Đang tải... (xem toàn văn)
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.
5.1 Phương pháp xây dựng mơ hình phân tích kết cấu với MIDAS/Civil 5.1.1 Quá trình thực phân tích phần tử hữu hạn Như đề cập phần trên, q trình mơ hình hóa phân tích kết cấu nói chung gồm có giai đoạn: giai đoạn tiền xử lý, giai đoạn phân tích tính tốn giai đoạn hậu xử lý Mỗi giai đoạn tương ứng với nội dung cụ thể q trình mơ hình hóa phân tích phần tử hữu hạn 5.1.1.1 Giai đoạn tiền xử lý Nói chung giai đoạn tiền xử lý gồm có cơng tác định nghĩa mơ hình: Định nghĩa miền hình học toán Định nghĩa loại phần tử sử dụng Định nghĩa thông số vật liệu phần tử Định nghĩa thông số hình học phần tử (chiều dài, diện tích thông số khác) Định nghĩa liên kết phần tử (tạo lưới mơ hình) Định nghĩa ràng buộc vật lý (điều kiện biên) Định nghĩa tải trọng Giai đoạn xử lý bắt buộc Một lời giải phần tử hữu hạn tính tốn hồn hảo khơng có giá trị tương ứng với mơ hình sai tốn Thơng tin liệu mơ hình kết cấu đưa vào theo nhiều phương pháp khác nhau: từ tệp, từ đồ họa tương tác (GUI), kết hợp với mơ đun hỗ trợ mơ hình hóa chương trình Hệ thống mơ hình hóa phần tử hữu hạn MIDAS/Civil thiết kế thân thiện với người sử dụng Quá trình xây dựng lưới phần tử hữu hạn đặc biệt quan tâm Theo cách thức tiếp cận đối tượng, mơ hình kết cấu chia thành: nút, phần tử, thông số vật liệu, mặt cắt, điều kiện biên tải trọng Hệ thống chức tạo lập xử lý đối tượng phần tử hữu hạn theo thiết kế tập trung Người dùng mơ hình hóa đối tượng việc truy vấn đến chức tương ứng nhóm theo đối tượng Kết mơ hình kiểm tra thơng qua nhóm chức kiểm tra mơ hình phần mềm, sai sót mơ hình kết cấu người dùng mơ tả tự động sửa chữa 5.1.1.2 Phân tích tính tốn Trong giai đoạn phân tích, phần mềm phần tử hữu hạn xếp hệ phương trình đại số thu thành dạng ma trận tính tốn giá trị ẩn tốn Các giá trị tính tốn sau sử dụng cách thay ngược lại biến liên quan chẳng hạn phản lực, ứng suất phần tử dòng nhiệt Một mơ hình phần tử hữu hạn biểu diễn lại mười nghìn phương trình với đầy đủ hệ số, nên kỹ thuật giải đặc biệt sử dụng để giảm khơng gian lưu trữ liệu đòi hỏi thời gian tính tốn Đối với tốn tĩnh tuyến tính, phương pháp giải đa mặt trận (multi-frontal method) dựa phép khử Gauxơ thường sử dụng Trong MIDAS/Civil, tất vấn đề phân tích tổ chức menu Analysis điều khiển phân tích Khi phân tích vấn đề đặc biệt đó, sau lựa chọn điều khiển phân tích, việc tính tốn thực bình thường 5.1.1.3 Hậu xử lý Phân tích đánh giá kết giải gọi trình hậu xử lý Phần mềm hậu xử lý bao gồm công đoạn phân tích sử dụng cho mục đích xếp, in ấn biểu diễn kết chọn từ lời giải phần tử hữu hạn Các ví dụ việc thực phân chia sau: Sắp xếp ứng suất theo độ lớn Kiểm tra cân Tính tốn hệ số an tồn Biểu diễn hình dạng chuyển vị kết cấu Mô tả ứng xử theo mơ hình động Thực biểu diễn nhiệt độ theo màu,… Trong số liệu kết thao tác theo nhiều cách khác trình hậu xử lý, mục tiêu quan trọng đưa điều chỉnh mang tính kỹ thuật việc xác định kết phân tích chấp nhận mặt vật lý hay không 5.1.2 Môi trường phân tích phần tử hữu hạn MIDAS/Civil Cũng giống phần mềm phân tích phần tử hữu hạn SAP2000, STAADPro, ANSYS, LUSAS,… phần mềm MIDAS/Civil có đầy đủ tính hỗ trợ tối đa q trình mơ hình hóa phân tích kết cấu cho ba giai đoạn: tiền xử lý, phân tích hậu xử lý Nhà phát triển ứng dụng MIDAS/Civil việc đặt trọng tâm vào khả phân tích chuyên dụng kết cấu xây dựng quan tâm đến thuận tiện cho người sử dụng trình mơ hình hóa Mơi trường đồ họa tương tác phát triển tối ưu với nhiều phương pháp tiếp cận giải công tác chuyên môn hỗ trợ tối đa tăng hiệu làm việc người sử dụng 5.1.2.1 Tổ chức hệ thống giao diện mơi trường ứng dụng Menu Thanh cơng cụ Cửa sổ bảng Menu Menu ngữ cảnh Cửa sổ thông điệp Thanh trạng thái Hình …: Tổ chức cửa sổ làm việc hệ thống menu MIDAS/Civil Hệ thống Menu MIDAS/Civil cho phép truy nhập dễ dàng chức liên quan đến tồn q trình vào phân tích với dịch chuyển chuột Phần Works Tree Menu hệ thống toàn trình thiết kế, cho phép xem trạng thái đầu vào cách nhanh chóng kiểu kéo thả khả mơ hình hóa cho phép hiệu chỉnh nhanh chóng liệu q trình mơ hình hóa Tổ chức cửa sổ làm việc MIDAS/Civil hệ thống Menu sau: File Bao gồm chức file, in ấn chức liên quan Edit Các chức Undo Redo chức khác liên quan View Phương pháp biểu diễn trực quan hàm hỗ trợ, chức lựa chọn, chức kích hoạt bỏ kích hoạt, Model Nhập liệu mơ hình tự động phát sinh lưới, nút, phần tử, thông số mặt cắt, điều kiện biên, khối lượng, Analysis Nhập vào tất liệu điều khiển cần thiết cho trình phân tích chức thực thi phân tích Results Vào tổ hợp tải trọng, đưa kết phân tích (phản lực, chuyển vị, thành phần lực, ứng suất, dạng dao động, dạng ổn đinh, ), kiểm tra chức phân tích kết quả, Design Tự động thiết kế kết cấu thép, thép liên hợp bê tông, bê tông cốt thép, kiểm tra theo tiêu chuẩn Mode Các chức chuyển đổi hai chế độ tiền xử lý hậu xử lý Query Các chức kiểm tra trạng thái nút, phần tử liệu liên quan Tools Thiết lập hệ thống đơn vị thông số giao diện, thi hành lệnh qua file text (MCT), tính tốn thống kê vật liệu, phát sinh số liệu động đất, Tính toán đặc trưng mặt cắt, Window Các chức điều khiển tất cửa sổ cửa sổ chức xếp Help Các chức giúp đỡ truy cập tới trang chủ MIDAS IT 5.1.2.1.1 Tree Menu (Menu dạng cây) Gồm toàn thủ tục mơ hình hóa từ liệu đầu vào cho phân tích, thiết kế chuẩn bị tính tốn tổ chức có hệ thống Một chun gia làm việc hiệu mà khơng phát sinh lỗi cách truy xuất hộp hội thoại liên quan Cũng vậy, Works Tree cho phép người dùng nhìn thấy tình trạng số liệu đầu vào liệu mơ hình thời hiệu chỉnh khả kéo thả Kéo thả Hình …: Menu dạng chức kéo thả 5.1.2.1.2 Context Menu (Menu ngữ cảnh) Để thực việc dịch chuyển chuột, cách đơn giản kích phải chuột MIDAS/Civil tự động lựa chọn mơt hệ thống menu phụ hợp với chức liên quan chức hay dùng phản ánh tình làm việc người sử dụng 5.1.2.1.3 Model Window (Cửa sổ mơ hình) Cửa sổ mơ hình giải việc mơ hình hóa, biểu diễn kết phân tích thiết kế thơng qua giao diện đồ họa tương tác MIDAS/Civil Cửa sổ mô hình biểu diễn số cửa sổ đồng thời hình Bởi cửa sổ trình diễn cách độc lập, hệ thống tọa độ người dùng khác gán cho cửa sổ riêng rẽ cho mơ hình Thêm nữa, cửa sổ chia sẻ sở liệu nên nội dung biểu diễn cửa sổ thay đổi theo cửa sổ khác cách đồng thời Cửa sổ mơ hình biểu diễn hình dạng mơ hình phổ biến hình dạng phát sinh cách tính ln cập nhật đường khuất, tự loại bỏ mặt khuất, đổ bóng, chiếu sáng, tơ màu, Mơ hình, kết phân tích thiết kế kiểu kết phân tích thiết kế kiểm tra cách trực quan thơng qua tính rê chuột khu vực kết cấu sử dụng Walk Through Effect 5.1.2.1.4 Cửa sổ bảng (Table Window) Các cửa sổ dạng bảng hiển thị tất toàn liệu, kết phân tích thiết kế dạng bảng kéo dài Rất nhiều kiểu hiệu chỉnh liệu, việc vào số liệu bổ sung, biên tập, xếp cho đặc tính khác khả tìm kiếm cung cấp cửa sổ bảng Chúng cho phép chuyển đổi với sở liệu phổ biến S/W hay Excel 5.1.2.1.5 History Window (Cửa sổ lịch sử) Cửa sổ lịch sử hiển thị nội dung toàn liệu mà người sử dụng kiểm tra tác động trước trạng thái q trình phân tích thiết kế 5.1.2.1.6 Message Window (cửa sổ thông điệp) Cửa sổ thông điệp hiển thị tất thơng tin cần thiết cho mơ hình hóa, thông tin cảnh báo lỗi 5.1.2.1.7 Status Bar (Thanh trạng thái) Thanh trạng thái biểu diễn vấn đề liên quan đến tất loại hệ thống tọa độ, chuyển đổi hệ thống đơn vị, lựa chọn việc lọc, truy vấn nhanh, điều khiển bắt phần tử, làm tăng hiệu làm việc 5.1.2.1.8 Toolbar and Icon Menu (Thanh công cụ Menu biểu tượng) Menu biểu tượng giúp cho người sử dụng dễ dàng kích hoạt chức hay sử dụng MIDAS/Civil Mỗi biểu tượng nhóm lại với biểu tượng có mục đích tương tự nhiều cơng cụ Mỗi cơng cụ cóc thể dễ dàng kéo chuột đến vị trí mong muống hình Chúng hiệu chỉnh để xuất cách chọn lọc hình hiệu chỉnh cách sử dụng Tools>Customize Để có thêm thơng tin biểu tượng công cụ, đặt vị trí trỏ chuột lên biểu tượng cơng cụ hỗ trợ cung cấp mô tả ngắn gọn 5.1.2.2 Thiết lập thơng số giao diện 5.1.2.2.1 Gán hệ thống đơn vị chuyển đổi Trong thực tế, có nhiều điều kiện làm việc khác dạng liệu MIDAS/Civil thiết kế để thực đồng thời việc định hệ thống đơn vị tổ hợp kiểu hệ thống đơn vị Ví dụ, đơn vị “m” liệu hình học đơn vị “mm” mặt cắt sử dụng mơ hình Hệ “SI” sử dụng q trình truy xuất liệu chuyển đổi thành hệ thống đơn vị Anh (Imperial) kết phân tích thiết kế Hệ thống đơn vị nhiệt độ đòi hỏi hệ thống đơn vị không đổi với liệu Các đơn vị mô men, ứng suất mô đun đàn hồi tổ hợp từ đơn vị đo chiều dài lực tự động điều chỉnh chương trình thơng qua kiểu đơn vị đo chiều dài đo lực chọn người sử dụng Hình : Hộp thoại hệ thống đơn vị Người sử dụng dùng Tools>Unit System hàm chuyển đổi hệ thống đơn vị trạng thái vị trí phía hình để gán chuyển đổi hệ thống đơn vị Hình 22: Nhập vào tĩnh tải phần hai 5.2.2.6 Định nghĩa giai đoạn thi cơng 5.2.2.6.1 Định nghĩa nhóm phần tử Gán nút phần tử thích hợp thành nhóm phần tử, nhóm phần tử đưa vào phân tích giai đoạn thi cơng Phần nhóm (Group) Select All Group>Structure Group>SGroup (Kéo thả ) Hình 23: Gán phần tử thành nhóm kết cấu 5.2.2.6.2 Thiết lập giai đoạn thi công Xem bảng để định nghĩa giai đoạn thi cơng Giai đoạn thi cơng Nhóm kết cấu Nhóm điều kiện biên Nhóm tải trọng (được kích hoạt) Nhóm Bước DL (BC) First step DL (BC) First step Khoảng thời gian CS1 SGroup BGroup CS2 - E_Width1 DL (BC) 25 ngày 30 CS3 - E_Width2 DL (BC) 25 ngày 30 CS4 - E_Width3 DL (AC) First step 10,000 Ghi Mặt cắt chưa liên hợp Mặt cắt CS2 liên hợp Mặt cắt CS3 liên hợp Mặt cắt CS4 liên hợp Nhấn vào nút Generate để tạo giai đoạn thi công lúc, sau hiệu chỉnh số liệu cho giai đoạn chọn Load>Construction Stage Analysis Data> Define Construction Stage Stage>Name ( CS ) ; Suffix ( 1to4 ) ; Duration ( 30 ) Addition Steps>Day ( 25 ) Save Result>Stage (on), Additional Steps (on) Hình 24: Phát sinh giai đoạn thi công lệnh Generate Nhấn vào nút Generate để tạo giai đoạn thi công lúc, sau hiệu chỉnh số liệu cho giai đoạn chọn Chọn CS1 hiệu chỉnh số liệu giai đoạn Name>CS1 Addition Steps>Day ( 25 ) Element tab Group List>SGroup ; Duration ( ) Activation>Age ( ) ; Group List Boundary tab Group List>BGroup Activation>Support/Spring Position>Deformed Group List Load tab Group List>DL(BC)1, DL(BC)2 Activation>Active Day>First ; Group List Hình 25: Hiệu chỉnh số liệu cho giai đoạn thi công Chọn CS2 hiệu chỉnh số liệu giai đoạn thi công Name>CS2 Boundary tab Group List>E_Width1 Activation>Support/Spring Position>Deformed Group List Load tab Group List>DL(BC)3 Activation>Active Day>25 ; Group List Hình 26: Hiệu chỉnh số liệu giai đoạn Xem hình 27 để hiệu chỉnh số liệu giai đoạn Hình 27: Hiệu chỉnh số liệu giai đoạn Trong giai đoạn CS4, nhập giá trị “10000” ngày vào mục Duration để thu ứng xử dài hạn kết cấu, thay đổi số liệu nhóm tải trọng để kích hoạt tĩnh tải phần hai Name>CS4 Addition Steps>Day ( 25 ) Boundary tab Group List>E_Width3 ; Duration ( 10000 ) Activation>Support/Spring Position>Deformed Group List Load tab Group List>DL(AC) Activation>Active Day>First ; Group List Hình 28: Mở hộp thoại Composite Construction Stage hiệu chỉnh số liệu giai đoạn thi công CS4 5.2.2.6.3 Định nghĩa mặt cắt liên hợp tương ứng với giai đoạn thi công Chỉ định giai đoạn thi cơng có mặt cắt dầm chủ kích hoạt Khi kiểu mặt cắt (Section Type) thiết lập “Composite”, thông số mặt cắt định nghĩa trước sử dụng Xem hình 29 để định giai đoạn kích hoạt (Active Stage) mà mặt cắt kích hoạt Trong mơ hình ví dụ giả thiết dầm kích hoạt giai đoạn CS1 Hình 29: Q trình thi công phần mặt cắt Trước hết gán phần mặt cắt (CS2) Theo mặc định, kiểu liên hợp (Composite Type) đặt “Normal” Chú ý phần phần có giá trị việc nhập giai đoạn thi công Khi “User” chọn từ danh sách trải xuống mục Composite Type, bạn gán phần bạn muốn được, bạn phải sử dụng kích thước bề ngồi trọng tâm mặt cắt sau liên hợp Load>Construction Stage Analysis Data> Composite Section for Construction Stage Active Stage>CS1 ; Section>1: Sect Composite Type>Normal Construction Sequence Part>1 Mat.Type>Element ; Compo Stage>Active Stage ; Age (0) Part>2 Mat.Type>Material ; Material>3:Grade C6000 ; Compo Stage>CS2 ; Age (5) ; Scale> Weight> Hình 30: Định nghĩa mặt cắt liên hợp cho giai đoạn thi công CS1 Bây gán phần thứ hai thứ ba mặt cắt Active Stage>CS1 ; Section>2: Sect Composite Type>Normal Construction Sequence Part>1 Mat.Type>Element ; Compo Stage>Active Stage ; Age (0) Part>2 Mat.Type>Material ; Material>3:Grade C6000 ; Compo Stage>CS3 ; Age (5) ; Scale> Weight> Active Stage>CS1 ; Section>3: Sect Composite Type>Normal Construction Sequence Part>1 Mat.Type>Element ; Compo Stage>Active Stage ; Age (0) Part>2 Mat.Type>Material ; Material>3:Grade C6000 ; Compo Stage>CS4 ; Age (5) ; Scale> Weight> Hình 31: Định nghĩa mặt cắt liên hợp cho giai đoạn thi công CS3 Nhập điều kiện cho phân tích giai đoạn thi cơng Analysis>Construction Stage Analysis Control Final Stage>Last Stage Analysis Option>Include Time Dependent Effect (on) Time Dependent Effect Creep & Shrinkage (on) ; Type>Creep & Shrinkage Convergence for Creep Iteration Number of Iteration (5) ; Tolerance (0.01) Internal Time Step for Creep (1) Auto Time Step Generation for Large Time Gap (on) Variation of Comp Strength (on) Hình 32: Hộp thoại liệu điều khiển phân tích giai đoạn thi cơng 5.2.2.7 Thực phân tích kết cấu Khi mơ hình mặt cắt liên hợp giai đoạn thi cơng hồn thành, thực việc phân tích kết cấu Analysis> Perform Analysis 5.2.2.8 Xem kết phân tích Có hai phương pháp xem kết phân tích theo giai đoạn thi công Một xem thành phần lực chuyển cấu kiện giai đoạn thi công định, cách thứ hai xem thay đổi ứng suất phần mặt cắt liên hợp giai đoạn thi cơng trước theo dạng bảng 5.2.2.8.1 Xem thành phần lực Xem thành phần lực giai đoạn thi công CS4, biểu diễn mát dài hạn Ở đây, Summation = Dead + Erection Load + Creep Secondary + Shrinkage Secondary Stage>CS4 Results / Forces / Beam Diagrams Load Cases/Combination>CS:Summation ; Step>Last Step Components>My Output Options>5 Points ; Line Fill Type of Display>Contour (on) Hình 34: Biểu đồ mô men giai đoạn CS4 Như bạn nhìn thấy đây, thay đổi mô men theo giai đoạn thi cơng Hình 34: Mơ men giai đoạn CS4 5.2.2.8.2 Xem ứng suất Xem ứng suất phần mặt cắt liên hợp giai đoạn thi công CS4, biểu diễn mát dài hạn Results / Result Tables / Composite Section for C.S / Beam Stress Node or Element> ; (19) Loadcase/Combination>Summation(CS) (on) Stage/Step>CS1:001(first) ~ CS4:002(last) (on) Part Number>Part j (on) Hình 35: Kiểm tra lực ứng suất mặt cắt liên hợp giai đoạn thi công theo dạng bảng Khi tải trọng di động tải trọng tổng quát đưa vào sau giai đoạn thi cơng hồn thiện, chương trình tạo tổ hợp tải trọng để tổ hợp tải trọng tải trọng giai đoạn thi công xác định ứng suất cho giai đoạn khai thác 5.2.3 Mơ hình hóa phân tích kết cấu cầu bê tơng cốt thép ... trạng thái liên kết kết cấu kết cấu xung quanh móng Một phân tích kết cấu cần có mơ tốn học cho mơ hình phân tích số kết cấu Nó cho phép kỹ sư kết cấu tiến hành khảo sát ứng xử kết cấu chịu điều... Tuy nhiên, đặc tính kết cấu ám tác động quan trọng kết phân tích, kết phụ thuộc lớn vào phương pháp mơ hình hóa loại phần tử sử dụng để xây dựng mơ hình phân tích số kết cấu Do vậy, phần tử hữu... trình mơ hình hóa phân tích kết cấu cho ba giai đoạn: tiền xử lý, phân tích hậu xử lý Nhà phát triển ứng dụng MIDAS/ Civil việc đặt trọng tâm vào khả phân tích chuyên dụng kết cấu xây dựng quan