Thiết kế cầu với phần mềm midas

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MIDAS I Nguồn gốc lịch sử phát triển Chương trình phân tích thiết kế kết cấu MIDAS/Civil phần sản phẩm MIDAS xây dựng từ năm 1989, MIDAS IT Co., Ltd phát triển MIDAS nhóm sản phẩm phần mềm phục vụ cho việc thiết kế kết cấu MIDAS bao gồm sản phẩm sau : MIDAS/Civil General Civil structure design system : Chương trình phân tích thiết kế kết cấu tối ưu riêng cho kết cấu dân dụng, đặc biệt thiết kế cầu MIDAS/Gen General Building structure design system : Chương trình phục vụ cho việc thiết kế kết cấu, đặc biệt thiết kế kết cấu nhà MIDAS/BDS Building structure Design System : Chương trình phân tích thiết kế kết cấu kiến trúc MIDAS/SDS Slab & basemat Design System : Chương trình dàmh cho việc phân tích thiết kế & basemat MIDAS/Set-Building Structural Engineer's Tools: Tập hợp chương trình riêng lẻ để xúc tiến thiết kế đơn vị kết cấu MIDAS/FEmodeler finite element MESH generator: Chương trình tự động phát sinh lưới phần tử hữu hạn MIDAS/ADS Shear wall type Apartment Design System : Chương trình phân tích thiết kế cho kết cấu tường chắn, cơng trình ngầm II Các ứng dụng phần mềm MIDAS/Civil sản phẩm phần mềm phân tích cầu chun dụng Chương trình hỗ trợ cho việc phân tích tốn cầu : Cầu treo dây văng, dây võng, cầu bê tơng dự ứng lực độ lớn thi cơng theo phương pháp đúc hẫng cân bằng, đà giáo di động, đúc đẩy MIDAS/Civil phát triển dựa Visual C, Fortran … ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng mạnh mơi trường Windows Chương trình bật mặt tốc độ mơ hình hóa tính tốn, dễ giàng sử dụng giao diện thân thiện với người sử dụng Trong q trình phát triển MIDAS/Civil chức kiểm tra so sánh kết với lý thuyết với số chương trình khác Đặc điểm bật Midas/Civil so với chương - Khả mơ hình hóa: Chương trình hỗ trợ nhiều mơ hình kết cấu, đặc biệt kết cấu cầu, cung cấp nhiều loại mặt cắt khác Khả mơ tả vật liệu đẳng hướng, trực hướng, dị hướng, hay vật liệu phi tuyến Về tải trọng chương trình hỗ trợ đầy đủ đa dạng thể loại như: tĩnh tải với loại lực, nhiệt độ, gối lún, dự ứng lực hoạt tải với nhiều loại xe tiêu chuẩn kỹ thuật, xe người dùng định nghĩa tải trọng động với phương pháp tính tốn tiên tiến Chương trình có nhiều cơng cụ trực quan hỗ trợ việc mơ hình hóa cách trực tiếp Ngồi ra, người sử dụng mơ hình kết cấu mặt cắt thơng qua AutoCad - Giao diện tốc độ tính tốn: Chương trình hoạt động mơi trường Windows, giao diện thân thiện, khả tính tốn mạnh Tốc độ tính tốn chương trình phụ thuộc vào khối lượng tính tốn so với số phần mềm tính tốn kết cấu khác Sap2000 tốc độ tính tốn nhanh Kết tính tốn chương trình đầy đủ tin cậy - Khả nhập xuất liệu: Dữ liệu đầu vào nhập trực tiếp import từ file chương trình khác, kết tính xuất hình đồ họa, văn hay máy in, xuất kết dạng tập tin cho chương trình thiết kế sau tính tốn - Khả phân tích cho tốn cầu: Đây tính mạnh chương trình Midas/Civil cung cấp nhiều phương pháp phân tích kết cấu cầu đại, đặc biệt phân tích phi tuyến phân tích giai đoạn thi cơng Kết q trình phân tích đáng tin cậy, phù hợp với giai đoạn từ tính tốn thiết thi cơng q trình khai thác sử dụng - Tính phổ biến chương trình: Do nhiều ưu điểm đặc biệt độ tin cậy kết tính tính tương thích chương trình chương trình sử dụng nhiều dự án lớn Hiện có 4000 dự án sử dụng MIDAS/Civil, độ tin cậy hiệu đem lại cơng nhận giới Giao diện Midas/Civil Hệ thống menu MIDAS/Civil bao gồm tất chức năng, q trình vào liệu, phân tích thiết kế cho thời gian di chuyển chuột nhỏ MiDas/Civil hỗ trợ nhiều khả nhập số liệu: -thơng qua Menu trực quan -thơng quan giao diện dòng lệnh -thơng qua bảng liệu tương thích với Excel -Khả kéo thả dễ dàng -Chế độ undo/redo khơng hạn chế CHƯƠNG II BỐ TRÍ CHUNG CỦA CẦU mặt cắt ngang cầu Với số liệu để ta có mặt ngang cầu sau: Bề rộng mặt cắt ngang cầu: B = 25.5m (tính đến mép ngồi lan can), bao gồm xe người Xác định chiều cao tháp  Theo u cầu độ võng nút dây treo nhỏ nhỏ nhất: S ×L 2× S ×l i i i i yi = E × A × sin α × cos α = E × A × sin 2α i i i i i Trong đó: - Si , Li :Là lực dọc hình chiếu dây văng thứ i lên phương dọc cầu -E, Ai :Độ cứng chịu kéo dây văng thứ i -ai : Góc nghiêng dây văng thứ i Ta thấy yi nhỏ sin2ai = ⇒ 2ai = 90o ⇒ = 45o  Theo u cầu chuyển vị đỉnh tháp cầu nhỏ nhất: ∆= × So × h E × Ao sin α o Trong : So :Lực dọc dây neo H :Chiều cao tháp cầu E.Ao :Độ cứng chịu kéo dây neo : Góc nghiêng dây neo so với phương ngang ∆ nhỏ sin2ao = ⇒ 2ao = 90o ⇒ ao = 45o Như góc nghiêng đạt giá trị 45 o độ cứng cầu đạt giá trị lớn nhất, lúc chiều cao tháp cầu chiều dài nhịp biên.Tuy nhiên góc nghiêng dây neo lớn tháp cầu cao, làm tăng kích thước khối lượng vật liệu.Khi tháp cầu làm việc bất lợi chịu uốn dọc.Làm tăng lực nhổ, đặc biệt cơng nghệ thi cơng gặp nhiều khó khăn.Thực tế cho thấy góc nghiêng hợp lí chịu lực kinh tế dây văng nghiêng 22 o – 24o Từ xác định chiều cao hợp lý tháp cầu Góc nghiêng dây văng lại lựa chon sở đảm bảo độ cứng tốt hệ tránh mơ men uốn lớn tháp.Do kiến nghị dùng sơ đồ dây hình rẽ quạt hợp lý nhất, khắc phục nhược điểm cảu sơ đồ dây đồng quy song song Căn vào u cầu thiết kế, tình hình địa chất, thuỷ văn, u cầu mỹ quan, kiến trúc, địa hình vị trí dựng cầu, ta đưa sơ đồ cầu dây văng hình vẽ:  Chiều dài khoang: Hiện cầu dây văng thường thi cơng theo cơng nghệ đúc hẫng hay lắp hẫng.Trong cơng nghệ thi cơng hẫng khoang dầm nhỏ vừa thích hợp với chiều dài đốt đổ bê tơng, vừa làm cho cấu tạo neo đơn giản lực tác dụng lên dây nhỏ.Khoang dầm nhỏ làm giảm mơ men uốn cục phạm vi khoang, nâng cao độ an tồn cho cơng trình sửa chữa thay dây neo -Theo đề bài: Chiều dài khoang 11m khoang cạnh tháp cầu 14m Nhịp dài 450 m Nhịp biên 202.5 m Tiết diện tháp cầu hinh vng 2,7*2,7m Ta chọn 17 khoang 11 m khoang cạnh tháp cầu 14m, phần lại phần chiều dài hợp long -như ta có sơ đồ cầu : 1.5+17@11+2@14+17@11+48+17@11+2@14+17@11+1.5 - chiều cao tháp cầu tính theo dây cắp ngồi cho góc hợp với phương ngang : 22o-240 - chiều cao tháp cầu lấy cao vị trí dây ngồi 3m -Khoảng cách vị trí bố trí cáp tháp chọn 1.5m Mặt cắt dọc cầu - 17 khoang dầm => 18cáp - Các nhịp bố trí đối xứng Các sơ đồ xin xem vẽ Chương Mơ hình cầu chương trình midas sơ đồ phân tích kết cấu phần mềm midas Bàõ t dáư u Chø n bëcạc dỉûliãû u cáư n thiãú t ca bi toạn -Så âäưtênh -Váû t liãû u -Điãư u kiãû n biãn -Ti tr ng tạc dủ ng -Cạc ti tr ng vtäøhåü p ti tr ng -Nhọm kãú t cáú u , nhọm âiãư u kiãû n biãn vnhọm ti tr ng -Cạc giai âoả n thi cäng -Mä hçnh hoạkãú t cáú u -Mä hçnh hoạpháư n tỉí -Mä hçnh hoạâiãư u kiãû n biãn -Mä hçnh hoạváû t liãû u -Mä hçnh hoạváû t liãû u -Mä hçnh hoạcạc giai âoả n thi cäng Mä hçnh hoạkãú t cáú u Mä hçnh hoạti tr ng Täøhåü p ti tr ng Thiãú t láû p thäng säú cho quạtrçnh gii bi toạn Chả y chỉång trçnh , phán têch , dạnh giạkãú t qu Kãú t thục *Ti tr ng ténh -Khai bạo ti tr ng ténh -khai bạo cạc nhọm ti tr ng ténh (trong cạc giai âoả n thi cäng) -Gạn ti tr ng ténh lãn kãú t cáú u -Gạn ti tr ng ténh lãn cạc giai âoả n thi cäng *Ti tr ng di âäü ng(hoat ti) -khai bạo ln xe -khai bạo loả i ti tr ng -Khai bạo trỉåìng håü p xe *Ti tr ng âäü ng Tuthü c vo quy âënh TC thiãú t kãúsỉídủ ng mtiãú n hnh täøhåü p cạc ti tr ng Våïi22TCN272-01 thçxẹt cạc täøhåü p sau : -Täøhåü p ti tr ng TTGH cỉåìng âäüI -Täøhåü p ti tr ng TTGH cỉåìng âäü II -Täøhåü p ti tr ng TTGH cỉång âIII -Täøhåü p ti tr ng TTGH âàû c biãû t -Täøhåü p ti tr ng TTGH sỉídủ ng I Khai báo liệu đầu vào 1.Thiết lập đơn vị -Đơn vị chiều dài m -Đơn vị lực KN Khai báo vật liệu -Sau thiết lập chế độ làm việc cho midas thiết lập đơn vị tính, các giao diện cho người sử dụng Việc mơ hình việc khai báo dạng vật liệu -Chúng ta phải khai báo đầy đủ tất xác thơng số vật liệu, việc định đến việc tính tốn tĩnh tải chế làm việc theo giai đoạn thi cơng Midas sau -Để cho tiện lợi việc định nghĩa tiết diện sử dựng lớp sau định nghĩa vật liệu của: Dầm chính, dầm ngang, giằng ngang trên, giằng ngang dưới, tháp cầu cáp với thơng số hình vẽ sau 3.Khai báo tiết diện -lần lượt khai báo xác thơng số tiết diện : Tiết diện dầm chủ, tiết diện dầm ngang, tiết diện giằng ngang trên, tiết diện giằng ngang dưới, tiết diện tháp cáp Ứng với tiết diện chọn vật liệu tương ướng khai báo tĩnh tãi -sau khai báo tĩnh tãi midas tự động tính tĩnh tải, ứng với tiết diện vật liệu sử dụng khai báo tiêu chuẩn -midas cho số loại tiêu chuẩn để tính tốn hoạt tải Chúng ta sử dụng tiêu chuấn ASSHTO 6 khai báo xe - Theo bố trí chung mặt cắt ngang cầu, có xe hail an can giành cho người Ứng với sơ đồ sếp tải phải khai báo tất 24 xe Mỗi xe cần khai báo giới hạn làn, độ lệch tâm xe Chọn loại hoạt tải -Hoạt tải sử dụng HL-93 : +Xe tải trục + tải trọng làn, hệ số xung kích 25% +Xe tải trục +tải trọng làn, hệ số xung kích 25% +tải trọng người, cần định nghĩa khai báo lớp hoạt tải Tổ hợp tải trọng Các hình chụp xin xem trang sau II.Mơ hình kết cấu -Cần có sơ đồ hình học trước tiến hành mơ hình midas -Việc mơ hình kết tương tự phần mền khác Midas cung cấp cho nhiều lệnh nhằm giúp cho việc mơ hình kết cấu nhanh lệnh copy, move, miro phần tử nút phần tử element -Việc mơ hình kết cấu tuỳ thuộc vào người sử dụng nhanh hay chậm -chú ý việc lựa chọn dạng phần tử bean hay truss u tố element có ý định đến việc tính tốn nội lực xác sau Muốn biết lựa chọn phải có kiến thức kết cấu định -Trong này, ngồi cáp sử dựng dạng phần tử truss lại sử dụng phần tử dạng beam III Liên kết phần tử - phần tử cáp liên kết với dầm dạng liên kết Elastic link - vị trí mố dầm chủ liên kết gối, dạng Supports giải phóng Mx Ry - tháp liên kết ngàm, dạng Support IV Kết -Sau mơ hình xong cho phần mền chạy (ấn F5),midas tự động tính cho hết chuyển vị, nội lực, ngoại lực phần tử ứng với sơ đồ tải trọng khác Midas xuất sang dạng file Excel nội lực ngoại lực ứng với vị trí tiết diện ( kết xem phần sau đây) ... chọn phải có kiến thức kết cấu định -Trong này, ngồi cáp sử dựng dạng phần tử truss lại sử dụng phần tử dạng beam III Liên kết phần tử - phần tử cáp liên kết với dầm dạng liên kết Elastic link -... song song Căn vào u cầu thiết kế, tình hình địa chất, thuỷ văn, u cầu mỹ quan, kiến trúc, địa hình vị trí dựng cầu, ta đưa sơ đồ cầu dây văng hình vẽ:  Chiều dài khoang: Hiện cầu dây văng thường... giao diện thân thiện với người sử dụng Trong q trình phát triển MIDAS/ Civil chức kiểm tra so sánh kết với lý thuyết với số chương trình khác Đặc điểm bật Midas/ Civil so với chương - Khả mơ hình