22 phan mem sap2000

phan mem sap2000 phan mem sap2000 phan mem sap2000 phan mem sap2000 phan mem sap2000 phan mem sap2000 phan mem sap2000 phan mem sap2000 phan mem sap2000 phan mem sap2000 phan mem sap2000 phan mem sap2000 phan mem sap2000 phan mem sap2000 phan mem sap2000 phan mem sap2000

Các chương trình này là kết quả công trình nghiên cứu trong 25 năm do giáo sư Edward L Wilson đứng đầu thực hiện tại trường đại học Berkeley ở California

SAP là tên đặt cho phiên bản đầu tiên ra đời 1970 của chương trình SAP Trong nhiều năm sau đó,cùng với sự phát triển và hoàn thiện của các công thức phần tử hữu hạn và kỹ thuật giải các nghiệm số đã ra đời một loạt các chương trình SAP chạy trên máy tính lớn là: SOLIDSAP, SAP3, và cuối cùng là SAPIV

Kể từ lần ra đời đầu tiên, các chương trình SAP đã được sử dụng bởi hàng trăm hãng xây dựng và nhiều hãng đã chi hàng triệu đô la cho việc cải biên các phiên bản của chương trình cho phù hợp với các nhu cầu cụ thể

Rất nhiều chương trình có sẵn được bán trên thị trường dùng các chương trình phân tích kết cấu dựa trên các phần tử hữu hạn và phương pháp số phát triển trên nền tảng của SAP

Chương trình SAPIV đã ra đời gần 20 năm nay và nó là một đỉnh cao vào thời đó Từ những ưu điểm chính của SAPIV là thực hiện trong trường giải tích số,cơ kết cấu và kỹ nghệ tính toán chạy trên các máy tính lớn Những ưu điểm này dẫn tới ra đời SAP 80 - chương trình phân tích kết cấu đầu tiên chạy trên máy vi tính giải các bài toán tuyến tính

và sau đó là sự ra đời của SAP90 tính cho cả bài toán tuyến tính và phi tuyến

2 Chương trình SAP90

SAP90 giới thiệu công nghệ mới được viết bởi chính tác giả của một loạt các chương trình SAP Chương trình này không phải là một cải biên hoặc chuyển thể của SAP4 Các công thức cho phần tử, cách giải phương trình và giải nghiệm riêng là hoàn toàn mới

SAP90 là đại diện cho thời đại, cho công nghệ tin học hiện đại của thời nay Chương trình luôn được phát triển theo một cấu trúc không đổi trong nhiều năm

ứng dụng Tin học trong Thiết kế xây dựng

86

Sự phát triển của chương trình được thực hiện trong môi trường của các chương trình con của FORTRAN 77 , chúng bảo đảm sự ổn định của phần mềm từ các máy tính cá nhân nhỏ đến các máy tính lớn SAP90 được thiết kế chạy tốt cho các máy tính cá nhân, máy tính mini và máy tính lớn

SAP90 là một bộ chương trình phân tích kết cấu dựa trên hệ thống máy tính dùng hệ điều hành MS-DOS Bộ chương trình bao gồm :

ã Chương trình kiểm tra phân tích kết cấu của SAP 90

ã Chỉ dẫn cài đặt cho SAP90 / ETAB /SAFE Kèm theo mỗi chương trình có tài liệu hướng dẫn cách sử dụng chi tiết

Chương trình SAP90 thiết kế dùng trên các máy vi tính sử dụng hệ điều hành MS-DOS,

có bộ nhớ tối thiểu 640 Kb và đĩa cứng 30 Mb, có khả năng giải các bài toán với 4000 nút hoặc 8000 phương trình Còn với ổ đĩa cứng có khả năng lớn hơn, với phiên bản sử dụng

bộ nhớ mở rộng trên 640 Kb , có thể giải các bài toán rất lớn (về lý thuyết là vô hạn ) Tất cả các toán tử số học được thực hiện theo độ chính xác gấp đôi- 64 bit

Chương trình có thể giải các bài toán tĩnh và động với nhiều dạng tải trọng khác nhau Đối với tải trọng tĩnh bao gồm : các tải trọng thông thường như tải trọng tập trung (tại nút và trên phần tử) , tải trọng phân bố ( phân bố đều hoặc có dạng gãy khúc), trọng lượng bản thân, tải trọng do nhiệt độ, ứng suất trước, tải trọng do áp lực nước hoặc đất , do chuyển vị cưỡng bức tại các gối tựa hoặc trên phần tử Đối với tải trọng động gồm các tải trọng có dao động điều hòa, tải trọng dưới dạng phổ phản ứng gia tốc nền, tải trọng thay đổi theo thời gian hoặc gia tốc nền Đối với các kết cấu cầu có thể tính với tải trọng di động Các liên kết nối đất của nút có thể là liên kết cứng hoặc liên kết đàn hồi

Trong kết quả của bài toán tĩnh và động đều có thể tổ hợp nội lực, tính các đường bao Có thể tính các dao động riêng hoặc dao động cưỡng bức của kết cấu, phân tích được cả bài toán tuyến tính và phi tuyến

Kết quả đưa ra của SAP90 cho dưới dạng các giá trị số và đồ họa :

- Kết quả bằng số : SAP90 cho các giá trị nội lực trên các phần tử ( theo các mặt cắt lựa chọn), ứng suất của phần tử ( đối với các phần tử SHELL, ASOLID, SOLID), chuyển vị

Phần II- Phần mềm SAP2000 87của các nút, lực nút, phản lực gối tựa, của từng trường hợp tải trọng hoặc tổ hợp tải trọng Trong bài toán động có thể cho kết quả của chuyển vị, tần số , chu kỳ của từng dạng dao động hoặc dao động tổng cộng Các kết quả được chuyển vào các file dạng text và in ra một cách dễ dàng qua DOS hoặc các chương trình tiện ích khác

- Kết qủa bằng đồ họa : SAP90 cho các hình vẽ về sơ đồ hình học của kết cấu khi chưa biến dạng hoặc sơ đồ biến dạng do tác dụng của tải trọng (có thể hiện cả số nút, thanh, liên kết, hệ tọa độ riêng ), các sơ đồ kết cấu chịu tải trọng trên nút hoặc phần

tử, các biểu đồ nội lực, các dạng dao động, đường ảnh hưởng ; các hàm tải trọng theo thời gian, các hàm phổ,các hàm dao động của các nút hoặc phần tử theo thời gian Các hình vẽ này có thể được in ra trên các máy in thông thường hoặc chuyển vào các tệp dạng DXF của AUTOCAD

Chương trình dùng thư viện các phần tử hữu hạn gồm : phần tử FRAME (phần tử thanh không gian) ; phần tử SHELL (phần tử vỏ ba chiều); phần tử ASOLID (phần tử khối hai chiều) ; và phần tử SOLID (phần tử khối ba chiều)

Dữ liệu đưa vào của sơ đồ kết cấu có thể viết theo một danh sách với format tự do dạng text của các khối dữ liệu bằng một hệ soạn thảo bất kỳ hoặc sử dụng chương trình SAPIN chạy trong môi trường WINDOWS để vào dữ liệu bằng tương tác đồ họa

Một số hình ảnh minh họa cho các giao diện và khả năng của SAP90:

Hình 0.1 Giao diện của SAPIN Hình 0.2 Giao diện của SAPLOT

3 Chương trình SAP2000

SAP2000 với các phiên bản 7,8,9,10 và 11 là những phiên bản mới nhất trong hệ thống SAP (Structure Analysis Programs) của trường đại học Berkeley, California, Hoa kỳ do một nhóm các nhà khoa học dưới sự chủ trì của giáo sư Edward Wilson

øng dông Tin häc trong ThiÕt kÕ x©y dùng

88

Từ “SAP” đã trở thành một thuật ngữ nổi tiếng được biết đến hơn 30 năm dïng thuật to¸n tiªn tiến của phương ph¸p PTHH víi khả năng tÝnh to¸n mạnh vµ giao diện đồ họa phong phó

3.1 C¸c modul của SAP2000 3.1.1 SAP2000 Standard

- Kh¶ n¨ng : 1500 nót

- Ph©n tÝch : TÜnh, §éng ( Static and Dynamic Response Spectrum Analysis )

- PhÇn tö : FRAME and SHELL

- ThiÕt kÕ cho kÕt cÊu bª t«ng, thÐp víi c¸c tiªu chuÈn Steel (ASD89, LRFD93, BS5950 90, CISC 95, EUROCODE 3-1992), Concrete (ACI 318-95, BS8110

AISC-89, CAN3-A23.2-M84, EUROCODE 2-1991)

3.1.2 SAP2000 Plus

- Kh¶ n¨ng : Kh«ng h¹n chÕ

- Ph©n tÝch : TÜnh, §éng ( Static and Dynamic Response Spectrum Analysis )

- Ph©n tö : FRAME, SHELL, PLANE, SOLID vµ ASOLID

- ThiÕt kÕ : ThÐp (AISC-ASD89, AISC-LRFD93, BS5950 90, CISC 95, EUROCODE 1992), Bª t«ng (ACI 318-95, BS8110 89, CAN3-A23.2-M84, EUROCODE 2-1991)

- Ph©n tÝch : TÜnh, §éng ( Static and Dynamic Response Spectrum Analysis )

- PhÇn tö : FRAME and SHELL

3.2.3 Các kiểu tải trọng

- Tĩnh tải

- Tải trọng động

ứng dụng Tin học trong Thiết kế xây dựng

90Khi khai báo các loại tải trọng phức tạp trong SAP2000 ( phổ, hàm thời gian, tải trọng di

động, áp lực ) mỗi phiên bản sau SAP lại cho khả năng khai báo các tải trọng phong phú hơn, đầy đủ hơn

3.2.4 Các tiêu chuẩn thiết kế

Nhiều tiêu chuẩn thiết kế Điểm mới của SAP2000 có khả năng thiết kế trheo một số tiêu chuẩn của Mỹ và Tây Âu

3.2.5 Giao diện đồ họa

- Hoàn toàn mới (gần giống Etabs)

- Các mô đun nằm trong một giao diện

- Các chức năng đồ họa giống như AutoCad

3.2.6 Phân tích

- Phần tử Cable (Frame) : biến dạng lớn, chỉ kéo hoặc nén

- Phân tích theo giai đoạn làm việc ( Staged Contruction )

- Phần tử Cable (frame): biến dạng lớn, chỉ kéo hoặc nén

- Tự động tính khối lượng theo trường hợp tải

3.2.7 Input/Output data

Có nhiều khả năng nhập dữ liệu và xuất kết quả trực tiếp bằng chương trình hoặc qua các cơ sở dữ liệu khác như :

- AutoCad (Dxf)/Bmp, Wmf (captured)

- Database (Access, Excel)

- Documentation (Doc): Word

- Video: *.avi file

3.2.8 Tài liệu hướng dẫn

- Cách hướng dẫn đổi mới theo các thao tác lệnh, cụ thể

- Tài liệu chi tiết, đầy đủ

Sơ đồ tớnh của cụng trỡnh là hỡnh ảnh đơn giản hoỏ mà vẫn đảm bảo phản ỏnh sỏt với

sự làm việc thực tế của cụng trỡnh Bởi vậy, trong sơ đồ tớnh người ta lược bỏ cỏc yếu

tố khụng cơ bản và chỉ xột đến cỏc yếu tố chủ yếu quyết định khả năng làm việc của cụng trỡnh và người tớnh phải biết lựa chọn sơ đồ tớnh

Khi lựa chọn sơ đồ tớnh, những yếu tố cần quan tõm làm cơ sở cho quỏ trỡnh chuyển đổi

từ cụng trỡnh thực sang sơ đồ tớnh là :

1 Cấu tạo của kết cấu và tầm quan trọng của nó

2 Khả năng tính toán của chương trình hay phương pháp tính sẽ sử dụng

3 Tải trọng và tính chất của tải trọng

4 Sơ đồ đã phản ánh được sự làm việc chính xác của công trình hay chưa

5 Có thể sử dụng một số giả thiết chấp nhận được để đơn giản sơ đồ

Các bước cần thiết khi biến đổi từ một công trình thực về sơ đồ tính:

1 Thay các cấu kiện của kết cấu thành các phần tử nối với nhau qua các nút Tuỳ thuộc vào loại kết cấu mà phần tử có thể biểu diễn qua đường trục ( với kết cấu

hệ thanh ) hoặc biểu diễn bằng các mặt trung gian ( kết cấu tấm, vỏ )

2 Thay các tiết diện bằng một số đại lượng đặc trung như diện tích (A), mômen quán tính ( I ) hoặc các giá trị A, I tương đương

3 Thay các thiết bị tựa bằng các liên kết tựa lý tưởng ( không ma sát ) gọi là các gối ( gối cứng, gối đàn hồi)

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

H×nh 1.1 Sơ đồ công trình H×nh 1.2 Sơ đồ tính

1.2 Phân loại công trình

Công trình được phân loại dựa theo tính chất làm việc của kết cấu :

 Kết cấu phẳng : khi tất cả các cấu kiện của công trình đều nằm trong mặt phẳng và tải trọng chỉ tác dụng trong mặt phẳng đó thì công trình thuộc loại hệ phẳng Tuy nhiên trong thực tế, người ta thường đưa một số công trình không gian về sơ đồ tính là hệ phẳng cho đơn giản, áp dụng trong những trường hợp khi bị hạn chế bởi phương pháp tính và công cụ tính Lúc này, có thể dựa theo tính chất làm việc của công trình

để coi là hệ phẳng

 Kết cấu không gian : nếu các cấu kiện của công trình không nằm trong cùng một mặt phẳng hoặc tải trọng tác dụng ngoài mặt phẳng thì hệ được gọi là hệ không gian Công trình phân loại theo hình dạng phân thành : dầm, dàn, khung, vòm, vỏ, tấm, bản, khối hoặc két cấu hỗn hợp ( có thể là kết cấu phẳng hoặc không gian)

1.3 Tính toán công trình

Tính toán công trình có nghĩa là xác định nội lực và chuyển vị trong công trình ( tính ứng suất, biến dạng ), sau đó sẽ tuỳ theo tính năng của vật liệu mà kiểm tra xem công trình có

Phần II- Phần mềm SAP2000 93

đủ khả năng chịu các nguyên nhân tác dụng lên nó ( tải trọng, nhiệt độ, lún, lật, mỏi ) hay không

Người ta có thể tính công trình theo các kiểu khác nhau :

 Tính công trình theo độ bền: nhằm đảm bảo cho công trình có khả năng chịu tác

dụng của tải trọng cũng như của các nguyên nhân khác mà không bị phá hoại (không gẫy, đổ, biến dạng kết cấu )

 Tính công trình theo độ cứng: nhằm đảm bảo cho công trình không chuyển vị và

rung động lớn dẫn đến công trình mất trạng thái làm việc bình thường ngay cả khi điều kiện bền vẫn đảm bảo ( không nứt, võng, lún quá lớn )

 Tính công trình về mặt ổn định: là tìm hiểu khả năng bảo toàn vị trí và hình dạng

ban đầu của công trình trong trạng thái biến dạng ( không biến dạng cấu kiện )

 Tính công trình đảm bảo độ tin cậy, chịu mỏi : đôi khi sử dụng các lý thuyết tính

toán thông thường để kiểm tra công trình theo ba tiêu chuẩn trên đảm bảo nhưng theo thời gian, tải trọng gây ra những tác dụng khác ( ví dụ mỏi ) dẫn đến công trình bị phá huỷ Cũng như vậy, nếu xét một cách toàn diện, công trình có thể hư hỏng bằng một yếu tố chưa lường trước được và phải kể đến độ tin cậy khi tính toán

Trong hầu hết các phần mềm tính toán kết cấu trước đây người ta chỉ chú ý giải quyết việc xác định nội lực và chuyển vị Thời gian gần đây các chương trình lớn đã xét đến bài toán thiết kế ( thiết kế các cấu kiện bê tông, thép, tự chọn tiết diện )

Quá trình tính toán thực chất là chu kỳ lặp, bởi vì quá trình tính độ bền, độ cứng, ổn định của công trình liên quan đến tính chất cơ học của vật liệu, hình dạng và kích thước của cấu kiện trong khi đó, kích thước của cấu kiện lại được quyết định qua kiểm tra nội lực trong cấu kiện đó mà để tính nội lực lại phải giả thiết trước các kích thước tiết diện

Do vậy trong thực tế ta thường gặp hai dạng bài toán:

 Bài toán kiểm tra : sử dụng khi đã biết rõ hình dạng, kích thước của công trình cũng như nguyên nhân tác động bên ngoài Trong trường hợp này cần phải xác định trạng thái nội lực và biến dạng của hệ dưới tác động bên ngoài để xét xem công trình có đảm bảo đủ bền, cứng và ổn định hay không, có kinh tế hay không ?

 Bài toán thiết kế : sử dụng cho quá trình thiết kế công trình, đó là cần xác định hình dạng, kích thước cụ thể của các cấu kiện trong công trình một cách hợp lý để cho công trình đủ bền, cứng và ổn định dưới tác động của các nguyên nhân bên ngoài đã biết Bởi vậy, đối với bài toán thiết kế quá trình lặp với các bước sau :

 Giả thiết các kích thước, hình dạng của cấu kiện theo kinh nghiệm hoặc các phương pháp thiết kế sơ bộ

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

94

 Tiến hành giải bài toán : tính toán theo bền, độ cứng, ổn định

 Kiểm tra kết cấu có đảm bảo các tiêu chuẩn trên hay không trên cơ sở đó chỉnh lại các giả thiết ban đầu và lặp lại hai bước sau cho đến khi thoả mãn thì dừng

 Tóm lại cả hai dạng bài toán trên đều liên quan đến quá trình tính nội lực, chuyển

vị của của kết cấu khi đã biết hình dạng, kích thước của các cấu kiện và các tác động bên ngoài

2 các thành phần cơ bản của sơ đồ kết cấu

2.1 Nút ( joint )

Như đã biết, các kết cấu thường được tạo bởi nhiều vật thể nối với nhau qua các nút để cùng chịu tải trọng Nói chung, nút phải được đặt ở các vị trí giao điểm của các phần tử Ngoài ra, nút còn có thể đặt thêm ở bên trong phần tử tại những vị trí mà người dùng cần biết thêm các thông số của nội lực, chuyển vị

Đối với một hệ kết cấu muốn đưa từ công trình thực về sơ đồ tính thì một trong những yếu tố quan trọng là phải biết đặt nút vào những vị trí nào Trong một số phần mềm tính kết cấu trước đây, biết cách đánh số nút và đặt vị trí nút hợp lý dẫn đến giảm nhẹ khối lượng của dữ liệu nhập vào cũng như có thể lấy ra những kết quả mong muốn một cách hợp lý Trong SAP2000, đối với nút, một số điểm lưu ý sẽ trình bày trong các mục sau đây

2.1.1 Vị trí của nút phải đặt :

 Tại điểm liên kết giữa các phần tử

 Tại những vị trí thay đổi về đặc trưng vật liệu, đặc trưng hình học ( không bắt buộc )

 Tại các điểm cần xác định chuyển vị hoặc điểm có chuyển vị cưỡng bức

 Tại các điểm xác định điều kiện biên

 Tại các vị trí có tải trọng tập trung (trừ tải tập trung trên Frame)

 Tại các nơi có đặt khối lượng tập trung

2.1.2 Khi khai báo nút trong SAP :

 Các nút được tạo tự động khi vẽ phần tử

 Số hiệu nút được gán tự động

 Có thể thêm các nút tại các vị trí bất kỳ trong phần tử

 Hệ toạ độ cho nút có thể lấy mặc định theo hệ toạ độ tổng thể hoặc hệ toạ độ ri êng của nút

và ba thành phần chuyển vị xoay quanh các trục ký hiệu R1,R2, R3 Sáu thành phần này

là các bậc tự do mô tả như trên hình sau:

H×nh 1.3 Nút và các bậc tự do

Bên cạnh các nút thông thường ( là một thành phần của kết cấu ), chương trình tự tạo ra các nút chủ, thường khai báo cùng với các ràng buộc( constraint) cũng có sáu bậc tự do Mỗi bậc tự do có thể là một trong các loại sau :

 Active : khi phân tích bài toán, sẽ tính chuyển vị của các bậc tự do này

 Restrained : khai báo một số chuyển vị bị cản, khi phân tích, các phản lực sẽ được tính cho các thành phần của những bậc tự do tương ứng này

 Constrained : chuyển vị của các bậc tự do này được tính theo (phụ thuộc) vào chuyển

2.1.4 Một sô đối tượng khác liên quan đến nút

Khi phân tích kết cấu, một số thành phần chỉ phải khai báo tại nút như :

 Các lực tập trung ( Joint Load )

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

96

 Khai báo khối lượng tập trung ( Mass )

 Khai báo các mẫu tải trọng ( Joints Pattern )

Trong các phần mềm tính kết cấu và SAP2000, một số kết quả chỉ xuất tại các nút như:

2.2.1 Phần tử thanh ( Frame, Cable, Tendor, Brace )

 Phần tử thanh dùng để mô hình hóa cho các kết cấu dầm, dàn, khung phẳng (2D), khung không gian (3D), thanh giằng, dây cáp

 Trong sơ đồ tính phần tử thanh biểu diễn qua một đoạn thẳng là trục của các cấu kiện, mỗi phần tử có hai nút, nút đầu ký hiệu là i và nút cuối ký hiệu là j ( theo trật tự

H×nh 1.4 Hệ tọa độ riêng phần tử thanh

Trong SAP2000 khi vẽ các phần tử trực giao, nên theo trật tự từ dưới lên trên, từ trái sang phải, hệ trục tọa độ riêng có dạng như sau :

 Theo mặc định : ( trục 2 luôn // +Z ) -với phần tử nằm ngang ; (trục 2 // +X)-với phần

tử thẳng đứng Trong trường hợp này, hướng của 3 trục sẽ là :

 Đổi chiều của trục 1

 Khai báo giá trị góc quay, cho phép quay trục 2&3 quanh trục 1 tạo ra hệ tọa độ mới so với hệ mặc định Góc là dương khi quay ngược chiều kim đồng hồ nếu nhìn từ chiều dương trục 1

 Các thanh coi là thẳng đứng nếu góc nghiêng với trục Z<= 10o

 SAP2000 cho phép khai báo nhiều loại tiết diện thanh khác nhau, với hai nhóm chính : thanh có thể có tiết diện không đổi ( thanh lăng trụ - Primastic ) hoặc thanh có tiết diện thay đổi trên chiều dài thanh ( Non- Primastic )

 Giao điểm giữa các thanh, ngoài các liên kết cứng thông thường ( không cần khai báo ), SAP cho phép khai báo một số liên kết đặc biệt tại các nút để mô tả cho các đầu thanh có khớp, các thanh qui tụ tại nút không đồng qui hoặc độ dài phủ lấp của các thanh lớn ( Release, Rigid )

 Khi tính toán, chương trình SAP tự động tính các đặc trưng hình học của phần tử thanh A, I22,I33, J : (nếu dùng các TD mẫu của SAP)

 Các loại tải trọng tác dụng lên PT thanh :

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

98

H×nh 1.5 Qui ước và sự tương quan giữa các trục và các thành phần nội lực của phần tử

thanh

2.2.2 Phần tử Area :Shell- Plate- Plane- Asolid

Mỗi phần tử tấm,vỏ tùy theo dạng tam giác hay tứ giác có 3 hoặc 4 nút, lấy theo mặt phẳng trung bình của các kết cấu loại tấm, vỏ, bản,sàn và khai báo qua chiều dày của

PT Trong hệ các chương trình SAP, tùy theo từng phiên bản, qui ước và ký hiệu các loại phần tử này khác nhau đôi chút

H×nh 1.6 Hình dạng và hệ trục tọa độ riêng của phần tử Area

Trong SAP2000 từ phiên bản V8 trở đi, phần tử Area mô tả cho nhiều loại phần tử bao gồm cả phần tử tấm vỏ thông thường và các loại phần tử khối phẳng Có thể phân loại (Type) của Area như sau:

 Shell : PT vỏ 3 chiều có thể chịu cả kéo ( nén ) và (hoặc) uốn

 Nhóm PT Plane (khối phẳng Asolid) :

 Phần tử biến dạng phẳng – Plane Strain

 Phần tử ứng suất phẳng – Plane Stress

 Phần tử đối xứng trục (Axisymetric Solid)

 Hệ toạ độ riêng của PT Area qui ước : trục 1(đỏ), trục 2( trắng) ,trục 3(xanh) ; trong đó trục 1 & 2 nằm trong mặt phẳng phần tử, trục 3 luôn vuông góc với bề mặt phần tử

 Theo mặc định, trục 3 hướng ra màn hình hoặc theo phương +Z

 Cũng có thể khai báo hệ trục sử dụng góc phần tử (như trong PT thanh)

 Các loại tải trọng tác dụng lên PT Area :

 TT tập trung tại các nút

 TT phân bố đều trên phần tử

 Trọng lực, TT bản thân

 TT nhiệt

 TT áp lực : có hướng vuông góc với một trong các mặt của PT (surface Presure ),

TT mô tả qua một hàm theo các điểm nút ( Joint Pattern ), thường dùng khai báo cho áp lực nước hoặc tường chắn hay các tải trọng phân bố 3 chiều trong không gian

 Nội lực :

 Với loại phần tử Area ngoài kết quả nội lực tại các điểm nút của phần tử, chương trình còn cho kết quả ứng suất tại các nút (theo các phương của hệ tọa độ riêng phần tử hoặc & theo phương chính)

 Kết quả nội lực bao gồm các lực dọc màng theo các trục ký hiệu F11,F12 và

mô men uốn kí hiệu M11,M12 tại các điểm nút của phần tử

 Kết quả ứng suất cho tại các nút của thớ trên, thớ dưới của phần tử

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

100

2.2.3 Phần tử khối 3D (Solid )

Phần tử khối 3D mô tả qua 9 nút, dùng cho các kết cấu khối chịu tải trọng 3 chiều như kết cấu đê, đập, móng Trong giáo trình này, không giới thiệu chi tiết loại phần tử này Đối với công trình tính theo phương pháp phần tử hữu hạn, tại các vùng cần quan tâm trong kết cấu cần chú ý lưới chia phần tử phải đủ nhỏ để đạt độ chính xác về sự phân bố ứng suất và sự biến thiên của chuyển vị

2.3 Liên kết

Liên kết gồm có các loại :

 Liên kết(LK) tại giao điểm của các phần tử ( Node )- kí hiệu

LK1 ứng với toàn bộ các nút trong kết cấu

 Liên kết nối đất kí hiệu LK2: liên kết cứng hoặc mềm (đàn

hồi)

 Ràng buộc chuyển vị (Constraint) : để mô tả chính xác sự

làm việc của kết cấu, trong một số trường hợp tại những vị

trí liên kết có những thành phần chuyển vị liên quan đến

2.3.1 Liên kết cứng (Restraints) - tuyệt đối cứng

 Liên kết cứng trong SAP2000 có các loại :

 Fixed (ngàm) : 6 thành phần chuyển vị UX,UY,UZ ,RX, RY, RZ có giá trị bằng 0;

 Hinge (Gối cố định ) : 2-3 thành phần chuyển vị UX,UY,UZ có giá trị bằng 0;

 Rolles (Gối di động): 1 thành phần chuyển vị của UX,UY,UZ có giá trị bằng 0

 Các giá trị chuyển vị theo các bậc tự do của nút được gán bằng 0 → tương ứng với các phương này sẽ có các thành phần phản lực

 Các thành phần gán Restraint có thể khai báo chuyển vị cưỡng bức theo loại TT Displacement Load (chuyển vị của các bậc tự do có giá trị = chuyển vị cưỡng bức, chuyển vị này cũng gây ra nội lực trong mô hình )

 Liên kết Restraint đảm bảo cho mô hình không bị biến hình Nếu kết cấu bị biến hình, chương trình sẽ thông báo " Structure to be unstable "

 Độ cứng của gối có giá trị hữu hạn

Đặc điểm của liên kết mềm:

 Phản lực của gối là phản lực đàn hồi

H×nh 1.8

 Giá trị chuyển vị của LK là hữu hạn và phụ thuộc vào độ cứng của gối đàn hồi (ĐH)

 Liên kết cũng phải đảm bảo cho kết cấu không biến hình

 Gối ĐH cũng có thể chịu các chuyển vị cưỡng bức & phản lực ĐH,giá trị tính bằng tổng phản lực của 2 chuyển vị

 Không được khai báo liên kết Spring trùng với khai báo Restraint trong một nút

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

102

Liên kết cứng nên đặt ở những bậc tự do “available” trong kết cấu nơi mà độ cứng đã biết bằng 0, ví dụ như tại các phương chuyển vị thẳng ngoài mặt phẳng và xoay trong mặt phẳng của một khung phẳng, nếu không kết cấu sẽ mất ổn định và nghiệm của phương trình cân bằng tĩnh học sẽ sai

Lực hoặc mômen sinh ra trong các bậc tự do bị cản ( liên kết ) gọi là phản lực và nó được xác định qua quá trình phân tích Phản lực có thể khác nhau ở mỗi trường hợp tải trọng Liên kết coi là nối cứng giữa các bậc tự do của nút và nền

Bất kỳ bậc tự do nào trong sáu bậc tự do của một nút trong kết cấu có thể có liên kết đàn hồi theo phương thẳng và xoay Những gối đàn hồi này nối các nút với nền Các gối tựa đàn hồi theo các bậc tự do bị giữ không tham gia vào độ cứng của kết cấu Các lực đàn hồi đặt tại một nút quan hệ với các chuyển vị của nút đó bằng ma trận đối xứng 6x6 của các hệ số độ cứng đàn hồi Các lực này hướng ngược với hướng chuyển vị Các hệ số

độ cứng đàn hồi khai báo theo hệ toạ độ riêng của nút Các lực và mômen đàn hồi ký hiệu F1, F2, F3, M1, M2,M3 tính theo công thức :

6 5 4 3 2 1

3 2 1 3 2 1

0 0 0 0 0

0 0

0 0 0

0 0 0

0 0

0 0 0 0

0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

u u u u u u

u u u u u u

M M M F F F

Trong đó u1, u2, u3, r1, r 2 ,r3 là chuyển vị và góc xoay tại nút và u1,u2,u3,r1,r2,r3 là các hệ

số độ cứng đàn hồi Chuyển vị của điểm liên kết với nền của gốc đàn hồi có thể khai báo bằng 0 hoặc khác 0 ( khi có chuyển vị cưỡng bức ) Chuyển vị nền có thể khác nhau giữa các trường hợp tải trọng Gối đàn hồi có thể coi là nối mềm giữa nút và nền

2.3.4 Ràng buộc chuyển vị (Constraint)

 Khai báo các ràng buộc chuyển vị để mô hình làm việc đúng tính chất thực của nó vàkhông biến hình đồng thời giảm số phương trình và khối lượng tính toán.Trong SAP2000 có các kiểu Constraints : Body, Plan, Diaphragm, Rigid body

 Một ràng buộc ( constraint ) bao gồm một tập của hai hoặc nhiều hơn các nút có chuyển vị ràng buộc với nhau Chuyển vị của một cặp nút trong ràng buộc quan hệ với phương trình ràng buộc Các kiểu làm việc của kết cấu có thể khai báo điều kiện ràng buộc là :

Phần II- Phần mềm SAP2000 103

 Sự làm việc của vật thể cứng ( Rigid body ) trong đó các nút ràng buộc có chuyển vị thẳng và chuyển vị xoay cùng với nhau như được nối bằng các liên kết cứng Các kiểu làm việc tuyệt đối cứng có thể xuất hiện trong mô hình :

 Vật thể cứng ( Rigid body ): cứng hoàn toàn cho mọi chuyển vị

 Màng cứng (Rigid Diaphrgam) : cứng đối với các phần tử làm việc trong mặt phẳng

 Tấm cứng (Rigid Plate ) : cứng đối với tấm chịu uốn trong mặt phẳng

 Thanh cứng ( Rod) : cứng đối với sự dãn dài dọc trục

 Dầm cứng (Rigid Beam): cứng đối với dầm chịu uốn trên một trục

Khai báo Constraint mô tả sự làm việc tại các nút ràng buộc có một số hoặc tất cả các thành phần chuyển vị (có thể là chuyển vị thẳng và chuyển vị xoay) bằng nhau

Điều kiện đối xứng và phản xứng cũng khai báo bằng Constraint

2.3.5 Ràng buộc màng ( diaphragm constraint )

Ràng buộc màng là loại thông dụng nhất tạo ra tất cả các nút ràng buộc với nó di chuyển cùng với nhau như một màng phẳng cứng chống lại các biến dạng màng Thật sự là, tất

cả các nút ràng buộc được nối với các nút khác bằng các liên kết là cứng trong mặt phẳng, nhưng không ảnh hưởng đến biến dạng ngoài mặt phẳng Ràng buộc này có thể dùng với:

 Mô hình sàn bê tông hoặc sàn đổ tại chỗ trong kết cấu nhà cao tầng, trong đó điển hình là có độ cứng trong mặt phẳng rất cao

 Mô hình màng trong sàn cầu ( brigde superstructures ) Dùng ràng buộc màng với kết cấu nhà cao tầng khử được vấn đề độ chính xác số xuất hiện khi độ cứng trong mặt phẳng lớn của một bản sàn được mô hình hoá với các phần tử màng (membrane) Điều này rất có ích trong tính toán động của nhà nhiều tầng chịu tải trọng ngang, nó làm giảm đáng kể kích thước của bài toán giá trị riêng khi tính

 Mỗi ràng buộc màng nối một tập của hai hoặc nhiều hơn các nút với nhau Các nút có thể có vị trí tuỳ ý trong không gian, nhưng để có kết quả tốt nhất, các nút nên nằm trong mặt phẳng ràng buộc Ngược lại, mô men uốn có thể sinh ra tại những nơi có liên kết ràng buộc, điều này không đúng với tính chất cứng của kết cấu

 Các phương trình ràng buộc cho mỗi ràng buộc màng viết theo một mặt phẳng vuông góc Vị trí của mặt phẳng là không quan trọng, chỉ có hướng của nó Theo mặc định, mặt phẳng được xác định tự động bởi chương tình từ sự phân phối không gian của các nút ràng buộc Nếu khi xét không chỉ có một hướng duy nhất, sẽ lấy mặt phẳng

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

104

ngang X-Y Điều này có thể xuất hiện nếu các nút là trùng nhau hoặc cùng trên đường tuyến tính ( colinear ), hoặc sự phân phối không gian thiên về 3 chiều hơn là phẳng Bạn có thể bỏ việc lựa chọn mặt phẳng tự động bằng cách khai báo trục của

hệ toạ độ chung ( X,Y,Z ) hoặc là vuông góc với mặt phẳng ràng buộc

 Mỗi ràng buộc màng có hệ toạ độ riêng của nó, các trục qui ước là 1,2,3 Trục 3 luôn vuông góc với mặt phẳng ràng buộc Chương trình chọn tự động các trục 1,2 tuỳ ý trong mặt phẳng Hướng thực sự của các trục trong mặt phẳng không quan trọng, chỉ

có hướng vuông góc ảnh hưởng trực tiếp tới phương trình ràng buộc

 Các phương trình ràng buộc : liên quan đến chuyển vị tại hai nút ràng buộc bất kỳ (I

và J) trong ràng buộc màng Các phương trình này viết theo các chuyển vị thẳng trong mặt phẳng (u1, u2 ) và chuyển vị xoay quanh pháp tuyến và các toạ độ trong mặt phẳng ( x1, x2 ) tất cả lấy theo hệ toạ độ riêng ràng buộc

 Liên kết điều kiện biên của các nút : trong bài toán nhà cao tầng, khi tính theo mô hình: Lõi vách chịu tải trọng ngang

 Khi gán Constraint, Sap2000 cho phép khai báo và gán trong nhiều nhóm constrait (lưu ý mỗi mức sàn chỉ được gán một lần)

 Một nút có thể đồng thời nằm ở nhiều nhóm Constraints

2.3.6 Cách gán các nút vào một nhóm constraints:

 Chọn các nút nằm trong nhóm

 Vào menu Assign →Joints → Constraints

 Nhấn Add (Add Local là đơn giản nhất)

 Đặt tên cho nhóm Constraints

 Lựa chọn các điều kiện biên của nhóm Khi đó các nút trong nhóm sẽ có cùng điều kiện biên lựa chọn

 Nhấn OK

Lưu ý :

 Một nút có 6 bậc tự do: U1, U2, U3 (thẳng); R1, R2, R3 (Xoay)

 Chiều dương qui ước của các bậc tự do tương ứng với 6 thành phần trong hệ toạ

độ tổng thể

 Bậc tự do tính toán: (DOF=Degree of Freedom): Số bậc tính toán của mỗi nút có thể hạn chế theo từng loại sơ đồ ( Analyze - Option Def )

3.1 Hệ toạ độ chung

Có hai loại hệ tọa độ chung :

 Hệ tổng thể - Global : là duy nhất cho mỗi sơ đồ kết cấu, được chọn khi bắt đầu khi xây dựng mô hình, có thể là hệ toạ độ Decac (với 3 trục trực giao ký hiệu X, Y, Z ) hoặc hệ toạ độ cầu, trụ- Cylindrical ( với 3 trục Z, R,  )

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

Khi thiết lập các hệ toạ độ con, sự tương quan trong các tham số khai báo luôn so với hệ tọa độ tổng thể Hệ toạ độ Global (chung) thường dùng để nhập dữ liệu và hiện kết quả cho nút, lực nút, liên kết, tải trọng tập trung, phân bố, phản lực, chuyển vị gối tựa và chuyển vị nút

3.2 Hệ toạ độ riêng ( Local Axis)

Hệ tọa độ riêng ký hiệu các trục là 1, 2, 3 cho các loại đối tượng như nút, phần tử, liên kết (trừ phần tử Solid không có hệ tọa độ riêng cho phần tử, chỉ theo hệ toạ độ tổng thể)

Hệ toạ độ riêng thường dùng để nhập dữ liệu cho các đặc trưng hình học phần tử, tải trọng trên phần tử và hiện nội lực của phần tử

3.3 Đặc điểm

 Trong quá trình xây dựng mô hình, người sử dụng được phép chuyển đổi giữa các hệ tọa độ (HTĐ), mỗi thời điểm chỉ một hệ tọa độ được hiện trên các cửa sổ (cùng các tham số và các đối tượng tương ứng) .Từ SAP2000 V_8 cửa sổ của các hệ tọa độ (hình 1.13 ) hiện ở góc dưới bên phải màn hình, nhấn vào đó để chuyển các HTĐ

 Có thể sao chép các hệ tọa độ và biến đổi chúng trong quá trình tạo mới

Phần II- Phần mềm SAP2000 107

4 Đơn vị :

Trong một số phiên bản trước của SAP ( từ SAP90 về

trước) người sử dụng chỉ được dùng một hệ đơn vị duy

nhất trong suốt quá trình xây dựng sơ đồ kết cấu, và mọi số

liệu như các giá trịđầu vào, kết quả đưa ra đều lấy theo hệ

đơn vị này Từ SAP2000, cho phép người dùng sử dụng

nhiều hệ đơn vị khác nhau, chọn sắn từ trước khi nhập dữ

liệu hoặc ngay trong quá trình nhập (hình 1.12)

SAP2000 có các loại đơn vị :

Hình 1.13 Cửa sổ HTĐ & Đơn vị

 Chiều dài : m,cm ,mm, inch, feet

 Lực : kgF, KN, T, kip

 Nhiệt độ : C, F

Trong SAP cho phép chuyển đổi liên tục các loại đơn vị khác nhau để nhập dữ liệu sao cho thuận tiện và chính xác nhất đối với người sử dụng Ví dụ, có thể nhập các giá trị mô đun đàn hồi theo kg-cm, trọng lượng riêng và khối lượng riêng bằng T-m trong một hộp thoại, SAP sẽ tự chuyển đổi tương ứng giữa chúng Để tránh các sai sót Nên chọn đơn vị trước khi bắt đầu thao tác các quá trình thiết lập sơ đồ kết cấu

Đặc điểm của đơn vị trong SAP :

 Các hệ đơn vị sẽ được chương trình tự động qui về một loại

 Kết quả đưa ra chỉ theo một hệ đơn vị chung (hệ khai báo đầu tiên)

 Để chuyển đổi đơn vị, dùng “list box” trong cửa sổ hiện ở góc dưới bên phải màn hình hoặc ô đơn vị nằm ngay trong hộp thoại

 Có thể thay đổi các hệ đơn vị liên tục trong quá trình xây dựng sơ đồ kết cấu

5 Những bước chính khi thực hiện phân tích kết cấu

5.1 Thiết lập sơ đồ kết cấu

Để xây dựng sơ đồ kết cấu cần thực hiện các bước sau:

 Xây dựng hệ lưới hoặc chọn kết cấu từ thư viện mẫu

 Khai báo vật liệu

 Khai báo các đặc trưng hình học ( tiết diện, chiều dày )

 Vẽ phần tử

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

108

 Gán tiết diện cho phần tử

 Khai báo liên kết nối đất

 Khai báo các trường hợp tải trọng

 Gán tải trọng cho phần tử cho từng trường hợp tải trọng :

 Tải trọng bản thân, TT nút, TT tập trung, phân bố, TT phân bố không đều

 Tổ hợp tải trọng

 Khai báo các tham số cho thiết kế

5.2 Phân tích kết cấu :

 Chọn loại kết cấu ( dàn, khung, vỏ )

 Khai báo một số tham số cần thiết ( tham số để tính, in hoặc tham số động )

 Thực hiện phân tích ( chạy chương trình )

Phần II- Phần mềm SAP2000 109

SAP2000

Giao diện đồ hoạ của SAP2000 được dùng để khởi tạo mô hình, phân tích kết cấu, thiết

kế và hiển thị Trong chương này sẽ giới thiệu những khái niệm và thành phần cơ bản của giao diện đồ hoạ

1 mô hình kết cấu

SAP2000 phân tích và thiết kế các kết cấu đã thiết lập qua giao diện đồ hoạ Để mô tả sơ

đồ kết cấu cần phải khai báo các nhóm thông tin sau:

- Đặc trưng vật liệu và tiết diện

- Các phần tử thanh ( Frame ) khi mô tả cho dầm ,cột, dàn

- Các phần tử tấm, vỏ ( Area ) khi mô tả cho tường, sàn, thanh thành mỏng, vỏ

- Nút đặc biệt nối giữa các phần tử

- Các liên kết nối đất ( liên kết cứng hoặc liên kết đàn hồi ) tại các nút

- Các tải trọng : tải trọng bản thân, tĩnh tải, hoạt tả , tải trọng nhiệt, tải trọng động đất và các tải trọng khác

Sau khi SAP2000 phân tích kết cấu, chương trình cho biết các giá trị chuyển vị, ứng suất, phản lực do tải trọng sinh ra

Màn hình chung (hình 2.1), bao gồm các thành phần :

- Main Window - Cửa sổ chính: gồm toàn bộ giao diện đồ hoạ Cửa sổ này có thể di

chuyển vị trí, phóng to, thu nhỏ hoặc đóng lại bằng các thao tác thông thường của Windows Tại mép trên bên trái cửa sổ cho biết tên của chương trình và tên tệp dữ liệu

- Menu Bar - Dòng Menu : chứa các menu chính và menu con ( Submenu) mà từ đó có

thể truy nhập vào mọi chức năng của chương trình SAP2000

- Main Toolbar - Thanh công cụ chính : bao gồm các chức năng, các thao tác hay

dùng, giúp người sử dụng có thể truy nhập nhanh Chủ yếu trong phần này là các chức

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

110năng hiển thị ( view, zoom , ) Tất cả các chức năng của thanh công cụ này có thể truy nhập từ dòng menu

Hình 2.1 Tổng quan giao diện đồ họa SAP2000

- Flloating Toolbar - Thanh công cụ di động : gồm các thao tác thông dụng, chủ yếu

là các chức năng dùng để thiết lập mô hình, cho phép truy nhập nhanh Tất cả các chức năng của thanh công cụ này có thể truy nhập từ dòng menu

- Display Windows - Các cửa sổ hiển thị : là một vùng rộng trên màn hình dùng để

hiện sơ đồ hình học, các đặc trưng tiết diện, tải trọng , cũng như các kết quả sau khi phân tích và thết kế Trong vùng này có thể mở một hoặc tối đa bốn của sổ một lúc Mỗi cửa sổ có thể chọn điểm nhìn và cách hiển thị kết cấu khác nhau Ví dụ, có thể mở cả bốn cửa sổ, trong đó cửa sổ thứ nhất hiện sơ đồ kết cấu chưa biến dạng, của sổ thứ hai hiện một trường hợp tải trọng nào đó, cửa sổ thứ ba hiện sơ đồ chuyển vị của kết cấu sau khi

đã tính toán và sơ đồ thứ tư hiện các tỉ lệ ứng suất thiết kế Cũng có thể , mở ba của sổ, một của sổ hiện mặt bằng, một của sổ hiện mặt đứng, và cái còn lại hiện hình chiếu phối cảnh của kết cấu Tuy nhiên, tại mỗi thời điểm, chỉ có một của sổ là đang hoạt động (Active) và các tác động chỉ có hiệu quả trong cửa sổ này Có thể chuyển một của sổ bất

kỳ thành của sổ làm việc bằng cách nhấn vào một điểm bất kỳ trong cửa sổ muốn chuyển

đó

Phần II- Phần mềm SAP2000 111

- Status Line - Dòng trạng thái : gồm các thông tin : trạng thái hiện tại của cửa sổ

Active, vị trí tọa độ hiện thời của con trỏ, hệ toạ độ hiện thời, hệ đơn vị đang dùng Người dùng di chuyển đến đây để thay đổi lựa chọn của mình

+ Hộp giá trị : đưa vào một giá trị cụ thể

Trong quá trình sử dụng chương trình SAP2000, người dùng rất cần hiểu những thao tác cơ bản để thiết lập, tính toán và hiện mô hình Các chức năng và cách thao tác trong menu được giới thiệu ngắn gọn trong những phần sau đây

2.1 Các thao tác với tệp – File 2.1.1 Open- Save- Save as - Close :

Các chức năng thông thường như mở tệp, đóng tệp , cất tệp

2.1.2 New Modal :

Dùng chức năng này để bắt đầu một mô hình mới qua việc khai báo hệ lưới hoặc gọi một kết cấu mẫu từ thư viện của SAP bằng cách chọn một trong những kết cấu đã thiết lập sẵn do chương trình cung cấp Các kết cấu này có dạng đơn giản và đều nhau về kích thước Chúng có thể là dầm, dàn, khung phẳng, khung không gian, vỏ trụ, vỏ cầu Người

sử dụng có thể dùng một hoặc ghép nối nhiều kết cấu mẫu với nhau tạo thành một kết cấu mới phù hợp với yêu cầu của mình hoặc dựa trên những mô hình này biến đổi lại thành kết cấu thực mong muốn

Khi gọi thư viện mẫu theo chức năng này, thường kết cấu được tạo có kích thước là đều nhau theo một phương Tuỳ thuộc loại kết cấu chương trình sẽ yêu cầu người dùng đưa vào một số thông tin cần thiết như : số nhịp, số tầng, khoảng cách giữa các nhịp, tầng

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

112

2.1.3 Import

Nhập một tệp dữ liệu đã có từ một chương trình khác hay các phiên bản trước của SAP (SAP90, SAP2000V_7, AUTOCAD, các tệp cơ sở dữ liệu theo cấu trúc của Access, Excel ) vào SAP2000 của phiên bản hiện tại

2.1.4 Export

Chức năng này để xuất tệp dữ liệu vào của SAP2000 thành tệp có dạng S2K ( là tệp dữ liệu chuẩn giống như viết trực tiếp bằng file text, người dùng có thể mở ra xem và sửa chữa để tính toán lại ) Export cũng dùng để xuất các dữ liệu của SAP ra các dạng DXF(AutoCAD), MDB(Acess), XCL(Excel),TEXT

2.1.5 Set default file Parth

Khai báo thư mục mặc định để cất các tệp dữ liệu của SAP2000

2.1.6 Bathch File Control

Chức năng này cho phép người dùng khai báo một danh sách các mô hình cần phân tích Tùy theo các lựa chọn trong phần này, SAP2000 sẽ lần lượt phân tích các tệp, tự động quản lý các kết quả thu được mà không cần tác động của người sử dụng

- Print Set up for Graphics : Cài đặt một số tham số khi in như số dòng trên một trang,

loại máy in, tên của dự án

- Print Graphics : In trực tiếp các hình vẽ đang hiện trên màn hình ra máy in

- Print Table : In các bảng dữ liệu nhập vào, các kết quả đã tính ra máy in ( xem thêm

phần " Cấu trúc bảng dữ liệu của SAP2000" ) dưới dạng văn bản hoặc các cơ sở dữ liệu khác

2.1.9 Capture Enhanced Metafile

Chức năng này dùng để xuất các dữ liệu trên cửa sổ hiện thời hoặc một miền dữ liệu do người dùng lựa chọn sang dạng tệp (Metafile) có cấu trúc dạng vector mà một số phần mềm đồ họa hoặc công cụ văn phòng có thể đọc được

Phần II- Phần mềm SAP2000 113

2.1.10 Capture Picture

Xuất các hình vẽ trong SAP sang file ảnh, có thể đưa vào báo cáo

2.1.11 Custom Report Writer

Tổ chức các file báo cáo theo một cấu trúc do người sử dụng tự tạo ra trên cơ sở dữ liệu của SAP2000 Trong báo cáo có thể đưa vào các lời chú giải, tiêu đề, hình ảnh, các bảng dữ liệu (vào, ra) Cấu trúc đã thiết lập cho báo cáo có thể lưu lại để dùng cho các bài toán khác hoặc biến đổi, thêm, bớt, … thành một cấu trúc mới Các báo cáo có thể in bằng các phần mềm in văn bản thông thường (Phần này trình bày kỹ ở chương sau )

2.1.12 Modify /Show Project Information

Xem và thay đổi các thông tin chung của dự án (mô hình ) đã chạy trên SAP như tên công

ty, người tính, tên khách hàng

2.1.13 Modify /Show Coments and Log

Đưa thêm vào các lời chú giải (Text) vào các file văn bản đã có của SAP

3.1.14 Show Input/ Output text file

Xem các tệp cơ sở dữ liệu vào, kết quả ra của SAP dưới dạng Text (trình bày kỹ hơn ở chương sau )

2.2 Biến đổi - Edit

Chức năng này dùng trong quá trình biến đổi mô hình Hầu hết các thao tác của “editing” tác động tới một hoặc nhiều đối tượng vừa chọn Các thao tác này nằm trong menu Edit, chúng bao gồm:

- Cắt (Cut) và sao chép (Copy) dạng hình học của các đối tượng chọn vào bộ đệm Các thông tin hình học đặt vào bảng đệm có thể truy nhập bằng chương trình khác

- Dán (Paste) các dạng hình học của đối tượng từ bảng đệm vào mô hình

- Ghép (thêm) vào mô hình một kết cấu lấy từ thư viện mẫu (Template )

- Xoá (Delete) các đối tượng

- Di chuyển các nút dẫn đến biến đổi các phần tử được nối với nút đó (Move, Reshape)

- Tạo ra một mảng các đối tượng theo khuôn chữ nhật hoặc cung tròn (Replicate)

- Chia các phần tử đã có thành các phần tử nhỏ hơn hoặc ghép chúng lại với nhau

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

114

Tất cả các thao tác trên phải thực hiện trên một nhóm đối tượng đã chọn từ trước Trong

phần này cho phép thêm, bớt, thay thế, biến đổi mô hình kết cấu đã có Cũng có thể tận dụng các chức năng này trong khi tạo lập sơ đồ kết cấu mới hoặc biến đổi các sơ đồ đã

có trong thư viện phù hợp với ý đồ của mình Có thể nêu ra một số chức năng cơ bản sau :

2.2.1 Undo

Chức năng này huỷ thao tác vừa làm

2.2.2 Redo

Chức năng này trở lại (khôi phục lại) thao tác vừa thực hiện

2.2.3 Cut, Copy, Paste, Delete

Dùng để cắt, sao chép, dán, xoá một nhóm đối tượng trong quá trình tạo lập sơ đồ kết cấu

2.2.4 Add to Model From Template file

Nối, ghép một kết cấu trong thư viện của SAP với một mô hình đã có

2.2.5 Interactive DataBase Editing

Sửa chữa các dữ liệu vào ( Input Data) qua việc truy nhập các bảng dữ liệu Các dữ liệu mới sửa trong bảng được cặp nhật ngay vào mô hình đồ họa sau khi nhấn nút chấp nhận (Apply) Trong quá trình sửa chữa trên bảng, SAP cung cấp các chức năng để sao chép, xoá, sửa các giá trị thuận tiện, nhanh chóng Dùng chức năng này đôi khi hiệu quả hơn biến đổi trực tiếp trên giao diện đồ hoạ

2.2.6 Add grid at Selected point

Thêm các đường lưới tại các điểm đánh dấu đã lựa chọn, đường lưới này có phương theo một trong 3 trục của hệ toạ độ bất kỳ

2.2.7 Replicate

Cho phép tạo ra một hoặc nhiều bản sao của một nhóm đối tượng (nút, phần tử ) đã

chọn nào đó coi là bản mẫu (bản gốc- original object) và cho phép chuyển các bản sao

đến vị trí mới bằng phương pháp tịnh tiến hoặc quay quanh các trục Có ba kiểu Replicate:

2.2.7.1 Linear

Sao chép một số đối tượng đến vị trí mới ( có số gia theo cả ba phương ) với số lượng tuỳ

ý Khai báo:

Phần II- Phần mềm SAP2000 115

Ví dụ : Tạo mới Distance : X = 2 Bản Y = 2 Mẫu Number = 2

2.2.7.2 Radial :

Tạo một số bản copy từ một bản mẫu và trong quá trình copy cho phép quay quanh một trục nào đó với một góc bất kỳ ,ví dụ :từ 1 phần tử gốc nằm ngang tạo 2 phần tử mới theo phương –Z và +Y với các khai báo như sau:

Rotate about : trục X Z Increment : Angle = 90 mẫu Y Number = 2 Bản sao

2.2.7.3 Mirror :

Tạo một bản sao đối xứng qua một mặt phẳng nào đó và có thể dịch chuyển đến một vị trí bất kỳ Ví dụ từ một thanh theo phương +Z ,đối xứng thành thanh theo phương –Z

Khai báo : Mirror about : Chọn XY Plane mẫu ordinate =1 Z

(khoảng cách bản sao di chuyển theo phương vuông góc với mặt phẳng đối xứng) Chú ý : các bản sao sau coi bản ngay trước đó là mẫu

Đặc điểm mới của các lệnh trong Replicate : Ban sao

Đây là các lệnh sao chép đối tượng theo nhiều cách khác nhau, từ SAP2000 V.8 có quyền chỉ lựa chọn một số hoặc tất cả các thuộc tính của đối tượng mẫu liên quan đến đối tượng khi Replicate (ví dụ chỉ chọn Section, Load )

Sau khi sao chép có thể giữ lại đối tượng mẫu (gốc) hoặc xoá đi (chọn Delete original Objects)

Với chức năng Radial, Mirror : + Có thể chọn trục sẵn có (trong hệ tọa độ global) làm trục quay + hoặc khai báo trục quay mới qua hai điểm trong không gian (chọn 3D- Rotate) bằng cách đưa vào toạ độ X,Y,Z của hai điểm này

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

116+ hoặc đưa vào một điểm để xác định trục quay, điểm này nằm trong mặt phẳng của hai trục còn lại (ví dụ để quay quanh trục X chọn Rotate axis (X) → Coordinate Points

on YZ Plane) + Nên dùng chức năng tạo hệ toạ độ mới (di chuyển gốc toạ độ) để xác định trục quay mong muốn trước khi dùng lệnh sẽ hiệu quả hơn

2.2.7.4 Các bước thực hiện với các lệnh

+ Chọn đối tượng mẫu (gốc) + Đưa vào các khoảng cách di chuyển - theo các phương X,Y,Z (với lệnh Linear) hoặc khai báo trục quay, trục đối xứng (với lệnh Radial và Mirror)

+ Khai báo số đối tượng muốn tạo thêm (Number) + Khai báo các tham số khác (các thuộc tính đi theo lệnh, xóa đối tượng gốc )

2.2.8 Extrude

Tạo ra các đối tượng mới từ một số đối tượng ban đầu đơn giản thành loại phức tạp hơn như vỏ, dạng khối 3D tạo ra từ Line , Area Ví dụ :

- Extrude points to Frame/Cable : đưa các điểm thành phần tử thanh

- Extrude Line to Areas : từ các đường thẳng thành phần tử vỏ (Area)

- Extrude Area to Solid : từ các phần tử Area thành PT Solid

- Convert Line to Solid : chuyển từ đường thẳng sang phần tử khối

- Convert Areas to Solid: chuyển từ PT Area sang phần tử khối

2.2.9 Move

Di chuyển một số thành phần của kết cấu như (nút, phần tử ) đến vị trí mới trong mô hình (có thể áp dụng cho cả nút và phần tử ; đối với nút thì các phần tử dính với nút đều dịch chuyển theo, còn phần tử thì có tác dụng như tịnh tiến)

2.2.10 Merge joint

Nhập các nút lân cận (theo một dung sai nào đó) thành một nút, các nút này do người dùng chọn Có thể sử dụng chức năng này trong việc nối hai mô hình độc lập với nhau thành một mô hình mới hoặc sửa các sai sót trong quá trình thiết lập mô hình

2.2.11 Divide frame

Có hai lựa chọn khi dùng Divide :

Phần II- Phần mềm SAP2000 117

- Divide into : Tách một phần tử thành nhiều phần tử mới, các phần tử được tách có thể

bằng nhau hoặc có chiều dài khác nhau biến đổi theo chiều tăng hoặc giảm đều Sau khi tách, chương trình tự thêm vào các nút tại những vị trí cần thiết Ví dụ trên hình 2.2 :

Hình 2.2 Lệnh Divide into

- Break : Khi trong mô hình có nhiều phần tử Frame giao nhau, dùng chức năng này sẽ

chia nhỏ các phần tử tại các điểm giao và chương trình tự thêm vào các nút, tên thanh cần thiết cho phần tử mới Ví dụ trên hình 2.3:

Hình 2.3 Lệnh Divide Break 2.2.12 Mesh curved Frame/Cable

Tạo một cung tròn qua các điểm đầu của phần tử thanh (từ thanh thẳng thành cong qua một số cách nào đó) Phần tử thanh ban đầu bị xoá và cung tròn mới có thể là một phần

tử cong đều hoặc do nhiều đoạn thẳng nối lại

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

118

2.2.14 Trim/ Extend Frame

Chức năng này cũng giống như AutoCAD sẽ chặt bớt các đoạn thẳng hoặc kéo dài các

đoạn thẳng ở một hoặc hai đầu của thanh đã chọn

2.2.15 Mesh Area (Mesh Shell)

Chia nhỏ các phần tử shell thành một lưới theo hai phương Cách làm : Chọn các phần tử shell muốn chia nhỏ

Nhấn Edit đMesh Area đ và đưa vào số lượng các phần tử muốn chia cho mỗi hướng

Hình 2.5 Tách nút 6 thành 3 nút 6,13,14 ở 3 đầu thanh 2.2.18 Connect

Dùng để nối các nút của các phần tử tại cùng một vị trí có tên khác nhau thành một nút chung, các nút thừa tự loại bỏ ( ngược lại của quá trình Disconect )

+ List Names : nếu trước khi thay đổi, đánh dấu một nhóm thì chỉ hiện tên của nhóm

đối tượng này, mặc định sẽ hiện toàn bộ ( all ) Cách thao tác :

- Đánh dấu nhóm đối tượng hoặc toàn bộ

- Chọn loại đối tượng ( item Type ):

Joint , Frame, Load Case, Section

- Đưa vào các giá trị cần thay đổi

( trong mục Auto Relabel Control )

- Edit đ Auto Relabel đ All in List

- Trong phần này có thể dùng các

chức năng Paste, Delete,Copy

Hình 2.6 Thay đổi cách đặt tên cho các đối

tượng 2.3 Hiển thị - View

Các chức năng chủ yếu trong phần này giúp bạn hiện kết cấu theo các lựa chọn Có thể nhìn toàn bộ kết cấu hoặc một phần kết cấu dưói dạng không gian hay phẳng … Các chức năng trong phần này có thể lấy từ thanh công cụ hoặc Menu View Có thể sơ lược qua một

số chức năng của View như sau :

- Hiển thị hai chiều và ba chiều ( 2D-3D View ) : Hiển thị hai chiều là hiện kết cấu trong

một mặt phẳng song song với một trong ba mặt phẳng X-Y, X-Z hoặc Y-Z của hệ toạ độ chung, chỉ thấy được các đối tượng trong mặt phẳng đó Hiển thị theo không gian ba chiều ( hình chiếu trục đo ) có thể thấy toàn bộ kết cấu từ một điểm nhìn đã chọn Các đối tượng nhìn thấy không bị hạn chế bởi một mặt phẳng nào Hướng nhìn được khai báo qua

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

120hai góc, một góc trong mặt phẳng ngang và góc kia từ phía trên nhìn xuống mặt phẳng ngang

- Nhìn phối cảnh (Perspective ): dùng chức năng này luôn cho ta một cảm giác thực và hình ảnh rõ hơn về chiều thứ ba Có thể chuyển đổi dễ dàng các lựa chọn giữa nhìn theo phối cảnh sang hình chiếu trục đo và ngược lại Góc nhìn dùng thể hiện mức độ gần xa từ

điểm nhìn đến kết cấu Góc nhìn lớn cho hình ảnh nhìn gần và góc nhìn nhỏ cho hình ảnh nhìn xa Đôi khi chọn một góc nhìn phối cảnh không hợp lý sẽ thấy kết cấu như bị biến dạng (méo mó)

- Phóng to, thu nhỏ ( Zoom ) : để hiện rõ một vài kết cấu nào đó hoặc hiện toàn bộ kết cấu Zoom out đưa kết cấu lùi xa màn hình , Zoom in đưa kết cấu lại gần ( phóng to) Chế độ zoom có thể đặt số gia và thay đổ nó Zoom window chỉ hiện kết cấu nằm trong của sổ chọn Cửa sổ này khai báo bằng cách đánh dấu hai góc của cửa sổ và di chuột trên miền đánh dấu

- Di chuyển động ( Pan ) : cho phép di chuyển kết cấu và trên màn hình chỉ hiện những phần nằm trong cửa sổ khai báo

- Set Display Option: hiện các thông tin của các tham số liên quan đến các loại nút, phần tử , liên kết trên sơ đồ kết cấu Ví dụ chọn Joint → Label sẽ hiện tên nút; chọn Frame → Section sẽ hiện tên của tiết diện đã gán cho các phần tử thanh trong sơ đồ .Minh họa trên hình 2.7 và 2.8

(Với SAP2000_V7 chức năng này sử dụng trong Set Element)

Hình 2.7 Thông số về tên phần tử, liên kết Hình 2.8 Hiện tên tiết diện và tách phân tử

Ví dụ: Hình vẽ trên hình 2.9 chỉ phần kết cấu nằm trong mặt phẳng XZ tương ứng với tọa

độ X từ 0-4m được hiện trên cửa sổ Nếu muốn hiện lại toàn bộ kết cấu, chọn Select All

Hình 2.9 Hộp thoại Limit và cách hiển thị 2.4 Khai báo - Define

Trong Menu Define, khai báo các số thông số dữ liệu của kết cấu dùng gán cho một nhóm thực thể nào đó trong sơ đồ Các thông số này có thể đặt tên, chúng bao gồm các nhóm:

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

122

- Các tổ hợp tải trọng

Trong số các thông tin khai báo trên, năm nhóm đầu dùng để gán cho một tập chọn nào

đó (thường kết hợp với các chức năng trong Menu Assign) Các nhóm còn lại khai báo và tác động trực tiếp trên mô hình và không dùng để gán cho đối tượng

2.4.2 Frame /Cable Section

Khai báo các loại tiết diện (mặt cắt) của phần tử thanh, có thể :

- Đặt tên cho mỗi loại tiết diện

- Import / Wide Flange: Chọn các tiết diện thép định hình,theo các tiêu chuẩn khác nhau (sản xuất trong nhà máy) theo bảng tra trong SAP Các tiết diện này lưu trữ trong một số tệp có tên là AISC.pro, SISC.pro, SECTION.pro nằm trong thư mục mặc định của chương trình

- ADD / Wide Flange : Dùng chức năng này khai báo cho một trong số các tiết diện

chuẩn mà SAP cho phép và qui định sẵn như các tiết diện hình chữ nhật, tròn, hình ống mà chỉ cần đưa vào các tham số tối thiểu tương ứng với từng dạng (t3, t2, ) Trên màn hình, người sử dụng có thể nhìn trực quan hình dạng đúng với tỉ lệ kích thước như dã khai báo

- Non Primastic : khai báo cho các thanh có tiết diện thay đổi Với một số phiên bản đầu

của SAP2000, chức năng này chỉ hiện lên trong hộp (highligh) “ADD / Wide Flange” sau khi người sử dụng đã khai báo ít nhất 2 loại tiết diện, trong các phiên bản sau, SAP để sẵn một số tiết diện chuẩn, người dùng có thể thấy ngay chức năng này

- General : Để khai báo cho loại tiết diện có hình dạng bất kỳ (không nằm trong các

chuẩn có sẵn của SAP), lúc này người sử dụng phải đưa vào các giá trị cụ thể của diện tích mặt cắt ngang, mô men quán tính, mô men cắt (A, I, J ) Đối với tiết diện bất kỳ SAP luôn chỉ hiện hình elip

- SD section : SAP sẽ mở ra một màn hình mới, có các công cụ vẽ để tạo ra một loại tiết

diện của CSI (CSISD)

Phần II- Phần mềm SAP2000 123Trong khi khai báo một tiết diện mới SAP yêu cầu nhập vào các tham số :

+ Section name : đặt tên cho tiết diện + Material : chọn loại vật liệu

+ Properties : các giá trị đặc trưng hình học của tiết diện như Ix, I y , As do SAP

tính được thông qua các kích thước người dùng nhập vào

+ Properties factor : các hệ số tương ứng với các đặc trưng hình học như mômen

quán tính, diện tích Mặc định các hệ số này luôn bằng 1, người dùng có thể thay

đổi nó để tạo ra các hiệu quả mới theo ý muốn

+ Dimension : người dùng nhập vào các kích thước tối thiểu cho từng loại tiết diện

Chú ý các kích thước phụ thuộc vào hệ tọa độ riêng của phần tử

+ Modify / Show Section: Xem hoặc biến đổi các tiết diện đã có + Delete Section: Xoá các tiết diện đã khai báo

Hình 2.10 Hình dạng của các tiết diện TD1 và TD2

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

124

Hình 2.11 Khai báo cho TD1 Hình 2.12 Khai báo cho TD2

Kích thước của các tiết diện(m) : S1 = 0.6x0.2 ; S2 = 0.4x0.2 ; S3= 0.1x0.1 ; S4= D=0.5 ; S5=D=0.3 Cách khai báo trong hộp thoại : Trong các phiên bản gần đây, SAP2000 cho phép khai báo một số dạng đặc biệt của phần tử thanh như Tendon ( chỉ chịu kéo),Cab (phần tử cáp) thì ngoài các tham số thông thường, người dùng còn phải khai báo thêm một số thông tin khác liên quan đến tính chất làm việc đặc biệt của kết cấu

2.4.3 Area Section

Khai báo cho tiết diện của các phần tử Area Các tham số bao gồm:

- Section name : đặt tên cho phàn tử Area

- Type : loại phần tử, nhóm Shell (Shell, Membrane , Plate); nhóm Plane và Axisymetric

- Thickness : chiều dầy phần tử

- Material : chọn loại vật liệu

- Link/Support properties : khai báo một số đặc điểm cho phần tử, gối tựa đặc biệt

2.4.4 Coordinate System / Grid

Chức năng này có thể :

- Tạo hệ toạ độ mới (hệ toạ độ riêng) : khai báo các hệ lưới theo Decac hoặc toạ độ trụ, trong đó vị trí của hệ toạ độ mới dựa theo các tham số của Advanced, luôn so với hệ tổng thể ban đầu Global

- Hoặc thêm, sửa, bớt các dòng lưới theo các phương X, Y, Z của một hệ lưới đã có Vị trí mới của lưới có thể trong các trạng thái Lock, Snap ,Hide Grid line,Glue to grid line + Lock Grid : thông thường Grid ở trạng thái khóa(lock), ở trạng thái này không dùng cách thay đổi nhanh dòng lưới (reshape) theo kiểu nhấn chuột vào dòng lưới và kéo nó

đến một vị trí mới, muốn sử dụng thao tác này lưới phải unlock Muốn thêm, bớt hoặc thay đổi vị trí các dòng lưới, phải dùng các chức năng trong Edit grid