PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VÀ THIẾT KẾ CỦA CỐNG HỢP VỚI MIDAS CIVIL

Khai báo đầu vào theo phương dọc: Box Culvert Wizard Longitudinal: Khai báo vật liệu theo phương dọc, nhịp, diện tích θ, bề dày, điều kiện biên và các chi tiết kỹ thuật cho cống để mô hì

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VÀ THIẾT KẾ CỦA CỐNG

MỤC LỤC

Tóm Tắt 1

Thông số kỹ thuật phân tích mẫu và phần chung 2

Tiêu chuẩn mặt cắt ngang 2

Tính chất vật liệu 2

Tải trọng 3

Giải thích cấu hình nhiệm vụ 4

Đầu vào theo phương dọc 6

Đầu vào theo phương ngang 8

Tải trọng 9

Mô hình hóa 11

Tĩnh tải 11

Áp lực đất 12

Co ngót 13

Tải trực tiếp 14

Xếp tải 15

Tổ hợp tải trọng 15

Phân tích kết cấu 16

Kết quả phân tích 17

Kiểm tra lực dọc 17

Kiểm tra mômen 18

Kiểm tra lực cắt ngang 19

Giải thích cấu hình nhiệm vụ 21

Theo phương dọc 22

Theo phương ngang 23

Tải trọng 24

Kiểm tra đầu vào của tải 26

Phân tích kết cấu 27

Kết quả phân tích 27

Thiết kế 28

Định nghĩa các biến thiết kế 29

Thiết kế bản 31

Kiểm tra bản theo cường độ 36

Kiểm tra bản theo trạng thái sử dụng 40

Thiết kế tường thân 41

Kiểm tra tường theo cường độ 36

1 TÓM TẮT:

Box Culvert Wizard: Các kết cấu ngầm, khung cứng, cống ngầm dễ dàng được mô hình

hóa Hộp thoại hướng dẫn chi tiết, tĩnh tải, điều kiện tải và tiêu chuẩn thiết kế để tự động tạo

ra tổ hợp tải trọng Midas Civil với các tính năng thiết kế cho phép dễ dàng tính toán, thiết kế các trường hợp thuận tiện Trong hộp thoại này có thể phân tích kết cấu theo cả 3 phương, mô

tả các tính năng và thiết kế kết cấu

Trình tự phân tích Cống hộp trong Midas Civil Wizard như sau:

1 Mở một tập tin để làm việc với các thiết lập mặc định

2 Khai báo vật liệu, kích thước các mặt cắt ngang

3 Khai báo đầu vào theo phương dọc

4 Khai báo đầu vào theo phương ngang

5 Khai báo tải trọng

6 Thực hiện phân tích kết cấu

7 Xem xét và kiểm tra kết quả phân tích

8 Thiết kế mặt cắt ngang

2 THÔNG SỐ KỸ THUẬT PHÂN TÍCH MÔ HÌNH VÀ CÁC KHAI BÁO CHUNG:

2.1 Mô hình phân tích và các thông số:

- Hộp cống: Cống 2 cửa

- Kích thước: BxH = 2.5x2.5 (m)

- Chiều dài cống: B = 15 m

- Chiều cao đất đắp trên cống: 5.0 m

- Lớp bêtông nhựa dày: 0.08 m

- Dung trọng của nhựa đường: Wa = 2.30 t/m3

“Culvert-Thiết lập các đơn vị đầu vào Sử dụng đơn vị “tonf” và “m” Tùy thuộc vào dữ liệu đầu vào

mà thiết lập đơn vị cho thuận tiện

File / New Project ↵

File / Save (Culvert-3D) ↵

Tool / Unit System

Length > m ; Force > tonf ↵ (Có thể thiết lập đơn vị ở ô góc dưới trái màn hình)

Hình 2: Thiết lập đơn vịKhai báo vật liệu và mặt cắt ngang.

Model / Properties / Material

Type > Concrete ; Standard > KS-Civil (RC)

DB > C270 ↵

Hình 3: Hộp thoại khai báo vật liệu

4 3D-BOX CULVERT WIZARD:

Sử dụng mô hình cống 2 cửa trong Box Culvert Wizard của Midas/Civil Mô hình cống hộp trong Box Culvert Wizard được khai báo trong 3 tab phương dọc, ngang và tải trọng (Longitudinal, Transverse, Load)

4.1 Khai báo đầu vào theo phương dọc:

Box Culvert Wizard Longitudinal: Khai báo vật liệu theo phương dọc, nhịp, diện tích (θ), bề dày, điều kiện biên và các chi tiết kỹ thuật cho cống để mô hình

Có 4 loại kết cấu trong hộp thoại Box Culvert Wizard:

+ Nomal: Loại bình thường

Dimensions

t1 (0.4) ; t2 (0.3) ; t3 (0.35) ; t4 (0.4) ; a1 (0.2) a2 (0.2) ; a3 (0.2) ; a4 (0.2) ; b1 (0.2) ; b2 (0.2) ; b3 (0.2) b4 (3) ; b5 (0.2) ; b6 (0.2) ; h1 (3.3) ; h2 (5) ; h3 (1)

Hình 4: Nhập dữ liệu theo phương dọc

4.2 Khai báo đầu vào theo phương ngang:

Nhập kích thước theo phương ngang

Transverse Tab

Type > Type 1 ; Size of Plate Element (0.5) b5 (15)

Supports of Culvert(Loại đàn hồi) Spring Type > General (on)

(Áp lực đất nền) Modulus of Subgrade Reaction (1974)

(Chiều dài của LK đàn hồi) Length of Elastic Link (0.5)

Ghi chú: + Nhập vào chiều dài cống là 15m

+ Nhập hệ số áp lực đất theo phương thẳng đứng (0.5)+ D: Là khoảng cách từ tâm cống đến điểm ngoài cùng

Hình 5: Nhập dữ liệu theo phương ngang

4.3 Khai báo tải trọng đầu vào:

Box Culvert Wizard: Nhập các giá trị tải trọng đầu vào như: tải trọng đoàn người (chương trình tự động nhập), tĩnh tải, áp lực đất, hoạt tải, co ngót … Nhập bằng với giá trị tải trọng đã tính toán

Load Tab

Load Combinations >

Factored (on) ; Unfactored (on)

(DC: TT bản thân) Self Weight (on)

(DW1: BTN, vỉa hè) Pavement (on) > Weight Density (2.3) ; Thickness (0.08)

(DW2: đất) Soil (on) > Weight Density (2.0) ; Phi (30) ; Surcharge (0)

(Nước ngầm) Underground Water (off)

(Hoạt tải) Live Load (on) : Grade of Bridge> 1st (on) ; Eccentricity > left (on)

(Co ngót, hs nhiệt) Shrinkage Strain (on) (0.00015 ) ; Thermal Coefficient (1e-5) ↵

Ghi chú: + Hệ số tải trọng được tính theo tiêu chuẩn thiết kế cầu (chương trình tự động tính)

+ Không xét đến mực nước ngầm+ Co ngót do nhiệt độ để các phần tử Element Temperature Load

Hình 6: Nhập dữ liệu đầu vào tải trọng

Khai báo đã hoàn tất, nhấn vào nút để thoát.Đối với thông tin về mô hình phân tích có thể được kiểm tra ở menu dạng cây bên phải màn hình Kiểm tra điều kiện biên và

mô hình Dùng chức năng WindowZoom và ZoomFit để quan sát mở rộng mô hình

Point Grid (off) ; Point Grid Snap (off) ; Line Grid Snap (off)

Node Snap (on) ; Element Snap (on)

Display

Boundary tab

Support (on) ; Elastic Link (on) ↵

Zoom fit ; hidden (on)

Hình 7: Toàn bộ mô hình phân tích

5 KIỂM TRA MÔ HÌNH:

Pressure Load (on) ↵

Hình 8: Quan sát đầu vào của tĩnh tải

5.2 Áp lực đất:

Phân tích mô hình để thấy được áp lực đất

Display

Load tab

Case selection > Dead Load (off)

Earth Pressure Load (on) ↵

Hình 9: Đầu vào của áp lực đất

Load Case > Earth Pressure Load (off)

Shinkage Load (on) Element Temperature (on) ↵

Load Case > Shinkage Load (off)

Live Load (on) Pressure Load (on) ↵

Hình 11: Hoạt Tải

5.4 Khai báo các loại tải trọng:

Tab tải trọng (Load) của đầu vào tự động khai báo các loại tải trọng

Kiểm tra các điều kiện tải trọng của mô hình phân tích

Load / Static Load Cases

Hình 12: Tự động khái báo các loại tải trọng

6 PHÂN TÍCH KẾT CẤU:

Mô hình kết cấu, tải trọng, điều kiện biên hoàn chỉnh, chạy chương trình

Analysis / Perform Analysis

7 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH KẾT CẤU:

7.1 Biến dạng:

Mỗi tổ hợp tải trọng sẽ sinh ra một biến dạng cụ thể

Result / Deformations / Deformed Shape

Load Cases / Combinations> CB: LCB3-Unfactored Components> DXYZ

Type of Display> Undeformed (on) ; Legend (on) ↵

Hình 14: Sơ đồ biến dạng

7.2 Kiểm tra Mô men:

Để xác định mônmen Đầu tiên kiểm tra kết cấu, kết quả tổng thể thể hiện ở biểu đồ mômen

Results / Forces / Plate Forces / Moments

Load Cases/Combinations> CB: LCB15-Factored

Components > Mxx

Type of Display> Contour (on) ; Legend (on)

Cutting Diagram (on)

Hình 15: Kiểm tra mômen

Hình 16: Hộp thoại các vị trí kiểm traNamed Plane Xác định mặt cắt ngang Chức năng phần Namedplane xác định để kiểm tra đối với B.M.D và S.F.D.

Result / Forces / Plate Forces / Moments

Load Cases / Combinations> CB: LCB15-Factored Components> Mxx

Type of Display > Contour (on) ; Legend (on)

Cutting Diagram Plate Cutting Diagram Mode> Cutting Plane (on) Named Planes for Cutting > vị trí 2 (on) ; trung tâm (on) ; vị trí 1 (on) Plate Cutting Plane Detail > On cutting plane surface (on)

Draw continuous lines (on)

Scale Factor (1) ;

Reverse (on) ; Value Output (on) ; MinMax Only (on) ↵

Hình 17: Biểu đồ mô men các vị trí kiểm tra

7 PHÂN TÍCH KẾT CẤU THEO 2 CHIỀU:

Box Culvert Wizard, sử dụng phân tích kết cấu theo 2 chiều Kích thước theo 3 phương giống như khai báo trong kết cấu theo 3 phương

Để phân tích 2 chiều của cống 2 cửa, mở một tệp tin mới ( New Project), đặt tên

“Culvert-2D” rồi lưu lại ( save) Xác định các đơn vị sử dụng, vật liệu và các mặt cắt ngang

File / New Project

File / Save (Culvert-2D)

Tools / Unit System

Length > m ; Force> tonf

Model / Properties / Material

Type > Concrete ; Standard > KS-civil(RC)

DB > C270

Hình 18: Hộp thoại khai báo vật liệu

8 2D-BOX CULVERT WIZARD:

8.1 Kích thước đầu vào theo phương dọc (Longitudinal):

Model / Structure Wizard / Box Culvert Wizard

Longitudinal tab

Structure Type > 2-Dimnesional Type of Bridge > Box Culvert Material > 1:C270

Span (2@2.825) ;

Dimensions

t1 (0.4) ; t2 (0.3) ; t3 (0.35) ; t4 (0.4) ; a1 (0.2) a2 (0.2) ; a3 (0.2) ; a4 (0.2) ; b1 (0.2) ; b2 (0.2) b4 (3) ; b5 (0.2) ; b6 (0.2) ; h1 (3.3) ; h2 (5)

Hình 19: Hộp thoại khai báo kích thước theo phương dọc

8.2 Kích thước đầu vào theo phương ngang (Transverse):

Nhập kích thước của mặt cắt ngang Dữ liệu đầu vào của áp lực đất trên một đơn vị chiều rộng chuyển đổi

Hình 20: Dữ liệu đầu vào theo phương ngang

8.3 Khai báo Tải trọng (Load):

Loads tab

(DC: TT bản thân) Self Weight (on)

(DW1: BTN, vỉa hè) Pavement (on) > Weight Density (2.3) ; Thickness (0.08)

(DW2: đất) Soil (on) > Weight Density (2.0) ; Phi (30) ; Surcharge (0)

(Nước ngầm) Underground Water (off)

(Hoạt tải) Live Load (on) : Grade of Bridge> 1st (on) ; Eccentricity > left (on)

(Co ngót, hs nhiệt) Shrinkage Strain (on) (0.00015 ) ; Thermal Coefficient (1e-5) ↵

Ghi chú: + Hệ số tải trọng được tính theo tiêu chuẩn thiết kế cầu (chương trình tự động tính)

+ Không xét đến mực nước ngầm+ Co ngót do nhiệt độ để các phần tử Element Temperature Load

Hình 21: Khai báo tải trọng đầu vàoKhai báo đã hoàn tất, nhấn vào nút để thoát.Đối với thông tin về mô hình phân tích có thể được kiểm tra ở menu dạng cây bên phải màn hình Kiểm tra điều kiện biên và

mô hình Dùng chức năng WindowZoom và ZoomFit để quan sát mở rộng mô hình

Point Grid (off) ; Point Grid Snap (off) ; Line Grid Snap (off)

Node Snap (on) ; Element Snap (on)

Display

Boundary tab

Support (on) ; Elastic Link (on) ↵

Zoom fit ; hidden (on)

Hình 22: Phân tích mô hình hoàn chỉnh

8.4 Kiểm tra đầu vào của tải trọng:

Các trường hợp tĩnh tải (Static Load Case): Tĩnh tải, áp lực đất, co ngót (chương trình tự động tính toán) Thông qua tính toán tải trọng theo 3 phương, để kiểm tra tải trọng trên Model

View View > Display Load tab để xem các trường hợp tải trọng.

Các trường hợp tải trọng (Static Load Case) được tự động nhập như sau:

Static Load Case Load TypeDead Load Self Weight

Pressure LoadEarth Pressure Pressure LoadShrinkage Element TemperatureLive Load Pressure Load

Hình 23: Kiểm tra đầu vào của tải trọng

9 PHÂN TÍCH KẾT CẤU:

Mô hình kết cấu, tải trọng, điều kiện biên hoàn chỉnh, chạy chương trình.Analysis / Perform Analysis

10 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH:

10.1 Kiểm tra Mômen:

Results / Forces / Beam Diagrams

Load Cases/Combinations > CB: LCB15-Factored

Components > My

Display Options > 5Points (on) ; Line Fill (on) ; Scale ( 1.0 ) Type of Display > Contour (on) ; Legend (on)

Hình 24: Kiểm tra Mômen

11 THIẾT KẾ KẾT CẤU:

Phần này mô tả kết quả mô phỏng cho sàn, thành cống và thiết kế các mặt cắt ngang.MIDAS/CIVIL áp dụng tiêu chuẩn thiết kế bêtông cốt thép và có thể được thực hiện tự động

- Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông của bê tông Viện Hàn Quốc (KCI-USD99, Công trình công cộng / Xây dựng một cơ sở hợp nhất)

- Đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn cho bê tông cho xã hội dân sự (KSCE-USD96)

Mặt cắt ngang

(Beam, Column) Tính toán kích thước và số lượng thép Nhập kích thước của các mặt cắt cống

Cường độ(Beam, Column)

Xác định cường độ chịu

lực

Xác định kích thước MCN và xác định cường độ chịu lực

Một số tính năng thiết kế được sử dụng sau đây:

+ Thông số thiết kế đầu vào

+ Thiết kế các thành phần

+ Kết quả đầu vào, xác minh thông tin thiết kế, khẳng định và củng cố

+ Kiểm tra khả năng chịu lực

11.1 Định nghĩa các biến thiết kế:

MIDAS/CIVIL áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông của bê tông Viện Hàn Quốc (KCIUSD99) để áp dụng các thiết kế và sức mạnh của mặt cắt ngang của các xác nhận yếu tố chung.

Design / General Design Parameter / Definition of Frame

Definition of Frame > X-Direction of Frame> Unbraced I Sawy Definition of Frame > Y-Direction of Frame> Unbraced I Sawy ↵

Design / Concrete Design Parameter / Design Code

Design Code > KCI-USD99 ↵

Design / Concrete Design Parameter / Strength Reduction Factor

For Flexure (Phi_B) (0.85) For Axial Tension (Phi_T) (0.85) For Axial Compression, and Axial Compression and Bending : (0.7) For Shear (Phi_V) : (0.8) ↵

Hình 25: Định nghĩa các biến thiết kếXác định chỉ tiêu, bản chất vật liệu được sử dụng Trong Modify Concrete Material, xác định đầu vào đối với vật liệu bêtông cốt thép, một phần thông tin, dữ liệu của vật liệu cần cho việc thiết kế các vật liệu phù hợp với mục đích để thay đổi dự liệu 1 vài loại vật liệu khác nhau.Nêu không nhập các thuộc tính của bêtông và cốt thép, vật liệu bêtông là vật liệu tương tự được sử dụng trong phân tích kết cấu và thiết kế cốt thép áp dụng mặc định là SD40

Design / Concrete Design Parameter / Modify Concrete Material

Concrete Material Selection

Code > KS-Civil(RC) ; DB Name > C270

Rebar Selection

Code > KS-Civiil(RC) Grade of Main Rebar > SD40 ; Grade of Sub Rebar > SD40

Ghi chú: + Grade of Main Rebar: Cấp của thép chịu lực chính

+ Grade of Sub Rabar: Nhập số liệu của thép chịu cắt

Hình 26: Khai báo cho bêtông cốt thép

Đặc trưng cho việc thiết kế khoảng cách từ cốt thép phần ngoài cùng (d) đến trọng tâm tiết diện và nhập thông tin cho nó Mặt cắt ngang của sàn và tường nếu ko được định nghĩa sẽ mặc định áp dụng là, cốt thép là D16, 2 hàng, Dt, DB là Hc/8 Ở đây, phần trung tâm và 1 điểm trên sàn để thiết kế

Đơn vị được sử dụng là kgf/cm

Tools / Unit System

Thực hiện việc thiết kế sàn:

Design / Concrete Code Design / Beam Design

Sorted by > Section (on) ; SEL > SECT 3 (on)

;

Hình 28: Kết quả thiết kế mặt cắt ngangAstop và Asbot cốt thép mặt trên và mặt dưới của mặt cắt ngang AsV cốt thép cần thiết LCB: Xem xét đến tải trọng cuối cùng của các con số kết hợp tải trọng gây ra.

Nút Graphic của hình 28 nếu bạn nhấp vào báo cáo tóm tắt sẽ xuất hiện như hình dưới Kết quả thiết kế của người dùng lựa chọn mặt cắt ngang của cốt thép sẽ được hiển thị

Hình 29: Thuyết minh tóm tắt kết quả thiết kế Nút Summary trong hình 28, nhấp vào sẽ hiển thị thuyết minh tóm tắt kết quả của fn, rsc dưới dạng văn bản.

Hình 30: Tóm tắt các tính toán thiết kế sàn

11.3 Xác định sức chịu tải của bản sàn: