Phân tích cầu dây văng: GĐ thi công và GĐ cuối Hiếm

Bài ứng dụng nâng cao số Phân tích giai đoạn thi công giai đoạn cuối cầu dây văng Mclc Lời luận kết Thông số cầu ·················································································· Tải trọng ························································································ Cài đặt môi trường làm việc ······························································· Khai báo đặc trưng vật liệu mặt cắt ················································· Phân tích giai đoạn thi cơng cuối Mơ hình kết cấu cầu ······································································· 10 2D xuất mô hinh cầu ······································································ 11 Mơ hình dầm chủ ··········································································· 12 Mơ hình tháp ················································································ 13 Khai báo mơ hình 3D ······································································ 16 Khai báo dầm ngang ······························································ 18 Khai báo dầm ngang trụ tháp ··························································· 20 Khai báo gối cho tháp ····································································· 22 Khai báo gối đầu ··········································································· 25 Nhập điều kiện biên ······································································· 27 Tính tốn ứng suất ban đầu ····························································· 30 Nhập điều kiện tải trọng ·································································· 31 Nhập tải trọng ··············································································· 32 Phân tích kết cấu ··········································································· 36 Kiểm tra bước thi công giai đoạn cuối 36 Khai báo tổ hợp tải trọng ································································· 36 Tính tốn hệ số tải trọng chưa rõ ················································· 37 Kiểm tra hình biến dạng ·································································· 41 Phân tích giai đoạn thi cơng 42 Phân loại hạng mục thi công giai đoạn ··············································· 43 Cannibalization Stage Category ························································ 44 Phân tích giai đoạn ········································································ 44 Nhập ứng suất căng cáp ban đầu ····················································· 47 Khai báo giai đoạn thi công ······························································ 51 Gán nhóm kết cấu ········································································· 52 Gán nhóm điều kiện biên································································· 55 Gán nhóm tải trọng ········································································ 58 Gán giai đoạn thi công ···································································· 61 Nhập liệu phân tích thi cơng theo giai đoạn ···································· 63 Tiến hành phân tích kết cấu ····························································· 63 Kiểm tra kết phân tích 63 Kiểm tra hình biến dạng ·································································· 64 Kiểm tra mô men uốn ····································································· 65 Kiểm tra lực dọc trục ······································································ 66 Biểu đồ thi công theo giai đoạn ························································· 67 ADVANCED APPLICATIONS Lời luận kết Cầu dây văng hệ thống kết cấu cấu thành kết hợp hiệu dây cáp, dầm chủ tháp cầu Dạng cầu có bề ngồi đẹp dễ dàng hòa hợp với cảnh quan xung quanh hệ thống kết cấu đa dạng tạo nên thay đổi hình dạng tháp cách bố trí dây cáp Cầu dây văng loại kết cấu đòi hỏi trình độ cơng nghệ cao thiết kế lẫn thi cơng, u cầu phân tích kết cấu công cụ thiết kế tinh vi so sánh với loại cầu thông thường khác Bổ sung cho phẫn tích tĩnh cho tĩnh tải hoạt tải, phép phân tích động cần thực để xác định giá trị bất thường Phân tích Lực động, động đất gió yêu cầu thiết yếu thiết kế cầu dây văng Để xác định lực căng trước cáp tạo lúc lắp đặt cáp, trạng thái cân ban đầu cho tĩnh tải giai đoạn hoàn thành cần xác định trước Sau đó, phấn tích giai đoạn thi cơng dựa theo trình tự thi cơng thực Tài liệu hướng dẫn giải thích kỹ thuật mơ hình cầu dây văng, tính tốn lực căng trước ban đầu dây cáp, thể phép phân tích trình tự thi cơng xem lại liệu đầu Mẫu cầu sử dụng tài liệu cầu dây văng nhịp liên tục tạo nhịp dài 220m nhịp biên dài 100m Hình phía thể sơ đồ cầu Hình Mơ hình cầu dây văng FINAL AND CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS FOR CABLE-STAYED BRIDGES Thơng số cầu Mơ hình cầu dùng tài liệu đơn giản hóa mục đích để giải thích trình tự phân tích nên số kích thước có sai khác so với kết cấu thực tế Các kích thước tải trọng cho cầu dây văng ba nhịp liên tục sau: Three span continuous cable-stayed bridge (self-anchored) L = 100 m+220 m+100 m = 420 m B = 15.6 m (2 lanes) lane structure m m m Bridge type Bridge length Bridge Width Lanes 2@ + 8@ 10 + 14 = m 14 + 9@ 10 + 12 + 9@ 10 + 14 = m 14 + 8@ 10 + 2@ = m m Hình General layout Tải trọng  We input initial cable prestress force values, which can be calculated by built-in optimization technique in MIDAS/Civil    Trọng lượng: Tự động tính tốn chương trình Tĩnh tải bổ sung: mặt đường, rào chắn lan can Lực căng trước ban đầu dây cáp: Lực căng trước dây cáp làm thỏa mãn trạng thái cân ban đầu giai đoạn hoàn thành Hình Mặt tháp ADVANCED APPLICATIONS Cài đặt mơi trường làm việc Để thực phân tích giai đoạn cuối cho cầu dây văng, mở file lưu lại ‘Cable Stayed Backward’ bắt đầu mồ hình Gán ‘m” cho đơn vị chiều dài, ‘KN’ cho đơn vị lực Hệ thống đơn vị thay đổi lúc suốt trình mơ hình Click on Tools / - New Project - Save (MSS) Unit System Length>m; Force (Mass)>kN (ton)  Hình Gán hệ đơn vị FINAL AND CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS FOR CABLE-STAYED BRIDGES Khai báo đặc trưng vật liệu mặt cắt Nhập tính chất vật liệu cho dây cáp, dầm chủ, trụ tháp, dầm ngang dầm chủ dầm ngang trụ tháp Nhấn thẻ Material hộp thoại properties Properties / Material Properties Material ID (1); Name (Cable); Type of Design>User Defined; User Defined>Standard >None; Type of Material>Isotropic; Analysis Data>Modulus of Elasticity (1.9613e8); Poisson’s Ratio (0.3) Weight Density (77.09)  Nhập tính chất vật liệu cho dầm chủ, tháp, dầm ngang dầm chủ dầm ngang tháp cách tương tự Giá trị nhập vào thể bảng Table Material Properties Material ID Name Modulus of Elasticity (kN/m2) Poisson’s Ratio Weight Density (kN/m3) Cable 1.9613×108 0.3 77.09 Girder 1.9995×10 0.3 77.09 Pylon 2.78×107 0.2 23.56 CBeam_Girder 1.9613×10 0.3 77.09 CBeam_Pylon 2.78×107 0.2 23.56 Hình Khai báo vật liệu ADVANCED APPLICATIONS Nhập thông số mặt cắt cho cáp, dầm chủ, tháp, dầm ngang dầm chủ dầm ngang trụ tháp Nhấn thẻ Section hộp thoại Properties Properties / Section Value tab Section ID (1); Name (Cable); Built-Up Section (on); Consider Shear Deformation (on); Section Shape>Solid Rectangle; Section Properties>Area (0.0052)  Tương tự, nhập thông số mặt cắt cho dầm chủ, tháp, dầm ngang dầm chủ dầm ngang trụ tháp Giá trị bảng Table Section Properties Sectio Name Area (m2) Ixx (m4) Iyy (m4) Izz (m4) Cable 0.0052 0.0 0.0 0.0 Girder 0.3092 0.007 0.1577 4.7620 Pylon 9.2000 19.51 25.5670 8.1230 CBeam_Girder 0.0499 0.0031 0.0447 0.1331 CBeam_Pylon 7.2000 15.79 14.4720 7.9920 n ID Hình Khai báo mặt cắt FINAL AND CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS FOR CABLE-STAYED BRIDGES Phân tích giai đoạn thi cơng cuối Sau hồn thành mơ hình giai đoạn cuối cho cầu dây văng, tính tốn lực căng ban đầu cáp cho tải trọng thân tĩnh tải tăng thêm Sau đó, thực phân tích trạng thái cân ban đầu với tính tốn lực căng dây ban đầu Để thực mơ hình kết cấu cấu cầu dây văng, ta tạo mơ hình 2D chương trình Cable Stayed Bridge Wizard MIDAS/CIVIL Sau chép đối xứng mơ hình 2D để tạo mơ hình 3D Lực căng cáp ban đầu đề xuất cho giai đoạn cuối tính toán dễ dàng qua chức Unknown Load Factors, chức dựa kỹ thuật tối ưu hóa Mơ hình cuối cầu dây văng thể hình Hình Mơ hình phân tích cầu dây văng ADVANCED APPLICATIONS Mơ hình kết cấu cầu Trong tài liệu này, mơ hình phân tích cho giai đoạn cuối hòa thiện trước sau thực phân tích Mơ hình giai đoạn cuối lưu tên khác, sau mơ hình giai đoạn thi cơng phát triển sử dụng mơ hình Q trình mơ hình cho phân tích giai đoạn cuối cầu dây văng sau T o mơ hình 2D b ng Cable-Stayed Bridge Wizard Mơ hình tháp M r ng thành mơ hình 3D T o d m ngang c a d m ch T o g i tháp T o g i đ hai đ u Nh p u ki n biên Tình toán l c c ng ban đ u b ng Unknown Load Factors Nh p t i tr ng u ki n t i tr ng 10 Th c hi n phân tích k t c u 11 Tính tốn Unknown Load Factors 10 FINAL AND CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS FOR CABLE-STAYED BRIDGES Gán nhóm điều kiện biên Đăng ký điều kiện biên, thêm vào bỏ giai đoạn thi công, vào nhóm điều kiện biên tương ứng Sau xác định tên nhóm điều kiện biên, ta đăng ký điều kiện biên liên quan cho nhóm điều kiện biên Activate All Group Tab Group>Boundary Group>New… (right-click mouse) Name (Fixed Support)  Name (Elastic Link)  Name (Bent)  Name (Rigid Link)  Hình 46 Defining Boundary Group 55 ADVANCED APPLICATIONS Đăng ký lại liên kết ngàm, liên kết đàn hồi liên kết cứng, liên kết xác định cho phân tích giai đoạn hồn thành, vào nhóm điều kiện biên cho phân tích giai đoạn thi cơng Group>Boundary Group Select All Fixed Support (Drag & Drop) Select Boundary Type>Support (on)  Select All Elastic Link (Drag & Drop) Select Boundary Type>Elastic Link (on)  Select All Rigid Link (Drag & Drop) Select Boundary Type>Rigid Link (on)  Drag & Drop Hình 47 Generating Fixed Support, Elastic Link and Rigid Link Conditions 56 FINAL AND CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS FOR CABLE-STAYED BRIDGES Chúng ta đăng ký điều kiện biên cho hệ giàn đỡ tạm vào nhóm điều kiện biên Ta nhập điều kiện biên dạng gối lề (Dx,Dy,Dz,Rz) trung tâm nhịp biên Iso View Boundary / Supports Select Identity- Node (Nodes: 86, 29, 130, 63)  Boundary Group Name>Bent Options>Add Support Type>D-ALL (on); Rz (on)  130, 63 86, 29 Hình 48 Generating Boundary Condition for Temporary Bents 57 ADVANCED APPLICATIONS Gán nhóm tải trọng Đăng ký trạng thái lực, lực thêm bỏ giai đoạn thi cơng, vào Nhóm tải trọng tương ứng Các tải trọng xem xét phân tích ngược giai đoạn thi cơng tải trọng thân, tĩnh tải tăng thêm lực căng cáp ban đầu Đầu tiên, ta tạo tên cho nhóm tải trọng sau đăng ký tải trọng liên quan vào nhóm tải trọng Group Tab C Group>Load Group> New… (right-click mouse) Name (SelfWeight)  Name (Additional Load)  Name (Pretension Load)  Hình 49 Defining Load Group 58 FINAL AND CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS FOR CABLE-STAYED BRIDGES Chỉnh sửa nhóm tải trọng “Default”, nhóm tải trọng xác định cho tải thân phân tích giai đoạn hồn thành, thành “Self Weight” Load / / Self Weight Load Case Name>SelfWeight Load Group Name>SelfWeight Operation> Hình 50 Modifying Load Group for Self-Weight 59 ADVANCED APPLICATIONS Đăng ký lại tĩnh tải tăng thêm lực căng cáp ban đầu, lực xác định cho phân tích giai đoạn hồn thành, vào nhóm tải trọng Select All Group > Load Group Additional Load (Drag & Drop) Select Load Type>Beam Loads (on)  Select All Group > Load Group Pretension Load (Drag & Drop) Select Load Type>Pretension Loads (on)  Drag & Drop Hình 51 Defining Load Group for Superimposed Dead Load and Initial Cable Prestress 60 FINAL AND CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS FOR CABLE-STAYED BRIDGES Gán giai đoạn thi cơng Bây giờ, ta đăng ký nhóm kết cấu, nhóm điều kiền biên nhóm tải trọng đăng ký trước vào giai đoạn thi cơng tương ứng Đầu tiên, ta đăng ký giai đoạn cuối (CS0) thành giai đoạn thi công giai đoạn phân tích ngược Load / / Define Construction Stage CS0 Save Result>Stage (on) Element tab>Group List > SG0; Activation> Boundary tab>Group List > Fixed Support, Elastic Link, Rigid Link Support / Spring Position>Original Activation> Load tab> Group List>SelfWeight, Additional Load, Pretension Activation>  Hình 52 Defining Elements, Boundary Conditions and Loads for Construction Stage CS0 61 ADVANCED APPLICATIONS Xác định Construction Stage cho giai đoạn thi công tư CS1 đến CS32 sử dụng bảng Phân loại giai đoạn sau: CS1 Save Result>Stage (on) Load tab> Group List> Additional Load Deactivation>  CS2 Save Result>Stage (on) Element tab>Group List > SG2; Deactivation> Element Force Redistribution> 100% Boundary tab>Group List > Bent; Support / Spring Position>Original Activation> CS3 to CS32 Save Result>Stage (on) Element tab>Group List > SG3 to SG32; Deactivation> Element Force Redistribution> 100% 62 FINAL AND CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS FOR CABLE-STAYED BRIDGES Nhập liệu phân tích thi cơng theo giai đoạn Analysis / Construction Stage Analysis Control Final Stage>Last Stage (on) Analysis Option>Include Time Dependent Effect (off)  Hình 53 Construction Stage Analysis Control Data Dialog Box Tiến hành phân tích kết cấu Thực phân tích giai đoạn thi cơng cho tải trọng thân, tĩnh tải tăng thêm lực căng ban đầu Analysis / Perform Analysis  63 ADVANCED APPLICATIONS Kiểm tra kết phân tích Xem lại thay đổi hình dạng, mặt cắt lực cho giai đoạn thi cơng phân tích giai đoạn thi cơng Kiểm tra hình biến dạng Xem lại biến dạng hình học dầm chủ tháp cho giai đoạn thi cơng  Stage Toolbar>CS (A in Hình 54) Result / / Load Cases/Combinations>CS:Summation ; Step>Last Step Components>DXYZ; Type of Display>Undeformed (on); Legend (on) Deform Deformation Scale Factor (0.5)   A Hình 54 Deformed Shape for Each Construction Stage from Backward Analysis 64 FINAL AND CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS FOR CABLE-STAYED BRIDGES Kiểm tra mô men uốn Với giai đoạn thi công, ta xem lại mô men uốn cho dầm chủ tháp Stage Toolbar>CS Result / / Load Cases/Combinations>CS:Summation ; Step>Last Step Components>My Display Options>5 Points; Line Fill ; Scale>(1.0000) Type of Display>Contour (on); Deform (off), Legend (on)  Hình 55 Bending Moment Diagram for Each Construction Stage from Backward Analysis 65 ADVANCED APPLICATIONS Kiểm tra lực dọc trục Với giai đoạn thi công, ta xem lại lực dọc cho cáp Stage Toolbar>CS 15 Result / / Load Cases/Combinations>CS:Summation ; Step>Last Step Force Filter>All; Type of Display>Legend (on)  Hình 56 Axial Forces for Each Construction Stage from Backward Analysis 66 FINAL AND CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS FOR CABLE-STAYED BRIDGES Biểu đồ thi công theo giai đoạn Ta xem lại biến dạng dầm chủ tháp giai đoạn thi công sử dụng biểu đồ phân tích giai đoạn thi cơng Với giai đoạn thi công, ta xem lại chuyển vị ngang tháp chuyển vị thẳng đứng dầm chủ vị trí điểm ¼ nhịp biên Status Bar > kN, mm Results / Stage/Step History Graph Define Function>Displacement> Displacement>Name (Horizontal Disp.); Node Number (1); Components>DX  Define Function>Displacement> Displacement>Name (Vertical Disp.); Node Number (27); Components>DZ  Mode>Multi Func.; Step Option>Last Step; X-Axis>Stage/Step Check Functions to Plot>Horizontal Disp (on), Vertical Disp (on) Load Cases/Combinations>Summation Graph Title (Horizontal & Vertical Displacements for each CS), Hình 57 History Graph of Deformed Shape for Each Construction Stage 67 ADVANCED APPLICATIONS Xem lại biến đổi lực căng cáo sử dụng chức Step History Graph Kiểm tra biến đổi lực kéo cáp chõ giai đoạn thi công cho dây cáp khu vực tháp từ giai đoạn hoàn thành CS0 đến giai đoạn cuối CS32 phân tích giai đoạn thi cơng Results / Stage/Step History Graph Define Function>Truss Force/Stress> Truss Force/Stress>Name (Cable 10); Element No (10); Force (on); Point>I- Node  Define Function>Truss Force/Stress> Truss Force/Stress>Name (Cable 11); Element No (11); Force (on); Point>I- Node  Mode>Multi Func.; Step Option>Last Step; X-Axis>Stage/Step Check Functions to Plot>Cable 10 (on), Cable 11 (on) Load Cases/Combinations>Summation Graph Title (Variation of Cable Tension for each CS) Hình 58 Cable Tension Force Variation Graph for Each Construction Stage 68 FINAL AND CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS FOR CABLE-STAYED BRIDGES Xem lại biến đổi mô men uốn dầm chủ tháp cách sử dụng chức Step History Graph Xem lại biến đổi mô men uốn cho giai đoạn thi công phần tháp vị trí điểm ¼ dầm chủ nhịp biên Status Bar > kN, m Results / Stage/Step History Graph Define Function>Beam Force/Stress, Beam Force / Stress>Name (Moment of Girder); Element No (45); Force (on) Point>I- Node; Components>Moment–y  Define Function>Beam Force/Stress, Beam Force / Stress>Name (Moment of Tower); Element No (108); Force (on) Point>I- Node; Components>Moment–y  Mode>Multi Func.; Step Option>Last Step; X-Axis>Stage/Step Check Functions to Plot>Moment of Girder (on), Moment of Tower (on) Load Cases/Combinations>Summation Graph Title (Bending Moment for each CS), Hình 59 Bending Moment Variation Graph for Each Construction Stage 69 ... ANALYSIS FOR CABLE- STAYED BRIDGES 2D xuất mô hinh cầu  Sử dụng thuật sỹ 2D, mơ hình 2D tự động khai báo với tính chất vật liệu, mặt cắt, dầm chủ khai báo MIDAS/Civil cung cấp chức Cable- Stayed Bridge... (25) ; B>X (m) (100) ; Z (m) (90) Height>H1 (m) (90)  Material >Cable> 1 :Cable ; Deck>2:Girder ; Tower>3:Pylon Section >Cable> 1 :Cable ; Deck>2:Girder ; Tower>3:Pylon  Nhập độ dốc ngang 5% cho... tích tính tốn lực căng ban đầu Table Flowchart for Initial Cable Prestress Calculation 30 FINAL AND CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS FOR CABLE- STAYED BRIDGES Nhập điều kiện tải trọng Nhập trạng thái