Tin học ứng dụng trong thiết kế cầu

Trong những năm gần đây, việc ứng dụng tin học trong xây dựng đã có bước phát triển vượt bậc. Các phần mềm hỗ trợ thiết kế xây dựng ngày càng hiện đại và liên tục được cập nhập. Công tác

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG

1 Tình hình ứng dụng tin học trong nước

Trong những năm gần đây, việc ứng dụng tin học trong xây dựng đã có bước phát triển vượt bậc Các phần mềm hỗ trợ thiết kế xây dựng ngày càng hiện đại và liên tục được cập nhập Công tác thiết kế và quản lí xây dựng trong các cơ quan được tin học hóa mạnh mẽ giúp cho công việc được tiến hành một cách nhanh chóng, khoa học và tiện lợi

Trong sự phát triển của ngành xây dựng nói chung, ngành Cầu cũng có những đóng góp tích cực, đặc biệt là với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin Đa số các phần mềm ứng dụng trong thiết kế cầu đều được viết dựa trên cơ sở phương pháp số mà trong đó việc phân tích kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM - Finite Element Method) được sử dụng nhiều nhất và có nhiều ưu việt hơn cả Phương pháp FEM giúp cho việc tính toán kết cấu chính xác và nhanh chóng

2 Giới thiệu các phần mềm ứng dụng trong xây dựng Các phần mềm hỗ trợ vẽ thiết kế và kiến trúc

 AUTOCAD : Là phần mềm hỗ trợ vẽ kĩ thuật  PHOTOSHOP

 3D-STUDIO Max

Các phần mềm hỗ trợ phân tích kết cấu và công trình cầu  SAP2000

 RM2000  MIDAS  STADD III

Các phần mềm phân tích địa kỹ thuật, nền móng  FB-FIER

 GEO-SLOPE  PLAXIS

Các phần mềm ứng dụng quản lí trong xây dựng và lập dự toán  Microsoft PROJECT

 DTBK  DT2000

3 Các vấn đề cơ bản của phần mềm Sap2000

3.1 Phương pháp tính kết cấu của Sap2000

 Trong bài toán Cơ học kết cấu, việc giải quyết bài toán đều dựa trên lý thuyết của cơ học môi trường liên tục Các nguyên lí chính đều dựa vào

o Sự cân bằng tĩnh học giữa nội lực và ngoại lực của kết cấu hay từng bộ phận của kết cấu

o Sự liên tục về về biến dạng và chuyển vị trong toàn bộ kết cấu o Quan hệ ứng suất và biến dạng của vật liệu kết cấu

Việc phối hợp các nguyên tắc trên sẽ cho những hệ phương trình vi phân phức tạp rất khó tìm lời giải Chính vì thế ngưới ta đưa ra mô hình số.Khi xây dựng mô hình số, thường thì đòi hỏi phải bổ sung một số giả thiết đơn giản hóa Các giả thiết này sẽ quyết định đến độ chính

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

xác của kết quả tính toán Thường thì kết quả tính toán bằng phương pháp số đặc biệt là phương pháp Phần tử hữu hạn (PTHH) được chấp nhận với độ chính xác cho phép

 Phương pháp PTHH là một trong những phương pháp tổng quát nhất để xây dựng mô hình số của kết cấu Phương pháp này chia không gian liên tục của kết cấu thành một tập hợp các phần tử (chia nhỏ ra) có tín h chất cơ học và hình học đơn giản hơn so với cả kết cấu Các phần tử này liên kết với nhau bằng điểm nút, lúc này các điều kiện tương thích về chuyển vị hay biến dạng của kết cấu chỉ thỏa mãn tại nút Thông thường, ẩn cơ bản của PP PTHH là các chuyển vị của nút Dựa vào điều kiện cân bằng của toàn kết cấu ta có được phương trình:

[F] = [K].[U] Trong đó [F] : Ma trận ngoại lực nút

[K] : Ma trận độ cứng của kết cấu, được xây dựng từ ma trận độ cứng của các phần tử

[U] : Ma trận chuyển vị nút

Sau khi giải phương trình trên ta tìm được chuyển vị của nút, từ đó tìm được chuyển vị của một điểm bất kì trong kết cấu thông qua hàm dạng (hàm biểu diễn chuyển vị của điểm bất kì với điểm nút)

 Ta thấy khi chia càng nhỏ kết cấu tức càng nhiều phần tử thì kết quả càng chính xác Như vậy với sự phát triển công nghệ thông tin như hiện nay, việc giải bài toán kết cấu với độ chính xác cao bằng phương pháp số là hoàn toàn thuận lợi và có tính ứng dụng cao

3.2 Khái niệm về cách mô hình hóa bài toán trong Sap2000 (Version 9.03)

 Mô hình là gì? Mô hình là mô tả khái quát một đối tượng nhằm mục đích nghiên cứu sự làm việc của đối tượng đó Cùng một đối tượng có thể có nhiều mô hình khác nhau

 Mô hình hóa kết cấu là mô tả đối tượng thành một sơ đồ tính nhằm giải quyết bài toán kết cấu Kết quả dung để thiết kế hay đánh giá sự làm việc của đối tượng

 Trong Sap2000, việc mô hình bài toán được thực hiện thông qua giao diện đồ họa nên người sử dụng có thể mô hình và sau đó gán các tải trọng

3.3 Các ví dụ tính toán bằng phần mềm Sap2000 giới thiệu

 Tính toán dầm BTCT đơn giản  Tính toán cầu dàn thép

 Tính toán cầu dầm BTCT ƯST nhịp giản đơn  Tính toán cầu liên tục

4 Các vấn đề cơ bản của phần mềm DTBK

DTBK hoàn toàn đáp ứng công việc lập dự toán, quyết toán, giá đấu thầu và quản lý chi phí các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, cầu đường, thuỷ lợi, thuỷ điện, đường dây tải điện, trạm biến áp, thí nghiệm điện, hàng không, theo các thông tư hướng dẫn của Ban Vật Giá Chính Phủ, Bộ Xây Dựng, Bộ Tài Chính và các Bộ chuyên ngành như Bộ Giao Thông, Bộ Công Nghiệp, đã ban hành Với 9 phương pháp tính cơ bản đại diện cho 3 nhóm :

 Nhóm phân tích đơn giá (phân tích đơn giá theo thực tế)

 Nhóm phân tích khối lượng và bù chênh lệch giá

 Nhóm phân tích đơn giá tổng hợp (phân tích giá tổng hợp theo thực tế) Đã bao trùm tất cả các phương pháp tính hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong cả nước Người sử dụng có thể lập hồ sơ theo một phương pháp bất kỳ và chuyển đổi dễ dàng dữ liệu và mẫu của một hồ sơ đã lập từ phương pháp này qua phương pháp khác bằng cách nhấp chuột lên menu lựa chọn Nhờ tính năng này mà người dùng có thể nhanh chóng đáp ứng các yêu cầu của chủ đầu tư Đặc biệt người sử dụng có thể nhập (Import) hoặc xuất (Export) dữ liệu dưới dạng bảng tính Excel rất dễ dàng và được máy tự động thiết lập các mối quan hệ, công thức tính đồng thời tự động định dạng form in trên khổ giấy A4 Các cơ sở dữ liệu được liên kết với nhau thành 1 file duy nhất cho phép sao chép, di chuyển và trình duyệt rất dễ dàng, thuận lợi ở bất cứ nơi nào, kể cả những nơi mà máy tính chưa cài chương trình DTBK

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

CHƯƠNG 2 : THỰC HÀNH PHẦN MỀM SAP 2000 VERSION

A CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN

1 Những khái niệm cơ bản

1.1 Sơ đồ kết cấu - sơ đồ tính 1.1.1 Nút (Joint)

a/ Vị trí của nút:

 Điểm liên kết các phần tử

 Điểm thay đổi về đặc trưng vật liệu

 Điểm cần xác định chuyển vị & điểm có chuyển vị cưỡng bức  Điểm xác định điều kiện biên

 Tải trọng tập trung (trừ tải trọng tập trung trên Frame)  Khối lượng tập trung

b/ Khai báo nút trong SAP:

 Các nút được tạo tự động khi tạo phần tử  Số hiệu nút được gán tự động

 Một nút có 6 bậc tự do: U1, U2, U3 (thẳng); R1, R2, R3 (xoay)

 Chiều dương quy ước của các bậc tự do tương ứng với 6 thành phần trong hệ toạ độ tổng thể

 Bậc tự do tính toán (DOF = Degree of Freedom): Số bậc tự do tính toán của mỗi nút có thể hạn chế theo từng loại sơ đồ (Analyze – Option Def)  Bậc tự do nào không có tải trọng, liên kết hay điều kiện biên thì SAP tự

động bỏ qua bậc tự do đó

d/ Một số đối tượng khác liên quan đến nút:

 Các lực tập trung có thể khai báo tại nút (Joint Load)  Khai báo khối lượng tập trung tại nút (Mass)

 Khai báo các mẫu tải trọng tại nút( Joint Pattern)

e/ Các kết quả phân tích nút:

 Các chuyển vị tại nút  Các phản lực tại nút

 Các lực liên kết tại nút (Forces) 1.1.2 Phần tử: có 4 loại phần tử

 Trục 1 tương đương với trục X,  Trục 2 tương đương với trục Y,  Trục 3 tương đương với trục Z

Góc toạ độ phần tử: Khi đổi chiều trục 1, nếu xoay trục 2 và 3 một góc quanh trục 1: Góc là dương nếu chiều xoay từ 2 đến 3 và ngược lại là âm  Thanh coi là thẳng đứng nếu góc nghiêng với trục Z không quá 10°  Khi vẽ các phần tử nên theo trật tự từ trái sang phải, từ dưới lên trên

 Thanh có thể có tiết diện không đổi (Primastic) hoặc thay đổi (Non- Primastic)

 Thanh có thể có các loại liên kết khác nhau tại các nút (Release, Regid)  Các đặc trưng hình học của phần tử thanh: (do chương trình tự tính nếu dùng

các tiết diện mẫu của SAP)

+ Section modulus : mô men chống uốn + Plastic modulus: mô men dẻo

+ Radius of Gyration: bán kính quán tính  Các loại tải trọng tác dụng lên phần tử thanh:

+ Tải trọng tập trung trên phần tử

+ Tải trọng phân bố (đều hoặc không đều) + Trọng lực, tải trọng bản thân

+ Tải trọng nhiệt

+ Tải trọng ứng suất trước

+ Tải trọng động (Response Spectrum & Time history) + Tải trọng di động

 Nội lực của phần tử thanh: 6 thành phần: P, V1,V2, T, M22, M33 Với bài toán phẳng chỉ có 3 thành phần: P,V2, M33

+ Shell: phần tử vỏ không gian có thể chịu cả kéo, nén, uốn

 Hệ toạ độ riêng của phần tử là: 1 (đỏ), 2 (trắng), 3 (xanh): trục 1 và 2 nằm trong mặt phẳng, trục 3 luôn vuông góc với bề mặt phần tử

+ Theo mặc định, trục 3 hướng ra ngoài màn hình hoặc theo phương Z + Cũng có thể sử dụng góc phần tử như phần tử thanh

 Các loại tải trọng tác dụng lên phần tử vỏ: + Tải trọng tập trung tại các nút + Tải trọng phân bố đều

+ Trọng lực, tải trọng bản thân + Tải trọng nhiệt

+ Tải trọng áp lực: có hướng vuông góc với phần tử (Surface Presure), tải trọng thay đổi theo các điểm nút (Joint Pattern) dùng cho áp lực nước hoặc tường chắn

 Nội lực:

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

+ Có thể có kết quả nội lực hoặc ứng suất tại các nút và theo phương chính + Có cáclực dọc màng theo các trục F11, F12 và mô men uốn M11, M12…tại các điểm nút của phần tử

+ Kết quả ứng suất cho tai các nút cả thớ trên, thớ dưới của phần tử

c/ Phần tử khối phẳng (Plan Asolid):

- Có thể có từ 3 đến 9 nút, là mặt phẳng trung bình của phần tử, cho các kết cấu tấm, tường đê chắn…chịu tải trọng đối xứng trục, biến dạng phẳng và ứng suất phẳng

d/ Phần tử khối 3D (solid): 9 nút, dùng cho các kết cấu khối chịu tải trọng 3 chiều

1.1.3 Liên kết: có các loại liên kết sau:

 Liên kết tại giao điểm của các phần tử (nút)  Liên kết nối đất

 Ràng buộc chuyển vị a/ Liên kết cứng (Restraints)

 Chuyển vị theo phương các bậc tự do mà nút gán bằng 0, tương ứng vớicác thành phần phản lực của nút đó

 Các thành phần gán Restraints có thể có chuyển vị cưỡng bức theo loại tải trọng Displacement Load( chuyển vị của các bậc tự do có giá trị bằng chuyển vị cưỡng bức, chuyển vị này cũng gây ra nội lực trong mô hình)  Liên kết Restraint đảm bảo cho mô hình khác bị biến hình Nếu kết cấu bị

biến hình, chương trình sẽ thông báo “ Structure to be unstable” b/ Liên kết đàn hồi (Spring)

 Cũng có các thành phần chuyển vị:

o Translation U1, U2, U3 = UX, UY, UZ o Rotation R1, R2, R3 = RX, RY, RZ  Độ cứng của gối liên kết có giá trị hữu hạn

 Giá trị chuyển vị của liên kết hữu hạn và phụ thuộc vào gối đàn hồi  Phản lực gối là phản lực đàn hồi

 Loại cũng phải đảm bảo cho kết cấu không bị biến hình

 Gối đàn hồi cũng có thể chịu các chuyển vị cưỡng bức và phản lực đàn hồi bằng tổng phản lực của 2 chuyển vị

 Không khai báo liên kết nút Restraints trùng với Spring c/ Ràng buộc chuyển vị:( Constraints)

 Để mô hình làm việc đúng với tính chất thực của nó và không bị biến hình

 Có các kiểu Constraints :Body, Plan, Diaphragm…  Giảm số phương trình và khối lượng tính toán 1.1.4 Tải trọng:

 Tải trọng tĩnh là tải trọng không thay đổi theo thời gian: tải trọng bản thân, tải trọng tập trung, tải trọng phân bố, áp lực gió…

 Tải trọng động : là tải trọng thay đổi theo thời gian: tải trọng động đất, gió động, sóng biển, tải trọng xe di động trên cầu

1.2 Hệ toạ độ:

 Hệ toạ độ tổng thể (Global) có thể là hệ toạ độ Đềcác (kí hiệu X, Y, Z) hoặc hệ toạ độ cầu, trụ (Z, R, )

 Hệ toạ độ riêng (Local) kí hiệu 1,2,3 cho các loại phần tử (trừ phần tử Solid theo hệ toạ độ tổng thể)

o Hệ toạ độ riêng dùng để vào dữ liệu cho phần tử, tải trọng trên phần tử, hiện nội lực của phần tử…

1.4.1 Thiết lập sơ đồ kết cấu

 Xây dựng hệ lưới hoặc chọn thư viện mẫu  Khai báo vật liệu

 Khai báo các đặc trưng hình học (tiết diện, chiều dày…)  Vẽ phần tử

 Gán tiết diện cho phần tử  Khai báo liên kết nối đất

 khai báo các trường hợp tải trọng

 Gán tải trọng cho phần tử đối với từng trường hợp tải trọng: tải trọng bản thân, tải trọng nút, tải trọng tập trung, tải trọng phân bố đều, tải trọng phân bố không đều…

 Tổ hợp tải trọng 1.4.2 Phân tích kết cấu:

 Chọn kiểu kết cấu: dàn, khung, vỏ…

 Khai báo một số tham số cần thiết (tham số để tính, in, hoặctham số động)  Thực hiện phân tích (chạy chương trình)

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

 Main Window : bao gồm toàn bộ giao diện đồ hoạ Cửa sổ này có thể di chuyển vị trí, phóng to, thu nhỏ hoặc đóng lại bằng các thao thác thông thường của Windows Tại mép trên bên trái cửa sổ cho biết tên của chương trình và loại kết cấu đang làm việc

 Menu Bar: chứa các menu con mà từ đó có thể truy cập vào mọi chức năng của chương trình

 Main Toolbar: bao gồm các chức năng, các thao tác hay dùng, giúp người dùng có thể truy cập nhanh Chủ yếu trong thành phần này là các chức năng hiển thị (view, zoom…) Tất cả các chức năng của thanh công cụ này có thể truy nhập từ dòng menu

 Floating Toolbar: gồm các thao tác thông dụng, chủ yếu là các chức năng dùng để thiết lập mô hình, cho phép truy cập nhanh Tất cả các chức năng của thanh công cụ này có thể truy nhập từ dòng menu

 Display Windows: là một vùng rộng trên màn hình để hiện sơ đồ hình học, các đặc trưng tiết diện, tải trọng,…cũng như các kết quả sau khi phân tích và thiết kế Trong vùng này có thể mở 1 hoặc 4 cửa sổ cùng một lúc Mỗi cử sổ có thể chọn điểm nhìn và cách hiển thị kết cấu khác nhau Ví dụ có thể mở cả 4 cửa sổ, trong đó cửa sổ thứ nhất hiên thị sơ đồ chưa biến dạng, cửa sổ thứ 2 hiển thị một trường hợp tải trọng nào đó, cửa sổ thứ 3 hiênt thị một sơ đồ chuyển vị nào đó của kết cấu khi đã tính toán và cửa sổ thứ 4 hiện các tỉ lệ ứng suất thiết kế Cũng có thể mở 3 cửa sổ hiện mặt bằng, một cửa sổ hiện mặt đứng và cửa sổ còn lại hiện hình chiếu phối cảnh của kết cấu…Tuy nhiên, tại mỗi thời điểm, chỉ có 1 cửa sổ là đang hoạt động và các tác động chỉ có hiệu quả trong cửa sổ này Có thể thay đổi một cửa sổ bất kỳ thành cửa sổ hoạt động bằng cách nhấn vào một điểm bất kỳ trong cửa sổ đó  Status Line: cho biết các thông tin về trạng thái hiện tại Ở phía phải của

dòng có một hộp nhỏ hiện và thấy đổi hệ đơn vị đang dùng, toạ độ hiện thời của con trỏ và các điều khiển hoạt động trong trường hợp hiện các biểu đồ chuyển vị hoặc các dao động

2.2 Thanh Menu

 Chứa tất cả các hộp thoại và các câu lệnh của SAP2000  Để vào các lệnh, đi từ menu chính menu con hộp hoại:

o Check box: chọn một phương án

o List box: chọn một giá trị trong số các giá trị liệt kê o Hộp giá trị: đưa vào một giá trị cụ thể

 Một số lệnh có thể có trạng thái On – Off liên hoàn 2.2.1 Các thao tác với File

 Open – Save – Save as – Close: các chức năng thông thường như mở, lưu, đóng file

 New Modal: bắt đầu một mô hình mới qua việc khai báo hệ lưới gọi như một thư viện bằng cách sử dụng một trong những kết cấu đã thiết lập sẵn do chương trình cung cấp Các kết cấu này có dạng đơn giản và đều nhau về kích thước Chúng có thể là giàn, khung phẳng, khung không gian, vỏ trụ, vỏ cầu…Người sử dụng có thể dùng một hoặc ghép nối nhiều kết cấu mẫu với nhau tạo thành một kết cấu mới cho mình hoặc dựa trên những mô hình này biến đổi cho phù hợp với kết cấu thực mong muốn Khi gọi thư viện mẫu theo chức năng này thường kết cấu được tạo có kích thước là đều nhau theo

một phương Tuỳ thuộc loại kết cấu, chương trình sẽ hỏi một số thông tin cần thiết như số nhịp, số tầng, khoảng cách giữa các nhịp, tầng…

 Import: nhập một tệp dữ liệu từ một chương trình khác (SAP90, SAP2000V-7, Auto CAD, các tệp cơ sở dữ liệu theo cấu trúc của Access, Excel…) vào SAP2000

 Export: xuất ra tệp dữ liệu vào của SAP2000 dưới dạng S2K (là tệp dữ liệu vào chuẩn giống như viết trực tiếp bằng file text, người dùng có thể mở ra xem và sửa chữa để tính toán lại), hoặc dưới dạng DXF, MDB, XCL, TEXT…

 Set Default file Parths: khai báo thư mục mặc định khi cất các tệp của SAP2000

văn bản hoặc các cơ sở dữ liệu khác

 Custom Report Writer: tổ chức báo cáo trên các cơ sở dữ liệu của SAP2000 cung cấp: bảng dữ liệu (vào, ra), các lời chú giải, tiêu đề, hình ảnh…

 Modify/ Show Project Information: xem và thay đổi các thông tin chung của dự án (mô hình ) đã chạy trên SAP2000 như tên công ty, người tính, tên khách hàng…

 Modify/ Show Coments and Log: đưa thêm vào các lời chú giải (Text ) vào các file văn bản đã có của SAP2000

 Show Input/ Output text file: Xem các tệp cơ sở dữ liệu vào, kết quả ra của SAP2000 dưới dạng Text

2.2.2 Các thao tác với Edit

Chức năng này dùng trong quá trình thay đổi mô hình Hầu hết các thao tác của Edit tác động tới một hoặc nhiều đối tượng vừa chọn Các thao tác này nằm trong menu Edit Trước khi dùng các thao tác này, phải lựa chọn các đối tượng cần tác động (nút, phần tử, liên kết…)

Một số chức năng cơ bản:

 Undo, Redo: cho phép huỷ hoặc quay lại các thao tác vừa làm

 Cut, Copy, Paste, Delete: dùng để cắt, sao chép, dán, xoá một nhóm đối tượng trong quá trình tạo lập sơ đồ kết cấu

 Add to Model Form Template: nối một kết cấu trong thư viện của SAP2000 với một mô hình đã có

 Interactive DataBase Editing: sửa chữa các dữ liệu đưa vào qua các bảng dữ liệu Các dữ liệu mới được cập nhật ngay vào mô hình nếu chấp nhận (apply) các dữ liệu này Trong quá trình sửa chữa, SAP2000 cung cấp các chức năng để sao chép, xoá, sửa thuận tiện và đôi khi hiệu quả hơn biến đổi trực tiếp trên đồ hoạ

 Add Grig at Selected Point: thêm các đường lưới tại các điểm đánh dấu đã lựa chọn, đường lưới này có thể theo một trong 3 trục của hệ toạ độ bất kỳ

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

 Replicate: cho phép tạo ra một bản sao của một nhóm đối tượng nào đó(nút, phần tử ) từ một bản gốc và cho phép chuyển đến vị trí mới bằng phương pháp tịnh tiến hoặc quay theo các trục Có 3 kiểu:

o Linear: sao chép một số đối tượng đếnvị trí mới (có số gia theo cả 3 phương) với số lượng tuỳ ý

o Radial: tạo ra một số bản copy và cho phép xoay quanh một trục nào đó với một góc bất kỳ

o Mirror: tạo một bản sao đối xứng qua một mặt phẳng nào đó và có thể dịch chuyển đến một vị trí bất kỳ

 Extrude: tạo ra các đối tượng dạng khối 3D từ một số dạng phân tích ban đầu của SAP2000 như Line, Area

 Move: di chuyển một số thành phần của kết cấu như nút, phần tử… đến vị trí mới trong mô hình

 Merge Jiont: hợp các nút lân cận nhau theo một dung sai nào đó do người dùng khai báo (có thể dùng nối 2 mô hình độc lập nhau thành một mô hình mới) hoặc sửa chữa các sai sót trong quá trình thiết lập mô hình

 Divide Frame: tách một phần tử thành nhiều phần tử mới, có thể bằng nhau hoặc tăng giảm đều Trong quá trình tách, chương trình tự thêmvào các nút tại những vị trí cần thiết

 Break: khi trong mô hình có nhiều đường giao nhau, dùng chức năng này sẽ phân nhỏ các phần tử tại các giao điểm và thêm vào các nút, tên thanh cần thiết

 Mesh Curved Frame/ Cable: tạo một cung tròn qua các đầu của phần tử thanh (từ thanh thẳng thành cong qua một số cách nào đó phần tử thanh bị xoá và cung tròn được chia thành nhiều phần tử sau khi tạo)

 Joint Frame: cho phép nối các thanh đã lựa chọn thành một phần tử và bỏ đi các nút không cần thiết trong quá trình nối

 Trim/ Extend Frame: chức năng này cũng giống như ở AutoCAD sẽ chặt bớt các đoạn thẳng từ 2 đầu của thanh

 Mesh Area: Chia nhỏ các phần tử shell thành một lưới theo hai phương  Mesh Solid: chia đều các phần tử Solid thành các phần tử nhỏ hơn

 Disconect: tách các phần tử quanh nút chung thành mỗi phần tử có một nút độc lập, tự thêm vào tên các nút tương ứng( có thể sử dụng chức năng này để Realease hoặc Constraint, Restrain)

 Connect : Dùng nối các nút của các phần tử tại cùng một vị trí có tên khác nhau thành một nút chung,các nút thừa tự loại bỏ (ngược lại của quá trình Disconect)

 Show Duplicates: chức năng này dùng để hiện (đổi màu) các phần tử trùng nhau Sau đó có thể xoá hoặc nhập lại các nút hoặc phần tử giống nhau (trùng tên)

 Merge Duplicates: ngược lại với Show Duplicates

 Change Lable: thay đổi lại cách đánh số nút, phần tử theo một tổ hợp mới gồmcó chữ hoặc số, có thể đánh theo trật tự hướng X,Y, Z tuỳ chọn

2.2.3 Các thao tác với View

 Set 2D – 3D view: hiển thị 2 chiều là hiện kết cấu trong một mặt phẳng song song với một trong 3 mặt phẳng X-Y, X-Z hoặc YZ của hệ toạ độ chung, chỉ

thấy được các đối tượng trong mặt phẳng đó Hiển thị theo không gian 3 chiều có thể thấy toàn bộ kết cấu từ một điểm nhìn đã chọn Các đối tượng nhìn thấy không bị hạn chế bởi một mặt phẳng nào Hướng nhìn khai báo qua 2 góc, một góc trong mặt phẳng ngang góc kia từ phía trên nhìn xuống mặt phẳng ngang

 Perspective: nhìn phối cảnh, luôn cho một cảm giác thực và hình ảnh rõ hơn về chiều thứ 3 Có thể chuyển đổi dễ dàng từ Perspective sang 2D – 3D View và ngược lại

 Zoom: thể hiện rõ một vài kết cấu nào đó hoặc hiện toàn bộ kết cấu Zoom Out đưa kết cấu rời xa màn hình (thu nhỏ), ngược lại là Zoom In Chế độ Zoom có thể đặt số gia và thay đổi nó Zoom Window chỉ hiện kết cấu nằm trong cửa sổ chọn Cửa sổ này khai báo bằng cách đánh đấu 2 góc của cửa sổ và di chuyển chuột trên miền đánh dấu

 Pan: cho phép di chuyển kết cấu và trên màn hình chỉ hiện những phần nằm trong cửa sổ khai báo

 Set Limits: khai báo một cửa sổ qua các giá trị hai góc cửa sổ gọi là giới hạn trên và giới hạn dưới Chỉ những phần kết cấu nằm trong cửa sổ này mới hiển thị được và các hiệu quả của Pan, Zoom… chỉ tác động trong cửa sổ này  Set Display Option: khai báo các tham số có liên quan đến các loại nút, phần

tử, liên kết….để hiện trên sơ đồ kết cấu như: Label, Element, Axis, Restraint…

2.2.4 Các thao tác với Define

 Materials: chức năng này cho phép khai báo mới nhiều loại vật liệu khác nhau hoặc thay đổi, huỷ các nhóm đã có Đối với mỗi loại vật liệu có thể đặt một tên và đưa và các tham số E, W, M, …và một số tham số khác cho quá trình thiết kế như ứng suất chảy của thép fy, cường độ kéo nén của bê tông  Frame/Tendon/Cable Sections: khai báo các loại tiết diện (mặt cắt) của

o Material: chọn loại vật liệu

 Link/Support Properties: khai báo tiết diện cho phần tử NL Link - giống phần tử Frame

 Coordinate System/ Grid: chức năng này có thể: o Tạo hệ toạ độ mới (hệ toạ độ riêng)

o Thêm, sửa, bớt các dòng lưới theo phương X, Y, Z của một lưới đã có Vị trí mới của lưới có thể trong các trạng thái Hide, Glue

 Hide All Grid Line: không hiển thị các đường lưới

 Glue Joint to Grid: ở trạng thái On, các nút sẽ luôn thay đổi cùng với sự thay đổi của các dòng lưới (dẫn đến phần tử có thể thay đổi theo)

 Joint Constraints: khai báo các ràng buộc với nút

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

 Joint Patterns: tạo ra các mẫu cho nút (chỉ khai báo tên, không đưa vào giá trị) Các mẫu này sau này có thể dùng gán cho một nhóm nút nào đó và sử dụng tên của nhóm để gán tải trọng cho các nút đó

 Groups: tạo sẵn các tên nhóm Các nhóm này có thể dùng để gán cho một nhóm phần tử nào đó và sử dụng tên của nhóm thay cho lựa chọn phần tử trong quá trình gán tiết diện, tải trọng, …cho các phần tử đó

 Load Cases: khai báo các trường hợp tải trọng tĩnh, bao gồm: o Load name: Tên trường hợp tải trọng

o Type: loại tải trọng: hoạt tải, gió…

o Self Weight Multiplier: hệ số tải trọng bản thân, áp dụng cho toàn bộ trường hợp, có thể thêm, sửa, xoá các trường hợp

 Bridge Load: khai báo các tham số để tính cho bài toán cầu như Lane, Vehicle…

 Functions: khai báo các tải trọng động như Time History và Reasponse Spectrum

 Analysis Cases: khai báo các trường hợp cần phân tích trong quá trình chạy SAP2000

 Combinations: khai báo các tổ hợp tải trọng

o Cho phép thêm, thay đổi, xoá một tổ hợp nào đó o Khai báo các tham số cố liên quan đến tổ hợp

2.2.5 Các thao tác với Draw

 Set Select Mode: chuyển từ chế độ vẽ phần tử sang chế độ chọn phần tử  Set Reshape Element Mode: cho phép thay đổi hình dạng và vị trí của các

phần tử đã có trong kết cấu bằng cách dùng chuột kéo đến vị trí nào đó, kích thước hoặc hướng phần tử có thể thay đổi hoặc không thay đổi Nếu di chuyển các dòng lưới thì các phần tử trên sẽ di chuyển theo (khi lưới không khoá và đang ở chế độ Glue Joint to Grid)

 Draw Special Joint: các nút thông thường tự sinh ra tại các đầu hoặc góc của phần tử dùng chức năng này để thêm các nút vào những vị trí bất kì tại những nơi nhấn chuột

 Draw Frame/Cable/Tendon: tạo ra các phần tử bằng cách đánh dấu vị trí hai đầu thanh trên màn hình hoặc tại các nút lưới

 Draw Frame/Cable/Tendon: vẽ nhanh các phần tử bằng cách đánh dấu một điểm bất kỳ trên cạnh lưới

 Snap: ở trạng thái On, và chế độ truy bắt điểm theo các kiểu khác nhau như tại nút, đầu các phần tử, các điểm giao nhau…

 New Label: đánh số lại tên của một số nút, phần tử theo ý muốn hoặc thay đổi tên nút, phần tử với một số thông số sau: thêm tiếp đầu ngữ, thay tên, tên được dánh với một số gia nào đó…

2.2.6 Các thao tác với Select

Chức năng này khai báo một nhóm đối tượng sẽ cho dùng các thao tác tiếp theo SAP2000 dùng khái niệm “ Noun Verb” - chọn trước, trong đó có thể đầu tiên tạo ra một tập chọn (bằng cách nhấn trực tiếp vào các đối tượng) và sau đó thực hiện các thao tác trên tập chọn đó Các thao tác cần thiết thực hiện trên một tập chọn trước bao gồm các thao tác: gán, sửa đổi dữ liệu, hiển thị, in ấn…

Để chọn đối tượng phải đặt chương trình vào chế độ Select bằng cách nhấn một trong các nút của thanh công cụ di động cũng có thể chọn một hành động bất kỳ từ menu Select hoặc Display để đưa chương trình vào chế độ chọn Có thể chọn đối tượng theo một trong các cách sau:

 Point: chọn các đối tượng đơn, chỉ chính xác các đối tượng

 Window: chọn đối tượng bằng cách vẽ một cửa sổ quanh đối tượng chọn  Crosing: chọn đối tượng bằng cách vẽ một đường thẳng đi qua các đối tượng

chọn

 Group: chọn các đối tượng trong cùng một nhóm

 Chọn các đối tượng có cùng loại đặc trưng nào đó: cùng mặt phẳng (XY, XZ, YZ plane), cùng loại mặt cắt…

 Trong chế độ chọn, nút trái chuột dùng để chọn đối tượng, nút phải dùng để tra cứu các đặc tính của đối tượng Mọi thao tác (trừ vẽ) cóthể thực hiện khi chương trình dang ở chế độ chọn

2.2.7 Các thao tác với Assign

Chức năng này dùng để gán các đặc trưng vật liệu, mặt cắt ngang, tải trọng (đã khai báo trước đó) cho một nhóm các đối tượng đã hoặc vừa chọn Các thao tác này lấy từ menu Asign hoặc thanh công cụ dưới, bao gồm:

 Trong quá trình lập sơ đồ hình học:

o Joints(nút): gán các liên kết ràng buộc, gối đàn hồi, khối lượng tập trung quy đổi, hệ toạ độ riêng…

o Frame/Cable (phần tử thanh): gán các đặc trưng mặt cắt, hệ toạ độ riêng, giải phóng liên kết, vị trí cần đưa ra kết quả, vùng cứng và tải trọng o Area, Solid, Link: gán các đặc trưng mặt cắt, hệ toạ độ riêng và tải trọng o Gán các giá trị của các mẫu cho các nút trong các trường hợp khai báo tải

trọng nhiệt và tải trọng áp lực

 Có thể gán các chức năng trên cho từng đối tượng hoặc các đối tượng trong một nhóm Nguyên tắc cung là chọn đối tượng sau đó chọn tên của các đặc trưng

 Trong quá trình gán tải trọng:

o Joint Load: gán tải trọng tập trung, chuyển vị cưỡng bức tại nút o Frame Load: gán tải trọng cho các phần tử thanh bao gồm:

 Gravity: khai báo hệ số trọng lực  Points: tải trọng tập trung trên phần tử

 Distributed: tải trọng phân bố trên phần tử (đều hoặc không đều)  Termerature: gán ccs tải trọng nhiệt

 Pretress: gán tải trọng ứng suất trước cho các phần tử thanh đã chọn Trong phần này không mô tả tải trọng mà chỉ khai báo trường hợp nào chịu tải và hệ số của tải trọng ứng suất trước o Area Load: gán tải trọng cho phần tử vỏ:

 Gravity: khai báo hệ số trọng lực

 Uniform: gán tải trọng phân bố cho phần tử

 Serface Pressure: khai báo tải trọng áp lực mặt cho các phần tử tấm, vỏ…

- Load Case: khai báo trường hợp tải trọng

- By Element: khai báo giá trị lực tác động vuông góc với bề mặt

phần tử và phân bố trên cả bề mặt phần tử

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

- By Joint Pattern: khai báo tên mẫu đã có và hệ số - Option: add, modify, delete

o Joint Pattern: khai báo dạng của mẫu tải trọng qua các nút (hệ số A, B, C)

o Solid Load: khai báo tải trọng Solid

2.2.8 Các thao tác với Analyze

Sau khi đã khởi tạo xong mô hình kết cấu bằng các thao tác trên, có thể phân tích mô hình để tính toán kết quả chuyển vị, ứng suất, phản lực…

Trước khi phân tích sơ đồ, có thể lựa chọn các kiểu phân tích từ menu Analyze bao gồm:

 Loại kết cấu phân tích (đưa vào UX, UY, UZ, RX, RY, RZ: các bậc tự do bị giữ)

 Loại kết cấu: trong phần này có sẵn 4 loại kết cấu: o Khung không gian

o Khung phẳng (X-Z) o Dầm lưới (X - Y) o Giàn không gian

 Degree of freedom: dùng các mã của các bậc tự do để khai báo cho một kiẻu kết cấu bất kỳ không thuộc 4 kết cấu mẫu ở trên

 Run : thực hiện tính toán kết cấu chương trình cất mô hình trong một tệp cơ sở dữ liệu của SAP2000, sau đó kiểm tra và phân tích mô hình Trong quá trình kiểm tra và phân tích, trên cửa sổ chính xuất hiện những thông báo của quá trình phân tích kỹ thuật Khi phân tích xong, có thể xem lại các thông báo trong quá trình chạy chương trình Nhấn OK để đóng cửa sổ chính sau khi kết thúc quá trình xem các thông báo này

2.2.9 Các thao tác với Design

Thiết kế là quá trình kiểm tra các phần tử thép hoặc bê tông theo các tiêu chuẩn khác nhau quá trình này chỉ được thực hiện sau khi phân tích kết cấu

Các phần tử thanh bằng thép có thể có mặt cắt ngang có trọng lượng tối thiểu được lấy tự động từ một nhóm trong các mặt cắt ngang đã khai báo trong chương trình Kết cấu sau khi thiết kế có thể được tính toán và kiểm tra lại

2.2.10 Các thao tác với Display

 Show Underformed Shape: hiện dạng hình học của kết cấu khi chưa bị biến dạng

 Show Loads: hiện sơ đồ tải trọng cho từng trường hợp tải trọng của nút, phần tử:

o Joint: hiện sơ đồ tải trọng của nút

o Frame: hiện tải trọng trên phần tử thanh: Force, Moment, Gravity, Temperature, Gradient…

o Shell: hiện tải trọng trên phần tử vỏ: Gravity, Uniform, Presure, Temperature…

 Show Pattern: hiện các mẫu tải trọng (trong trường hợp tải trọng áp lực mặt và nhiệt)

 Show Lanes: hiện các dữ liệu về Lane, độ lệch tâm và các dãy phần tử Lane  Show Deform Shape: hiện các biểu đồ chuyển vị của từng trường hợp tải

trọng

 Show Mode Shape: hiện các dao động

 Show Element Forces/ Stress: hiện các biểu đồ nội lực và ứng suất của các phần tử (có thể kèm theo cả giá trị) ứng với từng trường hợp tải trọng

 Show Influence Lines: hiện các biểu đồ đường ảnh hưởng

 Show Definite Data Table: hiện các bảng dữ liệu đưa vào (dạng text) gồm các dữ liệu về dạng hữu hạn, tải trọng, liên kết…

 Show Analysis Results Table: hiện các bảng dữ liệu kết quả phân tích kết cấu (dạng text)

 Show Design Results Table: hiện các bảng dữ liệu kết quả thiết kế (dạng text)

 Show All Table Type: hiện tất cả các bản dữ liệu vào ra

2.2.11 Các thao tác với Option (một số cài đặt ban đầu và lực chọn)

 Preference: cài đặt một số tham số có sẵn cho chương trình:

o Dimensions/ Tolerances: các tham số về kích thước như dung sai của Snap, Select, Font của các chữ trên hình vẽ…

o Steel Frame Design: các tham số của thép như tiêu chuẩn thiết kế, các tệp chứa các mặt cắt, tham số cho các trường hợp tính theo phổ và hàm thời gian

o Concrete Frame Design: các tham số của bê tông như các tiêu chuẩn thiết kế, hệ số giảm độ bền…

 Color: cài đặt màu sắc hiển thị cho các nút, phần tử, màu nền…  Window: lựa chọn số cửa sổ hiển thị và kiểu cửa sổ

2.3 Giới thiệu về hệ lưới

Lưới là hệ phụ trợ, hỗ trợ trong quá trình tạo lập sơ đồ hình học Lưới có thể 2 hoặc 3 chiều, được tạo gần giống với sơ đồ kết cấu

 Các bước thao tác khi tạo lưới:

o Tạo ra một hệ lưới đều: File  New Modal  Chọn loại lưới  Khai báo

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

o Chỉnh sửa các bước lưới cho phù hợp: Nhấn Edid Grid hoặc từ Menu Define  Coordinate System/ Grids  Modifine/Show System

3 Thiết lập sơ đồ và tính toán kết cấu hệ thanh

3.1 Tạo lập kết cấu 3.1.1 Mô hình sơ đồ tính

Trong SAP2000 có một hệ thống thư viện mẫu phong phú để tạo sẵn các kết cấu hệ thanh, vỏ

Để tạo kết cấu này, người sử dụng chọn loại sơ đồ kết cấu và sau đó cung cấp các giá trị cho một tham số cụ thể mà sơ đồ đòi hỏi Tuỳ theo các dữ liệu này có thể có các dạng khác kết cấu khác nhau

3.1.2 khai báo vật liệu (Define  Material)

Có 3 loại vật liệu mẫu là bê tông, thép và bất kỳ, mặc định luôn lấy là Steel Nếu giá trị không phù hợp thì phải thay đổi Để thay đổi các giá trị mặc định về dạng đặc trưng vật liệu của SAP2000: vào Option  Preferences khai báo cho các giá trị sẽ hiện đối với Steel, Concrete, Aluminum; hoặc Frame/ Cable  Frame Property Modifier thay đổi cho các nhóm mới khai báo

3.1.3 khai báo các loại tiết diện: Define  Frame/Cable  Section khai báo các tiết diện trong SAP2000 có thể dùng một trong các kiểu:

 Lấy các tiết diện có sẵn trong các tệp của SAP2000: Define  Frame/Cable  Section  Import Wide Flange (đối với thép có thể theo tiêu chuẩn của Mỹ- AISC, Canada – CISC, Anh …) bằng cách chọn các tệp *.pro sau đó chọn kiểu thép (thép góc, hình L, T,…)trong trường hợp này không phải khai báo kích thước tiết diện

 Chọn một trong số các tiết diện có hình dạng của SAP2000 đã có sẵn như tiết diện chữ nhật, tròn, T, U, C…(đối với bê tông), trong trường hợp này chỉ cần khai báo một số kích thước tối thiểu như chiều cao, chiểu rộng… mà SAP2000 yêu cầu tuỳ theo kích thước đưa vào mà có các dạng hình học khác nhau Để khai báo cho các tiết diện này vào: Define  Frame Properties  Add Rectagular…

Hộp thoại khai báo tiết diện:

 Ngoài ra, người dùng có thể tự thiết kế một tiết diện bất kì khi chọn Add SD Section

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

3.1.4 Vẽ phần tử: Draw  Draw Frame/Cable/Tenden

Để chọn chức năng vẽ, có thể gọi lệnh từ thanh menu hoặc từ biểu tượng trên thanh công cụ:

 Có thể vẽ phần tử thông thường hoặc vẽ nhanh (Quick Draw)

 Nên thống nhất hướng của các phần tử trong quá trình vẽ (từ dưới lên trên, từ trái qua phải)

 Tận dụng chức năng biến đổi đối tượng như Coppy, Move, Delete, Device, Replicate… trong quá trình tạo phần tử

Để có thể hiện được các sơ đồ hình học của kết cấu đã tạo, dùng các chức năng:

 3D View (hiện các hình vẽ không gian)  2D XY, XZ…(hiện từng mặt phẳng )

 Nếu có hệ lưới, có thể di chuyển mặt phẳng theo các dòng lưới 

 Để xem kết cấu theo một số thông số cài đặt dùng View  Set Display Option

 Để xem các thông số của phần tử hay nút đang hiện hành trên mô hình, nhấn vào đối tượng và chuột phải:

3.1.5 Gán tiết diện cho phần tử:

 Asign  Frame/Cable/Tendon  Frame Sections  Chọn phần tử muốn gán dùng các chức năng của Select

 Mở hộp thoại Assign  Frame/Cable/Tendon  Frame Sections

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

 Chọn tiết diện cần gán (đã có) trong danh sách bên trái 3.1.6 khai báo liên kết: Assign  Joint  Restraint

 Khi tính toán, SAP2000 mặc định sẽ tính và cho kết quả của tất cả các trường hợp tải trọng đã khai báo Người sử dụng có thể hạn chế số trường hợp cần tính khi chọn tham số trong Define  Analyse Case hoặc Analyse  Set Analyse Case to Run trước khi phân tích kết cấu

 Chú ý trong các trường hợp tải trọng, chỉ nên khai báo 1 trường hợp là có hệ số Self Weight khác 0

Các bước khai báo một trường hợp tải trọng tĩnh (Static Load Case): Menu Define  Load Case:

o Tên trường hợp tải: Load Case Name

o Kiểu tải trọng (type): Dead (tĩnh tải), Live (hoạt tải), Wind (gió), Snow (tuyết), Quake (tải trọng tĩnh do động đất)…Nếu có TCVN thì các lựa chọn này không quan trọng (Defaul Conbination)

o Self Weight: hệ số tính trọng lượng bản thân cho mọi phần tử có mặt trong kết cấu, nếu = 0 là không tính

o Delete: xoá một trường hợp tải trọng, sẽ xoá mọi giá trị đã gán cho phần tử

3.1.8 Gán tải trọng cho phần tử của từng trường hợp tải trọng

Muốn thực hiện được bước này, các trường hợp tải trọng phải được khai báo trước trong Define.Để gán tải trọng cho phần tử theo các bước sau:

 Chọn các phần tử cần gán (chú ý đơn vị)  Chọn các tải trọng cần gán, khi gán cần chú ý:

+ Kiểm tra loại tải trọng + kiểm tra hướng tải trọng

+ Kiểm tra lại trạng thái gán tải trọng (theo trục nào của Globle hay Local) + Kiểm tra trường hợp của tải trọng đang gán

 Đưa vào giá trị của tải trọng

Tải trọng bản thân: chỉ khai báo hệ số Mutiplier trong Local Case (chú ý phải khai báo giá trị của trọng lượng bản thân W trong Material)

 Self Weight: là hệ số tính tải trọng bản thân áp dụng cho mọi phần tử trong kết cấu Nó tính trọng lượng bản thân theo phương Z và luôn có giá trị dương  Gravity: là hệ số tính tải trọng bản thân áp dụng cho mọi phần tử trong kết cấu đã chọn, có thể có các phương X, Y, Z Nếu theo phương Z thì có giá trị âm

 Tải trọng tập trung tại nút: Assign  Joint Load  Force

 Tải trọng tập trung trên phần tử: Assign  Frame Load  Joint

 Tải trọng phân bố trên phần tử: Assign  Frame Load  Distributed  Trong SAP2000 mỗi phần tử chỉ được phép gán tối đa 4 tải trọng tập trung

trên phần tử hoặc 4 điểm có giá trị tải trọng khác biệt (đối với tải trọng phân bố không đều), do vậy trong hộp thoại chỉ có 4 ô để vào các giá trị của các kết cấu tại các điểm đặt lực (Distance), tính đến đầu thanh và giá trị lực tại từng điểm (Load)

 Khi vào giá trị cho các kết cấu có 2 cách:

o Nếu chọn Relative Distance from End - I : thì các giá trị này là tỉ lệ của khoảng cách tính từ điểm đặt lực đến đầu thanh/ chiều dài cả thanh

o Nếu chọn Absolute: là giá trị thực của độ dài điểm đặt lực đến đầu thanh

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

 Để xem các tải trọng đã gán: Display  Show Load (chọn Joint, Frame, Shell…) Có thể xem cho từng trường hợp tải trọng của từng loại, hiểm thị hình dạng và giá trị Riêng tải trọng mô men sẽ xuất hiện dưới dạng ngẫu lực

3.1.9 Tổ hợp tải trọng

 Tổ hợp tải trọng là các phương án tải cần tính trong thực tế (đưa ra kết quả) dựa trên các trường hợp tải trọng đã khai báo Trong mỗi tổ hợp tải trọng có thể xắp xếp nhiều trường hợp tải trọng một lúc và mỗi trường hợp tải trọng có thể có hệ số tổ hợp khác nhau

 Cách khai báo tổ hợp: o Chọn tên (Name)

o Kiểu tổ hợp các giá trị (Type):

 Add: tổ hợp theo phương pháp cộng tác dụng  Enve: tính tổ hợp bao nội lực

 SRSS: căn của tổng bình phương các trường hợp tải trọng  ABS: trị tuyệt đối của các trường hợp tải trọng

 Scale Factor: hệ số tổ hợp của từng trường hợp tải trọng trong một tổ hợp

3.2 Phân tích và tính toán

3.2.1 Chọn sơ đồ kết cấu: Analyse  Set Analyse Option

 Với các loại kết cấu nằm trong các kết cấu mẫu của SAP2000 thì chỉ cần nhấn vào đó, SAP2000 tự động biết đó là loại gì và tự động thay đổi các tham số của Degree of Freedom

 Với các kết cấu không có trong kết cấu mẫu của SAP2000 thì phải khai báo các bậc tự do có thể của toàn kết cấu trong các tham số của Degree of Freedom Một số loại kết cấu có sẵn:

o Dàn phẳng: chỉ chuyển vị theo Ux và Uz o Tấm phẳng: Uz, Rx, Ry

o Phẩn tử Asolid: Ux và Uz; Solid: Ux, Uy và Uz

3.2.2 Thực hiện tính toán: Analyse  Set Analysis Case to Run

Để thực hiện tính toán, vào Analyse  Set Analysis Case to Run để lựa chọn các trường hợp cần tính có khai báo và hiện trong Action (Run) sau đó nhấn Run Now Các loại phân tích:

 Phân tích tĩnh: chỉ chịu tải trọng tĩnh  Tính dao động riêng: khai báo Mode Shape

 Phân tích P- Delta: bài toán ổn định (chọn P - Delta)  Phân tích dao động:

o Tải trọng điều hoà (Harmonic steady - state)

o Phân tích phổ phản ứng (Response Spectrum) tải trọng có gia tốc nền o Phân tích theo hàm thời gian ( Time History) : tuyến tính, phi tuyến  Phân tích với tải trọng di động: bài toán cầu (Moving Load)

 Các kiểu phân tích được thực hiện một lần có thể in riêng hoặc tổ hợp với nhau

* Bài toán dao động riêng (Dynamic Analysis) T: chu kỳ dao động, f: tần số ; T = 1/f

Phân tích Eigenvector

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

 Gán khối lượng tập trung (xem lại đơn vị khi tính theo phương pháp Eiggen thì khối lượng m = P/g)

 Khối lượng của các phần tử không phải tính, SAP2000 tự quy đổi  Khối lượng còn lại tính quy đổi về nút (thường tính khối lượng của cả

tầng rồi chia cho số nút chính tại vị trí có cột, lõi)  Chỉ tính khối lượng của tĩnh tải và hoạt tải dài hạn

 Chỉ nhập khối lượng gây lực quán tính  Menu Assign  Masses  Direction 1, 2 (bỏ phương 3 và không nhập mô men quán tính)

 Để tìm các dạng dao động theo Eigenvector, cần xác định các thông số sau:

o Số dao động cần tính (Number of Mode): n (→= 10) o Shift: (Center) = 0

o Cut: giá trị tần số giới hạn (Radius) bằng 0 hoặc bằng fL khi tính gió động

o Tol: giá trị hội tụ (Tolerance)

Số dạng dao động giới hạn bởi đồng thời 3 điều kiện: n, shift, cut; f- shift<= cut 3.2.2 Xem kết quả

Kết quả của SAP2000 có thể xem bằng đồ hoạ (các biểu đồ, hình vẽ) hoặc qua các bảng chứa dữ liệu theo dạng text hoặc cấu trúc dựa trên các cơ sở dữ liệu của Excel, Ascess Để xem kết quả thường thao tác một trong số phần sau:

 Chọn 1- 4 cửa sổ hiện: Option Window

 Chọn các đối tượng muốn xem kết quả (thông thường là cả kết cấu)

 Chọn thành phần dữ liệu vào (các khai báo mô hình) hoặc kết quả đã tính (chuyển vị, nội lực…) muốn hiện

 Các loại tệp tin: dữ liệu đầu vào: *.sdb, *.$2k kết quả: *.out, *.text, *.xls, * Mdb 3.2.3 Đồ hoạ (Display)

3.2.3.1 Xem các đại lượng đưa vào

a/ Xem sơ đồ hình học: Display  Underformation Shape

Xem cho từng trường hợp và từng loại tải trọng trên nút hoặc trên phần tử (có thể hiện cả giá trị)

b/ Xem sơ đồ tải trọng: Display  Show Load Assign

Hiện các sơ đồ tải trọng mục đích kỹ thuật lại các trường hợp tải đã gán Có thể hiện:

 Hiện cho từng trường hợp tải trọng (chọn Load name)

 Từng loại tải trọng: (Load Type) Joint, Frame, Area, Solid, Link…  Hiện hình dạng và giá trị (Value): có thể hiện tải trọng nút cùng tải

trọng trên phần tử

 Hệ toạ độ khi hiện (Coordinate Sys)

c/Xem các đại lượng đã gán cho kết cấu: Display  Show Misc Assign d/ Phân bố Lane trong bài toán cầu: Display  Show Lane

3.2.3.2 Hiện các kết quả tính

a/ Hiện các biểu đồ chuyển vị: Display  Show Deformed Shape

 Chọn trường hợp, tổ hợp muốn hiện: Case/ Combo  Chọn tỷ lệ hiện: Scaling

 Chọn kiểu hiện

o Wire: hiện sơ đồ kết cấu mờ và dạng chuyển vị o Cubic: chỉ hiện dạng chuyển vị

b/ Hiện các biểu đồ nội lực: Display  Show Force/Stress

 Chọn trường hợp- tổ hợp (Case/Combo)  Chon đối tượng hiện:

o + Joint: Reaction – Spring

o + Frame/Cable: 6 thành phần nội lực: Axial – Shear – Moment o + Shell, Plane

 Scaling: chọn tỷ lệ

 Option: Fill – tô màu; Show Value - hiển thị giá trị

c/ Hiện các biểu đồ: Display  Virtual Work Diagrame d/ Hiện các hàm: Spec – Time

e/ Xem các đường ảnh hưởng: Display  Show Influence Lines f/ In các biểu đồ

 Xuất trực tiếp hình vẽ (toàn bộ) của SAP2000 sang các file ảnh: o Hiện biểu đồ muốn hiện trên mô hình

 File  Print Output Table: có thể in theo dạng Text, Excel, hoặc đưa ra file

 Xuất sang các cơ sở dữ liệu khác: exl, mdb có thể tạo ra nhiều tiện ích cho tính tổ hợp và tính thép sau này

3.3.2 Cấu trúc bảng trong SAP2000 3.3.2.1 Khái niệm chung

 Tất cả các dữ liệu của SAP2000 có thể dùng giao diện đồ hoạ hoặc truy nhập đến các dữ liệu đặt trong bảng

 Các bảng được tổ chức thành tập hợp bảng, mỗi bảng có tên riêng và tên của các trường là các cột

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

 Các dữ liệu trong bảng có thể là một trong 3 loại (class) dữ liệu để khai báo sơ đồ kết cấu, dữ liệu của các kết quả phân tích và thiết kế

 Các dữ liệu bảng có thể xem, sửa đổi, xuất, nhập…từ chương trình này đến chương trình khác và ngược lại Có thể hiển thị hay in theo nhiều dạng khác nhau

3.3.2.2 Các loại dữ liệu bảng: 3 loại

 Khai báo mô hình: trong đó gồm các bảng chứa dữ liệu của sơ đồ hình học, liên kết, tải trọng, các trường hợp phân tích, thiết kế…Display Show Model Define Tables

 Các kết quả phân tích gồm: nội lực, ứng suất, chuyển vị (võng), năng lượng…Dữ liệu này chỉ có sau khi đã chạy và thiết kế kết quả có thể hiện, in, xuất (không sửa và nhập được) Khi hiện các dữ liệu có thể cho hiện tất cả (Show All) hoặc hiện một số dạng mục (Some- Choose: với Output và Design)

o Dạng văn bản ASCII (Plain text)

o Các tệp của Microsolf Excel (chỉ hiện trên màn hình) o Các tệp của Microsolf Acecss (chỉ hiện trên màn hình)

c/ Dùng cho biến đổi:

Các bảng dữ liệu có thể hiện trên mô hình đồ goạ, sau đó biến đổi (thêm, thay đổi, xoá, copy…) và cũng có thể xuất, nhập các tệp cơ sở dữ liệu bảng theo một trong các dạng:

 Dạng văn bản ASCII (Plain text)  Các tệp của Microsolf Excel  Các tệp của Microsolf Acecss

3.3.2.4 Hiện dữ liệu bảng: Display  Show …

 Trong khi làm việc với giao diên đồ hoạ của SAP2000, có thể cho hiện dữ liệu dưới dạng bảng Từ Display menu có thể lựa chọn để hiện các thông tin của 1 trong 3 loại (class): sơ đồ kết cấu, các kết quả phân tích và thiết kế hoặc cả 3 loại này

 Có thể điều chỉnh các quá trình hiện và in

 Chức năng File trong hộp thoại có thể thực hiện:

o Xuất bảng hiện thời hoặc tất cả các bảng ra các cơ sở dữ liệu (FileExport)

o Hiện bảng hiện thời hoặc tất cảc các bảng trên mô hình (File  Display) o Cất bảng hiện thời hoặc tất cả các bảng ra các cơ sở dữ liệu (File Save) o Đưa thêm các bảng vào tập hợp bảng đã có (File Add)

o Tạo ra định dạng (Format) cho bảng mới (File Apply)

o In các bảng theo định dạng Text (File Print) o Xoá các bảng (File Remove)

3.3.2.5 In dữ liệu bảng: File  Print Table

Trước khi in ấn:

 Có thể chọn các bảng muốn in cũng như phần kết cấu muốn hiện dữ liệu  Có thể in trực tiếp ra máy in đã cài đặt hoặc tạo ra các tệp sau đó mở

bằng các phần mềm khác rồi in 3.4 MỘT SỐ PHẦN NÂNG CAO

3.4.1 Tạo nhóm (Group)

 Nhóm là một chức năng mới của SAP2000, cho phép người sư dụng đưa một số phần tử có cùng đặc điểm nào đó gộp lại với nhau và đặt một tên Để khai báo nhóm có thể dùng 2 cách:

o Khai báo tên của nhóm trong Define sau đó đánh dấu các phần tử của nhóm đó và gán cho tên nhóm đã có (AssignAssign to Group) o Vừa khai báo tên nhóm, vừa gán các phần tử cho nhóm luôn: vào thẳng

 Sử dụng tên nhóm trong các thao tác lựa chọn để gán

3.4.2 Khai báo thanh có tiết diện thay đổi: Assign  Frame/Cable/Tendon  Frame Sections  Add Nonprimastic

 Chỉ áp dụng cho phần tử thanh Để khai báo, vào chức năng Add Nonprimastic (và phải có ít nhất 2 loại tiết diện đã khai báo)

 Tiết diện thay đổi có thể biến đổi đều hoặc giật bậc

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

3.4.3 các cách biến đổi đối tượng – Edit

 Lệnh Copy sao chép đối tượng thành một đối tượng mới di chuyển so với đối tượng cũ theo cả 3 phương (DX, DY, DZ) Các cách thực hiện:

o Chọn nhóm đối tượng mẫu o Nhấn Edit  Copy

o Nhấn Paste và đưa các giá trị di chuyển trong mục Change Coordinate by  OK

 Replicate: (Linear, Mirror, Radial):

o Đây là lệnh sao chép các đối tượng theo nhiều cách khác nhau, có thể lực chọn một số thuộc tính (Section, Release, Regid, Load…) trong quá trình xao chép hoặc sao chép tất cả các thuộc tính của đối tượng gốc

o Sau khi sao chép có thể giữ lại đối tượng gốc hoặc xoá đi (Delete Origin Objects)

o Các bước thực hiện với lệnh này:  Chọn đối tượng gốc

 Đưa vào các khoảng cách di chuyển theo các phương X, Y, Z (với lệnh Linear), hoặc khai báo trục quay (trục đối xứng) đối với lệnh Radial và Mirror

 Khai báo số đối tượng muốn tạo thêm (Number) o Với chức năng Radial:

 Có thể chọn trục sẵn có làm trục quay hoặc khai báo trục quay mới qua hai điểm trong không gian (3D - Rotate), đưa vào toạ độ X, Y, Z của hai điểm này

 Hoặc đưa vào một điểm để xác định trục quay trong mặt phẳng của hai trục kia (Ví dụ để quay quanh trục X, chọn Rotate axis (X) Coordinate Piont on YZ Plane)

 Nên dùng chức năng tạo hệ toạ độ mới (trượt gốc toạ độ) để xác định trục quay trước khi dùng lệnh cho hiệu quả

o Với Mirror: cũng có thể khai báo trục Miror qua hai điểm bất kì

 Ghép thêm một kết cấu mới vào kết cấu đã có: Edit  Add to Modal from Temple

3.4.4 Tạo hệ toạ độ con: Define  Set Coordinate System/Gid

Hệ toạ độ con giúp người dùng mềm dẻo trong quá trình thiết lập sơ đồ kết cấu  Mỗi hệ toạ độ con có thể có tên, đơn vị, hệ lưới riêng

 Các tham số chuyển trục (Advance) là tính theo hệ toạ độ tổng thể chứ không theo hệ toạ độ hiện thời

 Có thể hiện kết cấu trong từng hệ toạ độ con (đôi khi chỉ một phần của kết cấu được hiện) và chuyển giữa các hệ (ở ô Globle ấn khai báo đơn vị)

 Khi thiết lập sơ đồ kết cấu, các giá trị toạ độ là so với hệ toạ độ con đang sử dụng

3.4.5 Một số khai báo khác (cùng cứng, hiệu ứng uốn dọc, ứng suất trước, ràng buộc chuyển vị…)

* Ràng buộc chuyển vị (Constraint)

 Một số thành phần chuyển vị của nút có chuyển vị bằng nhau, có thể khai báo ràng buộc (ví dụ sàng tuyệt đối cứng của kết cấu nhà cao tầng, các điểm nối trên mặt cầu…) Khai báo ràng buộc dẫn tới giảm số ẩn số của phương trình và thời gian tính toán cũng như phản ánh đúng tính chất làm việc của công trình

o Có thể loại bỏ một số nút trong tập chọn bằng Remove * Khai báo vùng cứng (Regid Zone - Offset):

Khi các phần tử dầm, cột (hoặc các thanh) giao nhau tại một nút có kích thước lớn dẫn đến sự chồng lấp kích thước (kể đến nhiều lần) Nếu giá trị nhỏ thì không đáng kể, nhưng lớn sẽ làm cho kết quả tính không chính xác Khai báo vùng cứng sẽ khắc phục được điều này (chiều dài tính toán giảm) Ngoài ra kết quả nội lực cho tại các mép của dầm (vị trí nguy hiểm) chứ không phải nơi giao nhau giữa các trục

* Hiệu ứng uốn dọc trong phần tử thanh P- Delta:

 Đối với thanh có độ mảnh lớn, chịu lực nén và uốn sẽ xuất hiện các hiệu ứng uốn dọc P – Delta làm tăng độ võng của thanh, gây mất ổn định cục bộ hay tổng thể (Buckling) SAP2000 cho phép đặt trước một lực nén vào đầu của phần tử để tạo ra chuyển vị ban đầu (không phải tải trọng ngoài) được khai báo trong P – Delta

 Chỉ tính được nội lực do ảnh hưởng của P – Delta chứ không tính được Pth

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

 Có thể xác định lực ảnh hưởng P – Delta theo phương pháp trực tiếp (Assign  Frame/Cable  P-Delta Force)

 P-Delta chỉ tính cho phần tử thanh khi thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép (cột), kết cấu thép và dây cáp (Cable)

* Thanh chịu ứng suất trước (Prestress):

 Trong SAP2000, ứng suất trước chỉ ứng dụng trong phần tử thanh và do các lực căng trước đặt lên một hay nhiều sợi cáp trong phần tử (tải trọng này luôn nằm trong mặt phẳng 1-2 của phần tử)

 Các dữ liệu khai báo cho tải trọng ứng suất trước: o Khai báo các vị trí đặt cáp di, dj,dc

o Khai báo lực kéo t o Khai báo hệ số tính toán

* Tải trọng nhiệt: là do chênh lệch nhiệt độ trong các bộ phận kết cấu, gây ra sự biến dạng nhiệt trong các phần tử  = .l (: hệ số giãn nở vì nhiệt; l : độ chênh lệch nhiệt độ)

3.4.6 tải trọng phổ và tải trọng theo thời gian

Tải trọng động là các tải trọng thay đổi theo thời gian, ví dụ tải trọng gió, sóng biển, tải trọng động đất, tải trọng của các xe di động trên cầu…Tất cả các tải trọng này đều có thể biểu diễn dưới dạng phương trình cân bằng động lực học có N phương trình vi phân bậc hai: M Ü(t) + C Ú(t) + K.U(t) = F(t) = fjg(t)j

Trong đó: M: ma trận khối lượng C: ma trận cản

K: ma trận độ cứng

Ü(t), Ú(t), U(t) , F(t) : tương ứng là các véctơ gia tốc, vận tốc, chuyển vị nút và vectơ tải trọng ngoài thay đổi theo thời gian Tất cảc các tải trọng thay đổi theo thời gian đều có thể biểu diễn bởi tổng các vectơ không gian f (độc lập với thời gian) và hàm thời gian g(t)

* Khái niệm về bài toán động: dao động riêng, dao động cưỡng bức, tải trọng động

* Để tính cho các bài toán chịu tải trọng động, trong SAP2000 ta trường hợp qua 2 bước:

 Định nghĩa hàm và tải trọng: dạng và các tham số của hàm

 Khai báo cách dùng tải trọng trong kết cấu: các tham số của hàm khi tham gia vào kết cấu

* Tải trọng phổ

 Định nghĩa hàm phổ, có thể bằng nhiều cách: (R.S Function Definition) o Sử dụng một hàm đã có theo mặc định của SAP2000, ví dụ hàm UBC* o Gọi ra một số hàm phổ đã có từ trước và cất vào file với tên mới:

Function from File (khai báo Function name và Function File)

o khai báo một hàm phổ mới: Add New Function: đưa vào tên và các tham số hàm (thời gian và gia tốc theo dạng phổ)

 Khai báo cho chương trình đưa hàm phổ vào tính toán: Respone Spectrum Case

3.4.7 Xuất các kết quả ra file DXF, Excel, MDB * Xuất từ SAP2000 sang DXF:

 File  Export  DXF  Open (chú ý nhấn vào file SAPDXF DXF, nếu không có trong thư mục chứa SAP2000 thì phải tìm đúng thư mục chứa file này) sẽ mở một hộp thoại

 Thay đổi các tham số trong hộp thoại Frame  Frame, Joint  Joints… (có mặt trong kết cấu)

 Khai báo tên và thư mục chứa tệp DXF sẽ tạo

 Đối với cáchình vẽ 3D, sau khi đã mở AutoCAD, có thể cho hiện theo từng mặt phẳng hoặc không gian qua việc lực chọn của Vpoint Để viết chữ, chọn UCS cho mặt phẳng XY: UCS  X  90° (đưa khung không gian về phẳng), hoặc UCS  ZA chọn hướng z đi xuống (), gốc 0,0

 Dạng DXF chỉ hiện sơ đồ hình học của kết cấu, các đối tượng chuyển về các lớp, có thể dùng AutoCAD để biến đổi

* Chuyển từ SAP2000 sang MDB: Analyse  Option  Access Database file  gõ tên file

* Chuyển từ SAP2000 sang Text, hay cơ sở dữ liệu Excel, Access:  File  Print Table  Analysis Result (chọn kiểu xuất)

 Enhanced Metal File là một dạng file vector có thể đọc được bằng nhiều chương trình đồ hoạ hoặc các công cụ văn phòng như World (có đuôi *.emf) * Nhập từ DFX sang SAP2000:

 File  Import  DXF  Open  khai báo tên muốn nhập  Hiện hộp thoại: chọn trục Global up (Z); khai báo đơn vị  khai báo các lớp Joint  Joints, Frame  Frames…

 Nên tạo ra một file mẫu từ SAP2000 chuyển sang AutoCAD để có cấu trúc lớp, sau đó vẽ mô hình và nhập lại SAP2000

3.4.8 liên kết mềm và tính móng trên nền đàn hồi 3.4.8.1 liên kết đàn hồi:

 Trong SAP2000 chỉ cung cấp liên kết đàn hồi bằng các liên kết lò xo đặt tại các nút Dưới tác dụng của lực ngoài, lò xo bị biến dạng và phát sinh các thành phần phản lực bao gồm F1, F2, F3, M1, M2, M3 lần lượt là các phản lực thẳng và phản lực xoay

 Liên kết đàn hồi dùng trong các trường hợp như dầm liên tục có gối tựa đàn hồi, dầm, tấm trên nền đàn hồi (móng băng, móng bè…) Độ chính xác của lời giải tỷ lệ thuận với mật độ của lưới lò xo

 Liên kết đàn hồi – Spring: là liên kết mềm có tác dụng theo 6 thành phần của 6 bậc tự do, tuy nhiên thông dụng là theo phương Z

 Các thành phần độ cứng của lò xo có đơn vị: lực/đơn vị dài; lực/đơn vị góc xoay)

 Để khai báo độ cứng đàn hồi, dùng Assign  Joint  Springs

 Để gán các độ cứng đàn hồi, trước hết phải tính các giá trị độ cứng đàn hồi Trong mô hình nền Winkler, đất nền coi như đàn hồi tuyến tính và được đặc trưng bởi một hệ số nền Trong trường hợp đơn giản, SAP2000 đề xuất tính độ cứng của một gối lò xo theo một phương pháp bất kỳ như sau: Ki = Ks.b.ls = Ks.A (Ks: hệ số nền; b,ls: chiều rộng và chiều dài mà gối phải chịu Bảng giá trị hệ số nền một số loại đất thông dụng:

- Đất cát xốp: 4.800 – 16.000 (kN/m3) - Đất cát chặt vừa: 9.600 – 80.000 (kN/m3)

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

- Đất cát chặt : 64.000 – 128.000 (kN/m3) 3.4.8.2 phương pháp xác định hệ số nền:

Trong cơ học đất- nền móng, có rất nhiều mô hình nền đặc trưng cho các loại đất nền khác nhau Mô hình nền do Winkler đề nghị hiện nay đang được sử dụng rộng rãi bởi sự đơn giản và thích hợp với một số loại đất nền thông dụng Trong mô hình này, đất nền được coi như đàn hồi tuyến tính, đặc trưng bởi hệ số nền

Hệ số nền được xác định bởi công thức sau: Ks = As + Bs.Zn

Trong đó: As : hằng số phụ thuộc theo chiều sâu móng Bs: hệ số phụ thuộc độ sâu

Z: độ sâu đang khảo sát

n: hệ số hiệu chỉnh để có giá trị gần với đường cong thực nghiệm (không có kết quả thí nghiệm thì lấy n = 1)

3.4.8.3 Mô hình tính toán các loại móng mềm

Đối với ác kết cấu móng, thường có 2 phần: kết cấu chịu lực và phần nền Hệ chịu lực có thể được mô tả bởi các loại phần tử khác nhau như dầm (móng băng), tấm (móng bè) Ngoài ra trong trường hợp cần thiết có thể sử dụng phần tử Plane, Solid…

* Mô hình của một số kết cấu:

 Móng băng - Dầm: dùng phần tử thanh, gối lò xo đặt tại các điểm nút của dầm, mật độ tuỳ ý

 Móng băng giao nhau -Hệ dầm giao nhau: gối có thể đặt tại các giao điểm của hệ dầm hoặc các điểm bên trong

 Móng bè - Tấm trên nền đàn hồi: móng dùng phần tử tấm, gối lò xo chỉ đặt tại các điểm nút của phần tử

 Cọc chịu lực ngang: chú ý khai báo các bậc tự do cho kết cấu: UX, RY

4 Thiết kế

4.1 Giới thiệu

SAP2000 có một modul hoàn chỉnh cho thiết kế cả cấu kiện bê tông cốt thép và kết cấu thép chương trình sẽ cho phép người dùng lực chọn để khửi tạo, biến đổi, phân tích và thiết kế cacsd kết cấu trong cùng một giao diện

Trong chương trình có nhiều thư viện các tiêu chuẩn thiết kế, cho phép thiết kế tự động và kiểm tra các phần tử thanh bê tông cốt thép Các tiêu chuẩn có sẵn trong SAP2000 là : ACI1995 (Mỹ), CSA 1984 (Canada), BSI 1985 (Anh) và CEN 1992 (Eropean)

Việc thiết kế dựa trên một tập hợp các tổ hợp tải trọng do người dùng khai báo Tuy nhiên, chương trình tự cung cấp các tổ hợp mặc định cho mỗi tiêu chuẩn thiết kế

Trong thiết kế cột, chương trình tính toán cốt dọc, cốt đai yêu cầu Tuy nhiên, người dùng có thể khai báo cốt thép dọc, trong trường hợp đó sẽ thông báo giá trị của “Capacity Ratio” của cột hệ số này cho biết chỉ số của điều kiện ứng suất liên quan đến khái niệm của cột

Mỗi phần tử dầm, chương trình sẽ thiết kế chịu uốn và cắt tại các tiết diện do người dùng khai báo dọc theo chiều dài dầm

4.2 Các bước thực hiện khi thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép 4.2.1 Khai báo các hệ số thiết kế liên quan đến vật liệu:

Vào menu Define  Material: chọn kiểu vật liệu Concrete trong Design Property Data và đưa vào các tham số:

 fy: cường độ chịu kéo của thép, tính theo giới hạn chảy

 fc: cường độ chịu nén của bê tông, lấy bằng giá trị mac bê tông  fsy: cường độ chịu cắt của cốt thép

 fcs: cường độ chịu cắt của bê tông = fc 4.2.2 Chọn kiểu phần tử thiết kế (Beam, Column)

 Khai báo tiết diện: Define  Frame/Cable Section  Reiforcement: (chỉ chọn được ba loại tiết diện chữ nhật, Tròn, chữ T và vật liệu kiểu CONC cho quá trình thiết kế)

 Chọn loại phần tử thiết kế cho dầm (Beam) hay cột (Column) *Beam:

 Top = a’ (chiều dày lớp bảo vệ phía trên)  Bottom = a (chiều dày lớp bảo vệ phía dưới)

 Reinforcement Overrides for Ductile Beams: chiều dài đoạn cốt thép chồng lên nhau

 Hoặc trong menu Design chọn Select Design Combo

4.3.4 Chọn kiểu thiết kế: vào menu Design chọn Steel hoặc Concrtete 4.3.5 Chọn tiêu chuẩn thiết kế:

Menu Option  Preference  Concrete (BS8110-89): có một số thông số:  Strength Reduction factors: các hệ số giảm độ bền cho uốn, nén, kéo, cắt…  Interaction Diagram Parameters: các tham số liên quan đến biểu đồ tương tác  Respone Spectrum…: thiết kế cho trường hợp nhiều giá trị phổ

4.3.6 thiết kế tiết diện:

 Thực hiện tính toán để tính ra nội lực

 Design  Concrete Frame Design Start Design Check for Structure 4.4 In và xem kết quả:

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

Vào menu Display  Design Result Table: cho kết quả đối vói dầm cho diện tích cốt thép chịu kéo và chịu nén,đối với cột, hiện toàn bộ diện tích cốt thép (đối với tổ hợp thiết kế chính hoặc theo mặc định)

 Dầm: Tính dầm chịu mô men uốn chính theo (M33) và cắt chính (V22)  Cột: Cột tính cho bài toán kéo nén lệch tâm xiên

Bài toán thiết kế là nhiều bài toán kiểm tra Menu Option  Preference  Concrete Interaction Diagram Parameter: Curve, Point/ Curve: lựa chọn số đường cong và điểm kiểm tra trên mỗi đường cong

Để xem các thông tin thiết kế, định vị chuột vào một phần tử nào đó và nhấn chuột phải, chương trình sẽ mở hộp thoại Concrete Design Information hoặc vào Design  Concrete Frame Design  Display Design Information, cho bíêt các thông tin về cốt thép dọc, thép đai trong từng mặt cắt muốn xem chi tiết hơn, nhấn vào ô Detail sẽ hiện hộp thoại mới và cho các thông tin sau:

 Frame ID: tên phần tử; Station ID: tên mặt cắt; Section ID: tên tiết diện; Combo ID: tên tổ hợp dùng cho thiết kế

 Các giá trị liên quan đến tiết diện và tham số thiết kế của vật liệu: L,B, E, Fy, fc…

 Các giá trị lực dùng cho thiết kế: PU, M2, M3 và diện tích thép tương ứng (Rebar area)

* Thay đổi các tham số trong quá trình thiết kế:

 Redefine: chọn lại thông tin thiết kế

 Reset Design Selection: lấy lại tiết diện ban đầu

 Update Analysis Section: lấy các tiết diện thay đổi làm tiết diện tính nội lực  Nên sử dụng P- Delta để kiểm tra điều kiện ổn định của cột

4.5 Thiết kế kết cấu thép

 khai báo vật liệu: fy: cường độ giới hạn chảy  Trình tự thực hiện: giống như kết cấu bê tông  Kiểu phần tử

 Column: phần tử này song song với phương Z  Beam:phần tử song song mặt phẳng XY  Giằng: (Bracded)

 Effective Lengh Factor K: phụ thuộc vào liên kết (phần tử, gối tựa, phương…), SAP2000 sẽ tự động tính số K

B MỘT SỐ VÍ DỤ TÍNH TOÁN TRONG THIẾT KẾ CẦU

1 Bài 1 : Tính toán dầm BTCT nhịp giản đơn

1.1.1 Yêu cầu bài toán

 Tính toán nội lực trong dầm

 Vẽ được đường ảnh hưởng các giá trị trong dầm, tổ hợp các trường hợp tải trọng, xuất các kết quả nội lực cũng như các đường ảnh hưởng

 Làm thêm một số bài toán để nâng cao kĩ năng Tuỳ biến được cách mô hình các bài toán khác nhau; các tải trọng khác nhau và các liên kết khác nhau trong dầm Dùng được chức năng design trong Sap 2000 để tính toán thép theo các tiêu chuẩn

1.1.2 Mô hình bài toán 1.1.2.1 Tính tóan nội lực

 Khi khởi động Sap2000 chúng ta sẽ nhìn thấy giao diện như hình sau đây Chú ý rằng các thanh toolbar có thể tùy biến theo ý người sử dụng giống như trong Microsoft Word

 Để khởi tạo được mô hình bài toán Ta bấm File  New Model… sẽ hiện ra giao diện như sau Trên giao diện này ta thấy có các mô hình được tạo sẵn tạo sự tiện lợi cho người sử dụng

Ta thấy một số templates có các chức năng như sau:

 Blank : Không có sẵn bất kì đối tượng nào

 Grid only : Chỉ tạo đối tượng tượng từ các hệ lưới

 Beam : Hệ dầm

 2D Trusses: Hệ giàn 2D  3D Trusses: Hệ giàn 3D  2D Frames: Hệ khung 2D  3D Frames: Hệ khung 3D  Wall: Tường mỏng  ………

Ta thấy rằng với yêu cầu bài toán là dầm đơn giản, nhịp 20m, ta chọn Beam, hộp

thoại sau sẽ hiện ra Chọn các thông số như hình vẽ Chú ý rằng  Number of Spans: Số lượng nhịp

 Span Length: Chiều dài của một nhịp

 Section properties: Chọn tiết diện của dầm Ở đây ta sẽ để nguyên như mặc định và sẽ chọn tiết diện sau khi định nghĩa mặt cắt dầm

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

 Chọn các loại vật liệu làm dầm Chọn Define → Materials… Hộp thoại sau sẽ hiện lên Trong hộp thoại này, chương trình đã mặc định sẵn cho bạn 5 loại vật liệu khác nhau Ở đây, ta quan tâm nhiều hơn đến Bêtông (CONC) và thép (STEEL)

Nếu như muốn định nghĩa một loại vật liệu khác, bấm Add New Materials, còn nếu muốn chỉnh sửa tính chất của vật liệu cho phù hợp với yêu cầu bài toán ta bấm Modify/Show Materials Lúc này sẽ hiện ra bảng hộp thoại như sau:

Một số tính chất quan trọng của vật liệu mà ta quan tâm được thể hiện trong bảng:  Mass per unit Volume : Khối lượng riêng

 Weight per unit Volume : Trọng lượng riêng  Modulus of Elasticity: Modyl đàn hồi

 Poisson’s Ratio: Hệ số possion

 Coeff of Thernal Expansion: Hệ số giãn nở nhiệt  Shear Modulus: Modyl cắt

Với các giá trị này, có thể thay đổi trong mỗi ô để phù hợp với đặc trưng vật liệu của bài toán Ở đây ta để các giá trị mặc định của chương trình Các chức năng khác sẽ được quan tâm ở phần nâng cao

 Nhấn OK để kết thúc

 Chọn các mặt cắt của dầm ta bấm Define → Frame Sections Sau khi hộp thoại Frame Properties hiện ra thị chọn Add Tee trong mục Choose Frame Property to Add Các thao tác trên là định nghĩa mặt cắt chữ T của dầm

Hộp thoại Tee Section giúp ta có thể xây dựng được mặt cắt chữ T với các kích thước được nhập vào tuỳ theo bài toán

 Đặt tên cho mặt cắt ở mục Section Name (MAT CAT DAM)  Nhập vật liêu tương ứng với mặt cắt ở Material: CONC  Nhập các thông số như hình vẽ

o Outside stem: 1.5; Chiều cao dầm o Outside flange: 1.2; Bề rộng cánh dầm o Flange thickness: 0.15; Chiều dày cánh o Stem thickness: 0.2; Bề rộng thân dầm

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

 Chú ý rằng hệ số tải trọng ở đây bằng 1 có nghĩa là với loại tải trọng này tải trọng bản thân được tính toán tự động nhờ vào tiết diện của mặt cắt Nếu như ta khai báo thêm tải trọng ngoài với loại tải trọng này thì tải trọng tính toán sẽ bằng cả hai loại tải trọng cộng lại

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

Bạn có thể nhấn vào khung Plane Frame để bài toán phân tích theo sơ đồ phẳng

nhằm giảm số lượng ẩn không cần thiết Sau đó nhấn OK

 Để xem nội lực trong dầm, bấm Display → Show Forces/Stresses → Frames/Cables… Hộp thoại sau hiện ra: