ĐỀ TÀI: Tính nội lực bản mặt cầu theo phương pháp chính xác bằng phần mềm Midas Civil để so sánh với các phương pháp tính nội lực khác trong 22TCN 272 05

Do đó trong đề tài này chúng em có đề cập đến nội dung tính nội lực Bản mặt cầu theo phương pháp chính xác phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Midas civil, để so sánh với các phươn

Trang 1

CHUONG MO DAU:

NHUNG VAN DE CHUNG

Trang 2

Báo Cáo Nghiên Cứu Khoa Học GVHD: TS.Lê Bá Khánh

KS Lê Văn Phúc

A _LÝ DO CHỌN ĐÈ TÀI

Việc áp dụng tiêu chuẩn mới 22TCN 272-05, có tham khảo tiêu chuẩn

AASHTO LRFD 1998 , AASHTO LRFD 2002 trong tính toán thiết kế kết cầu

nói chung và bản mặt cầu nói riêng, còn gặp nhiều bỡ ngỡ, khó khăn đối với sinh

viên ngành Xây Dựng Cầu Đường

Trong tiêu chuẩn cho phép tính nội lực bản mặt cầu bằng nhiều phương pháp, nhưng lại chưa đưa ra được nhân xét chính xác về các biện pháp trên Do đó là một kỹ sư thiết kế cầu thì việc lựa chọn và đưa ra một phương pháp hiệu quả tối

ưu mang ý nghĩa quan trọng không chỉ mang lại hiệu quả về mặt kinh tế, mà còn nâng cao sự ôn định của kết cấu thượng tầng

Hiện nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, đã góp phần lớn trong việc sử dụng phương pháp tính dé tinh toán kết cấu công trình Trong đó phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM) là một trong những phương pháp được áp dụng rộng rãi nhất trong việc xây dựng các

chương trình phân tích kết câu, chẳng hạn như : SAP2000, RM2000, Midas civil

Và các chương trình này ngày càng được hoàn thiện và phát triển

Do đó trong đề tài này chúng em có đề cập đến nội dung tính nội lực Bản mặt cầu theo phương pháp chính xác (phương pháp phần tử hữu hạn) bằng phần mềm

Midas civil, để so sánh với các phương pháp tính nội lực khác trong 22TCN 272-

05 Qua đó áp dụng để mô hình kết cấu trên phần mềm này mà tiêu biểu là “

Câu Đông Nai đang xây mới ”

B MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 có tất cả 5 phương pháp đề tính

toán nội lực bản mặt cầu :

> Phuong php tính chính xác (phương pháp phần tử hữu han)

> Phuong phap tính gần đúng ( phương pháp dải tương đương )

> Phương pháp tính kinh nghiệm

Trang 3

> Phuong phap tinh truyền thống

Riêng hai phương pháp tính kinh nghiệm (9.7.2 22TCN 272-05) va tinh

truyền thống (9.7.3 22TCN 272-05) theo PGS.TS Nguyễn Viết Trung (Đại Học

Giao Thông Vận Tải Hà Nội ) thì nội dung chính là quy định chỉ tiết về kích

thước cấu tạo, số lớp cốt thép, số lượng cốt thép tối thiểu, cấp cốt thép Sau khi

các yêu cầu cầu tạo thỏa mãn có thể không cần tính toán Do những nguyên nhân

trên nên trong nội dụng đề tài bản than em không đưa vào đề tài của mình

Còn hai phương pháp còn lại đều có những ưu điểm, khuyết điểm riêng

Từ những ưu, khuyết đó em có thể đưa ra một cái nhìn tổng quát về hai phương

pháp này Từ đó có thể tùy trường hợp thực tế mà có thể áp dụng thích hợp cho từng phương pháp

C ĐÓI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Mặt cầu là bộ phận chịu tải trọng và chủ yếu quyết định chất lượng giao

thông, chất lượng khai thác của cầu Do đó trong thiết kế bản mặt cầu là bộ phận

được tính toán đầu tiên

Hình 1.1 : Bản mặt cầu và các ảnh hưởng Trong công tác thiết kế ngày nay, đặc biệt là những công trình mang tầm

cỡ quốc gia như : Cầu Đồng Nai mới, Cầu Rạch Miều, Cầu Mỹ Thuận với

nhiều kết cấu, bộ phận phức tạp thì việc tính nội lực cho từng kết cấu đòi hỏi phải

nhanh, hiệu quả cao Do đó không cho phép ta cùng một lúc có thể áp dụng nhiều

Trang 4

KS Lê Văn Phúc

phương pháp tính cho cùng một kết cấu Vì nó đòi hỏi rất nhiều thời gian và công sức, mà yêu cầu công việc không cho phép điều đó Ta chỉ có thể lựa chọn một phương pháp đề thiết kế nhưng phải đảm bảo tính chính xác cao

Dường như để đáp ứng được các yêu cầu trên thì việc tự động hóa trong thiết kế cầu được cho là phù hợp Trong thiết kế kết cầu xây đựng nói chung và Bản mặt cầu nói riêng thì Midas civil là phần mềm được đề cập đến Tuy nhiên việc áp dụng như thế nào để phù hợp với tiêu chuẩn cho phép thì đường như chưa được đề cập đến Đó chính là yêu cầu đặt ra trong đề tài này cần xem xét

Bản mặt cầu hay còn gọi là kết cầu thượng tầng của cầu có những tác động

ảnh hưởng đến sự én định :

s Tác động bên trong

> Tai trong Bản mặt cầu Bê Tông Cốt Thép

> Tai trong Lan can

> Tải trọng Lớp phủ bê tông át phan

> Tai trong giải phân cách (nếu có)

s* Tác động ngoài :

> Trọng lượng xe cộ qua lại

> Trọng lượng người đi (nếu có)

D NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU:

Từng bước xác định nội lực Bản mặt cầu theo hai phương pháp :

+ Dải tương đương quy định theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05

(phương pháp gần đúng)

+ Phương pháp phần tử hữu han bang phan mém midas civil (phương pháp

tính chính xác)

Xác định độ chệnh lệch của kết quả bang ty lệ %,và đưa ra nhận xét cụ thể

về hai phương pháp Từ đó đưa ra kiến nghị cho đề tài

Trang 5

E PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Sử dụng tiêu chuẩn 22TCN 272-05 (kèm theo phan giải thích tiêu chuẩn

của Bộ Giao Thông Vận Tải) có tham khao thêm tiêu chuẩn AASHTO LRED

1998 , AASHTO LRFD 2002 để tính nội lực Bản mặt cầu theo phương pháp dải

Từ đó đưa ra được tính thực tiễn của từng phương pháp

F ĐỘ TIN CÂY CỦA ĐÈ TÀI

Đề tài được dựa trên những quy đỉnh xây dựng trong tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 của Bộ Giao Thông Vận tải thay thế cho bộ tiêu chuẩn cũ 22TCN

18-79 Đồng thời có tham khảo tham một số ý kiến của các Giáo Sư Tiến Sĩ đầu

ngành về cách vận dụng tiêu chuẩn trong tính toán thiết kế như : GS TS Nguyễn Viết Trung (Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Hà Nội), GS.TS Lê Đình Tâm

(Bộ môn Cầu - Hầm trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội), TS Lê Bá Khánh

(Trưởng Bộ môn Cầu — Đường trường Đại Học Bách Khoa Thành Phó Hồ Chí

Minh)

Áp dụng nguyên tắc thiết kế trong phần mềm Midas phiên bản 7.01 của môn “Tin học Cầu — Đường” để mô hình kết cấu Bản mặt cầu và tính nội lực phần kết cầu thượng tầng theo tiêu chuẩn Việt Nam

Một số công trình cầu điển hình đã được thiết kế, tính toán với Midas

/cilvil :

+ Cầu SooTong : là cầu dây văng lớn thứ 2 trên thế giới với nhịp chính dài

1088 m, bắc qua sông Dương Tử Trung quốc.Được midas Civil phân tích với

1253 nút cùng 1532 phần tử, trong đó có 272 phần tử cáp và 1260 phần tử thanh

dầm tổng quát

Trang 6

KS Lé Van Phúc

Hinh 1.2-Cau Sootong — Trung Quéc

+ Cầu Thuận Phước — Việt Nam : là cầu 3 nhịp dây võng (125 + 405 +125

Trang 7

G Ý NGHĨA CỦA ĐÈ TÀI:

Đề tài này được thực hiện không những đưa ra phương pháp tối ưu mang tính hiệu quả cao mà còn đề cao được tính tự động hóa trong công tác thiết kế bang phan mém Midas civil

Từ hai kết quả cặp nội lực tính toán, giúp cho các sinh viên làm đồ án và

kỹ sư thiết kế có được nhận xét và cách lựa chọn phù hợp cho từng phương án

tính nội lực của đồ án môn học cũng như trong công tác thiết kế kết cấu bản mặt

1.12 Hệ số tải trọng và các trạng thái giới han

1.2 SƠ LƯỢC HAI PHƯƠNG PHÁP TÍNH NỘI LỰC BẢN MẶT CÀU

1.2.1 PHƯƠNG PHÁP DẢI BẢN (PHƯƠNG PHÁP TÍNH GÀN

2.1 Tính toán nội lực cầu dầm I

2.2 Tính toán nội lực cầu dầm hộp

CHUONG III : KET LUAN VA DUA RA NHUNG KIEN NGHỊ

Trang 8

KS Lé Van Phúc

CHƯƠNG I:

SO LUOC VE TIEU CHUAN THIET

KE CAU 22TCN 272-05 VA CAC

PHUONG PHAP TINH TOAN

THIET KE BAN MAT CAU

Trang 9

I Sơ Lược tiêu chuẩn 22 TCN 272-05

1.1 Nguyên tắc cơ bản cúa tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272-05

Tiêu cẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 thỏa mãn tất cả các trạng thái giới

hạn, cả tổng thể và cục bộ, các biểu thức được thẻ hiện dưới đạng :

n>: XQ, SOR,

Trong đó :

Q; : Hiệu ứng tải trọng

Rạ : Sức kháng danh định của vật liệu

+¡ : Hệ số tải trọng theo thống kê

® : hệ số sức kháng theo thống kế của sức kháng danh định

1: hé số điều chỉnh tải trọng

12 Hệ số tải trong va cac trang thai gidi han :

1.2.1, Tải trọng thiết kế

Các tải trọng thường xuyên và tức thời sau đây được xem xét :

e Tải trọng thường xuyên:

DD = Lực ma sát âm

DC = Tĩnh tải của các bộ phận kết cấu và liên kết

DW = Tải trọng tĩnh của các lớp mặt cầu và thiết bị

EH = Áp lực ngang của đất

EL= Các hiệu ứng bị hãm tích lũy do thi công

ES = Tai trong cia dat chất thêm

EV = Ap luc thẳng đứng do tải trọng dat dap

Trang 10

LS = Áp lực đất do hoạt tải sau mé

PL = Tải trọng người đi

SE=Lún

SH = Co ngot

TG = Gadient nhiét

TU = Nhiét d6 phan bé déu

WA = Tải trọng nước và áp lực dòng chảy

WL = Gio trén xe

WS = Tai trong gió trên kết cấu

1.2.1 Các trạng thái giới han và hệ số tải trọng

A Các trang thái giới hạn :

1.2.1.1 Trang thái giới hạn cường độ I:

Là tổ hợp tải trọng cơ bản để tính với tải trọng khai thác khi trên cầu có xe

và không có gió

1.2.1.2 Trạng thái giới hạn cường độ II :

Là tổ hợp tải trọng dé tính cầu chịu lực gió có vận tốc lớn hơn 25m/s Trên

câu không có xe

1.2.1.3 Trang thái giới hạn cường độ IH :

Là tô hợp để tính với trường hợp xe chạy bình thường khi trên cầu có gió

với vận tôc dưới 25 m/s

1.2.1.4 Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gay do mdi:

Trạng thái này nhằm hạn chế sự phát triển của vết nứt và tránh hiện tượng đứt gãy do tải trọng khai thác Xe tải thiết kê đề tính mỏi là xe tải đơn, có khoảng cách giữa các trục xe cô định

1.2.1.5 Trạng thái giới hạn đặc biệt :

Bao gồm các trạng thái đặc biệt xảy ra có chu kỳ lớn hơn tuổi thọ thiết kế của công trình (động đất, va tàu) Trạng thái này nhằm đảm bảo cầu vẫn tồn tại sau biến cố, mạc dù có thể bị hư hỏng

1.2.1.6 Trạng thái giới hạn sử dụng :

Trang 11

Trạng thái giới hạn sử dụng phải được xem xét đến như một số hạn chế đối với ứng suất,biến dạng và vết nứt dưới điều kiện bình thường

B Các hệ số tải trọng và tô hợp tải trọng :

Các hệ số tải trọng cho các tổ hợp khác nhau và tĩnh tải được trình

LLM,

CE

Bảng 1.2 Hệ số tải trọng cho tĩnh tải thường xuyên

Trang 12

KS Lê Văn Phúc

xuống theo hướng vào trọng tâm của quả đất

1.3.1.1 Tải trọng thường xuyên :

Tải trọng thường xuyên hay còn gọi là tĩnh tải là tải trọng nằm bất động trên cầu trong một thời gian dài,có lẽ trong suốt thời gian phục vụ (Kết cấu nhịp, mặt cầu, lan can, go chắn bánh wee

Bảng 1.3 Tỷ trọng của một số cấu kiện

Hoạt tải thiết kế HL-93 gồm tổ hợp của :

- _ Xe tải thiết kế kết hợp với tải trọng làn

- Xe hai truc két hợp với tải trọng làn

° Xe tải thiết kế :

Trang 13

Trọng lượng và khoảng cách giữa các trục của bánh xe của xe tải

thiết kế (xem hình 1.3) Cự li giữa hai trục 145 KN thay đổi giữa

4300 mm và 9000 mm để gây ra ứng lực lớn nhất

35EN fey am “KN x3tigom '45KN Nói chung 600mm =

mút thừa của mặt cầu

Làn thiết kế 3.6m

Hình 1.4- Đặc trưng của xe tải thiết kế

° Xe tai hai truc :

Xe dac biét gồm hai trục, mỗi trục 110 KN cách nhau 1200 mm

° Tải trọng làn :

Tải trọng làn thiết kế bao gồm tải trọng rải đều 9,3 N/mm xếp theo

phương dọc cầu Theo chiều ngang được giả thiết phân bó đều trên

chiều rộng 3000 mm Hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế không xét

lực xung kích

1.3.1.2.2 Hệ số làn xe

Nếu trên cầu đồng thời có một số làn xe thì phải nhân với hệ số làn

xe để xác suất xảy ra hiệu ứng cựa đại

Trang 14

Tât cả kêt câu khác

Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gãy 15%

II Các phương pháp tính nội lực bản mặt cầu

2.1.Phương pháp tính dải tương đương ( phương pháp tính gần đúng )

2.1.1 Phương làm việc của Bán mặt cầu (theo 4.6.2.1.5 )

Nếu khoảng cách của các cấu kiện đỡ theo hướng phụ lớn hơn 1.5 lần theo hướng chính, thì phương làm việc của bản mặt cầu theo phương ngang của cầu ( vuông góc với hướng xe chạy ) ngược lại thì mặt cầu được mô hình hóa như một

hệ các dải giao nhau

2.1.2 Khái quát:

Mô hình tính toán coi mặt cầu như các đải bản vuông góc với các cấu kiện

đỡ

Khi tính toán hiệu ứng lực trong bản, phân tích một dải rộng 1m theo

phương ngang cầu Các cầu kiện kê được giả thiết là cứng tuyệt đối

2.1.3 So dé tinh :

Ta có hai sơ đồ tính, phần hãng ở đầm biên được tinh theo sơ đồ công son, các bản mặt cầu phía trong tính theo sơ đồ dầm lien tục kê trên các gối cứng tại

các vị trí đầm chủ Cũng có thể sử dụng sơ đồ bản ngàm tại hai sườn đầm chủ với

đường lối phân tích gần đúng như sơ đồ bản giản đơn kê 2 cạnh được tính như

dầm giản đơn sau đó xét hệ số điều chỉnh cho ngam

Trang 15

ì t T T T | 1

A A

Hình 2.1 — Các sơ đồ tính toán của Bản mặt cầu

2.1.3.1 Tính toán nội lực bản hing :

+ Tĩnh tái tac dụng cho dái bán rộng 1m theo phương ngang cầu

i 1.50 0.25 0.30 0.55

Hinh 2.2 — MG hinh tai trọng tác dụng lên cánh hãng

e Tĩnh tái do trọng lượng bán than bản mặt cầu :

Trang 16

KS Lê Văn Phúc

DC, = 1m x t, x Yur = (KN/m)

e Tinh tai do trong lwong lan can :

DC, = 1m x Anan can X Yor = (KN) (luc tap trung)

tải trọng vệt mà chiều đài đọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc của

lốp xe với mặt đường

©ˆ Diện tích phân bó của bánh xe lên bề mặt bản

- _ Chiều rộng (làm việc theo phương ngang cầu) b +t, = 510 + t,

- _ Chiều đài (làm việc theo phương dọc cầu) :

IM

1=2.28 x 10° y, nh ts vn—Hé số tải trọng

IM- Lực xung kích

P — tai trong xe 72.5 KN cho tai trong xe thiét ké, 55 KN cho xe hai truc

t,— Chiều dày bản mặt cầu

Để thuận lợi cho mô hình tính toán theo sơ đồ phẳng, tác dung của tải trọng bánh xe có thể quy đổi về 1 bang tải chiều đài (b + t,) theo phương ngang cầu có cường độ phân bố cho 1m chiều rộng bản :

Trang 17

Theo điều 3.6.1.3.4 khi chiều dài hãng không quá 1800 mm và có lan can

bằng bê tông liên tục, tải trọng của dãy bánh xe ngoài cùng được thay thế bằng

tải phân bố đều có cường độ 14,6 N/mm = 1640 N/m đặt cách mút hãng 0,3 m

Trang 18

KS Lê Văn Phúc

2.1.3.2 Tính toán nội lực bản kiểu dầm

+ Tính toán mô men dương :

Đối với bản cầu dầm có thể phân tích như dải bản liên tục kê trên các

Hình 2.4— Sơ đồ đơn giản hóa

e Tinh tai tac dung:

Các bộ phận kết cấu được tính cho 1 m chiều rộng bản Hệ số tải trọng tĩnh tra theo bảng sau :

Bang 1.6

eta ane THiệ số vượt tải

Trang 19

Tùy thuộc vào trị số chiều rộng của dải bản tương đương E :

- E< 1,2 m chỉ có l bánh xe của xe hai trục đặt trong phạm vi chiều rong của dải bản tương đương nên hoạt tải do bánh xe gây ra có trị số:

Với Pụ = = =55(KN)

"Trường hợp có 1 bánh của xe 2 trục 'Trường hợp có 2 bánh của xe 2 trục

Hình 2.5 -Phân bỗ bánh xe trên dải mặt cầu

Trang 20

KS Lê Văn Phúc

So sánh chọn giá trị lớn của áp lực bánh xe trong các trường hợp trên để đưa vào tính toán thiết kế

v Tác dụng của tải trọng làn :

- Khi đải cơ bản là ngang (phương chịu lực theo phương ngang cầu) có chiều dài nhịp tính toán không vượt quá 4600 mm - các dải bản ngang phải được thiết kế theo các bánh xe của trục nặng xe tải 145 KN

-_ Khi dải cơ bản là ngang có chiều dài nhịp tính toán vượt quá 4600 mm - các dải bản ngang phải được thiết kế theo các bánh xe của trục nặng xe tải 145 KN và tải trọng làn

OJ' - diện tích phần đường ảnh hưởng mô men đưới tác dụng của tĩnh tải

Q™ - điện tích phần đường ảnh hưởng mô men dưới tác dụng của bánh xe tải

Trang 21

Mô men tại mặt cắt giữa nhịp khi xét tới hiệu ứng ngàm tại hai đầu bản :

M;,,=0,5 Mj

+ Tính toán mô men âm :

Trình tự tính toán hoàn toàn tương tự như tính toán mô men dương nhưng thay trị số chiều rộng dải tương đương E tính theo công thức :

Đây là bảng giá trị mô men trên một đơn vị chiều rộng tính đến lực xung

kích và hệ số làn đường Mô men lớn nhất gây ra do hoạt tải đưa ra trong bảng tra phụ thuộc vào khoảng cách giữa các dầm chủ Đối với các giá trị không có

sẵn trong bảng thì chúng ta sử dụng phương pháp nội suy để tính toán

Trong thiết kế bản mặt cầu trên thế giới thì phương pháp trên đượ sử dụng

nhiều hơn so với phương pháp phần tử hưu hạn vì sẽ tiết kiệm được thời gian đo

không phải triển khai phần tử hữu hạn

% Điều kiện áp dụng :

e Các mô men được tính theo phương pháp đải tương đương áp dụng cho bản bê tông tựa trên các dầm song song

e_ Đã có hệ số làn và hệ số xung kích trong giá trị bảng

® Cựlytim dầm đến vị trí mặt cắt thiết kế mô men âm trong mặt cầu

xem điều 4.6.2.1.6 Có thể dung phép nội suy các giá trị trong bảng

cho các cự ly khác với bảng trên

Trang 22

KS Lê Văn Phúc

e_ Các mô men áp dụng cho mặt cầu được tựa trên ít nhất 3 dầm và có bề rộng giữa tim hai đầm ngoài cùng không nhỏ hơn 4200 mm

e Các mô men đại diện cho biên trên ở các vùng trong của bản và với cự

ly dầm khác nhau trong mặt cắt ngang cầu Với mỗi tô hợp cự ly dầm

và số lượng dầm đã xét 2 trường hợp chiều rộng cánh hãng sau đây: a) Tổng chiều rộng cánh hãng tối thiểu là 530 mm tính từ tìm dầm ngoài

cùng

b) Tổng chiều rộng cánh hãng tối đa là 0,625 x cự ly dam va 1800 mm,

lây giá trị nhỏ hơn

Đã lấy chiều rộng hệ lan can là 530 mm để xác định chiều rộng cánh Với

các chiêu rộng khác của hệ lan can, khác biệt về mô men trong cac ving bên trong của bản được coi là năm trong giới hạn châp nhận được đôi với

thiết kê thực hành

- Các mô men không áp đụng cho cánh hãng mặt cầu và các vùng lân cận của mặt cầu nên cần được thiết kế theo quy định riêng

Và em sẽ dùng phương pháp này để tính mô men đo hoạt tải xe gây ra :

Bang A4.1 Mo men téi da do hoat tai trén don vi bé rong (N- mm/mm)

Trang 23

2.2.Phương pháp tính chính xác bằng phần mềm Midas civil 7.01 ( phương pháp phần tử hữu hạn )

Phương pháp phần tử hữu hạn được coi là phương pháp có hiệu quả nhất hiện nay để giải các bài toán cơ học trong môi trường liên tục nói chung và trong kết cấu công trình nói riêng Midas civil là chương trình phân tích và thiết kế kết cầu đựa trên nền tảng là phương pháp phần tử hữu hạn

2.2.1 Nội dung cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn

Để tính toán một kết cấu với cấu tạo bất kỳ, chia kết cấu thành một số hữu hạn các phần tử riêng lẻ và nối với nhau bởi một số hữu hạn các điểm nút riêng lẻ

Sự biến dạng tổng thê của kết cầu được thể hiện thông qua sự biến dạng

của lưới nút hay tập hợp các chuyển vị của từng nút riêng biệt Tính liên tục

của các cấu kiện và sự liên kết với các cấu kiện với nhau được thể hiện qua sự liên kết giữa các phân tử thông qua các nút

Trạng thái làm việc của kết cấu được thể hiện thông qua sự làm việc của các nút Các nút này được liên hệ với nhau thông qua các phần tử nối giữa chúng, vì vậy từ điều kiện nối tiếp nối tiếp giữa các phần tử và độ cứng của từng phần tử có thể xác định được quan hệ giữa các nút Đó là quan hệ chuyển vị nút và nội lực tác dụng từ phần tử lên nút Từ điều kiện cân bằng nội lực tại các nút, ta thiết lập được hệ phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các chuyển vị nút với các lực tác dụng tại nút Trong hệ phương trình

biểu diễn quan hệ sẽ có những thành phần đã biết như lực nút hay chuyển vị

nút, từ đó ta có thê tìm ra những thành phần còn lại chưa biết

2.2.1.1 Mô hình hóa rời rạc kết cấu

Ý tưởng của phương pháp phần tử hữu hạn trong tính toán kết cấu là coi vật thể liên tục như là tổ hợp của nhiều phần tử liên kết với nhau bằng một số hữu hạn các điểm, gọi là các nút Các phần tử được hình thành này gọi là các

phần tử hữu hạn

Trang 24

khác phương pháp PTHH lấy một hệ hữu hạn các độ tự do thay cho kết cầu

2.2.1.4 Các bước tính toán kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn

+ Chia lưới phần tử hữu hạn

+ Chọn hàm chuyển VỊ

+ Tính toán ma trận độ cứng phần tử trong hệ tọa độ địa phương

+ Thiết lập ma trận độ cứng của toàn bộ kết cầu

+ Thiết lập ma trận véc tơ trong nút

+ Thiết lập ma trận cân bằng

+ Sử lý các điều kiện biên

+ Giải hệ phương trình

+ Tính toán nội lực, chuyển vi trong phần tử

2.2.2 Mô hình hóa và phân tích kết cầu phần tử hữu hạn với Midas civil

Việc mô hình hóa kết cấu gồm có :

> Mô hình hóa hình học

> Mô hình hóa điều kiện biên

> Mô hình hóa tải trọng

Trang 25

2.2.2.1 Giao diện phần mềm midas phiên bản 7.01

Khi lựa chọn kết cấu dạng này thì Midas civil tự động tạo ra các phần tử

dầm nằm ngang trên cùng 1 đường thẳng

> Distance : nhập vào khoảng cách giữa các điểm

> Repeat : nhap vào số lần lặp lại và khoảng cách giữa các điểm

> Auto Bound Condition : tự động đặt các gối tại các điểm

> Show element.No : Hiện số hiệu của phân tử

Trang 26

KS Lê Văn Phúc

> Metarial,Section : Khai bao vat liệu và mặt cắt cho phan tử (nếu chưa

khai báo thì bấm vào nút -°*Ì để khai báo các thông số vật liệu và mặt

Delete Delete All T~ Auto Bound Condition [T Show Element No

> Intersect Frame Elements : chia phần tử tại điểm giao

> Show No : hiện số hiệu của điểm

Trang 27

> Origin Point : xac định điểm gốc, khi điểm nào được lựa chọn thì nó

chuyên sang màu đỏ

TnrutEit lisa | InputfEdit Insert |

[Show Element No, \¥ Merge Cuplicate Nodes "

(Intersect Frame Elements ol

Material |1 1; Bé ting v | =——————————0imnBrint —

sim [LT] | ¡ suM [ỀữẨẩAAAA.‹

Trang 29

Section : bam nút uJ để khai báo mặt cắt :

Từ menu chính lua chon Model/Boundaries/Supports

Khai báo các chuyển vị bị khống chế tại hai điểm nút (gối cố định và gối di động, ngàm)

> Đối với gối cố định : các độ tự do bị không chế là: DX, DY, DZ và RX,

RZ

Trang 30

KS Lê Văn Phúc

> Đối với gối đi động : các độ tự do bị khống chế là : DY, DZ và RX, RZ

> Đối với ngàm : các độ tự do bị khống chế là : DX, DY, DZ và RX, RY,

Hình 2.10 — Khai báo điều kiện biên của kết cấu

Khai báo tải trọng :

Khai báo trường hợp tải trọng

Tw menu chinh chon Load/Static Load Cases

Trang 31

Slalic Luad Cases LS

Nene : Treng long ben then Add

Type i [Deed Load of Component and Attachments (DC) 7 Mudty

Dead Load (0) 1} Tire tai

at

Oose

2.11— Khai báo trường hop tải trong

> Name : tên trường hợp tải trọng

>_Type : trường hợp tải trọng (kích vào đó và kéo xuống đề chọn trường hợp tải trọng )

> Description : Mô tả trường hợp tải trọng

> Sau đó bấm add, muén sửa chọn Mođiƒÿ, muốn xóa chon Delete

> Tai trong do lực khối (tải trọng bản thân cầu kién) : Midas/civil tự động

tính toán trọng lượng bản thân của kết cầu căn cứ vào trọng lượng riêng

của vật liệu và kích thước hình học của các phần tử

Từ menu chính chon Load/seft Weight

Trang 32

Báo Cáo Nghiên Cứu Khoa Học

ent Mass Load

Self Weight x] |

Load Case Name

Trong luong ban than x wee

; Load Group Name

Load Case [x Ty [z ] Group

Hình 2.12 — Khai báo trọng lượng bản thân

> Load case name : tên trường hợp tải trọng bản thân

> Load group name : Nhóm tải trọng là bản thân

> Self weight factor : hé sé tai trong bản thân theo phương X,Y,Z

Sau dé bam nut Add

Khai bdo tai trong tinh :

Lựa chọn phần tử cần khai báo tải trọng fĩnh

Tw menu chinh chon Load/Element beam loads

Trang 33

eI ary lass

Element Beam Loads xi mí Í Load Case Name —————————————————————- Tinh tai ~

Load Group ame ——————————————————;

Hình 2.13 — Khai báo tĩnh tải phân bố đều tác dụng lên dầm

> Load case name : tên trường hợp tải trong tinh tai

> Load group name : Nhom tai trong 1a tinh tai

> Load type : Loại tải trọng (kéo xuống và lựa chọn loại tải trọng cần khai báo)

> Direction : hudng cua tai trọng

> Value : Gia tri tai trong

Trang 34

KS Lé Van Phúc

> Relative hoặc Absolue ; Khoảng cách tương đối hoặc tuyệt đối so với

điểm đầu của phần tử

> Sau d6 nhan Apply va OK

Phân tích kết cấu

Lựa chọn perƒform Analpsis từ Menu chính hoặc bắm phím F5

Xuất kết quả :

> Phản lực gối : Chon Result/Reactions/Reactions Forces/ Moments

> Noiluc: Chon Result/Forces/Beam Diagram dé xuất biểu đồ nội lực

> Ung xuat : Chon Result/Stresses/ Beam stresses Diagram để xuất biểu dd

Trang 35

CHUONG II:

CAC Vi DU TINH TOAN CU THE

Trang 36

KS Lê Văn Phúc

2 1 Tính nội lực theo dầm I

Bài toán cụ thể :

Cho một khổ cầu Bê tông cột thép Dam I được chế tạo tại nhà máy đúc đầm Bê

tông Châu Thới 620 căng trước như hình :

Chiều dài nhịp L = 33 m

Chiều rộng Lan can trái / phải B, = 0,5 m

Chiều rộng đải phân cách B; = 1,1 m

Chiều rộng phần xe chạy W = 3,5 x 4= 14m

Tổng bề rộng cầu là : B = 2xB, + W+ B= 15,1 m

DAM 133

aN i \Y CÁC cul TIÊU KỸ THUẬT

Ị TAY TROWG THẾT KẾ 3 VÀ Y840, TẢ! TRỘN NGƯồ 0 BỘ: X0K2/V2

| + CUDNG 00 THIET KE COA BÊ TÔNG (28 NÀY TUỐ): M62)

Trang 37

Xác Kích thước mặt cắt ngang cầu :

Đối với bản đúc tại chỗ, liên tục :

Trang 38

KS Lê Văn Phúc

2 1.2.1 Phương làm việc của Bản mặt cầu

Theo điều 4.6.2.1.5 của tiêu chuẩn :

Ta có tỷ lệ = = = oA =2,47 >1,5 = Bản làm việc theo phương ngang ( phương

vuông góc với hướng xe chạy )

Xác định nội lực bản mặt cầu kê trên cấu kiện đỡ (ở đây là các đầm chính) cô

chiều rộng 1 m như trong hình 3.3

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	23,13 MB