Bài tập thực hành SAP 2000

- Đánh dấu vào dòng lới có toạ độ Z là 0 , sửa lại thành -0.5 , nhấn ô Move Grid Line → OK • Vẽ các phần tử thanh của sơ đồ kết cấu : Nhấn vào biểu tợng của Frame hoặc vào Draw → Draw Fr

Bài tập SAP2000 Giáo viên : Đào TĂng Kiệm

Bộ môn Công nghệ phần mềm - khoa Công nghệ thông tin

I Kết cấu hệ thanh

A Tạo lập dạng hình học cho kết cấu từ th viện mẫu - biến đổi

ứng dụng thực hành cho các kết cấu sau: (chú ý chọn đơn vị , chọn mẫu , đa vào giá trị)

8' 6m

40 inch

0.5 m

5m 5m 4m 4.5m 4m 4m 4.5m

6m

5x 3.6m

2x 4m

Đáy chóp 5x5m ; Cao 6 m 2x 4.5 m

B Hớngdẫn ví dụ mấu tính khung phẳng

• Bê tông : E= 2.56 X107 kg/cm2 ; M=2.5x10-3

• Tiết diện : Cột = 30x30 cm ; Dầm = 30x 25cm

; Xiên = 25x25 cm 3.5 m q1 q1 =0.8 T/m ; q2 = 1.1T/m ; q3= 1.4 T/m P2 q4 = 0.6 T/ m P1 = 1.2 T ; P2 = 1.3 T

* Trờng hợp 1 : Chỉ chịu tải trọng 3.5 m q2 q3 bản thân, tải trọng q1, q2 và P1

*Trờng hợp 2 : Chịu các tải

trọng q3 , q4 và P2

4m 4m 3m

Trình tự thực hiện :

1 Thiết lập sơ đồ hình học :

• Chọn đơn vị Kg- m

• Tạo hệ lới - trong mặt phẳng XZ :

- Vào New Model , chọn hệ mặc định Cartersian

- Gõ các giá trị của Number Grid Spaces : X=3 Y=0 Z=3

- Gõ các giá trị của Grid Spacing : X=4 Y=1 Z=3.5

• Để màn hình 2 cửa sổ , chọn một cửa sổ là mặt phẳng XZ : trên màn hình xuất hiện hệ lới cách đều nhau theo các khoảng đã khai báo

• Điều chỉnh hệ lới vừa tạo cho phù hợp với sơ đồ kết cấu :

- Nhấn Draw → Edit Grid chọn X

- Đánh dấu vào dòng lới có toạ độ X là 6 , sửa lại thành 5, nhấn ô Move Grid Line

→ OK

- Nhấn Draw → Edit Grid chọn Z

- Đánh dấu vào dòng lới có toạ độ Z là 0 , sửa lại thành -0.5 , nhấn ô Move Grid Line → OK

• Vẽ các phần tử thanh của sơ đồ kết cấu : Nhấn vào biểu tợng của Frame hoặc vào Draw → Draw Frame Element và lần lợt vẽ từng thanh theo sơ đồ kết cấu ( chú ý theo trình tự từ dới lên và trái sang phải , dùng phím Enter để ngắt mỗi quá trình vẽ )

2 Khai báo vật liệu và tiết diện :

• Chọn đơn vị là Kg - cm

• Nhấn Define → Material → Add new Material : đa váo giá trị của E ( mô đun đàn hồi ), W (trọng lợng riêng ) và m ( khối lợng riêng ) và gõ chữ BETONG ở ô Material

Name

• Khai báo các tiết diện :

- Nhấn Define → Frame Section →Add/Wide Flange → Add Rectangular :

+ Gõ tên tiết diện Section Name = COT + Chọn loại vật liệu Material = BETONG

- Làm tơng tự với tiết diện DAM và XIEN

3 Gán tiết diện cho các phần tử :

• Chọn các phần tử cột (dùng cửa sổ hoặc đánh dấu để chọn)

- Vào Assign → Frame → Section → chọn COT → OK

• Tơng tự chọn các phần tử dầm gán cho tiết diện DAM và phần tử mái gán cho XIEN

4 Gán liên kết

• Chọn 4 nút chân cột

Vào Assign → Joint → Restraint → chọn biểu tợng ngàm

• Gán liên kết khớp cho các thanh :

- Chọn 2 thanh xiên

- Assign→ Frame→ Release → đánh dấu vào 2 ô Start và End của Mômen M33→ OK

- Chọn cột chống giữa Assign → Frame → Release → đánh dấu vào ô End của Mômen M33 → OK

( Chú ý cất dũ liệu vào đĩa: File →Save As →Khai báo tên th mục và tệp → OK)

5 Tạo các trờng hợp tải trọng :

• Define →Static → Load Case →gõ TH1 → Add new Load →OK

• Define →Static → Load Case → gõ TH2 → đổi hệ số Selft Weight Multiplier thành

0 → Add new Load → OK

6 Gán tải trọng cho từng trờng hợp

• Chọn đơn vị Ton - m

• ờng hợp 1Tr :

- Chọn 2 phần tử dầm tầng 2 chịu q1 :

- Assign → Frame → Static Loads → Point and Uniform → OK

+ Load case Name = TH1 + Direction = Global Z ( Force ) + Option : Add to Existing Load + Uniorm Load = -0.8 → OK

- Tơng tự với 2 thanh dầm chịu q2 = - 1.1 T/m

- Chọn nút đỉnh :

+ Assign → Joint Static Loads → Forces + Load case Name = TH1

+ Option : Add Exiting Load + Load = Force Global Z = -1.2 → OK

• Trờng hợp 2 :

- Chọn phần tử dầm( nhà 1 tầng )

- Assign → Frame → Static Loads → Trapezoidal →

+ Load case Name = TH2 + Direction = Global Z ( Force ) + Option : Add to Exiting Load + Absolute Distance End I

Distance 0 3

- Đánh dấu 2 cột trái ngoài cùng :

+ Assign → Frame → Static Loads → Point and Uniform → OK

+ Load case Name = TH2 + Direction = Global X ( Force ) + Option : Add to Exiting Load + Uniorm Load = 0.6 → OK

- Chọn nút góc trái , trên

+ Assign → Joint Static Loads → Forces + Load case Name = TH2

+ Option : Add Exiting Load + Load = Force Global X = 1.3 → OK ( Chú ý xoá giá trị cũ của Global Z)

7 Tính toán :

• Khai báo số lợng các mặt cắt cần tính toán trên một phần tử

- Chọn các phần tử

- Assign Frame Output Segment : gõ số lợng mặt cắt cần đa ra kết quả ( có thể khác nhau trên từng thanh )

• Analyze → Set Option → Chọn biểu tợng của XZ Plane

• Chọn Generate Output→ Nhấn Select Output Options đánh dấu các thành phần sẽ có mặt trong tệp kết quả *.OUT ( ví dụ Displacement , Frame Force ) → OK

• Nhấn nút Run ( ) thực hiện tính toán

C Bài tập tự làm

Bài 1 Tính dầm liên tục

q=20kN /m 300 kN q= 25kN/m M= 90kN

300 kN

4m 4m 4m

- Vật liệu bê tông E= 2.5 E5 kg/cm2

- Tiết diện : 35x25 cm

- Dầm chịu các tải trọng nh trên hình vẽ

Bài 2 Tính dàn phẳng

P1 P1 - Số liệu : - Vật liệu thép E= 2.1 E10 kg/m2

W= 7800 kg/m3

- Tiết diện N1 : D= 10 cm ; t = 2 mm

1.5m N2 N2: D= 8 cm ; t = 2 mm

P1 = 60 KN P2 = 80 KN

4 x 2 5 m Tính chuyển vị và nội lực của dàn

Bài 3 Tính dàn phẳng 5 x 1 5 m

V V

4x 1 5 m

- Vật liệu thép tròn E= 2.1 E10 kg/m2

W= 7800 kg/m3 Hệsố poisson=0.2

- Tiết diện : 3 đốt dới D=15 cm ,t= 2mm

các đốt trên thanh đứng D= 15 cm, t =2 mm

các thanh giằng của xà ngang

và 4 đốt trên có D= 10cm ,t = 1 mm 3x 3m

- Tải trọng H= 30 KN ; V= 60 Kn

Dầm chịu các tải trọng nh trên hình vẽ

- Liên kết khớp ở chân cột 3m

- TH1 : chỉ chịu tải trọng bản thân , hệ số 1.2

- TH2 : chỉ chịu tải trọng tập trung

Bài 4 Tính khung phẳng 1

• Dữ liệu :

Vật liệu bê tông E =2.5 x 10 5 kg/cm 2 ; W= 2500 kg/m3

Các cột có tiết diện 40x30 cm dầm có tiết diện 30x40 cm ; thanh xiên tròn D= 20 cm Tải trọng q1 = 400kg/m ; q2 = 200kg/m ; P = 2000 kg ; q3= 150 kg/m

Liên kết ngàm ở các chân cột

q1

P

3m q1 q3

3m

• Yêu cầu tính toán :

Xác định nội lực của khung cho 2 trờng hợp tải trọng :

- Trờng hợp 1 : chỉ chịu tải trọng bản thân với hệ số 1,1

- Trờng hợp 2 : chỉ chịu các tải trọng nh trong hình vẽ

Bài 5 Tính khung phẳng 2

q2

3.5 m

q1 P2

3.5 m q3 q1 P1

1.5m 3.5m

Z q4 X

3 m 3.5 m

• Dữ kiện cho bài toán :

Vật liệu bê tông E =2.5 x 10 9 kg/cm 2

Các cột có tiết diện 40x40 cm các dầm có tiết diện 25x40 cm

Tải trọng q1 = 750kg/m q2= 300 kg/m q3= 200 kg/m q4= 400 kg/m

P1 = 1000 kg P2 = 600 kg Liên kết ngàm ở các chân cột

• Yêu cầu tính toán :

Xác định nội lực của khung cho 2 trờng hợp tải trọng:

- Trờng hợp 1 : Chịu tải trọng q1 và q2

- Trờng hợp 2 : Chịu tải trọng P1 và P2 và q3 ,q4 ( gió )

Bài 6 Tính khung phẳng 3

• Số liệu : - Vật liệu bê tông E= 2.5 E5 kg/cm2 W= 2.4 T/m3 M= 0.24

- Tiết diện : +Cột ngoài : 35x25 cm ; Cột trong 45x25 cm

+ Dầm chính :50x 25 cm ; Dầm cônxôn 30x 25cm

- Tải trọng : 4 trờng hợp ( theo dạng tải trọng trên hình vẽ ):

+ TH1 : chỉ chịu tải trọng bản thân + TH2 : chịu các tải trọng q1, q2,q3, q6, q7 + TH3 : chịu các tải trọng q1, q5, P1, P2 + TH4 : Gió trái theo phơng X -3 tầng dới q6, hai tầng trên q7

- Liên kết ngàm ở dới các chân cột

q1=0.8 T/m 3.6 m q2 =1T/m q3 =1.2T /m q2 =1T/m

3.6 q4 =1.5T/m

3.5 q6 =0.7 T /m q7= 1.1T/m

Z 1.5 P1=2T P2=2.5T

2.5

X

1.2 3.0 5.0 m 4.0 1.2

- Tổ Hợp1 : 0.9 TH1 + 0.8TH2 + 0.8 TH3

- Tổ Hợp2 : TH2+ 0.8 TH4

• Tính khung với 4 dạng dao động

Bài 7 Tính khung không gian

Mặt bằng tầng 1+2

9m

4x 3.6m

4m 4m 5m

X

• Số liệu : - Vật liệu bê tông E= 2.5 E5 kg/cm2 W= 2.4 T/m3 M= 0.24

- Tiết diện : +Cột : 40x40 cm ; Cột ngoài khu 2 tầng D=50 cm

+ Dầm chính :50x 25 cm

- Tải trọng : 3 trờng hợp :

+ TH1 : chịu tải trọng phân bố đều trên tất cả các dầm q1 = 1.2 T/m + TH2 : chịu các tải trọng phân bố trên dầm của một số ô dầm ( tự xếp tải ) với q2= 1.5T/m cho tầng3+4 ; q3= 0.8T/m cho tầng mái ; và q4= 1.2 T cho tầng 1+2

+ TH3 : chịu các tải trọng gió trên các dầm và cột mặt trái theo phơng X với q5=0.6T/m

- G1 : gán cho tất cả các dầm

- G2 : gán cho tất cả các cột khu 5 tầng

- G3 : gán cho cột khu 2 tầng

• Tính chuyển vị và nội lực của khung cho 3 trờng hợp tải trọng

- Sàn bê tông cốt thép dày 15cm cho khu 5 tầng và 20cm cho khu 2 tầng ( chú ý mỗi ô sàn phải chia nhỏ các phần tử Shell và phần tử dầm , khu 5 tầng mỗi ô sàn chia thành

4 phần tử , khu 2 tầng mỗi ô chia thành 16 phần tử )

- Cho sàn là tuyệt đối cứng

0.2x0.4 m 1.5m

0.2x0.4 0.25x0.46

4m 0.25x0.4

0.25x0.53 4m

0.25x0.6 0.75 1.5 0.75

1 5m 1 5m

- Tháp có 3 cột đỡ tiết diện biến đổi đều

- 3 vành đai tăng cờng nối các cột với nhau , mỗi vành đai cách nhau 4m

- Các cột chia thành 3 đoạn ; các vành đai chia thành 24 dầm

- Các dầm chéo trên đỉnh chia thành 4 đoạn

b Số liệu :

• Vật liệu bê tông mác 300 E=2.9E6T/m 2 , hệ số poisson = 0.18

• Tiết diện : +Các cột tiết diện thay đổi với tiết diện ở hai đầu nh trong hình vẽ

+ Hai vành đai giữa có tiết diện chữ nhật 0.25x0.4 m + Vành dai đỉnh có tiết diện vành đai ngoài là 0.2x0.4 m , vành đai trong và các dầm chéo là 0.2x0.5 m

• Liên kết : khung không gian có ngàm tại các chân cột

• Tải trọng : khai báo 3 trờng hợp tải và 3 tổ hợp tải trọng

+ Trờng hợp 1 : Tính cho tải trọng bản thân với hệ số là 1.1 và tải trọng phân bố

đều theo phơng -Z ,chỉ tác dụng lên các vành đai trên cùng ( đỉnh tháp ) Trong đó tải trọng tác dụng lên vành đai ngoài q1 = 1.4 T/m ; vành đai trong và các dầm chéo :

q2= 1.8T/m

+ Trờng hợp 2 : Tải trọng gió và không kể đến tải trọng bản thân Tải trọng phân

bố theo phơng ngang và tác dụng lên tất cả các vành đai đỉnh+ dầm chéo là q3= 0.3T/m

+ Trờng hợp 3 : Lực tập trung tại 2 nút trên trụ đỡ trong mặt phẳng XZ và không

kể đến tải trọng bản thân Với P1 =0.5T , P2 = 0.8T

0.75m Z P1 1m

P2 1.25m

X + Các tổ hợp : Tổ hợp 1 = 1.3TH1+1.1TH2

Tổ hợp 2 = 1.1TH1+1.2TH3

Tổ hợp 3= TH1+0.9TH2 + 0.8 TH3

c Hớng dẫn thao tác :

• Tạo lập những dữ kiện ban đầu của sơ đồ kết cấu :

- Khai báo vật liệu

- Khai báo sáu loại tiết diện lăng trụ không thay đổi ( rectangle )cho các vành đai, dầm chéo và làm cơ sở khai báo cho trụ đỡ đặt tên TD1 _ TD6

- Khai báo 3 loại tiết diện lăng trụ thay đổi ( non primastic ) đặt tên S1-S3

• Tạo lập sơ đồ hình học

- Tạo hệ lới và vẽ một trụ đứng xiên trong mặt phẳng XZ , sau đó chia thành 3 đoạn

- Gán tiết diện phù hợp S1-S3 ( cho từng đoạn )

-Vẽ một dầm chéo ngang dài 1.5 ở đỉnh trụ

- Chọn tất cả các đối tợng vừa vẽ gán cho G1

- Nhân bản ( Replicate - Radial 120o ) toàn bộ G1 thành 3 trụ và 3 dầm chéo

- Chọn toàn bộ kết cấu vừa nhân bản gán cho G2

- Vẽ một vành đai : mỗi vành đai phải thực hiện các bớc sau :

+ Tạo một hệ trục toạ độ mới có tâm tại tâm vành đai sẽ vẽ ( có các tham số R= 1; θ=24 ; giá trị R=1.25 ,θ = 15o ( với vành đai thấp nhất ) - Advance- tran Z=4m )

+Trên đờng biên của lới trụ vẽ một phần tử thanh - nhân bản thành 24 phần tử

+ Chọn tất cả các phần tử vừa vẽ gán cho nhóm V1

Làm tơng tự nh vậy cho các vành đai còn lại và lần lợt gán cho các nhóm V2, V3N , V3T

- Gán các tiết diện cho các vành đai : chọn phần tử theo các nhóm đã khai báo và gán các tiét diện cho phù hợp

• Khai báo các tải trọng

- Khai báo 3 trờng hợp tải trọng tên TH1,TH2,TH3 chú ý chỉ có trờng hợp 1 có hệ số trọng lực là 1.1

- Gán tải trọng cho từng trờng hợp : chọn đối tợng theo nhóm ( đối với 2 trờng hợp đầu) với trờng hợp 3 chọn mặt phẳng XZ và gán tải trọng tập trung

- Khai báo 3 tổ hợp với các hệ số đã cho

• Khai báo liên kết :

- Chọn mặt phẳng XY tại chân tháp , chọn 3 nút chân tháp gán cho ngàm

• Tính toán và xem kết quả

- Kiểm tra lại các sơ đồ kết cấu và tải trọng cho từng trờng hợp

Vào Option chọn kết cấu khung không gian ( cả 6 bậc tự do đều có )

Chọn các kết quả đa ra là nội lực và chuyển vị , mỗi thanh có 3tiết diện cần in kết quả

- Thực hiện tính và xem kết quả

II kết cấu vỏ

A Tạo lập dạng hình học cho kết cấu từ th viện mẫu - biến đổi

1 Tạo vỏ trụ tròn xoay cao 4m chia thành 10 đoạn , đòng kính 2m chia thành 18 múi

2 Tạo vỏ cầu đờng kính 5m , tạo hình Dome

B Bài tập tự làm

Bài 1 Tính tấm tròn

shell để chia nhỏ hơn thành 72 phần tử )

- Vật liệu : bê tông E=2.6E6 T/m2 , hệ số poisson 0.2 , W= 2.5 T/ m3

- Liên kết : tính cho hai trờng hợp : ngàm và khớp xung quanh tấm

- Tấm dày : 0.1 m có kể đến trọng lợng bản thân

- Tải trọng : phân bố đều trên cả tấm q=-1.5 T/m2

; lực đặt tại tâm tấm Pz= -2.5 T

Z X

1m 2m 1m

Bài 2 Tính vỏ hầm

• Số liệu :

- Vật liệu bê tông có E= 2.5E10 T/ m2 ; Hệ số Poisson =0.2; W = 2.5T/m3

- Kích thớc : - Chiều cao vòm 4 m Chiều rộng vòm: 7m

Chiều dài của cả vòm ống 10 m

- - Bán kính vòm : r = 4 m ; - Góc chắn hai cung cả hai vòm 60o

- Chiều dày của cả thành và sàn vỏ t =20 cm

- Tải trọng : tải trọng phân bố đều lên cả vỏ là 1500 kgF/m2

- Liên kết ngàm chân thành vỏ

• Yêu cầu tính toán : tính cho hai trờng hợp tải trọng :

+ Trờng hợp 1 : chỉ chịu tải trọng bản thân , hệ số 1.1

+ Trờng hợp 2 : Chịu tải trọng phân bố đều trên vỏ

+ Tính một tổ hợp cho cả hai trờng hợp

Bài 3 Tính khung sàn hỗn hợp : ( dữ liệu cho khung từ bài 7 - khung không gian )

- Sàn bê tông cốt thép dày 15cm cho khu 5 tầng và 20cm cho khu 2 tầng ( chú ý mỗi ô sàn phải chia nhỏ các phần tử Shell và phần tử dầm , khu 5 tầng mỗi ô sàn chia thành 4 phần tử , khu 2 tầng mỗi ô chia thành 16 phần tử )

- Cho sàn là tuyệt đối cứng

Bài 4 Tính tháp nớc tròn

A Số liệu :

Cho một tháp nớc có chân tháp hình trụ ,bầu nớc hình cầu , đáy phẳng tại cao trình 20m

• Vật liệu bê tông có E= 2.5E10 T/ m2 ; Hệ số Poisson =0.2; W = 2.5T/m3

• Kích thớc : - Chiều cao trụ đứng: 20 m ; chiều cao bầu tròn ( đờng kính ) : 10m

- Bán kính cầu : 5 m ; Bán kính trụ : 1.5 m

- Đáy cầu đặt tại vị trí cao trình 19.5 m

- Chiều dày của trụ t1 = 15 cm ; chiều dày của bầu : t2 =10 cm

- Chiều dày của đáy t3= 20 cm

• Tải trọng : nớc chứa đầy bầu

Bài 5.Tính bể nớc chữ nhật

• Số liệu :

- Dạng hình học : Bể có kích thớc mỗi chiều 3m , cao 2 m , chứa đầy nớc

- Vật liệu : bê tông E=2.6E6 T/m2 , hệ số poisson 0.2 , W= 2.5 T/ m3

- Chiều dày : thành bể 0.1 m ; đáy bể 0.15m ;có kể đến trọng lợng bản thân

- Tải trọng : chịu áp lực thuỷ tĩnh , hệ số 1.2

- Liên kết : + Trờng hợp 1 :Khớp tại 4 góc đáy

+ Trờng Hợp 2 : Bể đặt trên nền đàn hồi có hệ số nền là Ks = 80000 kN/ m3

III Tính dầm móng , cọc trên nền đàn hồi

1 Tính dầm trên nền đàn hồi

q=15kN 350 kN

400 kN

3m 3m 3m

- Các đặc trng hình học : bề rộng dầm 1m ; A= 1m ; I =0.0426 m4

- Dầm coi nh chỉ chịu các lò xo có phản lực theo phơng thẳng đứng ( có 1 thành phần độ cứng

- Dầm chịu các tải trọng nh trên hình vẽ

2 Tính nội lực của cọc chịu lực ngang

- Cọc có chiều dài 38 m , chôn trong đất

25 m ; hệ số nền của đất : Ks = 32000

- Các đặt trng hình học :

25m Tính nội lực và chuyển vị của dầm