Hướng dẫn sử dụng midas civil trong mô hình hóa cầu

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hóa cầu Sách chuyên đề hướng dẫn chung về cách sử dụng Midas. Đây là mô hình lý thuyết được Robert Mundell và Marcus Fleming phát triển một cách độc lập trong những năm 1960. Mô hình cho thấy mối quan hệ giữa sản lượng với tỷ giá hối đoái

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hóa cầu Hng dn s dng Midas/Civil trong mụ hỡnh hoỏ cu Ngụ Vn Minh V Ngc Anh 1 1.Xõy dng s tớnh ca kt cu 3 1. Xõy dng s tớnh ca kt cu . 4 1.1 La chn n v tớnh . 4 1.1.1 Tng quan 4 1.1.2 Vớ d : 4 1.1.3 Cỏc cỏch la chn n v trong Midas/Civil . 4 1.2 Mụ hỡnh hoỏ hỡnh hc 5 1.2.1 La chn h to 6 1.2.1.1 H trc to tng th (GCS :Global coordinate system) 6 1.2.1.2 H trc to phn t (ECS :Element Coordinate System) . 7 1.2.1.3 H to ti nỳt (NCS : Node coordinate system) . 8 1.2.1.4 H to t nh ngha (UCS : User coordinate system) . 8 1.2.2 Xõy dng h thng li (Grid) trong Midas/Civil 14 1.2.2.1 H thng li im (Point Grid) . 14 1.2.2.2 H thng li dng ng thng (Line Grid) 16 1.2.3 Mụ hỡnh hoỏ nỳt (Node modeling) 16 1.2.3.1 To nỳt : Create node 17 1.2.3.2 Cỏc chc nng iu chnh vic mụ hỡnh hoỏ nỳt khỏc 20 1.2.3.3 Qun lý h thng nỳt bng bng nỳt (Nodes table) . 23 1.2.4 Mụ hỡnh hoỏ phn t (Elements) . 24 1.2.4.1 Cỏc loi phn t c h tr bi Midas 24 1.2.4.2 Cỏc lnh mụ hỡnh phn t 29 1.2.4.3 Bng qun lý phn t (Elements Table). . 32 Bng qun lý phn t lu gi cỏc thụng s v 32 1.3 Khai bỏo v vt liu . 33 1.3.1 Trình tự mô hình đặc trng vật liệu 33 1.3.2 Trình tự gán vật liệu cho các phần tử . 36 1.3.3 Trình tự khai báo đặc trng vật liệu thay đổi theo thời gian: . 37 1.3.3.1 Định nghĩa thông số vật liệu về co ngót và từ biến 37 1.3.3.2 Định nghĩa hàm số của mô đun đàn hồi của bê tông . 38 1.3.3.3 Gán đặc trng vật liệu thay đổi theo thời gian cho các vật liệu đ đợc định nghĩa trứơc đó: . 39 1.4 Khai bỏo v mt ct . 40 1.4.1 Nhp, qun lý c trng mt ct cho cỏc phn t dng ng thng (Section) . 40 1.4.1.1 Gi chc nng nhp c trng mt ct 40 1.4.1.2 Cỏc dng mt ct c Midas/Civil h tr 41 1.4.2 Section Stiffness Scale : . 51 1.4.3 Thay i mt ct theo nhúm phn t (Tapered Section Group) . 51 1.5 Khai bỏo v iu kin biờn 53 1.5.1 Beam End Release . 53 1.5.2 Rigid Link 56 1.5.3 Node Local Axis: . 58 2 Mụ hỡnh hoỏ cỏc tỏc ng lờn kt cu (vi kt cu cu) . 61 2.1 Mụ hỡnh hoỏ cỏc giai on thi cụng . 61 2.2 Trình tự mô hình các giai đoạn thi công của một kết cấu tổng quát: . 62 2.3 Mô hình các giai đoạn thi công cho một cầu đúc hẫng cụ thể . 62 2.3.1 Phân chia các giai đoạn thi công. 62 2.3.2 Mô hình hoá nhóm kết cấu 63 Hng dn s dng Midas/Civil trong mụ hỡnh hoỏ cu Ngụ Vn Minh V Ngc Anh 2 2.3.2.1 Định nghĩa nhóm kết cấu: . 63 2.3.2.2 Định nghĩa nhóm điều kiện biên: 66 2.3.2.3 Định nghĩa nhóm tải trọng: . 67 2.3.2.4 Định nghĩa các giai đoạn thi công . 68 2.3.3 Khai báo các trờng hợp tải trọng . 77 2.3.4 Gán tải trọng thi công 78 2.3.4.1 Nhập trọng lợng bản thân: 78 2.3.5 Nhập tải trọng xe đúc . 79 2.3.6 Nhập tải trọng bê tông ớt . 81 2.3.7 Nhập tải trọng dự ứng lực: . 85 2.3.7.1 Khai báo đặc trng cáp dự ứng lực 85 2.3.7.2 Khai báo đờng bố trí cáp 87 2.3.7.3 Gán tải trọng dự ứng lực 91 2.4 Mụ hỡnh hoỏ hot ti 92 2.4.1 Trình tự khai báo hoạt tải .92 2.4.1.1 Chọn tiêu chuẩn hoạt tải. 92 2.4.1.2 Khai báo làn xe 93 2.4.1.3 Định nghĩa tải trọng xe 96 2.4.1.4 Định nghĩa nhóm xe . 99 2.4.1.5 Định nghĩa trờng hợp tải trọng hoạt tải: . 100 2.5 Mụ hỡnh hoỏ tnh ti phn 2 . 103 3 T hp ti trng . 105 4 t yờu cu tớnh toỏn, chy chng trỡnh 106 5 Qun lý kt qu thu c . 106 5.1 Kiểm tra các thông số đầu vào: 106 5.1.1 Chức năng Display . 106 5.1.2 Chức năng Display Option . 107 5.2 Xem kết quả nội lực từng giai đoạn thi công . 108 5.3 Xut kt qu ni lc do hot ti . 111 5.3.1 Kt qu ng nh hng ti mt mt ct bt k . 111 5.4 Xut kt qu ni lc do hot ti . 112 5.4.1 Kt qu mụmen ln nht do hot ti gõy ra ti mt mt ct nh sau: . 112 5.4.2 Kt qa lc ct nh nht ti mt mt ct di tỏc dng ca HL 93M: . 113 5.5 Một số phơng pháp xuất file kết quả dới dạng text hoặc hình vẽ (Bằng các lệnh Export, Print .) 113 Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 3 Sơ đồ chung phân tích nội lực cầu bằng Midas/Civil Tuỳ thuộc vào quy định trong TC thiết kế sử dụng mà tiến hành tổ hợp các tải trọng. Với 22TCN272-05 thì xét các tổ hợp sau: Tổ hợp tải trọng cường độ 1 Tổ hợp tải trọng cường độ 2 Tổ hợp tải trọng cường độ 3 Tổ hợp tải trọng cho TTGH II Tổ hợp tải trọng cho trạng thái giới hạn III Chuẩn bị các dự liệu cần thiết của bài toán Mô hình hoá kết cấu Mô hình hoá tải trọng Tổ hợp tải trọng Thiết lập thông số cho quá trình giải bài toán Chạy chương trình, phân tích, đánh giá kết quả Bắt đầu Kết thúc Sơ đồ tính Vật liệu Điều kiện biên Tải trọng tác dụng Các tải trọng và tổ hợp tải trọn Nhóm kết cấu, nhóm điều kiện biên và nhóm tải trọng Các giai đoạn thi công Mô hình hoá nút Mô hình hoá phần tử Mô hình hoá điều kiện biên Mô hình hoá vật liêu Mô hình hoá mặt cắt Mô hình các giai đoạn thi công Tải trọng tĩnh -Khai báo tải trọng tĩnh -Khai báo các nhóm tải trọng tĩnh (trong các giai đoạn thi công) -Gán tải trọng tĩnh lên kết cấu -Gán tải trọng tĩnh lên các giai đoạn thi công Tải trọng di động (hoạt tải) -Khai báo làn xe -Khai báo loại tải trọng -Khai báo trường hợp xe Tải trọng động Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 4 1. Xây dựng sơ đồ tính của kết cấu 1.1 Lựa chọn đơn vị tính 1.1.1 Tổng quan Midas Civil cung cấp đơn vị tính cho hai yếu tố [thứ nguyên] cơ bản của bài toán phân tích kết cấu là a. [ chiều dài ] : m, cm, mm, ft (feet), in (inch) b. [ Lực ] : N, kN, kgf, tonf, lbf, kips Ứng với các đơn vị khối lượng là kg, tấn (ton), kg, tấn (ton), lb, kips/g. Tất cả các yếu tố khác chiếu dài và lực sẽ có đơn vị tính là tổ hợp của hai thứ nguyên cơ bản trên. 1.1.2 Ví dụ : Ứng suất : [Lực ]×[chiều dài] -2 : 2 mm N , 2 ft tonf . Mô men quán tính (I) : [chiều dài] 4 : m 4 , mm 4 , ft 4 . Các cách mô hình đơn vị tính trong Midas Civil: 1.1.3 Các cách lựa chọn đơn vị trong Midas/Civil Cách 1 : Chọn : Tool -> Unit System -> Xuất hiện bảng sau : Cột “Length” : dùng chọn đơn vị chiều dài Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 5 Cột “Force(Mass)” : dùng chọn đơn vị lực Đánh dầu vào “Set/Change Default Unit System” để mặc định sử dụng các đơn vị đã chọn cho toàn bộ quá trình mô hình hoá kết cấu và tải trọng. Chọn xong  Nhấn “OK” để lưu kết quả chọn và trở về màn hình chung  Nhấn “Cancel” để huỷ quá trình chọn và trở về màn hình chung Cách 2 : Ta cũng có thể trực tiếp chọn đơn vị tính trên màn hình như sau: Quan sát trên thanh Status ở góc phải, phía dưới màn hình chính. Ta thấy có hai ô hiển thị các đơn vị hiện hành (trên hình là kN và m). Ta có thể thay đổi đơn vị trực tiếp trên màn hình bằng cách chọn vào nút thả (option buton) : . Ta được bản cuộn lên như sau : Tiến hành di chuột đến đơn vị mong muốn rồi click trái chuột để chọn. Chú ý : Ta hoàn toàn có thể thay đổi đơn vị trong quá trình mô hình hoá mà không làm ảnh hưởng đến kết quả.tính. 1.2 Mô hình hoá hình học Lựa chọn hệ toạ độ -> Tạo lưới mô hình -> Mô hình các nút -> mô hình các phần tử. Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 6 1.2.1 Lựa chọn hệ toạ độ Để phục vụ quá trình mô hình hoá kết cấu, Midas Civil cung cấp 4 loại hệ trục toạ độ cơ bản sau đây: a. Hệ trục toạ độ tổng thể : GCS b. Hệ trục toạ độ phần tử (EGS) c. Hệ trục toạ độ nút (NGS) d. Hệ trục toạ độ tự định nghĩa (UCS) 1.2.1.1 Hệ trục toạ độ tổng thể (GCS :Global coordinate system) GCS là một hệ trục toạ độ Đề Các vuông góc bao gồm 3 trục X,Y,Z đôi một vuông góc với nhau, có chiều tuân theo quy tắc bàn tay phải. Các trục ký hiệu bằng ba chữ in hoa : X,Y,Z. Điểm gốc được mặc định có toạ độ (0,0,0). Chiều của GCS hiển thị trên màn hình ở góc phải, phía dưới : Vị trí điểm gốc (0,0,0) được đánh dấu trên màn hình : Trong màn hình chính của Midas Civil, trục Z của GCS mặc định trùng với trục thẳng đứng của màn hình, do vậy trong quá trình mô hình hoá, nên quy ước trục thẳng đứng của kết cấu trùng với trục Z của hệ toạ độ tổng thể. Mỗi điểm trên màn hình Midas đều tương ứng với một toạ độ nhất định trong hệ toạ độ tổng thể, các giá trị (X,Y,Z) này được hiển thị ở thanh Status Bar Theo hình trên, điểm hiện tại (vị trí chuột hiện tại) có toạ độ trong hệ toạ độ tổng thể là X = -1.83 m, Y=-5.49 m, Z = 0 m. Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 7 GCS được dùng để mô hình hoá kết cấu (vị trí nút (X,Y,Z) vị trí và, chiều của phần tử) và tải trọng ( điểm đặt và chiều của tải trọng .). GCS cũng được dùng làm mốc để định nghĩa và xác định các hệ toạ độ khác (UCS, ECS, NCS). 1.2.1.2 Hệ trục toạ độ phần tử (ECS :Element Coordinate System) Hệ trục toạ độ phần tử (ECS) cũng có dạng 3 trục đôi một vuông góc (hệ toạ độ Đề Các). Chiều dương của các trục được xác định theo quy tắc tam diện thuận (quy tắc bàn tay phải). Các trục của hệ toạ độ này được kí hiệu bởi các chữ cái thường : (x,y,z). Chiều các trục được quy định như sau : Trục x : dọc theo phân tử, có chiều trùng với chiều của phần tử. Trục z : vuông góc với x, có chiều tạo với Z của GCS một góc nhọn, thường là trục “yếu” của mặt cắt (mômen quán tính của mặt cắt quay trục z thường nhỏ hơn mômen quán tính quanh trục y) Trục y : xác định từ x, y theo quy tắc tam diện thuận. Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 8 Gốc của ECS lấy ở điểm giữa phần tử. ECS được dùng để hiển thị các kết quả, dữ liệu liên quan đến phần tử như nội lực trong phần tử, ứng suất . Ví dụ : Tính ra được nội lực dọc trục trong phần tử thứ k là – 9kN, ta biết rằng nội lực dọc đó có phương trùng với phương x, chiều ngược chiều x và có giá trị bằng 9kN. 1.2.1.3 Hệ toạ độ tại nút (NCS : Node coordinate system) Trong đồ giải bài toán kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn (lấy chuyển vị nút làm ẩn), ta chỉ cần sử dụng hệ toạ độ địa phương đặt tại phần tử và hệ toạ độ tổng thể của kết cấu để tính toán. Như vậy, việc xuất hiện hệ toạ độ nút (NCS) thực chất là để thuận tiên cho việc mô hình hoá điều kiện biên tại nút và tải trọng, chuyển vị đặt tại nút. NCS cũng là một hệ toạ độ Đề Các vuông góc, kí hiệu (x,y,z). Gốc đặt tại nút. NCS được dùng để mô hình các điều kiện biên và chuyển vị gối như sau: o Gối cứng (Supports) o Gối đàn hồi (Spring supports) o Chuyển vị gối (Displacements of support) 1.2.1.4 Hệ toạ độ tự định nghĩa (UCS : User coordinate system) Để thuận tiên cho việc mô hình hoá kết cấu ở những vị trí đặc biệt hoặc phần kết cấu có dạng đặc biệt (ví dụ mô hình các phần tử thuộc cùng một mặt phẳng trong kết cấu tổng thể là kết cấu không gian), ta có thể tự định nghĩa lấy hệ toạ độ cho phù hợp rồi từ đó mô hình kết cấu, tải trọng. UCS được thiết lập từ là mốc là GCS, UCS cũng là một hệ toạ độ Đề Các vuông góc. Khi định nghĩa UCS, nói chung các yếu tố cần khai báo là : Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 9 Toạ độ gốc của UCS (Origin) Phương, chiều của các trục. Midas/Civil cung cấp 8 kiểu khai báo UCS như sau: 1. X-Y plane : Hệ toạ độ phẳng (x,y) trong mặt phẳng X-Y của GCS. Trình tự khai báo : Bước 1 : Gọi X-Y plane UCS. Cách 1 : Model –> User Coordinate System –> X-Y plane Cách 2 : Trên màn hình chính nhấn chuột phải, chọn User Coordinate System –> X-Y plane . Hướng dẫn sử dụng Midas/ Civil trong mô hình hóa cầu Hng dn s dng Midas/ Civil trong mụ hỡnh hoỏ cu Ngụ Vn Minh V Ngc. dưới màn hình. Chuyển đổi giữa GCS và UCS : Hướng dẫn sử dụng Midas/ Civil trong mô hình hoá cầu Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 14 Trong quá trình mô hình hoá