GIÁO ÁN SAP 2000 HAY CỦA TRƯỜNG đại học bách khoa

GIÁO ÁN SAP 2000 HAY CỦA TRƯỜNG đại học bách khoaGIÁO ÁN SAP 2000 HAY CỦA TRƯỜNG đại học bách khoaGIÁO ÁN SAP 2000 HAY CỦA TRƯỜNG đại học bách khoaGIÁO ÁN SAP 2000 HAY CỦA TRƯỜNG đại học bách khoaGIÁO ÁN SAP 2000 HAY CỦA TRƯỜNG đại học bách khoaGIÁO ÁN SAP 2000 HAY CỦA TRƯỜNG đại học bách khoaGIÁO ÁN SAP 2000 HAY CỦA TRƯỜNG đại học bách khoaGIÁO ÁN SAP 2000 HAY CỦA TRƯỜNG đại học bách khoaGIÁO ÁN SAP 2000 HAY CỦA TRƯỜNG đại học bách khoa

Tự động hóa thiết kế

1. Thiết kế cổ điển

2. Tự động hóa thiết kế

Thiết kế cổ điển

1. Đơn giản hoá bài toán và dùng các phương pháp gần

đúng

2. Phụ thuộc vào trình độ, kinh nghiệm của người thiết kế

3. Chịu ảnh hưởng của các yếu tố chủ quan

4. Thiếu phương tiện và thời gian nên giải pháp thiết kế

không phải là tối ưu

Tự động hóa thiết kế :

Khái niệm : Là thiết kế có sự trợ giúp của máy tính

Ưu điểm :

 Giảm thời gian & khối lượng công việc

 Nâng cao năng suất & chất lượng

 Tận dụng các thành quả lao động quá khứ

 Đưa thành tiêu chuẩn hoá, mẫu hoá trong nhiều khâu

Nhược điểm :

 Phát triển không ngừng dựa trên sự phát triển của công nghệ và thông tin

 Tự động hóa trong giai đoạn xác định tải trọng

 Tự động hóa tính toán nội lực dựa trên các phần mềm sử dụng phần phương pháp tử hữu hạn FEM (finite element method)

 Tự động hóa Thiết kế thép (Steel design)

 Tự động hóa trong thiết lập các bản vẽ

Các hình thức tự động hóa :

Các bước giải một bài toán phần tử hữu hạn

 Chia kết cấu thành nhiều phần tử nhỏ (tam giác, tứ giác,…) hay còn gọi là phần tử hữu hạn

 Chuyển vị trong các phần tử hữu hạn được nội suy thôngqua các chuyển vị tại các nút của phần tử Hàm nội suyđược gọi là hàm dạng

 Xây dựng ma trận động cứng và vector ngoại lực

 Chuyển vị của các nút là nghiệm của hệ phương trình tuyếntính

FEM (Finite Element Method)

FEA (Finite Element Analysis)

Các phần mềm trong ngành XD

1. Phần mềm về Kiến trúc - Quy hoạch

2. Phần mềm tính toán kết cấu

3. Các phần mềm khác

Phần mềm về Kiến trúc - Quy hoạch

1. Các phần mềm của hãng CSI

 CSI Sap200 : Tính toán kết cấu phức hợp

 CSI Col : Tính toán cột

 CSI Etabs : Tính toán nhà cao tầng

 CSI Safe : Tính toán bản sàn

 CSI Section Builder : Thiết lập các loại tiết diện

2. Phần mềm Staad Pro

 Staad Pro có khả năng rất mạnh trong phân tích và thiết kế các cấu kiện với nhiều dạng kết cấu khác nhau (hệ khung phẳng, khung không gian, kết cấu sàn vách ) chịu nhiều dạng tải trọng khác nhau (tải trọng bản thân,gió, tải trọng động và tải trọng động đất)

 PM của hãng AutoDesk

 Mô hình hóa, và phân tích kết cấu

 Thiết kế thiếp theo hơn 30 tiêu chuẩn thiết kế thép và 40 tiêu chuẩn thiết kế

bê tông cốt thép

 Khả năng : tính móng, tính sàn dầm cột, tính xi lô bể chứa, tính kết cấu thép xuất ra thuyết minh, bản vẽ

4. Phần mềm Ansys

 Phần mềm sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính ra chuyển vị, nộilực và biến dạng

của vật liệu

1. GEO-SLOPE

1. ACITT

Chương 2 : Các khái niệm cơ bản

GV TS : Trần Anh Bình

(1) Bộ môn Tin học Xây dựng, Khoa Công Nghệ Thông Tin, Trường Dại học Xây dựng, Phòng 423, Nhà A1, Số 55 đường Giải Phóng, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội.

I Sơ đồ kết cấu - Sơ đồ tính

1 Nút (Joint)

Khai báo nút trong SAP

 Các nút được tự động sinh ra khi tạo

phân tử

 Số hiệu (label) nút được gán tự động

 Có thể thêm các nút tại các vị trí bất

kỳ

 Hệ toạ độ cho nút có thể lấy mặc định

theo hệ toạ độ tổng thể (globalcoordinate system) hoặc hệ toạ độriêng (local coordinate system) củanút

1 Nút (Joint)

Một số đối tượng khác liên quan đến nút

 Lực tập trung tại nút (Joint Load)

 Khối lượng tập trung tại nút (Mass)

 Mẫu tải trọng tại nút (Joints Pattern)

Các kết quả phân tích nút

 Các chuyển vị tại nút

 Các phản lực tại nút

 Các lực liên kết tại nút

Một số đặc điểm của PT Thanh

 Hệ tọa độ địa phương : Trục 1 (đỏ) theo trục

thanh từ i đến j, trục 2 (trắng), 3 (xanh) tuântheo qui tắc bàn tay phải

 Góc toạ độ phần tử

 Trật tự vẽ từ trái sang phải, dưói lên trên

 Liên kết tại các nút (Release, Rigid)

 Các đặc trưng hình học

A Phần tử Frame

Các loại tải trọng tác dụng lên PT thanh

Nội lực của phần tử thanh

 6 thành phần : P, V1, V2, T, M22, M33 đối với bài toán 3D

 3 thành phần : P, V2, M33 đối với bài toán 2D

A Phần tử Frame

Khái niệm : phần tử shell có 3 đến 4 nút

 Membrane : phần tử màng chỉ chịu kéo

(nén), chuyển vị trong mặt phẳng & xoayquanh trục vuông góc với mặt phẳng PT

Thường dùng để mô mình hóa các mái vòm bêtông

 Plate : phần tử tấm, chỉ chịu uốn (2 chiều

trong mặt phẳng & ngài mặt phẳng), chuyển vịtheo phương vuông góc với mặt phẳng

 Shell : phần tử tấm không gian có thể chịu cả

kéo(nén) hoặc uốn Thường được áp dụng để

mô hình hóa các bản sàn

B Phần tử vỏ, tấm (Shell, Area)

Phân loại :

Các đặc trưng của phần tử shell

 Áp lực nước lên thành bể nước

 Áp lực đất lên tường chắn

B Phần tử vỏ, tấm (Shell)

Nội lực, ứng suất :

 Có các nội lực trong mặt

phẳng F11, F12, F22 Lực cắtV13, V23 và mô men uốnM11, M12, M22

 Kết quả ứng suất là như nhau

cho cả thớ trên, thớ dưới củaphần tử

B Phần tử vỏ, tấm (Shell)

 Phần tử Solid có 8 nút, dùng cho các kết cấu khối chịu tải trọng 3chiều

D Phần tử khối 3D (solid )

 Là liên kết tuyệt đối cứng

 Đặc điểm :

có các thành phần phản lực của nút đó

bị biến hình, chương trình sẽ thông báo "Structure to be unstable "

 Ứng dụng : Mô hình hóa các kiểu liên kết nối đất của kết cấu

A Liên kết Restraints

A Liên kết Restraints

A Liên kết Restraints

 Là liên kết tại giao điểm của các phần tử.

 Liên kết Release mặc định là liên kết cứng Tuy nhiên ta cũng cóthể giải phóng liên kết thành liên kết khớp, liên kết đàn hồi,

B Liên kết Release

Đặc điểm :

 Cũng có các thành phần chuyển vị :

 Độ cứng của gối liên kết có giá trị hữu hạn

 Giá trị CV của LK phụ thuộc vào gối đàn hồi

 Phản lực của gối là phản lực đàn hồi

 Gối đàn hồi ũng có thể chịu các chuyển vị cưỡng bức Khi đóphản lực đàn hồi bằng tổng phản lực của 2 chuyển vị

C Liên kết đàn hồi Spring

 Khái niệm : Constraint dùng để ràng buộc chuyển vị của một sốđiểm trong mô hình kết cấu

 Các kiểu Constraints : Body, Plan, Diaphragm

 Diaphragm :

 Rằng buộc chuyển vị theo một mặt phẳng Tất cả các điểmđược gắn cùng một Diaphragm đều có một chuyển vị mặtphẳng là như nhau

 Diaphragm thường được sử dụng để mô hình hóa kết cấu cósàn tuyệt đối cứng

D Ràng buộc chuyển vị Constraints

D Ràng buộc chuyển vị Constraints

5 Hệ toạ độ (coordinate system)

 Hệ toạ độ tổng thể (global coordinate system) có thể là hệ toạ độ Decac (ký hiệu X, Y, Z ) hoặc hệ toạ độ trụ (Z, R,  )

 Hệ toạ độ riêng (Local coordinate system) ký hiệu 1, 2, 3 cho các loại phần tử (trừ phần tử Solid theo hệ toạ độ tổng thể)

5 Tổ hợp tải trọng (load combination)

 Tổ hợp cơ bản 1

 Tổ hợp cở bản 2

 Tổ hơp đặc biệt

5 Giới thiệu về giao diện SAP

 Thanh Menu

 Toolbar

 Thanh Status

Thiết lập sơ đồ kết cấu

1 Xác định đơn vị tính (unit system)

2 Thiết lập hệ lưới hoặc chọn thư viện mẫu (template).

3 Khai báo vật liệu (define materials).

4 Khai báo các đặc trưng hình học (define section, shell, …)

5 Vẽ hoặc (draw) hoặc nhập (Import) sơ đồ hình học.

6 Khai báo các loại liên kết (release, contraints, restraints, springs,…)

7 Gán (assign) các đặc trưng tiết diện cho phần tử tính.

8 Khai báo các trường hợp tải trọng (Define load cases).

9 Khai báo các tổ hợp tải trọng cần tính (Define load combination).

10 Gán tải trọng cho phần tử cho từng trường hợp tải trọng (assign load): Tải trọng bản thân, TT nút, TT tập trung, phân bố, TT phân bố không đều

Phân tích kết cấu (Analysis):

1 Chọn kiểu kết cấu (dàn, khung, vỏ )

2 Khai báo một số tham số cần thiết (tham số để tính, in ấn kết quả hoặc tham số động )

Chương 3 : Kết cấu hệ thanh

I Thiết lập mô hình tính toán

1 Thiết lập sơ đồ hình học

 Tạo lưới

 Chỉnh sửa lưới

Từ hệ lươi phụ trợ

2 Khai báo vật liệu, tiết diện

2.1 Khai báo vật liệu

BẢNG CHUYỂN ĐỔI CƯỜNG ĐỘ, MÁC BÊ TÔNG GIỮA CÁC TIÊU CHUẨN VIỆT NAM, ANH, MỸ

2.2 Khai báo tiết diện

 Lấy từ thư viện mẫu trong SAP (các loại thép hình theo các chuẩn khác nhau)

 Lấy tử chương trình Section Builder

 Tiết diện định nghĩa trong Sap

Chú ý :

 Khi khai báo tiết diện nên sử dụng ký tự đầu đặc trưng cho tiết diện

Ví dụ : C30x40 (tiết diện cột 300x300 CD60 (cột tròn đường kính600) D20x40 (Dầm tiết diện 20x40cm)

 Sap tự động tính các đặc trưng tiết diện cho tiết diện khai báo

Một số tiết diện có sẵn trong Sap2000, ETABS

CSI Section Builder

Phần mềm tạo ra các mặt cắt tiết diện : mặt

cắt bê tông, thép hoặc vật liệu tổ hợp cho

Frame elements

3 Vẽ sơ đồ hình học

3.1 Giới thiệu về các thanh công cụ vẽ

 Trong menu Draw

 Phương pháp vẽ phần tử (4 phương pháp)

3.2 Gán tiết diện

 Phương pháp : Chọn thanh  AssignFrame

 Section  chọn tiết diện cần gán

 Phương pháp : Chọn phần tử cần biến đổi  chọn phép biến đổi.

 Các phương pháp chọn và hủy chọn : Intersecting line

 Một số cách biến đổi : Copy, Del, Move, Devide, Joint, Change label

 Set 3D view

 Set 2D view

 Set limits

 Di chuyển các dòng lưới : hiện từng mặt phẳng

 Xem các tham số : tên nút, thanh, trục, tiết diện

 Zoom, refresh, Pan, Hide/show grid line, …

 Set Display option

 Hiện thông tin chi tiết về phần tử.

 Chọn các nút cần gán liên kết nối đất

Restraint, chọn loại liên kết cần gán

 Tĩnh tải (Dead load)

 Hoạt tải (Live load)

 Tải trọng gió (Wind load)

 Tải trọng động đất (Quake load)Các loại tải trọng :

Cách khai báo

Menu Define  Load CaseChú ý :

 Hệ số Selft Weight chỉ khai báo trong một trường hợp tải trọng

 Ví dụ : Khai báo 4 trường hợp tải trọng như sau :

 Chọn các phần tử cần gán (chú ý đơn vị)

 Chọn loại tải trọng cần gán, khi gán chú ý :

 Kiểm tra loại tải trọng

 Kiểm tra hướng tải trọng (theo trục nào của global hay Local)

 Kiểm tra trạng thái gán trong check box (add, replace hay delete)

 Kiểm tra trường hợp của tải trọng đang gán

 Đưa vào giá trị của tải trọng

6 Gán tải trọng

Các bước thực hiện

 Phương pháp : Chọn phần tử cần gán Assign  Frame load

Distributed)

 Chọn trường hợp tải

 Đưa giá trị vào trong ô Uniform Load

6.1 Tải trọng phân bố đều trên phần tử

 Chọn phần tử cần gán Assign  Frame load  Trapezoidal

 Chọn trường hợp tải cần gán

 Khi vào giá trị cho các khoảng cách có hai cách :

 Chọn Relative Distance from end I : thì các giá trị này là tỉ lệ củakhoảng cách tính từ điểm đặt lực đến đầu thanh /chiều dài cả thanh

 Chọn Absolute : là giá trị thực của độ dài điểm đặt lực đến đầu thanh

6.2 Tải trọng phân bố không đều trên phần tử

Phương pháp :

Xem tải trọng đã gán

 Display  Show load  Frame

 Chọn trường hợp tải cần xem

 Kết hợp với các phương pháp xem mô hình kết cấu đã nói ở trên

6.2 Tải trọng phân bố không đều trên phần tử

6.2 Tải trọng phân bố không đều trên phần tử

 Chọn phần tử Assign  Frame Static load  Point …

 Chọn trường hợp tải trọng (Load Case Name)

 Chọn loại (momen hay lực), và hướng của tải trọng

 Nhập vào khoảng cách và độ lớn của lực

6.3 Tải trọng tập trung trên phần tử

Phương pháp :

Xem tải trọng đã gán

 Display  Show load  Frame

 Chọn trường hợp tải cần xem

 Kết hợp với các phương pháp xem mô hình kết cấu đã nói ở trên

 Chọn phần tử Assign  Frame load  Joint

 Chọn trường hợp tải trọng (Load Case Name)

 Nhập vào độ lớn của lực và hướng của tải trọng

(Chú ý: phân biệt Lực và Momen)

6.3 Tải trọng tập trung tại nút

Phương pháp :

Xem tải trọng đã gán

 Display  Show load Joint

 Chọn trường hợp tải cần xem

 Kết hợp với các phương pháp xem mô hình kết cấu đã nói ở trên

 Chọn phần tử.menu Assignframe\Cable\Tendon LoadTemperature

 Temperature : nhiệt độ gây biến dạng dọc trục

 Temperature Gradient 2-2 (gây biến dạng uốn trong mp (1-2))

 Tải trọng nhiệt thay đổi theo Joint Pattern

6.4 Tải trọng nhiệt

Phân loại : Tải trọng nhiệt gây biến dạng dọc trục và biến dạng uốn

Phương pháp khai báo

Ghi chú : Temperature Gradient là sự thay đổi nhiệt độ trên theo chiều dàycủa phần tử, nó có giá trị dương nếu nhiệt độ giảm một cách tuyến tính theo chiều dương của trục tọa độ địa phương Gradient có giá trị zero tại trục trung hòa, do vậy nó sẽ không gây ra biến dạng dọc trục trong phần tử

6.4 Tải trọng nhiệt

P=Ax+By+Cz

 menu Define  Load combination

7 Tổ hợp tải trọng

Phương pháp khai báo

Các kiểu tổ hợp (Type)

 Add : tổ hợp theo PP cộng từng thành phần của tổ hợp

 Enve : Tính tổ hợp bao nội lực

 SRSS: Căn của tổng bình phương các trường hợp tải trọng

 ABS : Tổng trị tuyệt đối của các trường hợp tải

 Trước khi hoàn cần kiểm tra lại sơ đồ hình học Các liên kết nối đất đểkhẳng định hệ không biến hình Hiện sơ đồ tính toán theo từng loại tiếtdiện để đảm bảo tiết diện gán cho thanh là chuẩn

8 Kiểm tra mô hình

8.1 Sơ đồ hình học

8.2 Tải trọng

 Kiểm tra lại tải trọng trong từng trường hợp tải trọng

 Menu Display  show load  Joint, Frame,…

 Khai báo khung phẳng, khung không gian

(Analyze  analysis options)

 Khai báo các giá trị nếu cần tính tần số dao động

II Tính toán

1 Khai báo kết cấu

2 Phân tích kết cấu

 Các loại phân tích :

 Phân tích tĩnh : chỉ chịu tải trọng tĩnh

 Tính dao động riêng : khai báo Mode shape

 Phân tích P-Delta: bài toán ổn định (chọn P-Delta)

 Các kiểu phân tích được thực hiện một lần có thể in riêng hoặc tổ hợpvới nhau

 Đồ hoạ (các biểu đồ, hình vẽ )

 Qua các bảng chữa dữ liệu theo dạng Text hoặc cấu trúc dựa trêncác cơ sở dữ liệu của Excel, Access

III Xem kết quả

Kết quả của SAP2000 có thể xem bằng :

1 Trên đồ họa

 Display  Undeformation Shape

Xem sơ đồ hình học

 Display  Show Load Assign

Xem sơ đồ tải trọng

Xem biểu đồ chuyển vị

 Display  Show deformed Shape

 Chọn kiểu hiện : (đối với Sap phiên bản trước 9.0)

 Wire : Hiện sơ đồ KC (mờ)và dạng chuyển vị

 Cubic : Chỉ hiện dạng chuyển vị

Hiện biểu đồ nội lực

Xem trên tệp văn bản và các cơ sở dữ liệu khác

 Đồ hoạ (các biểu đồ, hình vẽ )

 Qua các bảng chữa dữ liệu theo dạng Text hoặc cấu trúc dựa trêncác cơ sở dữ liệu của Excel, Access

III Xem kết quả

Kết quả của SAP2000 có thể xem bằng :

1 Trên đồ họa

 Display  Undeformation Shape

Xem sơ đồ hình học

 Display  Show Load Assign

Xem sơ đồ tải trọng

2 Xem trên tệp văn bản và các cơ sở dữ liệu khác

 File  Print Output Table

q

P P P P P P

Be Tong mac 250

I Thiết lập mô hình tính toán

1 Định nghĩa

2 Khai báo tiết diện

Kiểu phần tử :

 Plane - Phần tử kiểu biến dạng phẳng hoặc ứng suất phẳng

 Axisymmetric - Phần tử đối xứng trục

Kiểu phần tử Area

 Membrane - phần tử màng, chỉ chịu kéo hoặc nén

 Plate - Phần tử tấm, chỉ chịu uốn trong mặt phẳng

 Shell - Phần tử vỏ, chịu uốn,kéo hoặc nén

Chú ý :

 So sánh hai khung đơn giản với sàn không đựơc chia nhỏ và sàn được chia nhỏ

 Tỉ lệ chia hợp lý là 4x4 đảm bảo tốc độ tính toán đối với các công trình phứctạp và đảm bảo sự tương đối chính xác của kết quả tính toán

 Tải trọng phân bố đều trên diện tích Assign>Area Loads>Uniform : (Uniform ):

 Tải trọng Gravity

 Tải trọng tập trung trên nút

 Tải trọng nhiệt do sự thay đổi nhiệt độ của thớ trên và thớ dưới phần tử

 Tải trọng áp lực Assign>Area Loads> Surface Pressure

5 Ràng buộc chuyển vị (contraints)

Mô hình Diaphram

Công trình bê tông : sàn tuyệt đối cứng Chuyển vị của các điểm trên mặt sàntheo phương ngang là như nhau

Mô hình Body contraint

Mô hình Plate Contraint

5.1 Frame Subdivide

Sự truyền tải trọng từ sàn vào dầm biên

Nội lực và ứng suất

Ứng suất của phần tử shell, đơn vị là lực/ đơn vị diện tích :

– In- plane direct stresses: 11 and 22 (S11 and S22)

– In- plane shear stress: 12 (S12)

– Transverse shear stresses: 13 (S13) and 23 (S23)

– Transverse direct stress: 33(S33) (always as sumed to be zero) Nội lực của phần tử shell nhận được từ việc tích phân ứng suất dọc theo chiều bề dày phần tử

gồm :

– Membrane direct forces: F11 and F22

– Membrane shear force: F12

– Plate bending moments: M11 and M22

– Plate twisting moment: M12

– Plate transverse shear forces: V13 and V23