Hướng dẫn tính Khung 3D 2 nhịp giản đơn Midas civil Dịch

Bài tập hướng dẫn KHUNG 3D NHỊP ĐƠN Civil BÀI TẬP HƯỚNG DẪN KHUNG 3D NHỊP ĐƠN Tóm tắt ··················································································· Mơ hình phân tích trường hợp tải trọng ······································ Mở File cài đặt sơ toán ··············································· Hệ thống đơn vị ·············································································· Hệ thống Menu ·············································································· Hệ thống tọa độ Lưới ··································································· Nhập đặc tính mặt cắt vật liệu ··············································· Mơ hình kết cấu sử dụng node element ·································· Nhập điều kiện biên cho kết cấu ·············································· 17 Nhận liệu tải trọng ···························································· 19 Khai báo trường hợp tải trọng - Load Cases········································ 19 Khai báo Tải trọng thân - Self Weight ·········································· 20 Khai báo tải trọng sàn - Floor Loads ················································· 20 Khai báo tải trọng nút - Nodal Loads ················································· 22 Khai báo tải trọng phân bố ························································ 23 Thực phân tích kết cấu ···················································· 27 Kiểm tra phân tích Kết phân tích ···································· 28 Phương thức - Mode ····································································· 28 Tổ hợp tải trọng············································································ 29 Xác định phản lực ········································································· 31 Xác định hình dạng biến dạng chuyển vị ········································ 34 Xác định nội lực phần tử ································································ 38 Biểu đồ lực cắt mô men uốn ······················································· 39 Xác định kết phân tích phần tử ············································· 43 Xác định ứng suất phần tử thao tác hình ảnh động ·························· 45 Phân tích chi tiết dầm - Beam ·························································· 49 Tóm tắt BÀI TẬP HƯỚNG DẪN KHUNG 3D NHỊP ĐƠN Tóm tắt Ví dụ dành cho người chưa sử dụng midas Civil trước đó, cách theo dõi thứ tự tất bước từ mơ hình kết cấu tới giải thích kết phân tích cho tốn khung 3D nhịp đơn giản, người dùng dễ dàng tiếp cận phần mềm Ví dụ thiết kế với kết cấu đơn giản giúp người dùng thân thiện giao diện, cách thức hoạt động midas Civil làm quen với thao tác phần mềm thời gian ngắn Đồng thời thực hành phần mềm theo giảng sử dụng midas Civil Người dùng thực hành phần mềm theo bước quy trình phân tích trình bày ví dụ Nội dung sau: Mở file cài đặt sơ tốn Gán đặc tính mặt cắt vật liệu Mơ hình kết cấu sử dụng Node Element Gán điều kiện biên kết cấu Gán liệu Tải trọng Thực phân tích kết cấu Xác nhận phân tích kết tốn Bài tập hướng dẫn Mơ hình phân tích trường hợp tải trọng Hình dạng kết cấu phần tử sử dụng toán khung 3D nhịp đơn thể Hình 1.1 Để nhìn tổng quan ví dụ, bạn xem xét trường hợp tải trọng đây:   TH tải trọng – Tải trọng sàn, 0.1 ksf áp dụng cho tầng mái Tải trọng thân – Seft Weight TH tải trọng – Hoạt tải, 0.05 ksf áp dụng cho tầng mái  A /○ TH tải trọng – Tải trọng tập trung, 20 kips áp dụng lưới ○ B /○ theo phương (+X) ○  TH tải trọng – Tải trọng phân bố đều, 1k/f áp dụng cho tất A theo phương (+Y) phần tử lưới○ Z Floor바닥하중 Load B tonf/m 1k/ft tosnf 210k ip Y m0 Origin 전체좌표계 원점  1k/ft tonf/m 264'- 1k/ft tonf/m A '-0 10 2.5m '-0 105m '-0 10 2.5m 12'-0 3m s 1200ktoipnf '-0 10 2.5m MAT MAT:: A36 A36 기둥단면 : H 200x200x8/12 Column: W8*35 Column : W8*35 보Girder: 단면 W16*67 : H 400x200x8/13 Girder : W16*67 Hình 1.1: 3–D Simple 2–Bay Frame X Mở File cài đặt sơ toán Mở File cài đặt sơ toán Đầu tiên, nhấp chuột trái hai lần vào biểu tượng Midas Civiln thư mục có liên quan hình máy tính Chọn File>New Project phía hình (hoặc biểu tượng ) để bắt đầu toán Chọn File>Save (hoặc ) để điền tên file lưu chương trình Hệ thống đơn vị Midas Civil cho phép thay đổi sử dụng nhiều loại đợn vị khác Một hệ thống đơn vị sử dụng (ví dụ: hệ đơn vị SI i.e., m, N, kg, Pa) tổ hợp đơn vị dùng tới (ví dụ: m, kN, lb, kgf/mm2) Ngồi ra, hệ thống đơn vị thay đổi cho phù hợp với loại liệu, người dùng dùng “ft” cho mơ hình hình học “in” cho liệu mặt cắt Người dùng thay đổi hệ thống đơn vị cách lựa chọn đơn vị thích hợp phía góc hình (hoặc lệnh Tools>Unit System từ Main Menu) Thậm chí tốn thực phân tích theo “kip” “ft”, kết ứng suất sau phân tích chuyển đổi thành “ksi” Icon Menu Main Menu Tree Menu Context Menu Works Tree cho phép người dùng chỉnh sửa liệu khai báo thao tác Kéo & Thả Model Window Icon Menu   Status Bar Hình 1.2: Cửa sổ lame việc Bài tập hướng dẫn Cửa sổ nhập liệu hình hiển thị góc hình (Thanh trạng thái – Hình 1.2–) hiển thị hệ thống đơn vị dùng giảm lỗi liên quan Trong ví dụ này, sử dụng đơn vị “ft” “kip” Trạng thái bất/ tắt biểu tượng phụ thuộc vào việc thiết lập ban đầu kỹ sư Khuyến khích việc bật chế độ chuyển đổi để tránh lỗi phát sinh Chọn Tools>Unit System từ Main Menu Chọn “ft” mục Length Chọn “kips (kips/g)” mục Force (Mass) Bấm Bật chuyển  Hệ thống Menu Midas Civil tạo môi trường làm việc tối ưu cung cấp loại hệ thống menu giúp người dùng dễ dàng truy cập vào tính khác nhau:     Main Menu Tree Menu Icon Menu Context Menu Main Menu (Menu Chính) loại thường áp dụng mơi trường Window Nó bao gồm Menu trọng yếu nằm phía Tree Menu (Menu Cây) đặt phía trái Cửa sổ mơ hình Tree Menu thiết kế dạng cấu trúc trình bày theo thứ tự bước từ q trình phân tích tới q trình thiết kế Mục thiết kế cho người dễ dàng thực phân tích toán theo thứ tự sơ đồ Works Tree hiển thị tất trình đầu vào theo hình thức cấu trúc phân cấp để dễ dàng nhận biết Sử dụng thư mục liên quan, liệu mô hình nhập chỉnh sửa qua tính Drag & Drop (Kéo & Thả), kết hợp với việc sử dụng hiệu chức Select Activity Icon Menu đại diện cho chức sử dụng thường xun q trình mơ hình (gồm tất chức mơ hình lựa chọn) Context Menu thiết kế để giảm thiểu dịch chuyển chuột hình Người dùng truy cập chức đơn giản cách nhập chuột phải vị trí Ví dụ giảng chủ yếu sử dụng thư mục Main Menu, Tree Menu Icon Menu Mở File cài đặt sơ toán Hệ thống tọa độ Lưới Để thuận tiện cho việc nhập liệu, midas Civil cung cấp thêm hệ tọa độ NCS (Node local Coordinate System) UCS (User Coordinate System) hệ tọa độ GCS (Global Coordinate System) ECS (Element Coordinate System) Trong tất hộp thoại, hệ GCS ký hiệu chữ in hoa (X, Y, Z), hệ UCS hệ ECS ký hiệu chữ thường (x, y, z) GCS hệ tọa độ dùng để xác định tồn hình dạng hình học kết cấu. ECS hệ tọa độ gán cho phần tử để phản ánh đặc tính phần tử thiết kế để dễ dàng xác minh kết phân tích NCS sử dụng để gán điều kiện biên địa phương dùng cho chuyển vị theo hướng cụ thể node đặc trưng liên quan tới phần tử giàn, phần tử kéo, phần tử nén phần tử dầm Nếu hệ UCS khơng định nghĩa riêng biệt toán giả thiết hệ UCS GCS giống hệt Ngoài ra, hệ lưới mặc định xét theo mặt phẳng x-y hệ UCS UCS hệ thống đơn vị gán thêm cho hệ GCS để đơn giản hóa mơ hình có cấu trúc phức tạp. Hệ tọa độ node, lưới trỏ chuột liên quan tới hệ GCS UCS hiển thị Trạng thái - Status Bar (Hình1.2–) Nói chung, kết cấu mơ hình thự tế có dạng 3-D phức tạp Do vậy, kết cấu làm việc thuận tiện với giao diện mặt phẳng 2-D để nhập liệu mơ hình giai đoạn xây dựng mơ hình ban đầu Đối với cấu trúc có hình dạng phức tạp, để tạo hiệu người dùng nên kết hợp sử dụng linh hoạt mặt phẳng liên quan UCS x-y với việc đặt Point Grid ( Lưới điểm) Line Grid(Lưới đường) với Snap Câu hỏi kết cấu đường đơn giản chưa sử dụng tốt hệ lưới cho yếu tố phần tử Tuy nhiên, hệ UCS hệ Grid sử dụng ví dụ để chứng minh khái niệm Bài tập hướng dẫn UCS không thiết lập theo mặc định Gán mặt phẳng GCS X-Z bao gồm lưới Ⓐ mặt phẳng UCS x-y dùng để nhập cho kết cấu gồm cột dầm (Hình 1.1), cách sử dụng thư mục Structure > UCS > X-Z Chọn X-Z Structure menu > UCS > X-Z Điền tọa độ gốc “0,0,0” mục Origin Diền giá trị góc xoay “0” Angle Nhấn Chọn View > Snap, bật chuyển Chọn để lưu hệ tọa độ người dùng định nghĩa Các hệ UCS khai bào triệu hồi điểm cần thiết tương tác qua lại mơ hình Hình 1.4: Cài đặt hệ UCS Để cho việc mơ hình trở lên đơn giản, lưới điểm cài đặt với khoảng cách ft mặt phẳng UCS x-y Chọn Define Point Grid the Structure Menu > Grid Nhập giá trị “2,2” tương ứng với dx, dy Nhấn Gán đặc tính mặt cắt vật liệu Hình 1.5: Cài đặt Lưới điểm Khi Civil kích hoạt với chế độ mặc định bật sẵn Grid Snap, người dùng có nhiều thuận tiện sử dụng Nếu việc bật Grid Snap không cần thiết, người dùng cần nhập chuột thêm lần để tắt View Point cửa sổ hành mặc định Iso View Chuyển sang Front View (View Menu >View Point>Front (-Y) Icon Menu > Front (-Y) để cài đặt chế độ nhìn theo thướng ngang dọc Lưới điểm - Point Grid tương ứng với cửa sổ mơ hình Sau đó, xác nhận Point Snap Grid bật lên điểm gán tự động theo dịch chuyển chuột tới điểm lưới gần hệ lưới phần tử. Chọn Front (-Y) biểu tượng View Point thư mục View Chọn Point tong biểu tượng Snap thư mục View (Bật chuyển đổi_Toggle on) Chọn Line Grid Snap Snap All (Tắt chuyển đổi_Toggle off) Nhập đặc tính mặt cắt vật liệu Nhập đặc tính mặt cắt vật liệu cho phần tử kết cấu theo giả định sau: Đặc tính Vật liệu ID Mặt cắt ID 1: A36 1: W8  35 – Columns 2: W16  67 – Beams Bài tập hướng dẫn Dữ liệu mặt cắt nhập thông qua lệnh Model>Properties> Section Main Menu Chọn Properties>Material Properties từ Main Menu Nhấn Hình.1.6 Chọn ID “1” Material Number General (Hình 1.7) Chọn “Steel” hơp thoại Type Chọn “ASTM(S)” Standard Steel Chọn “A36” từ hộp thoại liệu - DB Nhấn Chọn tab Section phía hộp thoại Properties để chuyển sang gán đặc tính mặt cắt (Hình1.6– ).  đóng hộp thoại lại sau hồn thành việc nhập liệu hoàn thành liệu nhập giữ nguyên hộp thoại để tiếp tục Nhấn iệu mặt cắt nhập thêm 10 11 12 Nhấn Xác nhận tab DB/User phía mục Section data (Hình1.8–) Xác nhận ID “1” Section ID Chọn “I-Section” ô Section Xác nhận “AISC” hộp thoại liệu - DB 13 Chọn “W8  35” từ Sect Name 14 Nhấn  15 Xác nhận ID “2” ô Section ID 16 Chọn “W16  67” Sect Name 17 Nhấn 18 Nhấn 1.6) hộp thoại Properties để kết thúc thao tác (Hình Xác nhận giải thích kết phân tích  Hình 1.29: Hình dạng biến dạng (Đường đồng mức) Phương pháp Phân cấp công cụ hỗ trợ làm mịn phân bố đường đồng mức Hình 1.29 Ngồi ra, mơ hình thể qua chức nhìn phối cảnh - Perspective View  Nếu Gradient Fill lựa chọn kết đầu định dạng tệp Windows Meta Considerable time yêu cầu xác định Do vậy, thường khơng khuyến khích Chọn Perspective (Toggle on) Icon Menu (View > Render View > Perspective) Main Menu Nhấn phía bên phải Contour mục Type of Display Lựa chọn màu số “18” từ mục Number of Colors Bật kiểm tra () Gradient Fill. Tắt kiểm tra () Apply upon ok Nhấn Nhấn ô phía bên phải Deform Nhập “3” vào Deformation Scale Factor, bật kiểm tra Real Deform nhấn Nhấn 37 Bài tập hướng dẫn Hình 1.30: Hình dạng biến dạng (Đường đồng mức–Gradient Fill) Xác định nội lực phần tử Quy trình xác định nội lực phần tử thể qua mô men trục y hệ ECS Nhấn nút chuyển đổi đơn vị Tắt chế độ xem phối cảnh Perspective (Toggle off) Icon Menu Chọn Tree Menu > Forces Main Menu > Results > Forces Chọn xem kết Beam Forces/Moments (Hình 1.31–) Xác nhận “My” mục Components Bật kiểm tra () Contour, Values Legend Type of Display Nhấn ô Nhấn Bật () All mục Output Section Location 10 Nhấn 38 Hình 1.31– chọn sang “ft” Values chỉnh sửa Decimal Points thành“1” Xác nhận giải thích kết phân tích   Hình 1.31: Đường đồng mức nội lực phần tử (Mô men uốn trục hệ ECS) Biểu đồ lực cắt mơ men uốn Quy trình xuất biểu đồ lực cắt mô men uốn giống nhau, lấy ví dụ với việc xuất biểu đồ mô men uốn Chọn Beam Diagrams từ mục lựa chọn chức (Hình 1.32–) Chọn “ST:DL” từ mục Load Cases/Combinations Bật ô “My” Components Chọn quan sát “Exact” “Solid Fill” từ mục Display Options nhập giá trị “2” vào ô Scale Bật kiểm tra () Contour, Values Legend Type of Display Xác nhận kiểm tra () All Output Section Location Nhấn 39 Bài tập hướng dẫn Midas Civil xuất vị trí giá trị mơ men uốn lớn nhỏ cách riêng biệt biểu diễn chúng biểu đồ cửa sổ Quy trình hiển thị biểu đồ mơ men uốn với vị trí giá trị lớn/ nhỏ mơ sau Khi người dùng chọn xem Both, giá trị mô men uốn lớn ưu tiên hiển thị Chọn “Myz” từ mục Components Chọn “Line Fill” từ Display Options Nhấn Phóng to node Hình 1.32 sủ dụng Xác nhận biểu đồ mô men uốn nhấn Zoom Window. Zoom Fit  Node Hình 1.32: Biểu đồ mô men uốn Trong thực tế, người ta thường chọn kết mô ứng xử kết cấu phần tử cụ thể đưa chúng vào báo cáo 40 Xác nhận giải thích kết phân tích Quy trình quan sát biểu đồ mơ men uốn mặt phẳng lưới  (mặp phẳng Y-Z) Hình 1.1 is sau: Nhấn Plane Main Menu > View > Select > Plane Chọn “YZ Plane” Nhấn vào nút nằm mặt phẳng chứa lưới  Hình 1.1 Nhấn Nhấn Activate(hoặc F2) Icon Menu Nhấn Right View Icon Menu Hình 1.33: Biểu đồ mơ men uốn mặt phẳng Y-Z 41 Bài tập hướng dẫn Bằng cách sử dụng chức Lựa chọn - Selection Ẩn/ Hiện Active/Inactive midas Civil, người dùng lựa chọn, mô chỉnh sửa phần cụ thể mơ hình Ngồi ra, người dùng khơi phục tồn cửa sổ làm việc mơ hình sau hồn thành cơng việc khu vực phần tử cụ thể 42 Nhấn Active All Icon Menu Nhấn Iso View Icon Menu Xác nhận giải thích kết phân tích Xác định kết phân tích phần tử Các hướng dẫn trước thể kết phân tích tập trung vào kết phản lực, chuyển vị, nội lực phần tử, etc Do vậy, xem xét nội lực ứng suất cho phần tử để đạt mục đích cho thiết kế tổng thể kết cấu, sử dụng chức Element Detail Results Nhấn Nhấn Element Number (Toggle on) Icon Menu Chọn Results> Beam/Element > Element Detail Results từ Main Menu Chọn tổ hợp“CBS:LCB1” từ Load Case Nhấn lần chuột vào ô Element Number chọn phần tử 11 Xác nhận thuộc tính phần tử tab Information chọn tiếp tab Force tab Stress để kiểm tra kết phân tích Nhấn Initial View Icon Menu để thoát hộp thoại Element Detail Results 43 Bài tập hướng dẫn Hình 1.34: Chi tiết kết phần tử số 11 44 Xác nhận giải thích kết phân tích Xác định ứng suất phần tử thao tác hình ảnh động Midas Civil xuất ứng suất dọc trục, biểu đồ lực cắt mô men uốn phần tử Một ứng suất phức hình thành từ việc tổ hợp ứng suất dọc trục ứng suất uốn sở hướng phần tử Trong ví dụ này, xem xét kết ứng suất phức tổ hợp LCB (Load combination 2) Sau đó, cách kết hợp ứng suất liên quan hình dạng biến dạng, quy trình để quan sát di chuyển kết cấu thể qua hình ảnh minh họa theo thứ tự sau: Chọn Results>Stresses>Beam Stresses từ Main Menu Chọn tổ hợp “CBS:LCB2” từ Load Cases/Combinations Chọn “Combined” từ mục Components Bật kiểm tra () Contour, Values Legend Type of Display Bật () Max mục Output Section Location Nhấn Nhấn Element Number (Toggle off) Icon Menu Hình 1.35: Ứng suất phức phần tử Beam 45 Bài tập hướng dẫn Để mô tả cửa sổ hiển thị kết cách sinh động thực tế, Midas Civil hỗ trợ Dynamic View Animation (góc nhìn động hình ảnh động) Tóm tắt chức Dynamic View Midas Civil hỗ trợ người dùng sau: Dynamic View bao gồm Zoom Dynamic, Pan Dynamic Rotate Dynamic, cung cấp góc quan sát kết cấu phù hợp với mong muốn người sử dụng Nếu Zoom Rotate sử dụng kết hợp Render View, người dùng thu góc nhìn kết cấu hiệu ứng (Walking Through Effect) hiệu ứng bay qua kết cấu từ phía Thanh cơng cụ Dynamic View Toolbar (Hình 1.36–), đặt theo chiều nằm dọc phía bên phải Cửa sổ mơ hình, theo thứ tự sau: Nhấn Zoom Dynamic di chuyển trỏ chuột tới Cửa sổ làm việc Sau đó, nhấn chuột trái giữ để phóng to mơ hình cách kéo giữ chuột sang bên phải (hướng lên trên) thu nhỏ mô hình cách kéo giữ chuột sang bên trái (hướng xuống dưới) Nhấn Pan Dynamic di chuyển trỏ chuột tới Cửa sổ làm việc Sau đó, nhấn chuột trái giữ để di chuyển mơ hình theo hướng khác cách kéo chuột sang trái, phải, lên trên, xuống Nhấn Rotate Dynamic di chuyển trỏ chuột tới Cửa sổ làm việc Sau đó, nhấn chuột trái giữ để xoay mơ hình theo hướng khác cách kéo chuột di chuyển sang trái, phải, lên trên, xuống 46 Xác nhận giải thích kết phân tích Quan sát ứng suất phức kết cấu sử dụng chức Dynamic View đề cập bên theo quy trình sau:  Hình 1.36: Render View 47 Bài tập hướng dẫn 1 Nhấn Render View in View > Render View Main Menu ( Tắt Toggle on) Sử dụng chuột trái phải để điều khiển quan sát Nhấn Render View View > Render View để chuyển đổi từ Render View sang Model View (Toggle off) Tạo hình ảnh động bao gồm ứng suất liên quan hình dạng biến dạng cửa sổ mơ hình Để dễ dàng đánh giá chiều hướng dao động tổ hợp LCB (Load Combination 2) gây ra, xoay mơ hình sử dụng Rotate Dynamic, Hình 1.36 Khi cửa sổ mong muốn chọn, người dùng điều chỉnh sử dụng chức Zoom Fit Perspective Quy trình tạo hình ảnh động mơ sau: Các biểu tượng đại diện cho việc kiểm soạt hình ảnh động liệt kê đây: Play Pause Stop Skip Back Rewind Fast Forward Skip Forward Save Record Close Nhấn Nhấn Rotate Dynamic Icon Menu điều chỉnh để có góc nhìn Hình 1.37 - View Point Bật kiểm tra () Contour, Deform, Legend, Animate Type of Display Perspective Icon Menu (Tắt - Toggle on) Nhấn vào phía bên phải Deform Chọn “Real Deform” Deformation Type hộp thoại Deformation Details Nhấn Nhấn Record Hình 1.37–. Khi quy trình bên hồn thiện, người dùng nên chờ đợi chút, hình dảnh động mơ hiệu ứng ứng suất phức hình dạng biến dạng xuất Hình1.37 48 Xác nhận giải thích kết phân tích  Hình 1.37: Animation Window Phân tích chi tiết dầm - Beam Midas Civil cung cấp chi tiết phân bố chuyển vị chi tiết biểu đồ lực cắt/ mô men uốn cho hai trục phần tử dầm Sự phân phối ứng suất mặt cắt cụ thể dầm xuất với trình phân tích chi tiết Các giá trị chi tiết biểu đồ phân bố xác nhận cách di chuyển cuộn đặt phía hộp thoại Kết từ q trình phân tích chi tiết dầm - Beam Detail Analysis người dùng sử dụng lệnh Results>Beam/Element> Beam Detail Analysis:    Sơ đồ phân phối chi tiết chuyển vị/ lực cắt/ mô men theo hai trục giá trị tương tướng Sơ đồ phân phối ứng suất lớn vị trí cụ thể theo chiều dài dầm Sơ đồ phân phối ứng suất biểu đồ ứng suất mặt cắt cho hai trục vị trí cụ thể dầm 49 Bài tập hướng dẫn 1 Nhấn biểu tượng Close Hình 1.37– Chọn Results>Beam/Element > Beam Detail Analysis từ Main Menu Chọn “ST:DL” từ thư mục Load Cases/Combinations Nhấn Element Number (Toggle on) Icon Menu Nhấn lần chuột vào Element Number sau chọn phần tử số 11 cửa sổ mơ hình Model View (Hình 1.37) Nhấn để phóng to cửa sổ Beam Detail Analysis Xác định kết phân tích cách chọn liên tiếp DISP/SFD /BMD z-dir, DISP/SFD/BMD y-dir tab Section Hình 1.38–.  Cửa sổ mở Main Menu gán tự động với định dạng khác Tab z-dir tab hiển thị kết Dz, Fz and My HÌnh 1.38: Phân tích chi tiết dầm (DISP/SFD/BMD z-dir) 50 Xác nhận giải thích kết phân tích Hình 1.39: Phân tích chi tiết dầm (DISP/SFD/BMD y-dir) Hình ảnh cánh mặt cắt sau lựa chọn Normal Stress Section Hình 1.40: Phân tích chi tiết dầm (Mặt cắt) 51