ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH RM TRONG PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN KẾT CẤU CẦU TẬP 1

GS TS N G U Y Ễ N VIÊT T R U N G (Chú hiên) ThS N G U Y Ễ N T R O N G N G H Ĩ A ÚNG DỤNG CHUÔNG TRÌNH TRON6 PHÂN TÍCH TINH TOAN KÉT CÁU CẤU TẬP I - CÁC ỨNG DỤNG (Tái bản) N H À X UẤ T BẢN XÂY D Ư X G I I À N Ô I - 2010 c o BẢN LỜI NÓI ĐẨU N g y nay, c ùn g với p h t triến m n h mẽ công nghệ th ô n g tin, chương trin h m y tín h ứng dụng phương pháp Phần t hữ u h n (P T H H ) ngày p h t triền m n h mẽ cho kết tin cậy Các p h ầ n m ề m P T H H ứ ng d ụ n g p h â n tích tính toán kết câu x â y d ự n g đ a n g n h ữ n g công cụ k h ô n g t h ể thiếu công ty tư vấn thiết kê\ tr u n g tâ m nghiên cứu, trường đ i học chuyên lĩnh vực tdv dựng Trong sô n h iề u chương trinh h ỗ trợ m ô h ìn h hóa phân tích kết cấu cầu n ay, p h ầ n m ề m R M coi n h m ột chương trinh chavén dụng s d ụ n g ng y p h ổ biến P h ầ n m ề m R M đưa vào ứng d ụ n g chuvến giao công n g h ệ Việt N a m đ ầ u tiên cho d ự Ún cẩu Phú Lương - H ci Diửtng ưà s a u p h ầ n m ề m n y đ ã s d ụ n g tính toán, thiết k ế g ầ n n h toàn công trình cầu lớn Việt N a m như: c ầ u Dakrong, cầu T H iền, cầu T ă n Đệ, cầu Trà K h ú c , n ú t g iao N g ã Tư Vọng, Ngỡ Tư sở, cầu M n h T u y , cầu R c h M iễ u Đ iể m k h c biệt chương trình so với kết cău th ôn g th n g k h c đ a n g có m ặ t Việt N a m trinh tự phân tích tính toán d ự a sở p h ả n tích cộng dồ n từ g ia i đoạn thỉ công co xét tới nhiêu y ếu t ố thực t ế tro n g q uá tr in h th i công, việc kiêm toán kết cảu theo trạng th i giới h n thực tự độn g p h ầ n ììĩềm tạo trực quan cho người kỹ s đ n h g iá n h a n h m ứ c đ ộ a n t o n c (tổ án thiết kè Có t h ế nói, đ â y ph ẩn mềm biên chuyên d ụ n g cho k ỹ sư , c h u y ê n g ia kỹ t h u ậ t ngành cống trinh giao thông Việc m q u e n , s d ụ n g t h n h thạo k iế m soát đưực kết tính toán chương tr in h h ế t sức cần thiết C uốn sách "Ư n g d ụ n g c h n g t r i n h I Ỉ M t r o n g p h â n t í c h t í n h t o n k ế t c ấ u c ầ u " biên soan nhằm cung cấp cho kỹ sư, cán kỹ t h u ậ t , s in h viên n gành xây dựng cẩu kỳ n ă n g bán m ộ t s ố ứ n g d ụ n g c h u y ê n s ă u m ô h ìn h hóa, p h n tích kết cấu cầu củ n g n h p h n g p h p thự c hiệ n tín h toán trẽn p h ầ n m ềm RM N ộ i d u n g CUÔÌI sách hao gôm tập c cp h ụ lục k èm theo: T ả p 1: C c ứ n g d ụ n g b ả n Giới th iệu tông qu an mỏ hình hóa v ì ph.ãn tích kết cấu cầu b ằ n g p h ầ n t h ữ u h n , trin h tự mô hỉnh hóa p h â n tích kết cấu b ằ n g p h ầ n m ề m R M , h n g d ẫ n hán vè s dựĩĩiỊ p h ầ n m ểm RXL ví dụ ứĩĩhỊ dỉiììỉỊ pììắỉì nìcm h!M tín h toán cầu dấm T B T C T I)Ư L ;i‘ìì)ỉ củỉìíỊ sau, i'í du ứng diiììíị Ị)lìầìì m è m R M troníị tính toán cẩu (lầm ban B T C T nhịp íỊìàìi dơn T ậ p 2: ứ n g d u n g ÌÌM tr o n g t í n h to n c ẩ u I Ỉ T C T DL L tììi c ủ n g p h ả n đoan Giới thiệu tổng quan cầu tìT C T D Ư L thi phản đ oạn, vật liệu sứ (ỉụ ng tro n g cô ng n g h ệ thi củng cẩu p h â n đo ạn , lựa chọn ỉhcim S'ô h ìn h học S(f chi) cầu B T C T D Ư L , trinh tự tính toán dầm B T C T DƯL thi công plìâỉì đoạn ỉhìíỊ d ụ n g p h ầ n m ề m R M tính toán cầu B T D Ư L thi công theo cỏniỊ ììiịhư đ ú c h ẫ n g cân bằng, công nghệ đà giáo di động T â p 3: ứ n g d u n g R M tr o n g t í n h to n c ầ u cong, c ầ u chéo t r o n g th n h p h ổ Giới thiệu tống quan vê cầu cong điểu kiện phân tích tính toán câu C()>n^\ cẩu chéo, ví dụ ứng d ụ n g R M tính toán cầu cong, cầu chéo B T C T DƯL T ả p 4: n g d u n g R M t r o n g t í n h to n c ầ u liê n h p Giới thiệu tổng quan uể mù hỉnh hoá phân tích tính toán cấu dám liên Ìì.ựp, ví d ụ ứng d ụ n g R M íroĩĩíỊ tính toán cẩu dẩm lỉẽn hựp tỏ n g - hẻ tỏng, (lâm l.ìèn hựp thép ' bê tông T â p 5: n g d u n g IỈM tr o n g t í n h to n n ả íig cao ứ n g d ụ n g R M tính toán cầu d ầ m - cáp hồn hựp, tính ỉ oán đicu chỉin/ì nội lực cầu treo dây vãng, phản tích động đất uàgió động Trong trinh biên soạn sách này, tác giả luồn nhận dược ú Ị) đù, cô uủ đ n g nghiệp, chuyên gia k ỹ thuật, kỳ su’ uà hạiì cưu Sỉiììh viên n g n h công trình Trường đại học Giao tììông Vận tủi hiỌn đcinìị CÔÌIÍỊ tác công ty tư văn, ưiệỉì nghiên cứu trườìĩíỊ đại học Qua đày, túc 'giá m u ô h bày tỏ lòng cảm ơn sàỉi sắc đến giúp đỡ quy háu Tác g iả m ong nhận đưực xin chán thàììh cám (ỉn ý kiến phê hình gù)p V củci dộc giả đủ hoàn thiện sách troniỊ lần xuất SCỈIL Mọi ỷ kĩèn 'LỊÓ>P V xin gửi đ ịa hòm thư: nghiant.hnucỉ@gìnciìỉ.í'ơm C ác t c giả Chương T Ó N G Q U A N VỀ MỎ HÌNH HÓA V Ả P H Â N T Í C H K ÉT C Ấ U C Ầ U BẢNG PHƯƠNG PHÁP P H Ầ N TỦ H Ữ U H Ạ N 1.1 TÔNC; Q U A N VÈ P H Ư Ơ N G PH ÁP PHÀN r ủ H Ữ U H Ạ N 1.1.1 T ổ n g quan Ph ơn g pháp phân tư hữu hạn (PTHH) phươim pháp sô đê giải toán mô tà phương trình vi phân riêng phần cùniỉ với điều kiện biên cụ C sở phương pháp làm rời rạc hóa miền liên tục phức tạp toán Các miền liên tục dược chia thành nhiều miền (phần tử) Các miền nàv liên kết với điêm nút Trên miền này, dạniĩ biến phàn tươniỉ đươ ng với to n đ ợ c g iả i x ấ p xi dựa hàm x âp XI từ n g p hần tử, th o ả m ã n đ iề u k iệ n biên với cân bang liên tục phần tử v ề mặt toán học phương pháp PTHH dược su dụng để giái gần toán phương trình vi phân tìrne phàn (PTV PÌT) phương trinh tích phân, ví dụ phương trình truyền nhiệt Lòi uiai gân đúim dược dưa dựa việc loại bó phương trình vi phân cách hoàn toàn (những vàn dẻ vồ trạng thái ổn định), chuyền P T V PT P sang phươim trình vi phân thường tương dương mà sau yiai bànu cách sử dụng plurơnu pháp sai phân hữu hạn, v.v Phươnu pháp PTiUl khỏtm tìm clạnu xấp xí cua hàm loàn miền xác định V cùa mà chi nhữim miền Ve (phán tư) thuộc miên xác định cùa hàm Trong phương pháp PTH11 miền V chia thành số hữu hạn miền con, gọi phan tử Các micn licn kết với đièm (lịnh trước trcn biên phần tứ gọi nút Các hàm xấp xi bicu dicn qua L'iá trị hàm (hoặc giá trị đạo hàm) diêm nút Irên plìần tứ Các uiá trị dược gọi bậc tự phân tứ dược xem ân số can tỉm cùa toán Tro ng việc íiiài phươim trình vi phân thườim, thách thức tạo p h ươ nu trình xấp xì với plnrơnu trinh can dược nghiên cứu, ôn định sô học (numerically stable), nghĩa nhừim lồi tronti việc nhập liệu tính toán trung gian không chồng chất làm cho kết qua xuất trờ nên vô nghĩa Có nhiều cách đề làm việc này, tất cá có nhữnu ưu diêm nhược diêm Phư ơng pháp PTIÍÍỈ s ự ỉựa chọn tôt cho việc uiài phươnu trình vi phân tìrnu phân miC‘11 phức tạp ( g iố n g n h ữ n g c h iế c \ e nhữrm ckrÒTm ốnu dẫn dầu) yèu c â u độ xác thay đối troim toàn miền Ví dụ tro nu việc mô thời tiòt tr ê n Trái Đất, việc d ự báo xac thời tiết đất liền quan trọníỉ dự báo thời ti êt cho vùn g biền rộng, điều có thê thực dược bang việc sử dụng phương p h p phần tử hữ u hạn Phương pháp Phần tử hữu hạn thường dùim toán Cơ học (cơ họ c kết cấu, học môi trường liên tục) đề xác định trườim ứng suất biên dạng vật thể Ngoài ra, phương pháp phần tử hữu hạn cũnu dùng vật lý học đê ni.ải phươ ng trình sóng, troim vật lý plasma, toán truyền nhiệt, dộng lực học chất lông, trường điện từ 1.1.2 Lịch s phát triển phưong pháp PTHH Phương pháp phần từ hữu hạn dược bắt rmuôn từ nhữnu yêu câu giái to n phức tạp lý thuyết đàn hồi, phân tích kết cấu xây dựnu kỳ thuật hàng khôn g Nó bắt đầu phát triên Alexandcr Hrennikoff (1941) Richard Coi.ramt (1942) Mặc dù hướng tiếp cận cùa imười tiên phong khác h o có quan điểm chung, chia miền liên tục thành miền r ời rạc H re n n ik o ff rời rạc miền liên tục bàng cách sử dụng lưới tương tự, k.hi Courant chia miền licn tục thành miền có hình tam giác cho cách giải t h ứ hai ph n g trình vi phân phần elliplic, xuất từ toán vê xoăn cràa phần tử hình trụ Sự dóng góp Courant lủ phát triển, thu hút số ngưiời nhanh c hón g đưa kết cho phương trinh VPTP clliptic dược phát tricn biới Rayleigh, Ritz, Galerkin Sự phát triên thức cua phương pháp IMTlIi dược bũit đầu vào nửa sau năm 1950 việc phân tích két cấu khung máy bay vá c ô n g trình xây dựng, đà thu dược nhiều kết Berkeley (xem Harly I'initc E]eme:nt Research at Berkeley) nhữnc năm 1960 tronc ngành xây dựng Phưcrnu pháp mày cung cấp tảng toán học chặt chẽ vào năm 1973 với việc xuất bán cuôn s t r a n g tổng kết An Analysis o f The Finite element Method ke từ dó phương phíáp P T H H tổng quát hóa thành ngành toán ứng dụng, mô hỉnh sô học c h o hệ thống tự nhiên, ínm dụng rộng răi kĩ thuật, ví dụ điện từ học v động lực học chất lỏng Sự phát triển phương pháp PTHH học kết cấu dặt sở cho nguyên lý lượng, ví dụ như: nguyên lý công khả dĩ, phương pháp PTH11 cuim cấp ÍSỞ tổng quát m a n g tính trực quan theo quy luật tự nhiíhi yêu cầu lớn dối Y[...]... ột quá trình mô hình hóa và phân tích kết cấu nói chunsi gồm có 3 giai đoạn: giai đoạn tiền xử lý, giai đoạn phân tích tính toán và uiai doạn hậu xứ 1 Mồi uiai đoạn 12 tưưng ứng với nlũnm nội dung cụ the cua quá trình mô liình hóa và phân tích phân tứ hửu hạn 1. 4 .1 Giai đoạn tiền xử lý Nói chung uiai đoạn tiên \ u lv uồm có các côim tác dịnh imhĩa m ô hình: - Dinh níỉhĩa miòn hình học của bài toán -... chiều dạng khối Hình 1. 1 minh họa kết cấu giàn được mô hình hỏa thành các phần tử giàn với các lièn kết chốt tuyệt đối phục vụ cho viộc phân tích kêt eau I Quá trinh lý lường hóa kết cấu MÔ binh toán học 1. 3.2 Các giả thiết thưòng đu ọc sử dụno trong mô hình hóa và phân tích kết cấu N h ư đã trinh bày ở trên, việc mô hình hóa và phân tích kết cấu uẩn liền với việc lựa chọn và sử dụng các giả thiếl một... nhau Các kết quả tìm được trong quá trình phân tích là cơ sở đè thiết kè các bộ phận kết cấu hoặc đánh liiá sụ làm việc cua chúng Nói chung, các kết cấu cầu thực là phức tạp và phải được lý tương hủư hoặc l à n đom iiian theo dạng có thề phân tích được Sự lý tường này phụ thuộc vào các nhán tố như độ chính xúc yêu cầu của phân tích, bởi vì phương pháp phân tích càne phức tap thì thời gian tính toán càng... đôi xứng có thê dùng làm kêt câu đại diện dê thực hiện việc phân tích, l ài trọng thường là đối xứng Trường hợp tải trọng không đối xứng trong phân tích tuyến tính, có thể dùng phương pháp tổ hợp tải trọng thành tải trọng đối xúng và phán dối xứng để dùng phương pháp cộng tác dụng thực hiện việc tính toán được hiệu qua - Ket cấu có tính lặp: thường xuất hiệu nhiều trong các chi tiết cấu tạo cơ khí kết. .. hơn 10 ° Hơn thò nữa các iióc không được vượt quá 2-3° trong những vùng mà kêt quà chính xác dược đòi hòi Do đó khuyến khích rang các phần từ gần với hình vuông dược sư dụng trong những \ ùng như vậy nơi mà có ứng suất tập trung xảy ra hoặc yêu câu các kết qua chi tiêt Phân từ tâm uôn thườnu hay đuực sứ dụng là phân tir tam giác hoặc tứ giác Phân tử n à y c ó k hả n ă n g phân tích ứnií x ứ kéo I1CI1... được sử dụng đê mô lùr.h hóa các gối cầu là ncyi chuyên tiếp dộ círnu và tai trọnu qiừa kết cấu phần trên và kêì cấu phần dưới Các liên kết điềm (chi dược ràng buộc một nút cua kết cấu' được sử dụng đê mô hình hóa các điều kiện biên cùa nen đất và kết cẩu I.icn kết diêm cũng có thê là liên kết cứng hoác liên kết dàn hồi Cân chú ý răng, trong phân tích tôim thê việc xem xét tư-TDg quan độ cứng cùa các... gồm đối xứne mặt dối xứng irục tính lặp theo một quỳ đạo tròn hoặc tịnh tiến - Đối xứng mặt: đây là loại đối xứng hay gặp nhất trong thực tế của ket cấu côniỉ trình Một nứa kết cấu là ảnh gương của nửa còn lại, gương là mặt phăng đối xứng Tài trọng và các điều kiện liên kết có thể đối xứng hoặc phản xứng so với mặt phang dối xứng - Dối xứng trục: là đối xứng qua trục trung tâm Sử dụng một mặt cắt ngang... đòi hoi và thời eian tính toán Đối với các bài toán tĩnh tuyến tính, plurơim pháp giai đa mặt trận (multi-írontal method) dựa trên phép khử G a u x ơ thường được sử dụ nu 13 1. 4.3 Giai đoạn hậu x ử lý Phân tích và đánh giá các kết quả giải được gọi là quá trình hậu xử lý Phân mêin hậu xừ lý bao gồm các công đoạn phân tích dược sừ dụng cho mục đích sắp xèp in an và biểu diễn các kết quả được chọn từ... pháp giải tích và số de có những kết luận về tương quan giũa độ chính xác với kích thước, mật độ của lưới phàn từ trong phần mềm được chọn 1. 6.2.2 Tính đối x ú n g của kết cấu Để tiết kiệm thời gian phân tích cũng nlur không gian lưu trữ (lừ liệu tronu máv lính, cần phải để ý tính đối xứng của kết cấu Việc thực hiện mô hình cho một nứa huy một phần tư của kết cấu đối x ứ n g tăng hiệu quả phân tích lên... số 1 a) Phăn tử 8 nút N6 Mặt phẳng Sũ 2 N4 N3 Mặt phẳng số 5 Mặt phẳng số 4 Mặt phẳng số 3 Mặt phẳng số 3 Mặt phẳng số 1 Mặt phăng số 1 b) Phẩn tử 6 điểm nút N2 c) Phẩn tử 4 điểm nút Hình 1. 11 N h ữ n g loại phần íừ khối ba chiều vù cách đánh sổ núi 1. 5.4 Phần tử liên kết Các phần tử liên kết cứng, nửa cứng hoặc mềm tuyệt đối dược sử dụng de mô La các liên kết, sự chuyên đôi licn tục của các thành phân