Phần mềm tích hợp hoàn chỉnh hỗ trợ thiết kế kết cấu cầu. Bằng sự kết hợp các tính năng phân tích kết cấu với các tính năng đặc biệt phân tích đặc biệt dành cho kỹ thuật cầu như phân tích theo giai đoạn thi công, phân tích động đất tĩnh và phân tích lịch sử thời gian phi tuyến, Midas Civil là công cụ thiết yếu để mô hình hoá, phân tích, thiết kế của các kỹ sư cầu. Midas Civil hỗ trợ phân tích và thiết kế cầu bê tông, bê tông dự ứng lực, cầu thép, cầu dây văng, cầu dây võng, cầu liền mố, v.v. Midas Civil đã được sử dụng rất rộng rãi ở khắp trên thế giới. Ở nước ta, midas Civil được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực thiết kế cầu. Midas Civil đã được sử dụng để thiết kế rất nhiều công trình khác nhau như cầu Thuận Phước, Cầu Rạch Miễu, v.v.
Trang 1bµi gi¶ng ph©n tÝch kÕt cÊu b»ng
Trang 2Cầu Giấy-Hà Nội
Chương 2: những bước chính để giải bài toán bằng Midas
2.1 Vẽ kết cấu
có rất nhiều cách để vẽ kết cấu trong tài liệu này trình bày 3 cách chính để vẽ kết cấu
2.1.1 vẽ kết cấu từ nút lưới
Bc1: tạo lưới
sau khi lựa chọn trên xuất hiện cửa sổ như bên trái
lựa chọn add xuất hiện cửa sổ như bên phải, từ đó lựa chọn add để tạo lưới của trục x và y
nhập giá trị lưới vào ô trên
Bc2: tạo node
di chuyển và copy nút
Trang 3CÇu GiÊy-Hµ Néi
§èi xøng qua g−¬ng nót
§¸nh l¹i sè nót
HiÖn b¶ng dù liÖu nót
Trang 4CÇu GiÊy-Hµ Néi
Bc3: t¹o phÇn tö
PhÇn tö cã thÓ lµ phÇn tö dÇm, giµn, tÊm, khèi…
T¹o phÇn tö b»ng chøc n¨ng Extrude
Trang 5CÇu GiÊy-Hµ Néi
Chøc n¨ng xo¸ phÇn tö
Chøc n¨ng copy, di chuyÓn phÇn tö
Chøc n¨ng chia phÇn tö
Chøc n¨ng nèi c¸c phÇn tö
Trang 6Cầu Giấy-Hà Nội
Thay đổi các tham số của phần tử
Đánh lại số phần tử
Trang 7CÇu GiÊy-Hµ Néi
HiÖn b¶ng d÷ liÖu phÇn tö
2.1.1 vÏ kÕt cÊu b»ng c¸ch nhËp tõ AutoCad
Trang 8Cầu Giấy-Hà Nội
sau khi nhập vào hiệu chỉnh theo các chức năng hiệu chỉnh về nút và phần tử nh− trên
2.2 Khai báo điều kiện biên
2.2.1 Khai báo các liên kết với đất nền (khai báo gối cố định, gối di động, ngàm )
2.2.2 Khai báo các liên kết đàn hồi
Liên kết này chỉ thực hiện liên kết hai nút với nhau
2.2.3 Giải phóng liên kết đầu thanh
Trang 9Cầu Giấy-Hà Nội
Giải phóng liên kết hai đầu phần tử: dùng cho khai báo các trường hợp cầu dầm hẫng có dầm treo, các thanh giàn,
2.2.4 Liên kết cứng
Dùng để liên kết cứng một nhóm nút với một nút chính
2.3 Khai báo tải trọng
2.3.1 Khai báo tĩnh tải
Bc1: Tạo các trường hợp tải trọng (load cases )
Bc2: Khai báo trọng lượng bản thân
Trang 10CÇu GiÊy-Hµ Néi
Bc3: Khai b¸o t¶i träng t¸c dông lªn phÇn tö
Bc4: Khai b¸o t¶i träng t¸c dông lªn nót
Bc5: Khai b¸o t¶i träng chuyÓn vÞ (nÕu cã)
2.3.1 Khai b¸o ho¹t t¶i
Bc1: Khai b¸o tiªu chuÈn thiÕt kÕ
Trang 11CÇu GiÊy-Hµ Néi
Bc2: Khai b¸o lµn xe ch¹y
Bc3: Khai b¸o xe
Bc4: Khai b¸o tr−êng hîp t¶i träng ho¹t t¶i
Trang 12Cầu Giấy-Hà Nội
2.4 Chạy chương trình và xem kết quả
Sau khi khai báo đầy đủ các buớc trên (phải có các thông số về mặt cắt và vật liệu)
Trang 13CÇu GiÊy-Hµ Néi
Xem kÕt qu¶ néi lùc
Xem kÕt qu¶ øng suÊt
Xem kÕt qu¶ §−êng ¶nh h−ëng( chØ cã nÕu cã m« h×nh ho¹t t¶i)
Trang 14CÇu GiÊy-Hµ Néi
Xem vÞ trÝ xÕp t¶i trªn §ah
XuÊt kÕt qu¶ d−íi d¹ng file
(HÕt ch−¬ng1)
Trang 15Cầu Giấy-Hà Nội
Chương 3: những bước chính để giải bài toán mạng dầm
bằng Midas
Bài toán dầm giản đơn
1/2 MAậT CAẫT A-A
Căn cứ vào bản vẽ trên có thể xác định được mặt bằng của mạng dầm như sau:
Các đuờng thẳng là các phần tử (element) các hình tròn là các nút(node) còn đường đứt là
vị trí làn xe chạy (dự kiến)
Trang 16CÇu GiÊy-Hµ Néi
Extrude thµnh dÇm (chän chøc n¨ng Type Extrude NodeÆLine)
kÕt qu¶ sau khi Extrude
Trang 17CÇu GiÊy-Hµ Néi
Trang 18Cầu Giấy-Hà Nội
Bc2: Tiến hành khai báo đặc trưng hình học và vật liệu
Tiến hành bình thường giống như trình bày trong phần 1(phần cơ bản)
kết quả sau khi khai báo đặc trưng mặt cắt và đặc trưng vật liệu
Bc3: Tiến hành khai báo điều kiện biên
kết quả sau khi khai báo điều kiện biên Bc4: Tiến hành khai báo tải trọng
Tiến hành khai báo như được trình bày ở chương 1
Bc5: Chạy chương trình và xem kết quả
Tiến hành khai báo như được trình bày ở chương 1
(hết chương 3)
Trang 19Cầu Giấy-Hà Nội
Chương 4: phân tích kết cấu cầu đúc hẫng bằng Midas
Các bước chính khi tính toán cầu đúc hẫng bằng Midas là:
1 Khai báo vật liệu và mặt cắt
Sơ đồ kết cấu : Cầu ba nhịp liên tục 48x72x48
Việc phân đoạn các đốt được cụ thể trong các bước mô hình bên dưới
Chiều cao dầm tại trụ là 5m, chiều cao tại giữa nhịp là 2m; dạng mặt cắt ngang như hình vẽ dưới đây:
150 400 450 400 150
1050 400 125
MAậT CHÍNH TRUẽ 4&5 PA1
125 400
MAậT CHÍNH TRUẽ 3&6 PA1
375 150
275 225
125 400
Trang 20Cầu Giấy-Hà Nội
Vật liệu: Dầm là bê tông loại Grade C5000
Trụ là loại bê tông Grade C3000 Thép DƯL tao 12.7mm
1 Khai báo vật liệu
1.1 Chọn đơn vị tính toán
Vào menu Tools >Unit System
Sau khi vào mục trên sẽ xuất hiện cửa sổ như hình vẽ dưới đây Trên cửa sổ đó chọn đơn vị
sẽ sử dụng khi khai báo
Lưu ý: nếu chọn chọn vào ô đặt mặc định đơn vị tính toán thì các lần sử dụng sau vẫn
dùng đơn vị như khai báo trong lần này
Trang 21Cầu Giấy-Hà Nội
1.2 Khai báo vật liệu
Vật liệu được khai báo ở đây bao gồm bê tông dầm, bê tông trụ và cốt thép DƯL Các thông số của vật liệu bao gồm:
Mô đuyn đàn hồi E
Cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày
Tiêu chuẩn tính co ngót từ biến
Biểu đồ phát triển cường độ theo thời gian
Trình tự khai báo được tiến hành như sau:
Sau khi lựa chọn như trên
Model >Properties >Material
xuất hiện cửa sổ như sau:
Có các hình thức để khai báo loại vật liệu mới như sau:
Nhấp vào nút Add hoặc nhấp vào Import
Sau khi nhấp vào Add xuất hiện bảng thông số như sau:
Trang 22Cầu Giấy-Hà Nội
Tại mục Type of material có các loại như sau: Bê tông, Thép và loại do người sử dụng định
nghĩa
Đối với vật liệu dầm trong trường hợp này chọn
và tại mục Concrete chọn tiêu chuẩn ASTM và BD loại Grade5000 như hình bên
Trang 23Cầu Giấy-Hà Nội
Đối với vật liệu trụ cũng chọn bê tông nhưng loại BD Grade 3000
Điều trên chỉ đúng khi loại vật liệu có sẵn trong máy phù hợp với loại vật liệu cần mô hình Trong trường hợp không có trong thư viện thì khai báo như là loại vật liệu do người sử dụng tự
định nghĩa
Đối với vật liệu DƯL
Chọn loại vật liệu là do người sử dụng tự định nghĩa
Khi chọn loại này thì cần phải biết các thông tin về mô đuyn đàn hồi, hệ số poisson và hệ số dãn nở nhiệt để điền vào các mục dưới đây:
Các thông tin về vật liệu do nhà sản xuất cấp vật liệu cung cấp Trong ví dụ này chọn số liệu như sau:
Trang 24Cầu Giấy-Hà Nội
1.2 Khai báo co ngót và từ biến
Model>Properties>Time Dependent Material (Creep/Shrinkage)
Minh hoạ như hình vẽ dưới đây
Các thông số co ngót và từ biến được thể hiện như hình dưới đây:
Nhấp vào nút Add để tạo mới hoặc thêm
Trang 25Cầu Giấy-Hà Nội
+ Cường độ chịu nén của bê tông ở tuổi 28 ngày
+ Độ ẩm của môi trường
+ Loại bê tông chọn loại bê tông như thiết kế
+ Tuổi của bê tông khi bắt đầu tính co ngót: chọn số ngày tương ứng
Trong ví dụ này số liệu được khai báo như sau:
1.3 Khai báo sự phát triển cường độ theo thời gian
Model>Properties>Time Dependent Material (Comp.Strength)
Nhấp Add xuất hiện cửa sổ như hình dưới đây
Tại ô Name: điền tên loại vật liệu (C5000)
Trang 26Cầu Giấy-Hà Nội
Type: Chọn loại có thể chọn theo các tiêu chuẩn có sẵn hoặc tự định nghĩa Trong trường hợp
này chọn tiêu chuẩn CEB-FIP, tương ứng với tiêu chuẩn có công thức phát triển cường độ theo thời gian phía dưói Cường độ bê tông tuổi 28 ngày thì cần nhập
Sau khi khai báo vật liệu dầm xong làm tương tự đối với vật liệu thân trụ
1.4 Gán đặc tính về co ngót và từ biến cho vật liệu
Sau khi khai báo xong về đặc tính phụ thuộc vào thời gian của vật liệu, tiến hành gán kết các đặc tính trên cho vật liệu bê tông Các bước tiến hành trên Midas như sau:
Model>Properties>Time Dependent Material Link
Sau khi lựa chọn như trên sẽ xuất hiện cửa sổ như sau:
Tại mục Time Dependent Material Type Creep/ Shrinkage: Chọn loại co ngót và từ biến Comp Strength: Chọn loại phát triển cường độ
Sau khi chọn loại co ngót từ biến và phát triển cường độ cần chọn loại vật liệu tương ứng Lựa chọn xong kích
vào nút Add/Modify
Khai báo đúng sẽ xuất hiện như thể hiện ở ô cuối cùng
Trang 27CÇu GiÊy-Hµ Néi
125 400 125
B¶n vÏ mÆt c¾t ngang cÇu trªn trô
§Ó thuËn tiÖn theo dâi, sau ®©y xin tr×nh bµy c¸ch khai b¸o mÆt c¾t cã d¹ng nh− trªn h×nh
vÏ D¹ng mÆt c¾t nµy cã thÓ sö dông d−îc trong th− viÖn cã s½n cña Midas nªn ®−îc khai b¸o nh− sau:
Model>Properties>Section
Sau khi lùa chän nh− trªn xuÊt hiÖn cöa sæ d−íi ®©y:
Trang 28Cầu Giấy-Hà Nội
Nhấp vào nút Add để tạo mặt cắt mới
Trang 29Cầu Giấy-Hà Nội
Hình trên bên phải thể hiện cấu tạo và các kích thước của mặt cắt tổng quát Tương ứng với những kí hiệu kích thước trên hình vẽ đó tiến hành nhập số liệu vào bảng bên tay phải Khi tiến hành nhập đúng kết quả được thể hiện ra như hình dưới bên tay phải
Lưu ý: ở đây không cần khai báo tất cả các mặt cắt trong đoạn mặt cắt thay đổi theo quy
luật mà chỉ cần khai báo hai mặt cắt ở hai đầu mút (mặt cắt trên định trụ và mặt cắt giữa nhịp) Một số hình ảnh các mặt cắt:
Mặt cắt giữa nhịp
Trang 30Cầu Giấy-Hà Nội
Mặt cắt trên đỉnh trụ
Trang 31Cầu Giấy-Hà Nội
Mặt cắt xà mũ
Mặt cắt trên đỉnh trụ
Trang 32CÇu GiÊy-Hµ Néi
KÕt qu¶ khai b¸o khèi K0
M« h×nh cÇu hoµn thiÖn
3.1 M« h×nh ho¸ dÇm bª t«ng cèt thÐp D¦L
C¸c b−íc m« h×nh ho¸ ®−îc tiÕn hµnh trong Midas nh− sau:
T¹o ®iÓm nót gèc: Model>Nodes>Create Nodes
Trang 33Cầu Giấy-Hà Nội
Sau khi chọn nh− trên xuất hiện cửa sổ sau:
Do việc mô hình hoá kết cấu cần phải có một điểm gốc cho nên cần phải tạo một điểm gốc
Để thuận tiện nên điểm gốc có toạ độ 0, 0, 0 Việc chọn đ−ợc tiên hành nh− trên hình vẽ, sau
khi chọn xong nhấp Apply
Trang 34CÇu GiÊy-Hµ Néi
Mµn h×nh sau khi thùc hiÖn lÖnh
Trang 35Cầu Giấy-Hà Nội
Lựa chọn các thông số như hình bên, ở mục
Translation lựa chọn Unequal Distance
Tại ô Distances nhập chiều dài của các đoạn kết
cấu có xét đến các bước thi công Cụ thể ở đây nhập số liệu như sau:
1.5,8.5,3,3@4,4@3,2@2.5,4.5,2@1.5,4.5,2@2.5, 4@3,3@4,1
Số liệu trên tương ứng với nửa cầu Sau khi nhập
số liệu trong và dùng lệnh Mirror thì sẽ được
toàn cầu như hình vẽ dưới đây:
Trang 36Cầu Giấy-Hà Nội
3.2.Mô hình hoá trụ
Trong trường hợp đúc hẫng hai trụ chính sẽ bị ảnh hưởng rất lớn trong quá trình thi công nên đuợc đưa vào trong mô hình để tính toán Việc mô hình hoá được tiến hành như sau: Xác định chính xác vị trí trụ tại nút báo nhiêu (trong ví dụ này tại nút 15 và 42), sau đó tiến hành mô hình:
Lựa chọn hai nút (cách lựa chọn như trong chương 2) sau đó dùng cách mô hình như sau:
Mọi thao tác được tiến hành tương tự như bước mô hình hoá dầm cầu Sau khi mô hình xong toàn cầu có dạng như sau:
Trang 37Cầu Giấy-Hà Nội
3.3 Gán các mặt cắt
Có các mặt cắt sau cần quan tâm: mặt cắt dầm trên trụ, mặt cắt dầm thay đổi, mặt cắt dầm
đoạn hợp long, mặt cắt đoạn dầm đúc trên đà giáo và mặt cắt trụ
Nhóm các mặt cắt không thay đổi đuợc gán như sau:
+ Lựa chọn đoạn kết cấu cần gán (các hình thức lựa chọn được trình bày ở chương 1)
+ Kéo mặt cắt tương ứng thả vào cửa sổ làm việc thì những đối tượng được lựa chọn sẽ
Trang 38CÇu GiÊy-Hµ Néi
T¹i môc Section Shape Variation
Theo trôc z chän lµ parabol (®a thøc bËc hai) Theo trôc y chän tuyÕn tÝnh
ViÖc lùa chän tiÕn hµnh nh− h×nh bªn
Sau khi chän xong nh− trªn kÝch nót Add vµ nót Convert to Tapered Section
KÕt qu¶ sau khi g¸n mÆt c¾t nh− sau:
Trang 39Cầu Giấy-Hà Nội
Kết quả mô hình hoá
4 khai báo các nhóm (group)
4.1 Khai báo điều kiện biên
Do cầu đúc hẫng mô tả ở đây theo các bước thi công cho nên việc khai báo điều kiện biên (khai báo các liên kết) cần phải đưa vào các group
Khai báo nhóm điều kiện biên được tiến hành như sau:
Trong ví dụ này khai báo 3 nhóm: goi trai, goi phai và tru Được khai báo như sau:
Trang 40Cầu Giấy-Hà Nội
Tại ô Name điền tên nhóm sau đó kích Add, nếu muốn nhiều nhóm có chỉ số khác nhau thì
điền vào ô Suffix các chỉ số cần tạo ra các chỉ số được điền theo nguyên tắc giống như phần
lựa chọn đối tượng được trình bày trong chương 1 Kết quả sau khi khai báo như hình vẽ trên
Khai báo điều kiện biên tương ứng với các nhóm
Trang 41Cầu Giấy-Hà Nội
Tại ô Boundary group name chọn goitrai hoặc goiphai nh− hình trên Tại phần khai báo gối đánh dấu vào những bậc tự do bị khống chế Sau đó click Apply
Việc khai báo liên kết chân trụ với đất nền là ngàm, cách làm giống nh− trên Liên kết dầm với trụ là loại liên kết đàn hồi khai báo nh− sau:
Trang 42Cầu Giấy-Hà Nội
sau khi lựa chọn nh− trên xuất hiện cửa sổ sau:
Chọn Rigid type Nếu loại gối có đầy đủ các thông số thì chọn loại General Type
Trang 43Cầu Giấy-Hà Nội
4.2.Khai báo nhóm kết cấu
Các nhóm kết cấu sẽ được đưa dần dần vào các bước thi công, việc chia các nhóm kết cấu tương ứng với các bước thi công Sau khi đã lập kế hoạch phân chia đốt thi công tiến hành làm như sau:
Nhóm kết cấu nên đặt tên tương ứng với các giai đoạn thi công cho tiện theo dõi
Công tác thực hiện tương tự như tạo các nhóm điều kiện biên Trên hình là kết quả sau khi nhập các nhóm
Sau khi khai báo xong tiến hành gán các phần tử tương ứng vào các nhóm Việc gán nhóm kết cấu tương tự như việc gán mặt cắt đã trình bày như trên
Trang 44Cầu Giấy-Hà Nội
Các nhóm kết cấu sau khi tạo ra
4.3 Khai báo nhóm tải trọng
Theo nguyên tắc số luợng nhóm tải trọng ít nhất sẽ bằng số tải trọng nhân với sô luọng nhóm kết cấu Trên cơ sở như vậy khai báo nhóm tải trọng như sau:
Dưới đây là các nhóm tải trọng về bê tông ướt (BT), xe đúc (XD), Dự ứng lực (DƯL) và tải trọng thời gian
Trang 45Cầu Giấy-Hà Nội
5 Khai báo các bước thi công
Để khai báo bước này cần phải có đầy đủ các số liệu liên quan đến bước thi công như thời gian cần thiết để thi xong một đốt,
Tiến hành định nghĩa các bước thi công
Trang 46CÇu GiÊy-Hµ Néi
C¸c b−íc thi c«ng xuÊt hiÖn nh− sau:
H×nh thÓ hiÖn kÕt qu¶ c¸c b−íc thi c«ng
NhÊp vµo nót Generate
Trang 47CÇu GiÊy-Hµ Néi
Lưu ý viÖc khai b¸o hoµn toµn phô thuéc vµo ngưêi kü sư thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n Trong quyÓn s¸ch nµy sÏ tr×nh bµy theo c¸c sè liÖu như sau:
ViÖc khai b¸o cña vÝ dô nµy ®ưîc thÓ hiÖn như trong c¸c b¶ng sau:
Tab Element
Trang 48CÇu GiÊy-Hµ Néi
Tab Boundary
Trang 49Cầu Giấy-Hà Nội
Tab Load
Bước thứ 2 đến bước thứ 9
Trang 50CÇu GiÊy-Hµ Néi
Tab Element
Trang 51CÇu GiÊy-Hµ Néi
Tab Buondary
Trang 52CÇu GiÊy-Hµ Néi
Tab Load
B−íc thø 10
Trang 53CÇu GiÊy-Hµ Néi
Tab element
Trang 54CÇu GiÊy-Hµ Néi
Tab Load
B−íc 12:
Trang 55CÇu GiÊy-Hµ Néi
Tab Element
Trang 56CÇu GiÊy-Hµ Néi
Tab boundary
Trang 57CÇu GiÊy-Hµ Néi
Tab Load
Trang 58Cầu Giấy-Hà Nội
6 khai báo tải trọng dự ứng lực
Bước này có thể chuyển lên trên bước khai báo các giai đoạn thi công nhưng do tính độc lập của các bước làm nên tác giả muốn đi chi tiết bước này mà không làm người đọc nhầm lẫn giữa nhóm tải trọng và tải trọng tác dụng thực
6.1 Khai báo loại dự ứng lực
Sau khi lựa chọn xuất hiện cửa sổ sau:
Trang 59Cầu Giấy-Hà Nội
6.2 Bố trí cốt thép dự ứng lực
Chọn nh− trên sẽ xuất hiện cửa sổ sau:
Nhấp nút Add để tạo bó dự ứng lực mới
Trang 60Cầu Giấy-Hà Nội
Tại ô Tendon Name điền tên bó cốt thép DƯL Tendon Property: Chọn loại DƯL Thường trong cầu đúc hẫng dùng hai loại bó DƯL Assigned Elements: Những phần tử bị gán Input type: chọn loại nhập số liệu 2D, 3D Các số liệu toạ độ bó cáp được nhập như bảng dưới đây
Lần lượt nhập toạ độ của toàn bộ bó cáp như trên Hình dưới đây mô tả các bó dự ứng lực trong cầu
Trang 61CÇu GiÊy-Hµ Néi
6.2 NhËp lùc c¨ng dù øng lùc
Lùc dù øng lùc ®−îc khai b¸o nh− sau:
Trang 62Cầu Giấy-Hà Nội
Tải trọng dự ứng lực được khai báo thông qua các đặc trưng sau:
Load Case name: chọn tên trường hợp tải trọng Chọn loại DƯL
Các trường hợp tải trọng được khai báo như ở chương 1
Load Group name: chọn nhóm tải trọng tương ứng
Stress Value: chọn số liệu nhập vào là lực hay ứng suất
Jacking: có ba hình thức căng hai đầu, căng
Tải trọng tác dụng trong giai đoạn thi công gồm các loại tải trọng chính sau: Tải trọng xe
đúc, tải trọng khối bê tông ướt, tải trọng DƯL Phần trên đã giới thiệu cách khai báo tải trọng DƯL, trong phần này giới thiệu cách khai báo tải trọng tập trung (do các loại tải trọng cuối cùng chỉ quy thành lực tập trung và mô men tập trung)
Cách khai báo đựoc tiến hành như sau:
+ Chọn bước thi công tương ứng
+ Đặt tải lên kết cấu ứng với bước thi công đó