Hướng dẫn lập mô hình trong MIDAS FCM bridge construction analysys

Đoạn đầu tiên của trụ T2 được thi công sau 60 ngày so với trụ P1.. Ki ểm tra các giai đoạn thi công Hình 24  Construction Stage 1: Kích hoạt nhóm kết cấu cho trụ và khối đỉnh trụ; Kíc

Tóm t ắt Hướng dẫn sử dụng công cụ “FCM Wizard”

Phân tích giai đoạn thi công xây dựng cầu Theo phương pháp đúc hẫng cân bằng

1/ Gi ới thiệu cầu: Kích thước tổng thể của cầu và mặt cắt ngang cầu

 Cầu: 3 nhịp liên tục, dầm hộp BTCT DƯL căng trước

 Sơ đồ nhịp: L = 85,0 + 130,0 + 85,0 = 300,0 m

 Bề rộng cầu: B = 12,7 m (2 làn xe)

 Độ xiên của cầu: 90 ° (vuông góc)

Hình 1 Bố trí chung cầu

Hình 2 Kích thước mặt cắt ngang cầu

Hình 3 Sơ đồ bố trí cáp dự ứng lực

Thông s ố kỹ thuật của vật liệu

 Bê tông b ản nắp (top concrete):

+ Cường độ thiết kế (design strength): fck = 400 kgf/cm2

+ Cường độ chịu nén ban đầu (Initial compressive strength) fci=270 kgf/cm2 + Mô đuyn đàn hồi (Modulus of Elasticity):

/ 10 7 , 3 70000

+ Ứng suất cho phép (Allowable Stresses)

Ứng suất cho phép Ngay sau khi căng kéo cáp Sau khi mất mát ứng sất

/ 5 , 148

55 ,

/ 0 , 160

4 ,

f ca = ck =

/ 1 , 13

8 ,

/ 0 , 32

6 ,

f ca = ck =

 Bê tông b ản đáy (Bottom concrete):

+ Cường độ thiết kế (design strength): fck = 270 kgf/cm2

+ Mô đuyn đàn hồi (Modulus of Elasticity):

2 5

/ 10 35 ,

 Cáp d ự ứng lực (KSD 7002 SWPC 7B - Φ15,2mm (0,6” tao)

+ Gi ới hạn chảy (Yield strength): fpy=160 kgf/mm2 → Py= 22,6 tonf / tao + Gi ới hạn bền (Tensile strength): fpu=190 kgf/mm2 → Pu= 26,6 tonf / tao + Di ện tích tiết diện (Sectional Area) Ap=138,7 cm2

+ Mô đuyn đàn hồi: Ep=2,0 x 106 kgf/mm2

+ L ực căng cáp: fpj= 0,72.fpu=137 kgf/mm2

+ Độ tụt neo: s = 6mm

+ H ệ số mất mát do ma sát (Friction loss coefficients):

µ = 0.30 /rad; k = 0,006 /m + Ứng suất cho phép (Allowable Stresses)

Ứng suất lớn nhất khi căng

kéo

ứng suất tức thời sau khi đóng neo (fpo)

Trạng thái khai thác sau khi

m ất mát ứng sất 0,9.fpy= 144 kgf/mm2 0,7.fpu= 133 kgf/mm2 0,8 fpy = 128 kgf/mm2

T ải trọng

 T ĩnh tải (Dead loads)

+ Self weight: sử dụng lệnh Self Weight

+ T ĩnh tải giai đoạn 2: w = 3,432 tonf/m

 L ực căng trước

+ Bó cáp: 19 tao 15,2 mm (φ0,6” – 19)

Di ện tích cáp dự ứng lực: Ap = 1,387 x 19 = 26,353 cm2 Kích thước ống ghen: 100/103 mm

+ L ực căng cáp: 72% giới hạn bền của cáp

fpj = 0,72 fpu = 13 680 kgf/cm2

Pj = Ap fpj = 360,5 Tonf + M ất mát tức thời ngay sua khi đóng neo (chương trình tự động tính toán) + M ất mát do ma sát: ( )

0 kL

x P e

P = −µα+

Bó cáp b ản nắp: µ = 0,20 k=0,001

Bó cáp b ản đáy: µ = 0,30 k=0,006 + M ất mát do tụt neo: ∆Ic = 6 mm

+ M ất mát do co ngắn đàn hồi: ∆PE = ∆fP ASP

+ T ổng mất mát ứng suất (chương trình tự động tính toán)

+ M ất mát do chùng nhão cáp

+ M ất mát do co ngót và từ biến

Điều kiện từ biến và co ngót

Xi măng: Bình thường (Loại 1)

Tu ổi của bê tong khi bắt đầu chịu lực: t0 = 5 ngày

Tu ổi bê tông khi bắt đầu chịu ảnh hưởng môi trường: ts= 3 ngày

Độ ẩm tương đối: RH=70%

Nhi ệt độ củ amôi trường hay nhiệt độ lúc bảo dưỡng bê tông: T=200

C Tính theo tiêu chu ẩn CEB-FIB

H ệ số từ biến: Chương trình tự tính toán

Bi ến dạng co ngót của bê tông: Chương trình tự tính toán

Gi ả thiết như sau: P=80,0 Tonf, e = 2,50 m, M=Pxe = 200,0 Tonf

Hình 4: T ải trọng do xe đúc

1 Khai báo giao di ện khi lập mô hình

 Main Menu > File > New Project

 Main Menu > File > Save tên “FCM bridge.mcb”

 Main Menu > Tools / Unit System; length: m; Force: tonf

2 Khai báo đặc trưng vật liệu

 Main Menu > Model > Properties > Material

 Material > Add;

 Nhập thông số cơ lý cho vật liệu của hạng mục

 Dầm hộp: Name > C400; Type > Concrete; Standard > KS-civil (RC); DB> C400; Apply

 Trụ cầu: Name > C270; Type > Concrete; Standard > KS-civil (RC); DB> C270; Apply

 Cáp dự ứng lực: Name > Tendon; Type > User Define; Standard > None; Modulus of Elasticity > 2,0 e7; Poisson’s Ratio > 0,3 ; Thermal Coefficient > 1,0 e5 ; Weight Density > 7,85 ; Apply

 OK

3 Khai báo đặc trưng tiết diện trụ

 Main Menu > Model > Properties > Section

 Add > DB/User

 Name > Pier; Section shape > Solid Rectangle; User > H= 1,8 và B = 8,1

 OK

4 Mô hình d ầm hộp bằng công cụ “FCM Bridge Wizzard”

 Main Menu > Model > Structure Wizard > FCM Bridge …

Hình 10 : Sơ đồ bố trí các đốt đúc dầm

Hình 11: Thời gian dự kiến thi công

4.1 Nhập mô hình cầu

 Bridge Model Data Type> Type1 > Model tab

 Material (Girder)> 1: C400 ; Material (Pier)> 2: C270; Number of Piers > 2 ; Pier Section> 1: Pier ; Stage Duration > 12 ; Method > Cast-in

 Pier Table> P.T : 14 ; B : 6, Key Segment>K1: 2 ; K2 : 2

 Pier>H : 40 ; C : 4,2

 FSM>FSM(L) : 2, 4@4.25 ; FSM(R) : 2, 4@4.25

 Zone1 : 12@4.75 ; Zone2 : 12@4.75

 Mô hình chênh lệch tuổi của các cấu kiện:

 Hai cánh hẫng: Trong ví dụ, giả thiết tiến độ xây dựng là 15 ngày cho một đốt đúc Đoạn đầu tiên của trụ T2 được thi công sau 60 ngày so với trụ P1 Pier Table Placing

… > P.T.2 > Day: 60; OK

 Member Age … > FCM: 60 ; Key Seg: 10 ; Pier Table: 15; Segment : 5 ; Pier: 100; OK

4.2 Khai báo thông số mặt cắt ngang hộp

 Section tab

 1 Cell

 Nhập kích thước hộp gồm: H1 (0.25) ; H2 (2.19) ; H3 (0.26) ; H4 (0.35); H5 (0.325) ; H6 (0.25)

; H2-1 (5.9) ; H3-1 (0.85); B1 (2.8) ; B2 (0.45) ; B3 (3.1) ; B4 (1.75) ; B5 (1.75); B6 (1.25)

 Form Traveler Load (include form load)> include Wet Conc Load; trọng lượng xe đúc P (80) ;

độ lệch tâm của xe đúc e ( 2.5 )

 View Option> Drawing

4.3 Khai báo các bó cáp dự ứng lực

Hình 18: Sơ đồ bố trí cáp trên mặt cắt ngang tại mắt đỉnh trụ và mặt cắt giữa nhịp

 Tendon tab > Tendon and Prestress

 Section Type> 1 Cell

 Nhập giá trị cho vị trí bó cáp : H1 (0.17); H2 (0.32); H3 (0.29); H4 (0.14); W1 (0.1); W2 (0.1); W3 (0.06) ; S (0.175); DX1 (0.1) ; DY1 (0.3) ; DX2 (0.1); DY2 (0.3) ; DX3 (0.3) ; DY3 (0.19)

 Tendon Number: Equal (on); N1 (7); N2 (3); N3 (6); N4 (3); N5 (2); N6 (7); N7 (2); N8 (5);

OK

 Tendon Property> …; add

 Thông số cho bó cáp bản nắp:

 Tendon Name: Top; Tendon Type> Internal (Post-tension); Material> 3: tendon;

 Total Tendon Area: 0.0026353 hoặc nhấn nút …

+ Strand Diameter : 15.2mm (0.6＂)

+ Number of Strands : 19

+ OK

 Duct Diameter : 0.103; Relaxation Coefficient > CEB-FIP : 5% Ultimate Strength : 190000; Yield Strength : 160000; Curvature Friction Factor : 0.2; Wobble Friction Factor: 0.001; Anchorage Slip> Begin : 0.006 và End :0.006

 Bond Type: (Bonded)

 OK

 Thông số cho cáp bản đáy:

 Tendon Name: Bot; Tendon Type> Internal : Post-Tension; Material> 3: tendon

 Total Tendon Area: 0.0026353 hoặc nhấp chọn …

+ Strand Diameter : 15.2mm (0.6＂)

+ Number of Strands : 19

+ OK

 Duct Diameter : 0.103; Relaxation Coefficient > CEB-FIP: 5%; Ultimate Strength : 190000; Yield Strength : 160000; Curvature Friction Factor : 0.3; Wobble Friction Factor: 0.001; Anchorage Slip : Begin (0.006) và End (0.006)

 Bond Type: Bonded

 OK

 Top: Top ; Bottom : Bot

 Jacking Stress : bó cáp trên Top ( 0.72 )×(Su); bó cáp Bottom (0.72)×(Su)

 Anchorage Position : 1; Top Tendon Grouting : Every (1) stages

 OK

4.4 Khai báo v ị trí neo các bó cáp

 Tendon Anchorage Number

 Khai báo vị trí neo các bó cáp trên: Top tendon …: Top Tendon Jacking Number > Equal; Segment : P.T, Seg6, Seg7, Seg8, Seg9, Seg10; Anch Num : 2 ; Define; OK

 Khai báo vị trí neo các bó cáp bản đáy:

 Bottom (Side) …: Bottom (side) Tendon Jacking Number > Equal; Segment : Seg1, Seg2, Seg3, Seg4, Seg12; Anch Num : 0 ; Define; OK

 Bottom (Mid) …: Tendon Jacking Number > Equal ;

 Segment : Seg1, Seg2, Seg3, Seg4, Seg12; Anch Num: 0; Define

 Segment : Seg5, Seg11; Anch Num : 2; Define; OK

 OK

5 Hi ệu chỉnh và thêm số liệu đầu vào

5.1 Ki ểm tra các giai đoạn thi công

Hình 24

 Construction Stage 1: Kích hoạt nhóm kết cấu cho trụ và khối đỉnh trụ; Kích hoạt nhóm điều

kiện biên (gối); Ngày thứ nhất: Kích hoạt dự ứng lực, xe đúc và tải trọng bản thân; Ngày thứ 7:

tải trọng bản than của khối bê tông ướt đốt 1 (đốt K1)

 Construction Stage 2: Kích hoạt đốt đúc thứ 1 (đốt K1); Ngày thứ 1: Không kích hoạt xe đúc và

bê tông ướt của giai đoạn thi công 1, nhưng kích hoạt tải trọng xe đúc và lực căng kéo; Ngày

thứ 7: Kích hoạt tải trọng bản thân của khối đúc K2

 Construction Stage 3~12: lập lại tương tự như giai đoạn thi công 2

 Construction Stage 13: Kích hoạt Đốt đúc K12; Ngày thứ nhất: Không kích hoạt xe đúc và tải

trọng bê tông ướt của giai đoạn thi công thứ 12, nhưng kích hoạt khối hợp long, tải trọng xe đúc và lực căng kéo; Ngày thư 20: Kích hoạt tải trọng bê tông ướt của khối hợp long số 1 và

số 3

 Construction Stage 14: Kích hoạt Khối hợp long số 1 và số 3, và khối đúc trên đà giáo FSM 1

và FSM 2; Kích hoạt điều kiện biên cho khối đúc trên đà giáo (FSM_Left, FSM_Right); Ngày

thứ nhất: Không kích hoạt tải trọng xe đúc và tĩnh tải của bê tông ướt khối hợp long số 1 và số

3, nhưng kích hoạt lực căng kéo; Ngày cuối cùng: Kích hoạt phần tử trụ số 1 và tải trọng theo

thời gian của khối FSM1

 Construction Stage 15: Kích hoạt Tải trọng bê tông ướt của khối hợp long số 2

 Construction Stage 16: Kích hoạt Khối hợp long số 2; Ngày đầu tiên: Không kích hoạt tải trọng

xe đúc và tĩnh tải của bê tông ướt, nhưng kích hoạt lực căng kéo; Ngày cuối cùng: kích hoạt

tĩnh tải giai đoạn 2

 Display > Load tab: Load Case > Load Value ; Nodal Load; OK

5.2 Hi ệu chỉnh thông số các giai đoạn thi công

 Hiệu chỉnh thông số cho giai đoạn thi công 13: thời gian thi công của đốt K12 thành 30 ngày và khai báo giai đoạn thi công phụ “Additional Step” 20 ngày cho tải trọng của bê tông ướt của

khối hợp long số 1 và số 3

 Hidden: off; Stage > Base; Load/Construction Stage Analysis Data/Define Construction Stage

 Name > CS13 ; Modify/Show; Stage > Duration : 30; Additional Step>Step>1 > Delete; Day : 20; Add

 Load tab: Activation > Active Day> 20;

 Group List > Name > KeyWC1, KeyWC3

 Modify

 Hiệu chỉnh thông số cho giai đoạn thi công 15:

 Load / Construction Stage Analysis Data / Define Construction Stage

 Name> CS15 ; Modify/Show

 Stage>Duration : 30; Additional Step> Day : 20, Add

 Load tab: Activation > Active Day : 20; Group List>Name> KeyWC2-1, KeyWC2-2

 OK

5.3 Khai báo thê m trường hợp tải trọng và nhóm tải trọng

 Định nghĩa trường hợp tải trọng:

 Load / Static Load Cases

 Name : 2nd; Type> Construction Stage Load; Add

 Model / Group / Define Load Group

 Name: 2nd; Add

 Khai báo báo tải trọng cho trường hợp vừa định nghĩa

 Load / Element Beam Loads

 Select Window (chọn các phần tử dầm hộp)

 Load Case Name> 2nd ; Load Group Name> 2nd; Options > Add ; Load Type> Uniform Load; Direction> Global Z ; Projection> No; Value> Relative ; x1 ( 0 ), x2 ( 1 ), W ( -3.432 );

 Apply

 CS16, kích hoạt nhóm tải trọng “2nd"; hiệu chỉnh thời gian thi công thành 10.000 ngày:

 Load / Construction Stage Analysis Data / Define Construction Stage

 Name> CS16, Modify/Show;

 Stage>Duration : 10000; Load tab > Group List > Name> 2nd

 Activation > Active Day > First, Add; OK

5.4 Ki ểm tra thông số nhập vào của các giai đoạn thi công

 Query / Group Activation of Construction Stage

5.5 Khai báo v ật liệu có tính chất thay đổi theo thời gian

 Định nghĩa tính chất co ngót và từ biến của vật liệu theo mô hình CEB-FIP

 Dầm hộp: Model / Properties / Time Dependent Material (Creep/Shrinkage); Name : C400; Code> CEB-FIP; Compressive strength of concrete at the age of 28 days : 4000; Relative Humidity of ambient environment (40 ~ 99) : 70; Notational size of member: 1; Type of cement> Normal or rapid hardening cement (N, R); Age of concrete at which shrinkage begins to take place : 3; OK

 Bê tông trụ: Model / Properties / Time Dependent Material (Creep/Shrinkage); Name : C270; Code> CEB-FIP; Compressive strength of concrete at the age of 28 days : 2700; Relative

Humidity of ambient environment (40 ~ 99) : 70; Notational size of member : 1; Type of cement> Normal or rapid hardening cement (N, R); Age of concrete at which shrinkage begins to take place: 3; OK

 Cường độ bê tông thay đổi theo mô hình CEB-FIP

 Cho dầm hộp: Model / Properties / Time Dependent Material (Comp Strength); Name :

C400; Type> Code; Development of Strength>Code> CEB-FIP; Concrete Compressive Strength at 28 Days : 4000; Cement Type(s): (N, R : 0.25); Redraw Graph, OK

 Cho Trụ: Model / Properties / Time Dependent Material (Comp Strength); Name : C270;

Type> Code; Development of Strength>Code> CEB-FIP; Concrete Compressive Strength at

28 Days : 2700; Cement Type(s): (N, R : 0.25); Redraw Graph, OK

 Khai báo tính chất thay đổi của vật liệu theo thời gian

 Dầm hộp: Model / Properties / Time Dependent Material Link; Time Dependent Material Type > Creep/Shrinkage : C400; Comp Strength : C400; Select Material for Assign>Materials> 1:C400; > chuyển sang bảng Selected Materials ; operation: Add/Modify

 Trụ: Time Dependent Material Type >Creep/Shrinkage>C270; Comp Strength>C270; Select Material for Assign>Materials> 2:C270; >Selected Materials; Add/Modify

 Thay đổi giá trị cho Notational size of member : Model / Properties / Change Element Dependent Material Property: Select all; Option> Add/Replace; Element Dependent Material > Notational Size of Member> Auto Calculate; Code> CEB-FIP

5.6 Lo ại bỏ các nhóm mặt cắt thay đổi

 Model / Properties / Tapered Section Group; Name> TSGroup1 ~ 4; Convert to Tapered Section …; New Start Section Number: 1, OK, Close

6 Phân tích k ết cấu trong giai đoạn thi công

 Analysis / Construction Stage Analysis Control; Final Stage> Last Stage; Analysis Option> Include Time Dependent Effect; Time Dependent Effect > Creep Shrinkage; Type> Creep & Shrinkage; Convergence for Creep Iteration: Number of Iteration: 5; Tolerance : 0.01; Auto Time Step Generation for Large Time Gap; Tendon Tension Loss Effect (Creep & Shrinkage); Variation of Comp Strength; Tendon Tension Loss Effect (Elastic Shortening); Beam Section Property Changes> Change with Tendon; Save Output of Current Stage (Beam/Truss) , OK

 Analysis / Perform Analysis

7 Ki ểm tra kết quả phân tích

7.1 Ki ểm tra ứng suất và biến dạng của phần tử dưới dạng đồ thị

 Ví dụ kiểm tra ứng suất tại bản đáy ở giai đoạn thi công CS13

 Stage> CS13;

 Results / Bridge Girder Diagrams

 Load Cases/Combinations>Step List> First Step, User Step; Load Cases/Combinations> CS: Summation ;

 Diagram Type> Stress;

 X-Axis Type> Node ;

 Bridge Girder Elem Group> Bridge Girder; Components> Combined

 Combined (Axial + Moment)> chọn Maximum

 Allowable Stress Line> Draw Allowable Stress Line; Comp : 1600; Tens.: 320󲐀

 Generation Option> Current Stage-Step

 Apply