Midas civil - ĐH Xây dựng

Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU CHƯƠNG Midas Civil 3.1 GIỚI THIỆU Họ sản phẩm Midas phát triển Công ty POSCO, Hàn Quốc, từ năm 1996 Một số sản phẩm thuộc họ Midas:  MIDAS/Civil (Civil Structure): Phân tích thiết kế các kết cấu công trình giao thông dân dụng  MIDAS/Gen (General Structure): Phân tích thiết kế kết cấu phổ thông  MIDAS/SDS (Slab & basemat Design System): Phân tích thiết kế sàn móng  MIDAS/FEModeler: Chương trình tự động phát sinh lưới phần tử hữu hạn  MIDAS/GTS (Geotechnical & Tunnel Analysis System): Hệ thống phân tích hầm địa kỹ thuật Các tính bật:  Không hạn chế số lượng phầntử, nút  Hỗ trợ hầu hết kiểu phầntử: thanh, cáp, dầm có mặt cắt thay đổi, vỏ, tấm, khối, v.v  Có chương trình hỗ trợ (Wizard) cho loại cầu phổ biến khác  Tốc độ tính toán cao  Khả phân tích kết cấu:  Phân tích phi tuyến P-Delta  Phân tích phi tuyến Push-over  Phân tích kết cấu theo giai đoạn thi công  Tính toán thay đổi vật liệu theo thời gian co ngót, từ biến bê tông 3-1 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU  Tính toán truyền nhiệt, nhiệt độ thay đổi, thủy hóa củaBT  Tính toán với hoạt tải theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau: AASHTO, BS, KN…  Phân tích động lực học: trị riêng, phổ phản ứng (response spectrum), lịch sử thời gian (time history) 3.2 3.2.1 3.2.2 GIAO DIỆN MIDAS/CIVIL: Main menu (Menu chính) - Model: mô hình (vật liệu, tiết diện, sơ đồ kc, v.v) - Load (Tải trọng) - Analysis (Phân tích) - Results (Kết quả) Các cửa sổ: - 3.2.3 Thể sơ đồ kết cấu Tree Menu: - Menu (Các thực đơn dạng cây) - Tables (Các bảng số liệu) - Group (Làm việc với nhóm) - Works (Các công việc) 3-2 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU Hình 3.1 Giao diện Midas/Civil Hình 3.2 Các công cụ Midas/Civil 3-3 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU 3.2.4 Các công cụ • File: chức File • Graphic & Snap: thể hệ lưới bắt điểm • UCS/GCS: lựa chọn hệ tọa độ • View Control: lựa chọn hiển thị • Selection: Các cách lựa chọn đối tượng • Activation: kích hoạt đối tượng • View Point: điều chỉnh góc nhìn 3.2.4.1 View Control Hình 3.3 Các chức hiển thị mô hình kết cấu 3-4 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU Hiển thị đặc tính đối tượng View\Display Thông tin nút Thông tin phần tử Vật liệu, tiết diện Tải trọng Điều kiện biên Các loại khác 3.2.4.2 Lựa chọn đối tượng Hình 3.4 Các chức lựa chọn đối tượng 3-5 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU 3.2.4.3 View Point Hình 3.5 Các chức lựa quan sát mô hình 3-6 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU 3.2.4.4 Kích hoạt đối tượng 3-7 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU 3.2.5 Chức nhúng thả Hình 3.6 Chức nhúng thả 3.3 3.3.1 3.3.2 CÁC HỆ TỌA ĐỘ (COORDINATE SYSTEMS) Hệ tọa độ tổng thể (Global Coordinate System - GCS) – Ký hiệu: X, Y, Z – Tọa độ nút, chuyển vị nút, phản lực nút Hệ tọa độ người sử dụng (User Coordinate System - UCS) – Ký hiệu X, Y, Z – Sử dụng để mô hình hóa mặt phẳng không trùng với MP GCS 3-8 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU 3-9 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU 3.3.3 Hệ tọa độ địa phương nút (Nodal Coordinate System - NCS) Hệ tọa độ địa phương nút (Nodal Coordinate System - NCS) • HTĐ địa phương nút: – Dùng định nghĩa điều kiên biên nút – Ký hiệu: x,y,z • Model\Boundaries\Node Local Axis – Angle : xác định theo góc xoay – points: xác định theo điểm mặt phẳng (x,y) – Vector: xác định theo vec tơ MF (x,y) 3-10 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU Khai báo xe mặt phẳng (Để tạo Mặt ảnh hưởng) • Loads\Moving Load Analysis Data\Traffic Surface Lane: Làn xe mặt phẳng - Lane Width(b): chiều rộng xe - Offset Distance (a): độ lệch tâm - Moving Direction: Chiều xe chạy Hình 3.29 Làn xe mặt phẳng 3-38 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU 3.6.2.2 Khai báo hoạt tải Khai báo hoạt tải Loads\Moving Load Analysis Data\Vehicles Add Standard Hoạt tải tiêu chuẩn (theo Qui trình) • • • Standard Name: chọn qui trình Vehicular Load Type: loại tải trọng Dynamic Allowance: hệ số xung kích (IM) Hoạt tải Add User Defined Hoạt tải người dùng tự định nghĩa • • Truck Load: xe tải Lane Load: tải trọng – w: tải trọng phân bố – PL: tải trọng tập trung để tính nội lực – PLM: tải trọng tập trung để tính mô men – PLV: tải trọng tập trung để tính lực cắt 3-39 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU 3.6.2.3 Vị trí gối (Lane Supports) • Chức năng: định vị trí gối để tính mô men âm phản lực gối tựa (nếu cần) • Loads\Moving Load Analysis Data\Lane Supports - : 3.6.2.4 Lớp hoạt tải (Vehicle Class) • Chức năng: nhóm hoạt tải đồng thời tác dụng • Loads\Moving Load Analysis Data\Vehicle Classes 3.6.2.5 Các trường hợp hoạt tải • Chức năng: gán hoạt tải định nghĩa vào xe tương ứng Các trường hợp hoạt tải Loads\Moving Load Analysis Data\Moving Load Cases • Multiple Presence Factor: hệ số xe • Sub-Load Cases: hoạt tải nhóm hoạt tải – Loading Effect • Combined: tính biểu đồ bao cho tất hoạt tải chọn • Independent: tính biểu đồ bao cho hoạt tải độc lập – Vehicle class: chọn nhóm hoạt tải 3-40 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU • Vehicle Class: chọn hoạt tải • Min number of Loaded Lanes: số chất tải tối thiểu • Min number of Loaded Lanes: số chất tải tối đa • Assignment Lanes: lựa chọn chất tải 3.6.3 Xem kết phân tích hoạt tải 3.6.3.1 Đường ảnh hưởng Results\Influence Line Hình 3.30 Kết đường ảnh hưởng 3-41 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU 3.6.3.2 Xem sơ đồ xếp hoạt tải lên đường ảnh hưởng Results\Moving Load Tracer Hình 3.31 Kết xếp xe lên đường ảnh hưởng 3.7 PHÂN TÍCH KẾT CẤU THEO CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG 3.7.1 Nhóm (Group): • • Có ba loại nhóm: - Nhóm phần tử (Structure Group) - Nhóm điều kiện biên (Boundary Group) - Nhóm tải trọng (Load Group) Các phần tử, điều kiện biên tải trọng gán vào nhóm Những nhóm kích hoạt/bỏ kích hoạt giai đoạn thi công tương ứng 3.7.1.1 Định nghĩa nhóm kết cấu • Model\Group\Define Structure Group: 3-42 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU 3.7.1.2 Định nghĩa nhóm điều kiện biên Nhóm điều kiện biên (Boundary Group) • Model\Group\Define Boundary Group: Định nghĩa nhóm ĐKB Gán ĐKB vào nhóm 3.7.1.3 Định nghĩa nhóm tải trọng Nhóm tải trọng (Load Group) • Model\Group\Define Load Group: Định nghĩa nhóm tải trọng Gán tải trọng vào nhóm 3-43 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU 3.7.2 Mô hình kết cấu theo giai đoạn thi công: Trình tự mô hình hóa giai đoạn thi công: • Định nghĩa nhóm kết cấu, nhóm điều kiện biên nhóm tải trọng • Mô hình tất phần tử, điều kiện biên tải trọng Lưu ý gán ĐKB tải trọng vào nhóm tương ứng • Khai báo giai đoạn thi công: – Số giai đoạn, thời gian giai đoạn bước thi công – Kích hoạt bỏ kích hoạt nhóm phần tử, nhóm ĐKB nhóm tải trọng ứng với giai đoạn thi công Định nghĩa giai đoạn thi công Load\ Construction Stage Analysis Data\Define Construction Stages 3-44 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU Hình 3.32 Khai báo giai đoạn thi công • Stage: giai đoạn thi công (GĐTC) – Name – Duration: thời gian thi công • Additional Steps: bước GĐTC (để khai báo tải trọng) • Element: thay đổi PT GĐTC – – Activation: kích hoạt PT (thêm PT vào kết cấu) • Group List: nhóm PT kích hoạt • Age: Ngày tuổi (thường ngày dỡ ván khuôn giàn giáo) Deactivation: bỏ kích hoạt PT (loại khỏi kết cấu) • Redistribution: phân bố lại nội lực từ PT bỏ (nói chung chọn 100%) • Boundary: thay đổi ĐKB GĐTC – Activation: kích hoạt ĐKB (thêm ĐKB vào kết cấu) • Group List: nhóm ĐKB kích hoạt • Position: vị trí ĐKB • Original: ĐKB gán vào vị trí ban đầu nút Nút chuyển vị cưỡng để trở vị trí ban đầu 3-45 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU • – • – • Deactivation: bỏ kích hoạt ĐKB (loại ĐKB khỏi kết cấu) Load: thay đổi tải trọng kết cấu – 3.7.3 Deformed: ĐKB gán vào vị trí sau biến dạng nút Activation: kích hoạt tải trọng • Group List: nhóm tải trọng thêm vào • Day: thời điểm tác dụng tải trọng (ngày) Deactivation: bỏ kích hoạt tải trọng Tiết diện liên hợp cho giai đoạn thi công Chức năng: định thành phần tiết diện liên hợp ứng với giai đoạn thi công Load\Construction Stage Analysis Data\Composite Section for Construction Stages 3-46 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU Hình 3.33 Khai báo tiết diện liên hợp theo giai đoạn thi công 3.8 3.8.1 THIẾT KẾ VÀ KIỂM TRA CỘT BTCT Cơ sở phân tích cột BTCT - Theo Tiêu chuẩn ACI/AASHTO, khả chịu lực tiết diện cột BTCT thể biểu đồ tương tác P-M (P-M Interaction Diagram), đường bao khả tiết diện chịu đồng thời lực dọc mô men uốn - Biểu đồ tương tác có hệ số Pn - Mn có kể đến độ lệch tâm ngẫu nhiên tiết diện chịu nén tâm thay đổi hệ số sức kháng  3-47 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU - Lực dọc mô men uốn có hệ số tiết diện tạo thành điểm; điểm nằm phía biểu đồ tương tác tiết diện đủ khả chịu lực ngược lại - Cột chịu lực dọc + uốn theo hai phương: khả chịu lực tiết diện cột thể mặt tương tác P-Mx-My (Interaction Surface) Hình 3.34 Ví dụ biểu đồ tương tác Pn – Mn 3-48 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU Hình 3.35 Ví dụ Biểu đồ tương tác có kể đến hệ số sức kháng Pn - Mn 3-49 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU Hình 3.36 Ví dụ mặt tương tác cột chịu lực dọc + uốn hai phương 3.8.2 Thiết kế cột BTCT Midas Civil Midas vẽ biểu đồ tương tác P-M cho số dạng tiết diện thông dụng chữ nhật, tròn, chữ nhật vát tròn, v.v… thiết kế/kiểm tra khả chịu lực theo tiêu chuẩn ACI, AASHTO, v.v… 3.8.2.1 Khai báo liệu cột Design\Concrete Design Parameters\ 3.8.2.2 Thiết kế/Kiểm tra cột Bài toán thiết kế: Tính cốt thép chịu lực cột Design\Concrete Code Design\Column Design Bài toán kiểm tra: Kiểm tra khả chịu lực cột có cốt thép Design\Concrete Code Check\ Column Checking 3-50 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU 3.8.2.3 Các tiết diện cột thiết kế được: Midas 2010 Midas 2011 v1.1 3.9 TÍNH NĂNG UNKNOWN LOAD FACTOR • Chức năng: tính lực/tải trọng cần thiết để thỏa mãn điều kiện chuyển vị nội lực kết cấu tác dụng tải trọng thiết kế (đã biết) • Ứng dụng: tính điều chỉnh lực căng phân tích cầu dây văng • Phương pháp tính: – Đặt tải trọng đơn vị vào vị trí tải trọng cần tính; phân tích kết cấu tác dụng tải trọng đơn vị 3-51 Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu Công trình ngầm TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU – Phân tích kết cấu chịu tải trọng thiết kế – Lập hệ phương trình cho chuyển vị nội lực cần thỏa mãn Ẩn số lực/tải trọng – Sử dụng phương pháp tối ưu hóa để giải hệ phương trình Unknown Load Factor (Ở chế độ post-processed, sau chạy chương trình) • Results\Unknown Load Factor Object function type: loại hàm mục tiêu PP tối ưu hóa Sign of unknown: dấu ẩn số Constraints: điều kiện ràng buộc chuyển vị, nội lực phản lực 3-52