ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PCACOULUMN KIỂM TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA TRỤ

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PCACOULUMN KIỂM TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA TRỤ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PCACOULUMN KIỂM TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA TRỤ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PCACOULUMN KIỂM TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA TRỤ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PCACOULUMN KIỂM TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA TRỤ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PCACOULUMN KIỂM TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA TRỤ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PCACOULUMN KIỂM TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA TRỤ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PCACOULUMN KIỂM TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA TRỤ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PCACOULUMN KIỂM TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA TRỤ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PCACOULUMN KIỂM TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA TRỤ

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PCA-COULUMN KIỂM TOÁN

SỨC CHỊU TẢI CỦA TRỤ

1 Giới thiệu

Phần mềm PCA là phần mềm dùng để kiểm toán khả chịu lực tiết diện của cột

kiểm toán khả năng chịu lực của trụ cầu Trong PCA người dùng có thể thiết lập

các dạng mặt cắt khác nhau như mặt cắt chữ nhật , mặt cắt hình tròn, những dạng

mặt cắt đặc biệt khác bằng cách khai báo hệ tọa độ các vật liệu trong PCA cho

phép khai báo là bê tông và thép Ngoài ra người dùng có thể kiểm toán theo các

trạng thái giới hạn khác nhau với các tổ hợp tải trọng khác nhau phần mềm này

thiết kế dựa trên tiêu chuẩn ACI Building Code Requirements for Structural

Concrete (ACI 318-02)

Phần mềm PCA là phần mềm được thiết kế bởi công ty StructurePoint chuyên

thiết kế những phần mềm ứng dụng tính toán kết cấu và nhóm kĩ sư phần mềm của

hiệp hội xi măng Portland nước MĨ ( pcaStructurePoint and the Engineering

Software Group of the Portland Cement Association.)

2 Phương pháp tính

Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép là yếu tố cơ bản đảm bảo sự làm việc

chung của hai loại vật liệu Cốt thép và bê tông cùng biến dạng với nhau và có sự

truyền lực qua lại giữa chúng

Biến dạng bê tông trong bê tông cốt thép theo trục tọa độ

Biến dạng lớn nhất trong bê tông là 0.003

Theo tiêu chuẩn ACI ứng suất nén lớn nhất là fc là 0.85fc’theo CSA fc được tính

như sau

fc=(0.85-0.0025fc’)fc’>0.67fc’ fc’ tính theo Mpa

TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52

II, Hướng dẫn sử dụng PCA

Trong tab General information:

*Điền đầy đủ thông tin vào trong các ô:

- Project: tên chương trình cần tính toán

- Column: tên cột

- Engineer: Tên kỹ sư thiết kế

*Tiếp đến tích vào ô để lựa chọn các hệ tọa độ:

+Trong unit ta lựa chọn 1 trong 2 toạ độ

- English: theo đơn vị của Anh

- Metric: theo đơn vị tiêu chuẩn

+Trong run axis ta lựa chọn hệ trục toạ độ để

tính toán gồm:

- About X-axis: theo trục X

- About Y-axis: theo trục Y

- Biaxial : theo cả 2 trục X-Y

Trong bảng lựa chọn chế độ chạy run opotion ta lựa chọn

- Investigation: Theo máy tính toán

- Design : Theo sự thiết kế của ta

Bước 1: Khai báo hệ trục tọa độ:

Vào Input > General > Information xuất hiện hộp thoại

Bước 2: Khai báo vật liệu

Input > Material properties xuất hiện hộp thoại

*Khai báo các chỉ tiêu của Concrete

( Betong) trong cột cần tính toán gồm:

-Strength, f’c: Cường độ chịu nén

- Elasticity, Ec : Modul đàn hồi

- Max stress, fc: Ứng suất lớn nhất

- Strength, fy: cường độ chịu kéo

- Elasticity, Ey: Modul đàn hồi của thép

Nhấn OK để chấp nhận các số liệu đã nhập

TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52

Bước 3: Khai báo tiết diện ngang của cột:

input > section

Xuất hiện các loại tiết diện để chọn như sau:

Rectangular: Hình chữ nhật

Circular : Hình tròn

Irregular :Tự tạo tiết diện

Bước 4: Khai báo cốt thép

input > reinforcement

Xuất hiện các lựa chọn gồm:

Xuất hiện các lựa chọn gồm:

-All Sides Equal… : Khai báo theo cột tròn hoặc vuông

-Equal Spacing… : Khai báo lớp bảo vệ

-Sides Different… : Khai báo các vị trí khác nhau của thép

-Irregular Pattern…: Khai báo theo tọa độ cốt thép

-Confinement… : Khai báo cốt đai

4.1: Khai báo cốt thép theo mặt cắt định

Hình:

No, of bars: Số thanh thép chủ

Bar size : Kích thước của thép chủ

Clear cover : Lớp bảo vệ

Trong phần bar layout: Loại tiết diện thanh thép

Rectangular: Hình chữ nhật

Circular : Hình tròn

4.2: Equal Spacing: Khai báo theo khoảng cách thanh thép

No, of bars : Số thanh thép chủ

Bar size : Kích thước của thép chủ

Clear cover : Lớp bảo vệ

4.3: Sides Diffirent: Khai báo theo vị trí khác nhau đã mặc định sẵn

No, of bar : điền vị trí của các thanh thép tại các vị trí tương đối đã mặc

định sẵn: Top (trên), Bottom ( dưới), Left (trái) , Right (phải)

Tương tự thực hiện với kích thước các thanh thép ở ô (bar size) và bề dày

lớp bảo vệ

TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52

4.4: Khai báo nhiều tọa độ theo mẫu có sẵn

Irregular Reinforcement Pattern

Area : Nhập diện tích cốt thép

X-Coord : tọa độ X

Y-Coord : tọa độ Y

sau đó ta nhấn Insert để thêm

Đối tượng thép vào

4.5: Khai báo cốt đai (Confinement)

Trong đó:

Confinement : Kiểu cốt đai

Tie Sizes : Ta nhập kích thước cốt đai

Bước 5: Khai báo tải trọng

Input > Loads

Xuất hiện các loại lực để chọn

Bước 6: chọn tiêu chuẩn tính toán

Opotion > Rebar Database

TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52

Trong Bar Set : ta chọn ASTM A615M

Để máy tính theo tiêu chuẩn ASSHTO

Bước 7: Chạy chương trình

Vào Slove > Execute hoặc nhấn phím F5 để chạy chương trình

MỘT VÀI VÍ DỤ TÍNH TOÁN KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI

CỦA CỘT

1.Kiểm tra khả năng chịu lực của cột:

Ví dụ 1

Cho cột tĩnh định có tiết diện như hình vẽ

vật liệu:Bêtông B25;Cốt thép AII;chiều dài tính toán l0 = 4m;η=1

30

N=1000KN My=100KNm

2Ø20 2Ø28

30 500

• Hàm lượng cốt thép: 0 0093

2 0

00186

4 75 , 0

1 1

P P

M e

Cốt thép chịu nén theo phương x: Ast = φ28+φ20=930mm2=0.00093(m2)

 sức kháng dọc trục theo phương x không lớn hơn giá trị sau

M e

Cốt thép chịu nén theo phương y: Ast = 2φ28=1232mm2=0.001232(m2)

 sức kháng dọc trục theo phương y không lớn hơn giá trị sau :

• =>

4 0

10 7034 , 5 88 , 2962

1 82

, 2235

1 15

, 2171

1 1

1 1

×

=

− +

=

− +

=

P P

P

Prxy rx ry ϕ

=> Prxy = 1753,4(KN) > Pu = 1000KN

vậy cột đủ khả năng chịu lực

B Kiểm tra lại bẳng phần mềm PCA column:

Vào giao diện của phần mềm PCA rồi thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: khai báo chung: chọn input - > general information ,

Sau đó điền các thông số như hình vẽ sau :

Trong đó đơn vị để hệ met (unit – metric) tiêu chuẩn :design code:ACI318-02

bước 2:khai báo vật liệu:input-material properties : sau đó điền các thông số

vật liệu:bêtông và thép

TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52

ớc 3: - Khai báo tiết diện cột:input >section>rectangular:

width=500mm;depth=400mm

Khai báo thép :input>reforcement> irregular pattern:

Điền toạ độ và diện tích thép

Bước 4: khai báo nội lực tác dụng lên mặt cắt cột:

Input>loads>factored: N=1000KN;Mx=20KNm;My=100KNm

Bư

ớc 5: Tiến hành phân tích bài toán: nhấn phím F5

- Kiểm tra khả năng chịu lực dọc P=1000KN

Vào view- chọn Mx-My diagram

Vào mục design axial load điền giá trị P=1000KN—ok để có biểu đồ và kiểm

tra khả năng chịu lực P1 của trụ

1

TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52

- Kiểm tra khả năng chịu mômen uốn theo phương x và y

Vào view - chọn P-M diagram chọn moment sau đó điền giá trị Mx=20KNm

và My=100KNm

Ok để xuất ra biểu đồ tương tác giữa lực dọc và mômen

P ( kN)

M (79°) (kN-m) 2000

-600

180 -180

Nhìn vào hai biểu đồ ta thấy cột đủ chịu lực vậy tính theo tiêu chuẩn 272-05 và sử

dụng phần mềm PCA đều cho kết quả là cột đủ chịu lực

=

=

b = 30 cm, h = 50cm ho=50-5 = 45cm

Zs=40

2 2

3 16 6.03 ' 3 30 21.21

φ φ

145 3040.5

Phần kiểm tra thể hiện trên phần mềm

Khai báo vật liệu

Khai báo tải trọng

TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52

Kết quả Lực dọc

TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52

Kết luận :

Cột chịu được tải trọng tính toán theo lý thuyết

MÔ HÌNH HÓA VÀ KIỂM TRA TRỤ CHỊU NÉN UỐN BẲNG PCA

I ĐỀ BÀI:

:Mặt cắt và cách bố trí thép trong thân trụ như sau

-Tiêu chuẩn thiết kế : 22TCN -272-05/AASHTO LRFD/ACI-318

- Phần mềm thiết kế : PCA column

4 Tải trọng:

Tại đỉnh trụ theo trạng thái giới hạn cường độ 1 Tổ hợp 1 Tổ hợp 2

- Lực nén (KN) P= 300 900

- Mômen uốn theo phương ngang cầu (KNm): Mx = 500 300

- Mômen uốn theo phương dọc cầu (KNm): My = 200 500

5.Vật liệu:

a.Bêtông

- Cường độ chịu nén quy định ở tuổi 28 ngày : f’c = 30MPa

- Môdun đàn hồi :Ec = 27691 MPa

b Thép : (chỉ khai báo cốt dọc tham gia chịu nén dọc trục và uốn)

TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52

Cốt dọc có cường độ chảy : Fy = 400 MPa

Môdun đàn hồi : Es = 200000 MPa

II Trình tự thực hiện với phần mềm PCA

A.Tạo các dữ liệu đầu vào:

1.Tiết diện thân trụ:

Dựa vào mặt cắt bêtông ta thấy hình dạng là solid track ,chia đường bao trên biên

của tiết diện thành nhiều điểm sau đó tính toán tính toán từng toạ độ (x,y) của mỗi

điểm trên excel sau đó lưu lại dưới dạng file text như sau:

2 Toạ độ thép bố trí

Dựa vào cách bố trí thép và kích thước mặt cắt trụ ta biết đc toạ độ của các thanh

cốt chủ và diện tích mặt cắt thép của từng thanh cốt chủ => từ đó ta nhập diện tích

của từng thanh cốt chủ và toạ độ của từng thanh vào excel rồi lưu lại dưới dạng

file text như sau:

3, Thành phần ngoại lực theo trạng thái cường độ 1

tạo file text như hình vẽ :

TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52

B .Mở trương trình PCA column và bắt đầu làm việc với giao diện của

chương trình PCA column

Bước 1: khai báo chung: chọn input - > general information ,Sau đó điền các

thông số như hình vẽ sau :

Trong đó đơn vị để hệ met (unit – metric) tiêu chuẩn :design code:ACI318-02

bước 2:khai báo vật liệu:input-material properties : sau đó điền các thông số

vật liệu:bêtông và thép

TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52

Bước 3: nhập các dữ liệu về mặt cắt ngang của thân trụ;bố trí cốt thép và khai báo

tải trọng tác dụng lên trụ

dựa vào số liệu đầu vào đã khái báo dưới 1 file text ở trên

vào file-import rồi vào từng mục:import data :

- geometry :import file text đã tạo về mặt cắt trụ

- reinforment:import file text đã tạo về bố trí cốt thép

- factored loads: import file text đã tạo về ngoại lực tác dụng

Bước 4: để máy tiến hành phân tích bài toán nhấn phím F5

sẽ ra giao diện sau:

Tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của cột

dựa trên nguyên tắc: điểm chấm trên biểu đồ nếu nằm trong vùng đường bao về

khả năng chịu lực thì có nghĩa là cột đủ chịu lực còn nếu điểm chấm đỏ nằm

- Kiểm tra khả năng chịu lực dọc theo tổ hợp 1:P1=300KN ;tổ hợp

2:P2=900KN

Vào view- chọn Mx-My diagram

Vào mục design axial load điền giá trị P1=300KN—ok để có biểu đồ và kiểm

tra khả năng chịu lực P1 của trụ

Tương tự điền giá trị P2=900KN và kiểm tra khả năng chịu lực P2 của trụ

- Kiểm tra khả năng chịu mômen uốn theo phương x và y

Vào view - chọn P-M diagram chọn moment sau đó điền giá trị Mx và My

Ok để xuất ra biểu đồ tương tác giữa lực dọc và mômen

TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52

=>từ biểu đồ kết luận về khả năng chịu lực của trụ

với đề bài đã cho sau khi mô hình hoá và để chương trình phân tích ta rút ra kết

luân

với hai tổ hợp tải trọng đã cho thì cột đủ khả năng chịu lực