HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG SAP 2000 ĐH THỦY LỢI

Tr−êng ®¹i häc thuû lîi Khoa c«ng tr×nh Bé m«n kÕt cÊu c«ng tr×nh ====o0o==== H−íng dÉn sö dông H−íng dÉn sö dôngH−íng dÉn sö dông H−íng dÉn sö dông SAP2000 (Version 12.0.0) Biªn so¹n: Ths. Hång TiÕn Th¾ng Hµ Néi - 01/2010 PhÇn I KiÕn thøc c¬ b¶n KiÕn thøc c¬ b¶nKiÕn thøc c¬ b¶n KiÕn thøc c¬ b¶n Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2000 P h ầ n I : K i ế n th ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả nP h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n 1 Bài 1 : Mở đầu các qui ớc cơ bản I. Giới thiêu: - SAP 2000 (Structural Analysis Program) ra đời vào năm 1998 (Version 6.11) ĐH Avenue Mỹ. - Các phiên bản của SAP 2000 : + Nonlinear Version : phiên bản phi tuyến. + Standard Version : phiên bản chuẩn. + Plus Version : phiên bản nâng cao. + Education Version : phiên bản dành cho học tập. - SAP 2000 dựa vào các phần tử mẫu nh: pt thanh, pt vỏ để mô tả các dạng kết cấu. - SAP 2000 tiến hành phân tích kết cấu dựa theo phơng pháp PTHH (dựa vào mô hình tơng thích), tìm ra chuyển vị tại các điểm nút của các phần tử, từ đó tính đợc nội lực, ứng suất v v của phần tử. - Khả năng của SAP2000: + Tính năng giao tiếp: dễ sử dụng, dễ mô tả các dạng kết cấu, sửa đổi-in ấn thuận tiện Kết quả tính toán có thể xem trực tiếp trên màn hình hay đọc ở dạng văn bản. + Khả năng tính toán-thiết kế: - Tính toán xác định ứng suất nội lực của kết cấu. - Tải trọng có thể là tĩnh tải, hoạt tải, nhiệt độ - Thiết kế KCBTCT theo các tiêu chuẩn: BS, ACI, AASHTO, CSA, EUROCODE, NZS. - Giải các bài toán kiểm tra kết cấu thép theo các tiêu chuẩn: BS, AISC, EUROCODE, CISC, AASHTO. - Các File dữ liệu: *.SDB : file dữ liệu chính. *.S2k: file dữ liệu dới dạng text, có thể dùng các phần mềm soạn thảo văn bản để tạo dữ liệu hoặc sửa chữa. *.OUT, *.TXT : file dữ liệu chứa các kết quả đợc xuất ra. II. Giao diện: - Hệ thống menu (Menu bar): File Edit View Define Draw Select - Hệ thống thanh công cụ ( Tool bar) : - Các cửa sổ hiển thị: có thể hiển thị từ 1ữ4 cửa sổ cùng một lúc. - Thanh trạng thái + hộp đơn vị chuẩn: Để xây dựng mô hình kết cấu và thực hiện tính toán đợc nhanh chóng cần sử dụng kết hợp hệ thống Menu, hệ thống các thanh công cụ Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2000 P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả nP h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n 2 III. Trình tự giải bài toán kết cấu bằng phần mền SAP2000: 1. Xác định hệ đơn vị. 2. Tạo các đờng lới. 3. Xây dựng các mô hình kết cấu. 4. Định nghĩa và gán các thuộc tính cho đối tợng: + Vật liệu + Tiết diện + Điều kiện biên + Tải trọng + Tổ hợp tải trọng 5. Thực hiện tính toán ( chạy chơng trình). 6. Xem, biểu diễn, xuất kết quả. Xác định các số liệu đầu vào: Xác đinh các yêu cầu tính toán, các kết quả cần tìm. Xác định dạng hình học, tải trọng. Rời rạc hoá kết cấu, chọn phần tử mẫu thích hợp. Đánh số hoặc thay đổi số hiệu các điểm nút, phần tử nếu cần Định nghĩa các phơng án tải trọng, gán tải trọng cho phần tử. Thực hiện giải bài toán và Kiểm tra kết quả Biểu diễn, xuất kết quả: + Bằng hình vẽ. + Bằng File kết quả. Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2000 P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả nP h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n 3 IV. Các qui ớc cơ bản: 1. Hệ thống đợn vị (Unit system): Tuỳ từng bài toán mà chọn một đơn vị tính toán cho phù hợp. Khi tính toán chơng trình tự động chuyển toàn bộ về hệ đợn vị đ chọn ban đầu. 2. Các hệ thống toạ độ (Coordinate systems): - Hệ toạ độ tổng thể (Global coordinate system): OXYZ các trục toạ vuông góc với nhau và hợp thành một tam diện thuận. Có một hệ toạ độ tổng thể. - Hệ toạ độ con : để dễ dàng cho quá trình mô tả một bộ phận nào đó của kết cấu. - Hệ toạ độ địa phơng (Local coordinate system): Mỗi nút, phần tử đều có hệ toạ độ riêng của nó, các trục của hệ toạ độ địa phơng đợc kí hiệu là: 1, 2, 3. * Với phần tử thanh: + Trục 1 (màu đỏ) : đi dọc theo phẩn tử và có chiều dơng hớng từ nút i đến nút j của phần tử . + Trục 1 và trục 2 hợp thành mặt phẳng thẳng đứng Z. + Trục 2 (màu trắng) : hớng theo chiều trục +Z, hoặc +X (khi phần tử thẳng đứng). + Trục 3 (màu xanh) : song song với mặt phẳng XY. Các trục toạ độ địa phơng tuân theo qui tắc tam diện thuận. Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2000 P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả nP h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n 4 * Với phần tử tấm vỏ: + Trục 3 (màu xanh): là trục pháp tuyến với phần tử (vuông góc với mặt phần tử). + Trục 2 và trục 3 hợp thành mặt phẳng thẳng đứng Z. + Trục 2 (màu trắng) : hớng theo chiều + Z hoặc +Y(khi phần tử nằm ngang). + Trục 1 (màu đỏ) : nằm ngang mp(X-Y). * Hệ toạ độ địa phơng của nút (1, 2, 3) song song với các trục (X, Y, Z) của hệ toạ độ tổng thể. 3. Bậc tự do của nút (DOF Degree Of Freedom): - Là số thành phần chuyển vị của nút đó (DOF). - Mỗi nút có 6 bậc tự do. - Các thành phần chuyển vị của nút đợc khống chế bằng điều kiện biên của nút (Joint Restraints) hoặc dùng Menu Analyze > Set Analysis options để khống chế các chuyển vị của nút. Joint U2 U3 U1 R2 R1 R3 Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2000 P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả nP h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n 5 - Bậc tự do của nút ứng với các phần tử khác nhau đợc thể hiện ở bảng sau: Loại phần tử Các thành phần chuyển vị U 1 U 2 U 3 R 1 R 2 R 3 Khung dầm phẳng (mp X-Y) 0 0 1 1 1 0 Khung dầm phẳng (mp Y-Z) 1 0 0 0 1 1 Khung dầm phẳng (mp Z-X) 0 1 0 1 0 1 Khung dầm không gian 0 0 0 0 0 0 Dàn không gian 0 0 0 1 1 1 Hệ dầm giao nhau 1 1 0 0 0 1 Tấm và Vỏ 0 0 0 0 0 0 Phần tử phẳng (mp X-Y) 0 0 1 1 1 1 Phần tử phẳng (mp Y-Z) 1 0 0 1 1 1 Phần tử phẳng (mp Z-X) 0 1 0 1 1 1 Phần tử khối 0 0 0 1 1 1 0: thành phần chuyển vị không bị khống chế. 1: thành phần chuyển vị bị khống chế. U i : các thành phần chuyển vị thẳng theo trục i. R i : các thành phần chuyển vị xoay quanh trục i. V. Hệ thống kết cấu mẫu: 1. Hệ thống lới toạ độ (Grid line system) - Khai báo hệ lới trong hệ toạ độ: Menu File > New Model (Ctr+N) > Grid Only Cartersian : hệ toạ độ lới vuông góc. Cylindrical : hệ toạ độ cầu. - Hiệu chỉnh hệ lới: Menu Define > Coordinate Systems/Grids > Modify/Show System Tại đây ta có thể thêm, xoá, di chuyển lới. + Units: Hệ đơn vị muốn hiển thị. + Display Grids as: Xác định cách hiển thị lới. Ordinates: Hiển thị lới theo hệ trục tọa độ. Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2000 P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả nP h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n 6 Spacing: Hiển thị lới theo khoảng cách giữa các đờng lới. + Hide All Grid Lines: ẩn tất cả các đờng lới trong hệ tọa độ đó. + Glue to Grid Lines: Dính các nút vào lới (khi di chuyển lới, nút cũng bị kéo theo). + Bubble Size: Kích thớc ô hiển thị chỉ dẫn lới. + Reset to Default Color: Trở lại màu hiển thị lới theo chế độ mặc định của máy. + Reorder Ordinates: Sắp xếp lại lới theo thứ tự tăng dần. + Locate System Origin: Định vị trí hệ tọa độ đang xét. 2. Các loại kết cấu mẫu (Template) SAP2000 có sẵn 16 loại kết cấu mẫu thờng gặp trong thực tế, từ các kết cấu mẫu này ta có thể thêm, bớt, sửa đổi để đợc kết cấu mong muốn một cách dễ dàng. Để chọn một kết cấu mẫu: Menu Menu File > New Model (Ctr+N) Ngoại trừ hai lựa chọn đầu tiên (Blank; Grid Only), còn lại 16 lựa chon còn lại là 16 dạng kết cấu mẫu thờng gặp trong thực tế. Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2000 P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả nP h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n 7 a. Hệ dầm liên tục: (Beam) Beam Dimensions: Kích thớc dầm. Number of Span : Số nhịp. Span length : Chiều dài một nhịp . Use Custom Grid Spacing and Locate Origin: Dùng hệ thống lới để xác định vị trí và kích thớc dầm. Section Properties : Đặc trng tiết diện. Beams : Chọn loại tiết diện dầm (tiết diện mặc định theo các tiêu chuẩn của nớc ngoài: chữ I, chữ T ). Restraints : Vẽ các liên kết mặc định. b. Hệ dàn phẳng (2D Trusses) Number of Divisions : Số khoảng chia Division length : Chiều dài một khoảng chia Height : Chiều cao của dàn a b c d e f g h i k l m n o p q Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2000 P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả nP h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả n 8 c. Hệ thanh dàn không gian (3D Trusses) Number of Stories : Số tầng Top (Bottom) width along X,Y : Bề rộng của đỉnh (đáy) dàn theo phơng X, Y Story height : Chiều cao 1 tầng. d. Hệ khung phẳng (2D Frames) Number of Stories : Số tầng Story height : Chiều cao một tầng Number of Bays : Số nhịp Bay Width : Chiều rộng một nhịp e. Hệ khung không gian (3D Frames) Number of Stories : Số tầng Story height : Chiều cao 1 tầng Number of Bays along X,Y : Số nhịp theo hớng X,Y Bay Width : Chiều rộng 1 nhịp f. Vách cứng: (Wall) Number of Divisions X, Z : Số ô lới theo trục X,Z Divisions Width X, Z : Chiều rộng một ô lới theo trục X-Z tơng ứng g. Kết cấu sàn phẳng (Flat Slab) Number of Divisions X, Y : Số khoảng chia theo hớng X,Y Divisions width along X, Y : Độ dài của mỗi khoảng chia theo hớng X,Y Milddle Strip width X, Y : Độ rộng của dải qua các gối đỡ theo phơng X,Y h. Phần tử vỏ (Shell) Number of Divisions, Z : Số khoảng lới theo chiều cao của mặt trụ. Number of Divisions, Angular : Số khoảng lới theo chu vi Cylinder height, radius : Chiều cao, bán kính mặt trụ. [...]... Poisson U Hệ số d n nở vì nhiệt =0 Phần II: Tính toán ứng dụng 30 Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2 000 - Khi định nghĩa đặc trng hình học của tiết diện (Define > Section Properties > Frame Sections Frame Section Property type: Other ; ch n General) chỉ quan tâm đến diện tích mặt cắt ngang, các đại lợng khác gán = 0 SAP2 000 sẽ tự đa ra cho ta một loại tiết diện, ta chấp nhận... đầu Cubic Curve Biểu diễn chuyển vị của thanh bằng h m xấp xỉ bậc ba Phần II: Tính toán ứng dụng 32 Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2 000 Bài 7 : kết cấu tấm vỏ 1 Đặc điểm chung: - Kết cấu tấm vỏ l kết cấu có chiều d y (h) rất nhỏ so với các chiều còn lại - Kết cấu tấm vỏ đợc phầm mền SAP2 000 mô tả bằng các phần tử vỏ tổng quát (General Shell Finite Element) - Phần tử vỏ tổng... Tính toán ứng dụng Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2 000 Bài 6 : tính toán kết cấu hệ thanh 1 Tính toán kết cấu hệ khung: a Đặc điểm: - Kết cấu hệ khung đợc mô hình hoá bằng các nút v các phần tử thanh (Frame Elements) - Mỗi nút của phần tử thanh có 6 bậc tự do gồm 3 th nh phần chuyển vị thẳng (U1, U2, U3) v 3 th nh phần chuyển vị xoay (R1, R2, R3) - Tải trọng tác dụng lên phần... Loads > Point + Dùng thanh công cụ: Load Case Name: Tên trờng hợp tải trọng Phần I: Kiến thức cơ bản 21 Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2 000 Load Type and Direction: Loại tải trọng v hớng tác dụng của tải trọng Coord Sys: Hệ tọa độ dùng định hớng Direction: Hớng tác dụng của tải trọng Point Loads: Tải trọng tập trung Ta có thể gán tải trọng tập trung lên phần tử theo vị trí... Tên tổ hợp tải trọng Load Combination Type: Loại tổ hợp tải trọng Phần I: Kiến thức cơ bản 23 Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2 000 ADD: Cộng tác dụng (Dùng cho các trờng hợp tải trọng tĩnh) ENVELOPE: Biểu đồ bao (Lấy giá trị lớn nhất v nhỏ nhất của các trờng hợp tải trọng, áp dụng cho phần tử thanh trong kết cấu, cho các loại tải trọng tĩnh, tải trọng di động Giá trị lớn nhất... Xem Ví dụ 1 ở phần Phụ lục c Xem kết quả tính toán: - Xem trên m n hình: Hiển thị nội lực: Menu Display > Show Forces /Stresses > Frames/Cables Phần II: Tính toán ứng dụng 29 Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2 000 Hiển thị biến dạng: Menu Display > Show Deformed Shape (F6) Hiển thị phản lực nút: Menu Display > Show Forces /Stresses > Joints - Xem kết quả tính qua File số... tích tiết diện mặt cắt ngang Torsional constant: Mômen chống xoắn của tiết diện Phần I: Kiến thức cơ bản 18 Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2 000 Moment of inertia about 3,2 axis: Mô men quán tính I33, I22 Shear area in 2, 3 direction: Diện tích chịu cắt hiệu dụng của tiết diện theo phơng 2, 3 Section modunlus about 3, 2 axis: W33, W22 Plastic modunlus about 3, 2 axis: Radius... StepNum Unitless 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Lực cắt theo phơng 2 Lực cắt theo phơng 3 Lực dọc Phần II: Tính toán ứng dụng 31 Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2 000 3 Một số lu ý khi xem kết quả nội lực: - Lực dọc có giá trị khi phần tử chịu kéo, chiều lực hớng ra ngo i mặt cắt - Moment xoắn dơng khi khi quay ngợc chiều kim đồng... Kiến thức cơ bản 11 Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2 000 b quan sát và biểu diễn vật thể 1 Cửa sổ l m việc: Ta có thể cùng lúc hiển thị từ 1ữ4 cửa sổ l m việc trên m n hình Để định số cửa sổ l m việc: Menu Option > Windows 2 Chế độ biểu diễn v quan sát vật thể: - Các xác lập để biểu diễn v quan sát vật thể nằm hầu hết trong Menu View - Chỉ có tác dụng với cửa sổ hiện h nh... nén của bê tông Shear Reinf Yield stress, fys: Giới hạn chảy (do cắt) của cốt thép Bending Reinf Yield stress, fy: Phần I: Kiến thức cơ bản 17 Giới hạn chảy dẻo của thép Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2 000 2 Định nghĩa tiết diện (đặc trng hình học): Tiết diện đợc định nghĩa sau khi các loại vật liệu dùng cho kết cấu đ đợc định nghĩa Để định nghĩa tiết diện ta l m nh sau: a . ====o0o==== H−íng dÉn sö dông H−íng dÉn sö dôngH−íng dÉn sö dông H−íng dÉn sö dông SAP2000 (Version 12.0.0) Biªn so¹n: Ths. Hång TiÕn Th¾ng. Trờng ĐHTL - Bộ môn Kết cấu công trình Hớng dẫn sử dụng SAP2000 P h ầ n I : K i ế n th ứ c c ơ b ả n P h ầ n I : K i ế n t h ứ c c ơ b ả nP h ầ n I : K. các điểm nút của các phần tử, từ đó tính đợc nội lực, ứng suất v v của phần tử. - Khả năng của SAP2000: + Tính năng giao tiếp: dễ sử dụng, dễ mô tả các dạng kết cấu, sửa đổi-in ấn thuận tiện