Phân tích giai đoạn thi công và giai đoạn hoàn thành của cầu treo Hiếm

Bài tập áp dụng số Phân tích giai đoạn thi cơng trạng thái hồn thành cầu dây võng CONTENTS Giới thiệu Procedure for Completed State Analysis Bridge Dimensions Mơ hình phân tích giai đoạn cuối thi cơng Mơ hình kết cấu Gán mơi trường làm việc Khai báo tính chất vật liệu Khai báo mặt cắt Phân tích trạng thái cân ban đầu Chia nhỏ phần tử trụ tháp để khai báo dầm ngang 13 Nhập điều kiện biên 17 Khai báo nhóm kết cấu 23 Nhập tải trọng 25 Kiểm sốt phân tích cầu dây võng 27 Bỏ liệu kiểm sốt phân tích phi tuyến liệu phân tích cầu dây võng 30 Xóa bỏ chỉnh sửa điều kiện giải phóng đầu dầu cho mặt 32 Input Load Cases and Static Loads 35 Tiến hành phân tích kết cấu ( phân tích trạng thái hồn thành) 37 Kiểm tra kết phân tích trạng thái hồn thành 38 Kết phân tích tĩnh Mơ hình cho phân tích thi cơng theo giai đoạn 38 46 Gán môi trường làm việc 47 Khai báo tên giai đoạn thi công 48 Gán nhóm kết cấu 49 Gán nhóm điều kiện biên 57 Khai báo tải trọng giai đoạn thi công nhóm tải trọng 62 Khai báo giai đoạn thi cơng 63 Nhập liệu cho phân tích giai đoạn thi cơng 70 Tiến hành phân tích kết cấu (phân tích thi cơng theo giai đoạn) 70 Kiểm tra kết phân tích thi cơng theo giai đoạn 71 Kiểm tra hình dáng biến dạng 71 Kiểm tra mơ men 75 Kiểm tra lực dọc trục 76 Kiểm tra hình dáng biến dạng sử dụng hoạt ảnh 78 Phân tích giai đoạn thi cơng & trạng thái hồn thiện cầu dây võng Giới thiệu Suspension bridges can generally be classified as long span structures Suspension bridges comprise longitudinal deck (main girders) supported by hangers suspended from cables The cables are connected to anchors at each end The analysis of a suspension bridge is divided into completed state analysis and construction stage analysis The completed state analysis is performed to check the behavior of the completed bridge At this stage, the structure is in balance under self-weight, and the deflection due to the self-weight has already occurred This stage is referred to as the initial equilibrium state of the suspension bridge The initial equilibrium state analysis will provide the coordinates and tension forces in the cables The completed state analysis of the suspension bridge is performed to check the behavior of the structure under additional loads such as live, seismic and wind loadings The self weight loading in the initial equilibrium state will also be added to the total loading for the completed state analysis Suspension bridges exhibit significant nonlinear behavior during the construction stages But it can be assumed that the bridge behaves linearly for additional loads (vehicle, wind load, etc.) in the completed state analysis This is due to the fact that sufficient tension forces are induced into the main cables and hangers under the initial equilibrium state loading It is thus possible to perform a linearized analysis for the additional static loads at the completed state by converting the tension forces in the main cables and hangers resulting from the initial equilibrium state loading into increased geometric stiffness of those components This linearized analytical procedure to convert section forces to geometric stiffness is referred to as the linearized finite displacement method This procedure is adopted because a solution can be found with relative ease within acceptable error limits in the completed state analysis Construction stage analysis is performed to check the structural stability and to calculate section forces during erection In carrying out the construction stage analysis, large displacement theory (geometric nonlinear theory) is applied in which equilibrium equations are formulated to represent the deformed shape The effect of large displacements cannot be ignored during the construction stage analysis The construction stage analysis is performed in a backward sequence from the state of equilibrium as defined by the initial equilibrium state analysis This tutorial explains the overall modeling and result analyzing capabilities for the completed state and construction stage analyses of a suspension bridge ADVANCED APPLICATIONS Procedure for Completed State Analysis  User may directly model the structure by fixing the towers & sag points without using the Wizard Initial equilibrium state analysis using Suspension Bridge Wizard (Calculation of 1st cable coordinates)  Modify the model & boundary conditions to reflect the true structure  Calculate cable coordinates and initial member forces satisfying the initial equilibrium state  Eliminate Suspension Bridge Analysis Control Data in order to complete the initial equilibrium state analysis Accurate shape analysis (use Suspension Bridge Analysis Control) Eliminate Suspension Bridge Analysis Control Data   Apply loadings to the completed structure for which initial member forces have been reflected into the geometric stiffness: Linearized finite displacement theory applied Phân tích giai đoạn thi cơng & trạng thái hồn thiện cầu dây võng Hình Analytical Model Bridge Dimensions The example model is a suspension bridge having a total length of 650m as shown in Hình Detailed bridge dimensions are shown in Hình Spans: L = 125.0 + 400.0 + 125.0 = 650 m Bridge width: B = 11.0 m 40.08 m 33.8 m 20.72 m 10@12.5 = 125 m 32@12.5 = 400 m 10@12.5 = 125 m Z X Hình General Profile Bài tập nâng cao Mơ hình phân tích giai đoạn cuối thi cơng Mơ hình kết cấu Trong ví dụ này, bước mơ hình cầu dây võng theo bước sau Đầu tiên, tạo mơ hình cho phân tích giai đoạn hồn thành, tiến hành phân tích mơ hình hồn chỉnh sau khai báo phân tích thi cơng theo giai đoạn tên khác Trình tự mơ hình cầu dây võng cho phân tích giai đoạn hồn thành sau: Khai báo vật liệu mặt cắt Phân tích trạng thái cân tĩnh ban đầu (sử dụng thuật sỹ cầu dây võng) Khai báo mơ hình điều kiện biên - Chia đốt tháp (tower) để khai báo dầm ngang trụ tháp - Khai báo & xó bỏ dầm ngang trụ tháp - Nhập điều kiện biên Phân tích trạng thái cân ban đầu xác - Khai báo nhóm kết cấu - Nhập tĩnh tải thân - Tiền hành phân tích Nhập tải trọng điều chỉnh điều kiện biên Tiền hành phân tích mơ hình hồn chỉnh Phân tích giai đoạn thi cơng & trạng thái hồn thiện cầu dây võng Gán mơi trường làm việc Mở file ( ( New Project), lưu dạng “Suspension Bridge mcb” Save) gán hệ đơn vị / New Project / Save (Suspension Bridge) Tools / Unit System (tùy biến lựa chọn phía cửa sổ làm việc công cụ) Length>m; Force> tonf  Hình Gán hệ đơn vị Trong ví dụ này, phân tích 3D thực Bài tập nâng cao Khai báo tính chất vật liệu Nhập đặc tính vật liệu cho cáp, cáp chủ, mặt cầu ( dầm chính) trụ tháp Properties / Material Name>Cable Type>User Defined Modulus of Elasticity (2.0e+7) Weight Density (8.267)  Hình Khai báo vật liệu Hình Dữ liệu vật liệu Cùng với phương pháp trên, nhập đặc tính vật liệu cho cáp, cáp chủ, mặt cầu, trụ tháp, sử dụng bảng  Tải trọng mặt cầu nhập trực tiếp tải nút ( nodal loads) nên khối lượng riêng nhập [unit: tonf, m] Bảng Tính chất phần tử Classification Cable Type User Defined Modulus of Elasticity 2.0 x 10 Hanger Deck User Defined User Defined 1.4 x 10 Pylon 2.1 x 10 Poisson’s Ratio 0.3 0.3 0.3 Weight Density 8.267 7.85 0.00  User Defined 2.1 x 107 0.3 7.85 Phân tích giai đoạn thi cơng & trạng thái hồn thiện cầu dây võng Khai báo mặt cắt Khai báo mặt cắt sử dụng liệu Hình bảng sau: Properties / Section Value>Section ID ( ) ; Name (Cable) Size>D (0.23) ; Stiffness>Area ( 0.04178 )  [unit: m] Table Section properties Classification Cable Hanger Deck Pylon Pylon-trans Area 0.04178 0.00209 0.5395 0.16906 0.1046 Ixx 0 0.4399 0.1540 0.1540 Iyy 0 0.1316 0.1450 0.1080 Izz 0 3.2667 0.1143 0.0913 Chú ý D=0.23 sử dụng cho hình ảnh minh họa, tính chất số học đặc trưng mặt cắt (ie, A=0.04178) sử dụng cho phân tích Chúng khơng có liên quan cần thiết Sauk hi nhập kích thước chọn Calc Đặc trưng mặt cắt cho ta kết đặc trung số học, sau thay đổi Hình Nhập đặc trưng mặt cắt (cáp) Bài tập nâng cao Khai báo đặc trưng mặt cắt cho phần tử khác sử dụng Hình Hình Đặc trưng mặt cắt cho cáp treo mặt ( dầm chủ) Hình Nhập đặc trưng mặt cắt cho tháp dầm chuyển tháp trụ Bài tập nâng cao Khai báo giai đoạn thi công CS0 (giai đoạn trạng thái hoàn thành) Load / / Define Construction Stage Name>CS0 Save Result>Stage (on) Element>Group List>S_G0 ; Activation> Boundary> Group List> B_G, Stay ; Activation> Load>Group List>L_G ; Activation>  Hình 60 khai báo giai đoạn thi công CS0 64 Phân tích giai đoạn thi cơng & trạng thái hồn thiện cầu dây võng Khai báo giai đoạn thi công CS1(giai đo n liên k t xuay) Load / / Define Construction Stage Name>CS1 Save Result>Stage (on) Boundary> Group List> Pin Connection; Activation> Boundary> Group List> Stay ; Deactivation>  Hình 61 Khai báo giai đoạn thi cơng CS1 65 Bài tập nâng cao Khai báo giai đoạn thi công CS2 Load / / Define Construction Stage Name>CS2 Save Result>Stage (on) Element> Group List> S_G2 ;  Khi phần tử kích hoạt, % lực ban đầu phần tử bị ngừng kích hoạt tự động tái phân bổ cho phân tử Element Force Redistribution 100% ;  Deactivation> Hình 62 Khai báo giai đoạn thi cơng CS2 66 Phân tích giai đoạn thi cơng & trạng thái hồn thiện cầu dây võng Để hiệu quả, sử dụng MCT Command Shell, cho dù giai đoạn thi cơng lại (CS3-CS7) khai báo sử dụng với bước phía Lặp lại nhập đầu vào khai báo bước thi cơng dễ dàng nhập cách sử dụng MCT Command Shell Các kỹ sử dụng nhập đầu vào cho thông tin giai đoạn thi công MCT Command Shell trình tự sau: Tools> Command or Data (*STAGE) Hình 63 MCT Command Shell Như Hình 62, thơng tin giai đoạn thi cơng bao gồm dòng lệnh Mỗi lệnh khai báo phía NAME: Tên giai đoạn thi công, số ngày giai đoạn thi công, thời gian cho lưu đầu STEP: bước thời gian AELEM: Kích hoạt nhóm kết cầu tuổi ban đầu DELEM: Ngừng kích hoạt nhóm kết cầu tái phân bổ hệ soos nội lực cho nội lực mặt cắt ABNDR: Kích hoạt nhóm điều kiện biên vị trí DBNDR: Ngưng kích hoạt nhóm điều kiện biên ALOAD: Kích hoạt nhóm tải trọng bước thời gian DLOAD: Ngưng kích hoạt nhóm tải trọng bước thời gian 67 Bài tập nâng cao Sửa đổi thông tin cho giai đoạn thi công CS3-CS7 sử dụng MCT Command Shell hình Hình 64 Hình 64 MCT Command Shell Sauk hi nhập đầu vào hoàn thành MCT Command Shell, sau chọn nút 68 để tạo giai đoạn thi công với tin nhắm sau sinh Phân tích giai đoạn thi cơng & trạng thái hồn thiện cầu dây võng Xác nhận giai đoạn thi cơng khai báo xác chưa Model View Display Boundary tab Support (on) ; Beam End Release Symbol (on) Rigid Link (on) ; Elastic Link (on) Load tab Load Case>All (on) ; Nodal Load (on)  Giai đoạn thi cơng dễ dàng xem Model View chọn giai đoạn thi cơng sử dung phím hướng bàn phí, Stage Toolbar kích hoạt Stage>CS3  Stage Toolbar Hình 65 Kiểm tra giai đoạn thi công khai báo (CS3) thể Model view 69 Bài tập nâng cao Nhập liệu cho phân tích giai đoạn thi công Chọn giai đoạn cuối loại phân tích cho phân tích giai đoạn thi cơng Chọn lựa chọn phân tích chuyển vị lớn, ảnh hưởng chuyển vị lớn khơng thể bị bỏ qua tính tốn cho thi cơng cầu dây võng Phân tích thi công theo giai đoạn phi tuyến tiến hành phản ánh lực phần tử nút trạng thái cân tính tốn phân tích giai đoạn hồn thiện Stage>Base Analysis / Construction Stage Analysis Control Final Stage> Last Stage (on) Analysis Option> Include Nonlinear Analysis (on) > Independent Stage (on) >Include Equilibrium Element Nodal Forces (on)  Lực phần tử nút trạng thái cân tính tốn phân tích giai đoạn hồn thiện phản ảnh lực ban đầu phần tử  Convergence Criteria>Displacement Norm (on)  Hình 66 Hộp thoại kiểm sốt liệu phân tích thi cơng thep giai đoạn Tiến hành phân tích kết cấu (phân tích thi cơng theo giai đoạn) Bây hồn thiện mơ hình phân tích thi cơng theo giai đoạn, tiến hành phần tích kết cấu Analysis / 70 Perform Analysis Phân tích giai đoạn thi cơng & trạng thái hoàn thiện cầu dây võng Kiểm tra kết phân tích thi cơng theo giai đoạn Kiểm tra thay đổi hình dạng biến dạng nội lực mặt cắt cho môi giai đoạn thi công Kiểm tra hình dáng biến dạng Chúng ta nghiên cứu ứng sử tồn diện kết cấu kiểm tra hình dáng biến dạng giai đoạn thi cơng Hình biến dạng giai đoạn thi công CS7, thể trụ tháp hồn thiện cáp chủ Hình 66 Nếu Deformation Scale Factor lớn, chỉnh sửa hệ số kiểm tra hình dáng biến dạng Results / / Load Cases / Combinations >CS: Summation Components>DXYZ Type of Display>Undeformed (on) ; Legend (on) Kiểm tra hình dáng biến dạng cho giai đoạn thi công khác cacs sử dụng Stage Toolbar Con lăn chuột, phím lên/ xuống bàn phím sử dụng Deform >Deformation Scale Factor (0.2) Stage Toolbar>CS7    Hình 67 Kiểm tra biến dạng cho giai đoạn thi công khác 71 Bài tập nâng cao Kiểm tra thay đổi độ võng nhịp giữa, sử dụng để đo độ xác lắp dựng q trình thi công giai đoạn thi công, biểu đồ Results / Stage/Step History Graph Define Function>Displacement> Displacement>Name (Sag) ; Node Number (27) Components>DZ  Mode > Multi Func Step Option > Last Step X-Axis > Stage/Step Check Functions To Plot > Sag (on) Load Cases/Combinations > Summation Graph Title > Sag  Completed State Backward Analysis Hình 68 Thay đổi độ lớn võng giai đoạn thi công 72 Phân tích giai đoạn thi cơng & trạng thái hoàn thiện cầu dây võng Xác định khoảng lùi trụ tháp Kiểm tra độ lớn khaongr lùi cho trụ giai đoạn thi công bẳn mặt ( dầm chủ) cáp treo chưa lắp dựng Results / / Deformed Shape Stage Toolbar>CS7 Load Cases / Combinations >CS: Summation Components>DX Type of Display>Undeformed (on) ; Legend (on)  Hình 69 Kiểm tra giá trị khoảng lùi * Giá trị khoảng lùi Cầu dây võng thiết kế để khơng có mơ men uống quang trụ tháp giai đoạn hoàn thành cách giữ tải trọng thẳng đứng trạng thái cân đỉnh trụ tháp Tuy nhiên, cáp lắp dựng với chiều dài nhịp giai đoạn trạng thái hoàn thành, kết lực ngang đỉnh trụ tháp khơng trạng thái cân bằng, trượt cáp xảy Đỉnh trụ tháp định vị lại (một loại vồng ngang) để đặt lại lực cáp ngang cân trái phải Nhìn chung, đỉnh trụ tháp kéo sang phía nhịp biên dây thép gọi khoảng lùi 73 Bài tập nâng cao Chúng ta kiểm tra thau đổi chuyển bị ngang với giai đoạn thi công đỉnh trụ tháp sử dụng biểu đồ Hình 69, chuyển vị ngang giai đoạn thi công giật lùi CS7 trở thành giá trị khoảng lùi tụ tháp Results / Stage/Step History Graph Define Function>Displacement> Displacement>Name (Right Tower) ; Node Number (43) Components>DX  Mode > Multi Func Step Option > Last Step X-Axis > Stage/Step Check Functions To Plot>Right Tower Graph Title (Right Tower Displacement)  Setback Value Backward Analysis Completed State Stage Hình 70 Chuyển bị ngang trụ tháp với thay đổi giai đoạn thi cơng 74 Phân tích giai đoạn thi cơng & trạng thái hồn thiện cầu dây võng Kiểm tra mơ men Kiểm tra mô men mặt cầu ( dầm chủ) trụ tháp cho giai đoạn thi cơng Nó tính chất cầu dây võng neo với đất, với mặt ( dầm chủ) không bị tác động mơ men tĩnh tải gây suốt q trình thi cơng trạng thái cân Tuy nhiên trụ tháp khơng, mo men xuất giai đoạn thi công Hình 70 Results / / Construction Stage > CS2 Load Cases>Combinations>CS: Summation Components>My Display Options>5 Points ; Line Fill Type of Display>Contour (on) ; Legend (on)  Hình 71 Kiểm tra mô men bước thi công 75 Bài tập nâng cao Kiểm tra lực dọc trục Kiểm tra lực dọc trục cáp chủ cáp treo cho giai đoạn thi công Results / / Construction Stage > CS2 Load Cases / Combinations>CS: Summation Force Filter>All Type of Display>Contour (on) ; Legend (on)  Hình 72 Kiểm tra lực dọc trục cáp cáp treo 76 Phân tích giai đoạn thi cơng & trạng thái hoàn thiện cầu dây võng Kiểm tra thay đổi lức căng cáp nơi kết hợp với đỉnh phải trụ tháp cho giai đoạn thi công Results / Stage/Step History Graph Define Function>Truss Force/Stress> Truss Force/Stress >Name (Cable Force) ; Element No (43) Force (on) ; Point>i-Node  Define Function>Beam Force/Stress> Beam Force/Stress >Name (Tower Axial Force) ; Element No (261) Force (on) ; Point>i-Node ; Components>Axial  Mode > Multi Func Step Option > Last Step X-Axis > Stage/Step Check Functions To Plot>Cable Force ; Tower Axial Force Graph Title > Cable Force and Tower Axial Force  Cable Force Tower Axial Force Backward Analysis Hình 73 Biểu đồ thể thải đối lực căng cáp chủ giai đoạn thi cơng 77 Bài tập nâng cao Kiểm tra hình dáng biến dạng sử dụng hoạt ảnh Kiểm tra hình dáng biến dạng cho giai đoạn thi công sử dụng chức hình họa ( Animation) View/ Hidden (toggle on) Results / / Components>DXYZ Type of Display > Contour (on) ; Deform (on) Legend (on) ; Animate> Animation Details>Animate Contour (on) Repeat Full Cycle > (on) Frames per Half Cycle (5~50)>(8) Frames per Second (5~50)>(8) Construction Stage Option>Stage Animation From>CS0 ; To>CS7  Record  Close Record Save Close Hình 74 Kiểm tra hình dáng biến dạng giai đoạn thi công sử dụng chức hoạt ảnh (Animation) 78 ... Eliminate Suspension Bridge Analysis Control Data in order to complete the initial equilibrium state analysis Accurate shape analysis (use Suspension Bridge Analysis Control) Eliminate Suspension. .. equilibrium state of the suspension bridge The initial equilibrium state analysis will provide the coordinates and tension forces in the cables The completed state analysis of the suspension bridge... đoạn thi cơng & trạng thái hồn thiện cầu dây võng Giới thiệu Suspension bridges can generally be classified as long span structures Suspension bridges comprise longitudinal deck (main girders)