MÔ HÌNH HÓA KẾT CẤU CẦU BẰNG MIDAS CIVIL PHẦN 1

Lời giới thiệu Mơ hình hóa phân tích kết cấu toán trọng tâm cơng tác thiết kế cơng trình xây dựng Nhiệm vụ mơ hình hóa phân tích kết cấu mô ứng xử kết cấu tác động khác để, qua đó, đánh giá làm việc Hiện nay, với phát triển mạnh mẽ cơng nghệ thơng tin, chương trình máy tính phục vụ cho việc mơ hình hóa phân tích kết cấu trở nên ngày mạnh mẽ đáng tin cậy Chúng cơng cụ khơng thể thiếu văn phòng thiết kế Các cơng việc mà chương trình thực cho người trở nên ngày phức hợp Tuy nhiên, công cụ dù mạnh hồn hảo đến đâu khơng thể thay trí tuệ người Con người ln u cầu phải nắm vững công cụ để khai thác chúng có hiệu Trong số nhiều chương trình hỗ trợ mơ hình hóa phân tích kết cấu nay, MIDAS/Civil lên chương trình mạnh, có tốc độ tính tốn lớn, thực nhiều cơng việc phân tích kết cấu khác dễ sử dụng Được sử dụng cơng cụ mơ hình hóa phân tích kết cấu, MIDAS/Civil có mặt ngày phổ biến văn phòng tư vấn thiết kế Song song, chương trình sử dụng rộng rãi giảng dạy trường đại học nước ta Quyển sách “Mơ hình hóa phân tích kết cấu cầu với MIDAS/Civil” nhóm tác giả biên soạn nhằm cung cấp cho kỹ sư cho sinh viên ngành xây dựng tài liệu hướng dẫn ban đầu mơ hình hóa phân tích kết cấu cầu phương pháp thực MIDAS/Civil Quyển sách bao gồm bốn phần chia thành hai tập Tập Một chứa hai phần I II, tập Hai chứa hai phần lại, phần III IV Nội dung tóm tắt phần sau:  Phần I giới thiệu cách vắn tắt sở vấn đề mơ hình hóa phân tích kết cấu Các nội dung này, hay sử dụng thực tế, chưa giảng dạy có hệ thống chương trình đào tạo bậc đại học nước ta Nội dung phần này, vậy, tài liệu tham khảo đầy đủ mà giới thiệu nhằm giúp cho người đọc, sinh viên, có kiến thức sở ban đầu vấn đề sử dụng  Phần II dùng để giới thiệu MIDAS/Civil phương pháp mơ hình hóa phân tích kết cấu với phần mềm Đây coi phần cốt lõi toàn sách Các tác giả hy vọng qua phần này, người đọc tự xây   dựng mơ hình kết cấu phân tích chúng MIDAS/Civil Nội dung phần II sở cho phần tiếp theo, phần III Phần III cung cấp kiến thức sử dụng công cụ MIDAS/Civil để mô hình hóa phân tích kết cấu cầu sử dụng phổ biến nước ta cầu bê tông cốt thép đúc hẫng, đúc đẩy, cầu dây văng, cầu dây võng, v.v Phần IV dành để cung cấp phương pháp phân tích kết cấu đặc biệt phân tích cục bộ, phân tích phi tuyến, phân tích động lực học, v.v Như nêu trên, sách không nhằm mục tiêu thay tài liệu hướng dẫn sử dụng MIDAS/Civil mà tài liệu tham khảo mở rộng Hầu hết nội dung liên quan đến MIDAS/Civil có sách khai thác theo phiên 6.7.1, phiên thời điểm biên soạn Trong trình biên soạn sách này, tác giả nhận giúp đỡ, cổ vũ đồng nghiệp, Bộ mơn Tự động hóa Thiết kế cầu đường, Trường Đại học Giao thông vận tải Qua đây, tác giả muốn bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc đến giúp đỡ quý báu Mặc dù cố gắng để đảm bảo tính xác hệ thống nội dung đưa chắn rằng, tác giả có nhiều thiếu sót q trình biên soạn sách Các tác giả mong muốn nhận góp ý bổ sung đồng nghiệp người đọc để khắc phục thiếu sót lần biên soạn sau Hà nội, tháng năm 2005 Các tác giả Mục lục Lời giới thiệu Mục lục CHƯƠNG Tổng quan mơ hình hóa phân tích kết cấu 15 1.1 Khái niệm chung 16 1.2 Cơ sở lý thuyết 17 1.3 Các thành phần mơ hình kết cấu 20 1.3.1 Mơ hình hình học 20 1.3.2 Mơ hình liên kết điều kiện biên 20 1.3.3 Mơ hình tải trọng 21 1.4 Tổng quan số phương pháp phân tích kết cấu cầu 22 1.4.1 Phương pháp lực 22 1.4.2 Phương pháp chuyển vị 23 1.4.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 24 1.5 Một số dẫn mơ hình hóa kết cấu 26 1.5.1 Tổng quan vấn đề mơ hình hóa kết cấu 26 1.5.2 Một số dẫn mơ hình hóa kết cấu 26 CHƯƠNG 2.1 Một số sở lý thuyết phân tích kết cấu 33 Cơ sở phân tích tải trọng di động 34 2.1.1 Khái niệm đường mặt ảnh hưởng 34 2.1.1.1 Tải trọng di động 34 2.1.1.2 Hàm ảnh hưởng 34 2.1.1.3 Đường mặt ảnh hưởng 34 2.1.1.4 Vị trí cực trị tải trọng 35 2.1.1.5 Đường bao 36 2.1.2 Khái niệm đoàn xe tiêu chuẩn 36 2.2 Cơ sở phân tích động lực học kết cấu 38 2.2.1 Dao động hệ có bậc tự 38 2.2.1.1 Khái niệm chung 38 2.2.1.2 Dao động hệ tuyến tính có bậc tự 39 2.2.2 Dao động hệ có nhiều bậc tự 42 2.2.3 Khái niệm dao động phi tuyến 43 2.2.4 Phân tích trị riêng (eigenvalue) 44 2.2.4.1 Phương pháp Véc-tơ riêng 44 2.2.4.2 Phương pháp Véc-tơ Ritz 45 2.2.4.3 Phân tích hình thái (Modal Analysis) hay phương pháp cộng dạng dao động (mode superposition) 46 2.2.4.4 2.3 Cơ sở tính tốn phi tuyến 49 2.3.1 Giới thiệu chung 49 2.3.2 Một số phương pháp phân tích phi tuyến 50 2.3.2.1 Phương pháp lặp trực tiếp 51 2.3.2.2 Phương pháp Newton – Raphson 52 2.3.2.3 Phương pháp “chiều dài cung” – Arc-Length 53 2.3.3 Bài toán phân tích đàn – dẻo chiều 54 2.3.4 Bài tốn phi tuyến hình học 55 2.3.5 Hiệu ứng P-Delta 57 2.4 Cơ sở phân tích ổn định kết cấu (buckling analysis) 59 2.5 Cơ sở phân tích tác động động đất 61 2.5.1 Khái niệm động đất 61 2.5.2 Đo động đất 62 2.5.2.1 Cường độ (magnitude) 62 2.5.2.2 Cấp độ (Intensity) 63 2.5.3 Các phương pháp tích phân trực tiếp 47 Các thông số thiết kế 63 2.5.3.1 Lịch sử thời gian (time history) 63 2.5.3.2 Phổ đáp ứng 64 2.5.3.3 Chu kỳ lặp lại (return period) 67 2.5.4 Các hư hỏng điển hình động đất gây với cơng trình cầu 67 2.5.5 Phân tích động lực học thiết kế động đất 68 2.5.5.1 2.5.6 2.6 Các phương pháp phân tích động đất 68 Phân tích động đất theo tiêu chuẩn 22TCN272-01 73 2.5.6.1 Nguyên tắc chung 73 2.5.6.2 Phương pháp phân tích 75 Cơ sở tính tốn co ngót, từ biến 79 2.6.1 Khái niệm chung từ biến co ngót 79 2.6.2 Tính tốn từ biến 79 2.6.2.1 01 Tính tốn từ biến theo tiêu chuẩn AASHTO tiêu chuẩn 22TCN27280 2.6.2.2 Tính tốn từ biến theo tiêu chuẩn CEP-FIB CODE 81 2.6.3 2.7 Tính tốn co ngót 81 2.6.3.1 Theo tiêu chuẩn 22TCN272-01 82 2.6.3.2 Theo tiêu chuẩn CEB-FIP 90 83 Phân tích kết cấu giai đoạn thi công 84 2.7.1 Các vấn đề q trình thi cơng cơng trình theo giai đoạn 84 2.7.2 cơng Một số trường hợp điển hình phân tích kết cấu giai đoạn thi 87 2.7.3 Mơ hình hóa phân tích kết cấu theo giai đoạn thi cơng 88 2.7.3.1 Mơ hình hóa kết cấu 88 2.7.3.2 Phân tích kết cấu 88 CHƯƠNG dụng phổ biến Tổng quan số chương trình phân tích kết cấu áp 97 3.1 Tổng quan hoạt động chương trình phân tích kết cấu 98 3.1.1 Bộ phận tiền xử lý (preprocessing) 98 3.1.2 Bộ phận xử lý (processing) 99 3.1.3 Bộ phận hậu xử lý (postprocessing) 99 3.2 Tổng quan số hệ thống chương trình phân tích kết cấu cầu 101 3.2.1 MIDAS/Civil 101 3.2.2 SAP2000 101 3.2.3 STAAD.Pro 102 3.2.4 RM-SPACEFRAME 103 CHƯƠNG 4.1 Giới thiệu MIDAS IT họ sản phẩm MIDAS 108 4.1.1 MIDAS/Gen 108 4.1.2 MIDAS/Civil 109 4.1.3 MIDAS/SDS 110 4.1.4 MIDAS/FEModeler 110 4.1.5 MIDAS/Set 111 4.1.6 MIDAS/GTS 112 4.2 Các tính MIDAS/Civil 113 4.2.1 Các tính phân tích 113 4.2.2 Các tính mơ hình hóa phân tích đặc biệt 114 4.2.3 Giao diện trao đổi liệu 116 4.2.4 Tính thiết kế kết cấu 117 4.3 Một số cơng trình cầu điển hình thiết kế, tính toán với MIDAS/Civil 117 4.3.1 Cầu SooTong 118 4.3.2 Cầu Stonecutter 118 4.3.3 Cầu Incheon (Incheon 2nd Bridge) 119 CHƯƠNG 5.1 Giới thiệu phần mềm MIDAS/Civil 107 Mơ hình hóa phân tích kết cấu cầu với MIDAS/Civil 121 Môi trường mơ hình hóa kết cấu MIDAS/Civil 122 5.1.1 5.1.1.1 Tree Menu (Menu dạng cây) 123 5.1.1.2 Context Menu (Menu ngữ cảnh) 124 5.1.1.3 Model Window (Cửa sổ mô hình) 124 5.1.1.4 Cửa sổ bảng (Table Window) 125 5.1.1.5 History Window (Cửa sổ lịch sử) 125 5.1.1.6 Message Window (Cửa sổ thông điệp) 125 5.1.1.7 Status Bar (Thanh trạng thái) 125 5.1.1.8 Toolbar and Icon Menu (Thanh công cụ Menu biểu tượng) 126 5.1.2 Thiết lập thông số giao diện 126 5.1.2.1 Gán hệ thống đơn vị chuyển đổi 126 5.1.2.2 Thiết lập môi trường làm việc 127 5.1.3 Các phương pháp quy định nhập số liệu 129 5.1.3.1 Các phương pháp nhập số liệu 129 5.1.3.2 Các lệnh nhập số liệu 132 5.1.4 5.2 Tổ chức hệ thống giao diện môi trường ứng dụng 122 Các chức hỗ trợ tương tác với môi trường ứng dụng 134 5.1.4.1 Biểu diễn hình dạng mơ hình 134 5.1.4.2 Các phương pháp lựa chọn đối tượng 136 5.1.4.3 Kích hoạt bỏ kích hoạt đối tượng 139 Mơ hình phân tích số MIDAS/Civil 142 5.2.1 Khái quát 142 5.2.2 Hệ tọa độ 143 5.2.2.1 Hệ tọa độ chung (Global Coordinate System – GCS) 143 5.2.2.2 Hệ tọa độ phần tử (Element Coordinate System – ECS) 143 5.2.2.3 Hệ tọa độ nút (Node local Coordinate System – NCS) 143 5.2.3 5.2.3.1 Phần tử 144 Các kiểu phần tử 144 5.2.3.2 Phần tử dầm (Beam Element) 145 5.2.3.3 Phần tử dàn (Truss Element) 147 5.2.3.4 Phần tử chịu kéo (Tension-only Element) 148 5.2.3.5 Phần tử cáp (Cable Element) 149 5.2.3.6 Phần tử chịu nén (Compression-only Element) 150 5.2.3.7 Phần tử ứng suất phẳng (Plane Stress Element) 151 5.2.3.8 Phần tử biến dạng phẳng hai chiều (Two-Dimensional Plane Strain Element) 152 5.2.3.9 Phần tử hai chiều đối xứng trục (Two-Dimensional Axisymmetric Element) 154 5.2.3.10 Phần tử (Plate Element) 157 5.2.3.11 Phần tử khối (Solid Element) 159 5.2.3.12 Một số khía cạnh quan trọng việc lựa chọn phần tử 161 5.2.3.13 Một số dẫn việc áp dụng phần tử 163 5.2.4 5.3 5.2.4.1 Các ràng buộc bậc tự 172 5.2.4.2 Các phần tử biên đàn hồi (các gối đàn hồi) 174 5.2.4.3 Phần tử liên kết đàn hồi (Elastic Link Element) 176 5.2.4.4 Phần tử liên kết tổng quát (General Link Element) 177 5.2.4.5 Giải phóng liên kết đầu phần tử (Beam End Release) 179 5.2.4.6 Hiệu ứng vùng liên kết (Panel Zone Effect) 180 5.2.4.7 Liên kết cứng (Rigid Link), nút nút phụ 185 5.2.4.8 Các chuyển vị cưỡng gối 193 Mơ hình hóa kết cấu MIDAS/Civil 194 5.3.1 Điều kiện biên 171 Mơ hình hố hình học phần tử hữu hạn 194 5.3.1.1 Xác định kiểu mơ hình 195 5.3.1.2 Định nghĩa hệ tọa độ người dùng (UCS) 196 5.3.1.3 Tạo lưới định vị 197 5.3.1.4 Một số dẫn làm việc với mơ hình 199 5.3.1.5 Làm việc với nút 200 5.3.1.6 Làm việc với phần tử 201 5.3.2 Mơ hình hóa vật liệu 204 5.3.2.1 Vật liệu tiêu chuẩn 204 5.3.2.2 Vật liệu người dùng tự định nghĩa 206 5.3.2.3 Nhập vật liệu từ dự án khác 207 5.3.2.4 Vật liệu có tính thay đổi theo thời gian 207 5.3.2.5 Gán vật liệu với phần tử 210 5.3.3 Mơ hình hóa mặt cắt 211 5.3.3.1 Định nghĩa khai báo mặt cắt 211 5.3.3.2 Gán mặt cắt cho phần tử 213 5.3.3.3 Dữ liệu chiều dày 214 5.3.3.4 Xây dựng tính tốn đặc trưng mặt cắt SPC 214 5.3.3.5 Hệ số tỷ lệ độ cứng mặt cắt 215 5.3.4 Mô hình hóa điều kiện biên 216 5.3.4.1 Gối 217 5.3.4.2 Liên kết 218 5.3.4.3 Các dạng điều kiện biên khác 219 5.3.4.4 Gán điều kiện biên với trường hợp tải trọng 220 5.3.5 Mơ hình hóa tải trọng 221 5.3.5.1 Khai báo tải trọng tĩnh 221 5.3.5.2 Khai báo tải trọng di động 227 5.3.5.3 Khai báo tải trọng động 229 5.3.6 Nhóm (Group) 232 5.3.7 Mô hình hóa q trình thi cơng 234 5.3.7.1 Chuẩn bị số liệu 235 Khai báo giai đoạn thi công 236 5.3.7.2 5.3.8 5.4 5.3.8.1 Phương pháp quan sát đồ họa 239 5.3.8.2 Phương pháp sử dụng bảng số liệu 239 5.3.8.3 Phương pháp kiểm tra tự động 239 Phân tích kết cấu 241 5.4.1 Phân tích 241 5.4.1.1 Lựa chọn phương pháp phân tích 241 5.4.1.2 Các khả phân tích MIDAS/Civil 242 5.4.1.3 Các cài đặt thơng số phân tích chung 244 5.4.1.4 Phân tích tĩnh tuyến tính 245 5.4.1.5 Phân tích P-Delta 245 5.4.1.6 Phân tích ổn định kết cấu 246 5.4.1.7 Phân tích trị riêng 248 5.4.1.8 Phân tích phổ đáp ứng 249 5.4.1.9 Phân tích thủy nhiệt 250 5.4.1.10 Phân tích lịch sử thời gian 250 5.4.1.11 Phân tích phi tuyến hình học (chuyển vị lớn) 251 5.4.1.12 Phân tích giai đoạn thi cơng 253 5.4.1.13 Phân tích kết cấu có xem xét tự động gối lún 255 5.4.2 Xử lý kết phân tích 255 5.4.2.1 Chuyển đổi giai đoạn phân tích 255 5.4.2.2 Tổ hợp kết lấy giá trị lớn nhỏ 256 5.4.2.3 Các chức cung cấp kết phân tích 258 5.4.3 10 Kiểm tra sơ mơ hình kết cấu 239 Các kiểu biểu diễn kết 260 5.4.3.1 Contour 261 5.4.3.2 Deform 261 ... tích chúng MIDAS/Civil N i dung phần II sở cho phần tiếp theo, phần III Phần III cung cấp kiến thức sử dụng cơng cụ MIDAS/Civil để mơ hình hóa phân tích kết cấu cầu sử dụng phổ biến nước ta cầu... dụng MIDAS/Civil mà t i liệu tham khảo mở rộng Hầu hết n i dung liên quan đến MIDAS/Civil có sách khai thác theo phiên 6.7.1, phiên th i i m biên soạn Trong trình biên soạn sách này, tác giả ln... tích chi tiết, liên kết ngàm Hình 1-2 c) Mơ hình phân tích chi tiết, liên kết khớp g i Các mơ hình liên kết khác cho phân tích chi tiết Việc khơng ý đến chi tiết làm việc m i n i dẫn đến sai lệch