thực hiện phân bố các khối lượng về các nút Define\Mass Source chọn From
Loads or From Element and Additional
Thực hiện gán ràng buộc chuyển vị các nút trong cùng tầng Define\Joint
Constraints chọn Diaphragm
B ước 3:Phân tích dao động
Thực hiện gán số lượng Mode dao động và dạng dao động Define\Load cases
chọn Modal
Trong Modify/Show Load Case… chọn Eigen Vectors còn lại để mặc định Thực hiện giải bài toán trong bước này khi thực hiện Run Analysis (F5) thì MODAL dùng Run còn lại để Do Not Run để cho máy tính được tính nhanh hơn.
Sau khi máy tính giải xong lần lượt xem các dạng biến dạng của kết cấu phù hợp với ba dạng cơ bản cần tìm (F6)
B ước 4:Chuyển kết quả sang Excel
Để tính toán lực ngang tác động lên công trình cần chuyển kết quả phân tích dao động sang dạng Excel trong đó cần có các thành phần sau:
\Joint Output\ Displacements (Chuyển vị ở nút)
\ Joint Masses (Khối lượng ở nút)
Trang 3Ths Dương Nguyễn Hồng Toàn Page 3
\Structure Output\Modal Information\ Modal Participation Factors
(chu kỳ Ti cần tính)
Khi đó ta được một file kết quả phân tích dao động lưu ở dạng Excel như hình
B ước 5: Thực hiện tính lực ngang thay thế (R ti )
Mở File Excel kết quả tính được ở bước 3 ra sẽ có 4 Sheet sau:
o Assembled Joint Masses: là Sheet Khối lượng phần phối tập trung tại nút
o Joint Displacements: là Sheet chuyển vị của các nút (tại các khối lượng tập trung)
của các dao động T(i)
o Modal Participation Factors: Các dao động riêng
o Program Control
Theo kết quả phân tích dao động có (mass m, chuyển vị y ik ,chu k ỳ T i) tính lực ngang thay thế ứng với mỗi chu kỳ; các lực này sẽ có điểm đặt tại nút có Mass tập trung, có phương chiều cùng với chuyến vị yik
B ước 5: Thực hiện gán lực R ti vào s ơ đồ tính toán:
Có hai cách gán lực:
o Từ file Excel thể hiện mô hình tính toán gán các giá trị Rti (i=1,2,3 ) tính được từ
bước 5 vào Sheet Joint Loads - Force ở các cột tương ứng F1 hoặc F2 Lúc này
hình thành một mô hình tính toán kết cấu đầy đủ các thuộc tính về vật liệu, kích thước hình học; về liên kết, về lực (tĩnh tải, hoạt tải, gió, lực động ); về tổ hợp
Trang 4Ths Dương Nguyễn Hồng Toàn Page 4
tải trọng được lưu giữ dưới dạng file Excel Import vào Sap2000 để có mô hình toán dạng SDB, sau đó tính toán như bài toán bình thường
o Hoặc gán trực tiếp vào tải trọng thông qua User Define trong Auto Lateral
Load Pattern chỉ có trên phiên bản Sap2000 v.10 trở lên
Lưu ý:
Trong file Excel có thể xoá bớt các dữ liệu không cần thiết trong các Sheet (như các mặt cắt thép hình I trong Sheel Frame Props 01 - General, ) để cho máy tính tăng nhanh tốc độ tính toán