Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu 1 pot

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 1 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG 1. Tình hình ứng dụng tin học trong nước Trong những năm gần đây, việc ứng dụng tin học trong xây dựng đã có bước phát triển vượt bậc. Các phần mềm hỗ trợ thiết kế xây dựng ngày càng hiện đại và liên tục được cập nhập. Công tác thiết kế và quản lí xây dựng trong các cơ quan được tin học hóa mạnh mẽ giúp cho công việc được tiến hành một cách nhanh chóng, khoa học và tiện lợi. Trong sự phát triển của ngành xây dựng nói chung, ngành Cầu cũng có những đóng góp tích cực, đặc biệt là với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin. Đa số các phần mềm ứng dụng trong thiết kế cầu đều được viết dựa trên cơ sở phương pháp số mà trong đó việc phân tích kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM - Finite Element Method) được sử dụng nhiều nhất và có nhiều ưu việt hơn cả. Phương pháp FEM giúp cho việc tính toán kết cấu chính xác và nhanh chóng. 2. Giới thiệu các phần mềm ứng dụng trong xây dựng Các phần mềm hỗ trợ vẽ thiết kế và kiến trúc.  AUTOCAD : Là phần mềm hỗ trợ vẽ kĩ thuật  PHOTOSHOP  3D-STUDIO Max Các phần mềm hỗ trợ phân tích kết cấu và công trình cầu  SAP2000  RM2000 Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 2  MIDAS  STADD III Các phần mềm phân tích địa kỹ thuật, nền móng  FB-FIER  GEO-SLOPE  PLAXIS Các phần mềm ứng dụng quản lí trong xây dựng và lập dự toán  Microsoft PROJECT  DTBK  DT2000 3. Các vấn đề cơ bản của phần mềm Sap2000 3.1. Phương pháp tính kết cấu của Sap2000  Trong bài toán Cơ học kết cấu, việc giải quyết bài toán đều dựa trên lý thuyết của cơ học môi trường liên tục. Các nguyên lí chính đều dựa vào o Sự cân bằng tĩnh học giữa nội lực và ngoại lực của kết cấu hay từng bộ phận của kết cấu. o Sự liên tục về về biến dạng và chuyển vị trong toàn bộ kết cấu. o Quan hệ ứng suất và biến dạng của vật liệu kết cấu. Việc phối hợp các nguyên tắc trên sẽ cho những hệ phương trình vi phân phức tạp rất khó tìm lời giải. Chính vì thế ngưới ta đưa ra mô hình số.Khi xây dựng mô hình số, thường thì đòi hỏi phải bổ sung một số giả thiết đơn giản hóa. Các giả thiết này sẽ quyết định đến độ chính xác của kết quả tính toán. Thường thì kết quả tính toán bằng phương Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 3 pháp số đặc biệt là phương pháp Phần tử hữu hạn (PTHH) được chấp nhận với độ chính xác cho phép.  Phương pháp PTHH là một trong những phương pháp tổng quát nhất để xây dựng mô hình số của kết cấu. Phương pháp này chia không gian liên tục của kết cấu thành một tập hợp các phần tử (chia nhỏ ra) có tín h chất cơ học và hình học đơn giản hơn so với cả kết cấu. Các phần tử này liên kết với nhau bằng điểm nút, lúc này các điều kiện tương thích về chuyển vị hay biến dạng của kết cấu chỉ thỏa mãn tại nút. Thông thường, ẩn cơ bản của PP PTHH là các chuyển vị của nút. Dựa vào điều kiện cân bằng của toàn kết cấu ta có được phương trình: [F] = [K].[U] Trong đó [F] : Ma trận ngoại lực nút. [K] : Ma trận độ cứng của kết cấu, được xây dựng từ ma trận độ cứng của các phần tử. [U] : Ma trận chuyển vị nút. Sau khi giải phương trình trên ta tìm được chuyển vị của nút, từ đó tìm được chuyển vị của một điểm bất kì trong kết cấu thông qua hàm dạng (hàm biểu diễn chuyển vị của điểm bất kì với điểm nút).  Ta thấy khi chia càng nhỏ kết cấu tức càng nhiều phần tử thì kết quả càng chính xác. Như vậy với sự phát triển công nghệ thông tin như hiện nay, việc giải bài toán kết cấu với độ chính xác cao bằng phương pháp số là hoàn toàn thuận lợi và có tính ứng dụng cao . 3.2. Khái niệm về cách mô hình hóa bài toán trong Sap2000 (Version 9.03) Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 4  Mô hình là gì? Mô hình là mô tả khái quát một đối tượng nhằm mục đích nghiên cứu sự làm việc của đối tượng đó. Cùng một đối tượng có thể có nhiều mô hình khác nhau.  Mô hình hóa kết cấu là mô tả đối tượng thành một sơ đồ tính nhằm giải quyết bài toán kết cấu. Kết quả dung để thiết kế hay đánh giá sự làm việc của đối tượng.  Trong Sap2000, việc mô hình bài toán được thực hiện thông qua giao diện đồ họa nên người sử dụng có thể mô hình và sau đó gán các tải trọng 3.3. Các ví dụ tính toán bằng phần mềm Sap2000 giới thiệu  Tính toán dầm BTCT đơn giản  Tính toán cầu dàn thép  Tính toán cầu dầm BTCT ƯST nhịp giản đơn  Tính toán cầu liên tục 4. Các vấn đề cơ bản của phần mềm DTBK DTBK hoàn toàn đáp ứng công việc lập dự toán, quyết toán, giá đấu thầu và quản lý chi phí các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, cầu đường, thuỷ lợi, thuỷ điện, đường dây tải điện, trạm biến áp, thí nghiệm điện, hàng không, theo các thông tư hướng dẫn của Ban Vật Giá Chính Phủ, Bộ Xây Dựng, Bộ Tài Chính và các Bộ chuyên ngành như Bộ Giao Thông, Bộ Công Nghiệp, đã ban hành. Với 9 phương pháp tính cơ bản đại diện cho 3 nhóm :  Nhóm phân tích đơn giá (phân tích đơn giá theo thực tế).  Nhóm phân tích khối lượng và bù chênh lệch giá. Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 5  Nhóm phân tích đơn giá tổng hợp (phân tích giá tổng hợp theo thực tế). Đã bao trùm tất cả các phương pháp tính hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong cả nước. Người sử dụng có thể lập hồ sơ theo một phương pháp bất kỳ và chuyển đổi dễ dàng dữ liệu và mẫu của một hồ sơ đã lập từ phương pháp này qua phương pháp khác bằng cách nhấp chuột lên menu lựa chọn. Nhờ tính năng này mà người dùng có thể nhanh chóng đáp ứng các yêu cầu của chủ đầu tư. Đặc biệt người sử dụng có thể nhập (Import) hoặc xuất (Export) dữ liệu dưới dạng bảng tính Excel rất dễ dàng và được máy tự động thiết lập các mối quan hệ, công thức tính đồng thời tự động định dạng form in trên khổ giấy A4. Các cơ sở dữ liệu được liên kết với nhau thành 1 file duy nhất cho phép sao chép, di chuyển và trình duyệt rất dễ dàng, thuận lợi ở bất cứ nơi nào, kể cả những nơi mà máy tính chưa cài chương trình DTBK. Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 6 CHƯƠNG 2 : THỰC HÀNH PHẦN MỀM SAP 2000 VERSION 9.03 TRONG THIẾT KẾ CẦU A. CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN 1. Những khái niệm cơ bản 1.1. Sơ đồ kết cấu - sơ đồ tính 1.1.1. Nút (Joint) a/ Vị trí của nút:  Điểm liên kết các phần tử .  Điểm thay đổi về đặc trưng vật liệu.  Điểm cần xác định chuyển vị & điểm có chuyển vị cưỡng bức.  Điểm xác định điều kiện biên.  Tải trọng tập trung (trừ tải trọng tập trung trên Frame).  Khối lượng tập trung. b/ Khai báo nút trong SAP:  Các nút được tạo tự động khi tạo phần tử .  Số hiệu nút được gán tự động.  Có thể thêm nút tại vị trí bất kỳ.  Hệ toạ độ cho nút có thể lấy mặc định theo hệ toạ độ tổng thể hoặc hệ toạ độ riêng của nút.  Nút có các loại hệ toạ độ riêng cho: liên kết, bậc tự do, lực tập trung, khối lượng tập trung… c/ Bậc tự do của nút:  Một nút có 6 bậc tự do: U1, U2, U3 (thẳng); R1, R2, R3 (xoay). Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 7  Chiều dương quy ước của các bậc tự do tương ứng với 6 thành phần trong hệ toạ độ tổng thể.  Bậc tự do tính toán (DOF = Degree of Freedom): Số bậc tự do tính toán của mỗi nút có thể hạn chế theo từng loại sơ đồ (Analyze – Option Def).  Bậc tự do nào không có tải trọng, liên kết hay điều kiện biên thì SAP tự động bỏ qua bậc tự do đó. d/ Một số đối tượng khác liên quan đến nút:  Các lực tập trung có thể khai báo tại nút (Joint Load).  Khai báo khối lượng tập trung tại nút (Mass).  Khai báo các mẫu tải trọng tại nút( Joint Pattern). e/ Các kết quả phân tích nút:  Các chuyển vị tại nút.  Các phản lực tại nút.  Các lực liên kết tại nút (Forces). 1.1.2. Phần tử: có 4 loại phần tử a/ Phần tử thanh (Frame) Là một đoạn thẳng biểudiễn trục của các cấu kiện có 2 nút ký hiệu là i và j Biểu diễn cho các kết cấu dầm, dàn, khung 2D hoặc 3D. Mỗi thanh có một hệ toạ độ địa phương riêng mô tả các đại lượng của tiết diện, tải trọng và kết quả nội lực : Mặc định: trục 1 (đỏ) theo trục thanh từ i đến j, trục 2 (trắng),trục 3 (xanh) hợp với nhau theo quy tắc bàn tay phải (hay quy tắc vặn đinh ốc). Nếu so sánh với hệ toạ độ Đêcác thì:  Trục 1 tương đương với trục X, Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 8  Trục 2 tương đương với trục Y,  Trục 3 tương đương với trục Z. Góc toạ độ phần tử: Khi đổi chiều trục 1, nếu xoay trục 2 và 3 một góc quanh trục 1: Góc là dương nếu chiều xoay từ 2 đến 3 và ngược lại là âm.  Thanh coi là thẳng đứng nếu góc nghiêng với trục Z không quá 10°.  Khi vẽ các phần tử nên theo trật tự từ trái sang phải, từ dưới lên trên.  Thanh có thể có tiết diện không đổi (Primastic) hoặc thay đổi (Non- Primastic).  Thanh có thể có các loại liên kết khác nhau tại các nút (Release, Regid)  Các đặc trưng hình học của phần tử thanh: (do chương trình tự tính nếu dùng các tiết diện mẫu của SAP) + Section modulus : mô men chống uốn + Plastic modulus: mô men dẻo + Radius of Gyration: bán kính quán tính  Các loại tải trọng tác dụng lên phần tử thanh: + Tải trọng tập trung trên phần tử + Tải trọng phân bố (đều hoặc không đều) + Trọng lực, tải trọng bản thân + Tải trọng nhiệt + Tải trọng ứng suất trước + Tải trọng động (Response Spectrum & Time history) + Tải trọng di động  Nội lực của phần tử thanh: 6 thành phần: P, V1,V2, T, M22, M33. Với bài toán phẳng chỉ có 3 thành phần: P,V2, M33. Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 9 b/ Phần tử vỏ (shell)  Có thể có 3 hoặc 4, là mặt phẳng trung bình của các kết cấu loại tấm, vỏ, bản,… được khai báo qua chiều dày của phần tử.  Có các loại: (Type) + Membrane: phần tử màng chịu kéo (nén), chuyển vị trong mặt phẳng và xoay quanh trục vuông góc với mặt phẳng phần tử. + Plate : phần tử tấm chỉ chịu uốn:( 2 chiều trong mặt phẳng và ngoài mặt phẳng), chuyển vị theo phương vuông góc với mặt phẳng. + Shell: phần tử vỏ không gian có thể chịu cả kéo, nén, uốn.  Hệ toạ độ riêng của phần tử là: 1 (đỏ), 2 (trắng), 3 (xanh): trục 1 và 2 nằm trong mặt phẳng, trục 3 luôn vuông góc với bề mặt phần tử. + Theo mặc định, trục 3 hướng ra ngoài màn hình hoặc theo phương Z + Cũng có thể sử dụng góc phần tử như phần tử thanh.  Các loại tải trọng tác dụng lên phần tử vỏ: + Tải trọng tập trung tại các nút + Tải trọng phân bố đều + Trọng lực, tải trọng bản thân + Tải trọng nhiệt + Tải trọng áp lực: có hướng vuông góc với phần tử (Surface Presure), tải trọng thay đổi theo các điểm nút (Joint Pattern) dùng cho áp lực nước hoặc tường chắn.  Nội lực: + Có thể có kết quả nội lực hoặc ứng suất tại các nút và theo phương chính Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 10 + Có cáclực dọc màng theo các trục F11, F12 và mô men uốn M11, M12…tại các điểm nút của phần tử. + Kết quả ứng suất cho tai các nút cả thớ trên, thớ dưới của phần tử. c/ Phần tử khối phẳng (Plan Asolid): - Có thể có từ 3 đến 9 nút, là mặt phẳng trung bình của phần tử, cho các kết cấu tấm, tường đê chắn…chịu tải trọng đối xứng trục, biến dạng phẳng và ứng suất phẳng. d/ Phần tử khối 3D (solid): 9 nút, dùng cho các kết cấu khối chịu tải trọng 3 chiều. 1.1.3. Liên kết: có các loại liên kết sau:  Liên kết tại giao điểm của các phần tử (nút)  Liên kết nối đất  Ràng buộc chuyển vị a/ Liên kết cứng (Restraints)  Chuyển vị theo phương các bậc tự do mà nút gán bằng 0, tương ứng vớicác thành phần phản lực của nút đó.  Các thành phần gán Restraints có thể có chuyển vị cưỡng bức theo loại tải trọng Displacement Load( chuyển vị của các bậc tự do có giá trị bằng chuyển vị cưỡng bức, chuyển vị này cũng gây ra nội lực trong mô hình).  Liên kết Restraint đảm bảo cho mô hình khác bị biến hình. Nếu kết cấu bị biến hình, chương trình sẽ thông báo “ Structure to be unstable”. b/ Liên kết đàn hồi (Spring)  Cũng có các thành phần chuyển vị: o Translation U1, U2, U3 = UX, UY, UZ [...]... sóng biển, tải trọng xe di động trên cầu 1. 2 Hệ toạ độ:  Hệ toạ độ tổng thể (Global) có thể là hệ toạ độ Đềcác (kí hiệu X, Y, Z) hoặc hệ toạ độ cầu, trụ (Z, R, )  Hệ toạ độ riêng (Local) kí hiệu 1, 2,3 cho các loại phần tử (trừ phần tử Solid theo hệ toạ độ tổng thể) Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 11 Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta * Đặc điểm: o Chỉ có...Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu o Version βeta Rotation R1, R2, R3 = RX, RY, RZ  Độ cứng của gối liên kết có giá trị hữu hạn  Giá trị chuyển vị của liên kết hữu hạn và phụ thuộc vào gối đàn hồi  Phản lực gối là phản lực đàn hồi  Loại cũng phải đảm bảo cho kết cấu không bị biến hình  Gối đàn hồi cũng có thể chịu các chuyển vị... Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 16 Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta  Show Input/ Output text file: Xem các tệp cơ sở dữ liệu vào, kết quả ra của SAP2000 dưới dạng Text 2.2.2 Các thao tác với Edit Chức năng này dùng trong quá trình thay đổi mô hình Hầu hết các thao tác của Edit tác động tới một hoặc nhiều đối tượng vừa chọn Các thao tác này nằm trong menu... xuống mặt phẳng ngang Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 19 Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta  Perspective: nhìn phối cảnh, luôn cho một cảm giác thực và hình ảnh rõ hơn về chiều thứ 3 Có thể chuyển đổi dễ dàng từ Perspective sang 2D – 3D View và ngược lại  Zoom: thể hiện rõ một vài kết cấu nào đó hoặc hiện toàn bộ kết cấu Zoom Out đưa kết cấu rời xa màn hình... 12 Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta  khai báo các trường hợp tải trọng  Gán tải trọng cho phần tử đối với từng trường hợp tải trọng: tải trọng bản thân, tải trọng nút, tải trọng tập trung, tải trọng phân bố đều, tải trọng phân bố không đều…  Tổ hợp tải trọng 1. 4.2 Phân tích kết cấu:  Chọn kiểu kết cấu: dàn, khung, vỏ…  Khai báo một số tham số cần thiết (tham số để tính,... tròn được chia thành nhiều phần tử sau khi tạo)  Joint Frame: cho phép nối các thanh đã lựa chọn thành một phần tử và bỏ đi các nút không cần thiết trong quá trình nối Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 18 Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta  Trim/ Extend Frame: chức năng này cũng giống như ở AutoCAD sẽ chặt bớt các đoạn thẳng từ 2 đầu của thanh  Mesh Area: Chia... biết tên của chương trình và loại kết cấu đang làm việc Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 13 Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta  Menu Bar: chứa các menu con mà từ đó có thể truy cập vào mọi chức năng của chương trình  Main Toolbar: bao gồm các chức năng, các thao tác hay dùng, giúp người dùng có thể truy cập nhanh Chủ yếu trong thành phần này là các chức năng... một loại  Kết quả đưa ra theo một hệ đơn vị chung (hệ khai báo đầu tiên) 1. 4 Những bước chính khi thực hiện phân tích kết cấu 1. 4 .1 Thiết lập sơ đồ kết cấu  Xây dựng hệ lưới hoặc chọn thư viện mẫu  Khai báo vật liệu  Khai báo các đặc trưng hình học (tiết diện, chiều dày…)  Vẽ phần tử  Gán tiết diện cho phần tử  Khai báo liên kết nối đất Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 12 Giáo án... quay theo các trục Có 3 kiểu: Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 17 Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta o Linear: sao chép một số đối tượng đếnvị trí mới (có số gia theo cả 3 phương) với số lượng tuỳ ý o Radial: tạo ra một số bản copy và cho phép xoay quanh một trục nào đó với một góc bất kỳ o Mirror: tạo một bản sao đối xứng qua một mặt phẳng nào đó và có thể... Đà Nẵng Trang 14 Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta của con trỏ và các điều khiển hoạt động trong trường hợp hiện các biểu đồ chuyển vị hoặc các dao động 2.2 Thanh Menu  Chứa tất cả các hộp thoại và các câu lệnh của SAP2000  Để vào các lệnh, đi từ menu chính menu con hộp hoại: o Check box: chọn một phương án o List box: chọn một giá trị trong số các giá trị liệt kê o Hộp . học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 1 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG 1. Tình hình ứng dụng. Translation U1, U2, U3 = UX, UY, UZ Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 11 o Rotation R1, R2, R3 = RX, RY, RZ  Độ cứng của. án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 6 CHƯƠNG 2 : THỰC HÀNH PHẦN MỀM SAP 2000 VERSION 9.03 TRONG THIẾT KẾ CẦU A. CÁC VẤN