HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MIDAS ( TIẾNG VIỆT)

Midascivil là một trong những phần mềm Midas của Hàn Quốc. Phần mềm này chỉ mới du nhập vào nước ta chỉ vào khoảng đầu năm 2005 và hiện phần mềm này đang được nghiên cứu và cũng đã có một số cuốn sách tiếng việt được xuất bản. Tuy nhiên, các cuốn sách chưa nêu rõ từng bước chạy, nhập chương trình. Với trình độ hạn chế, tôi chỉ chọn 1 phần trong cuốn Contruction stage Analysis of MSS using the Wizard do các chuyên gia Midas viết. Một số ưu điểm có thể kể đến trong Midas :

5.1 Phương pháp xây dựng mô hình và phân tích kết cấu

với MIDAS/Civil

5.1.1 Quá trình thực hiện một phân tích phần tử hữu hạn

Như đã đề cập ở phần trên, một quá trình mô hình hóa và phân tích kết cấu nói chung

gồm có 3 giai đoạn: giai đoạn tiền xử lý, giai đoạn phân tích tính toán và giai đoạn hậu

xử lý Mỗi giai đoạn tương ứng với những nội dung cụ thể của quá trình mô hình hóa và phân tích phần tử hữu hạn

5.1.1.1 Giai đoạn tiền xử lý

Nói chung giai đoạn tiền xử lý gồm có các công tác định nghĩa mô hình:

 Định nghĩa miền hình học của bài toán

 Định nghĩa các loại phần tử được sử dụng

 Định nghĩa thông số vật liệu của các phần tử

 Định nghĩa các thông số hình học của phần tử (chiều dài, diện tích vànhững thông số khác)

 Định nghĩa các liên kết phần tử (tạo lưới mô hình)

 Định nghĩa các ràng buộc vật lý (điều kiện biên)

 Định nghĩa các tải trọng

Giai đoạn xử lý là bắt buộc Một lời giải phần tử hữu hạn được tính toán hoàn hảonhưng sẽ không có giá trị nếu nó tương ứng với mô hình sai của bài toán

Thông tin về dữ liệu mô hình của kết cấu được đưa vào theo nhiều phương pháp khác

nhau: từ một tệp, từ đồ họa tương tác (GUI), hoặc kết hợp với các mô đun hỗ trợ môhình hóa của chương trình

Hệ thống mô hình hóa phần tử hữu hạn trong MIDAS/Civil được thiết kế thân thiện vớingười sử dụng Quá trình xây dựng lưới phần tử hữu hạn được đặc biệt quan tâm Theo

cách thức tiếp cận đối tượng, mô hình kết cấu được chia thành: các nút, các phần tử, các

thông số vật liệu, mặt cắt, các điều kiện biên và tải trọng Hệ thống chức năng tạo lập và

xử lý đối tượng của phần tử hữu hạn theo đó được thiết kế tập trung Người dùng khi

mô hình hóa đối tượng nào chỉ việc truy vấn đến chức năng tương ứng đã được nhómtheo đối tượng đó

Kết quả mô hình có thể được kiểm tra thông qua nhóm chức năng kiểm tra mô hình trong phần mềm, sự sai sót cơ bản của mô hình kết cấu do người dùng mô tả có thể được tự động sửa chữa.

5.1.1.2 Phân tích tính toán

Trong giai đoạn phân tích, phần mềm phần tử hữu hạn sẽ sắp xếp hệ phương trình đại sốthu được thành dạng ma trận và tính toán các giá trị ẩn của bài toán Các giá trị đượctính toán sau đó sẽ được sử dụng bằng cách thay thế ngược lại các biến liên quan chẳnghạn như các phản lực, các ứng suất phần tử và dòng nhiệt

Một mô hình phần tử hữu hạn ít được biểu diễn lại bằng mười nghìn phương trình vớiđầy đủ các hệ số, nên các kỹ thuật giải đặc biệt được sử dụng để giảm không gian lưutrữ dữ liệu đòi hỏi và thời gian tính toán Đối với các bài toán tĩnh tuyến tính, phươngpháp giải đa mặt trận (multi-frontal method) dựa trên phép khử Gauxơ thường được sửdụng

Trong MIDAS/Civil, tất cả các vấn đề phân tích được tổ chức trong menu Analysis là các điều khiển phân tích Khi phân tích vấn đề đặc biệt nào đó, sau khi lựa chọn các điều khiển phân tích, việc tính toán được thực hiện như bình thường.

5.1.1.3 Hậu xử lý

Phân tích và đánh giá các kết quả giải được gọi là quá trình hậu xử lý Phần mềm hậu

xử lý bao gồm các công đoạn phân tích được sử dụng cho mục đích sắp xếp, in ấn và

biểu diễn các kết quả được chọn từ một lời giải phần tử hữu hạn Các ví dụ của việcthực hiện này có thể được phân chia như sau:

 Sắp xếp các ứng suất theo độ lớn

 Kiểm tra sự cân bằng

 Tính toán các hệ số an toàn

 Biểu diễn hình dạng chuyển vị của kết cấu

 Mô tả ứng xử theo mô hình động

 Thực hiện các biểu diễn nhiệt độ theo màu,…

Trong khi số liệu kết quả có thể được thao tác theo nhiều cách khác nhau trong quá trìnhhậu xử lý, mục tiêu quan trọng nhất là đưa sự điều chỉnh mang tính kỹ thuật trong việc

xác định kết quả phân tích có thể chấp nhận về mặt vật lý hay không

5.1.2 Môi trường phân tích phần tử hữu hạn MIDAS/Civil

Cũng giống như các phần mềm phân tích phần tử hữu hạn như SAP2000, STAADPro,

ANSYS, LUSAS,… phần mềm MIDAS/Civil có đầy đủ các tính năng hỗ trợ tối đa quá trình mô hình hóa và phân tích kết cấu cho cả ba giai đoạn: tiền xử lý, phân tích và hậu

xử lý Nhà phát triển ứng dụng MIDAS/Civil ngoài việc đặt trọng tâm vào khả năngphân tích chuyên dụng của kết cấu xây dựng còn rất quan tâm đến sự thuận tiện chongười sử dụng trong quá trình mô hình hóa Môi trường đồ họa tương tác được pháttriển tối ưu với nhiều phương pháp tiếp cận giải quyết các công tác chuyên môn hỗ trợtối đa và tăng hiệu quả làm việc của người sử dụng

5.1.2.1 Tổ chức hệ thống giao diện của môi trường ứng dụng

Cửa sổ thông điệp Thanh trạng thái

Hình …: Tổ chức các cửa sổ làm việc và hệ thống menu trong MIDAS/Civil

Hệ thống Menu của MIDAS/Civil cho phép truy nhập dễ dàng các chức năng liên quanđến toàn bộ quá trình vào ra và phân tích với sự dịch chuyển chuột ít nhất

Phần Works trong Tree Menu hệ thống toàn bộ quá trình thiết kế, cho phép chúng ta

xem trạng thái của đầu vào một cách nhanh chóng và kiểu kéo và thả trong khả năng mô

hình hóa cho phép chúng ta hiệu chỉnh nhanh chóng dữ liệu trong quá trình mô hình

hóa

Tổ chức của các cửa sổ làm việc trong MIDAS/Civil và hệ thống Menu như sau:

Edit

View

Model

Bao gồm các chức năng về file, in ấn và các chức năng liên quan

Các chức năng Undo và Redo cũng như các chức năng khác liên quan

Phương pháp biểu diễn trực quan và các hàm hỗ trợ, các chức năng lựachọn, các chức năng kích hoạt và bỏ kích hoạt,

Nhập dữ liệu mô hình và tự động phát sinh lưới, nút, phần tử, các thông sốmặt cắt, các điều kiện biên, khối lượng,

Analysis Nhập vào tất cả các dữ liệu điều khiển cần thiết cho quá trình phân tích và

các chức năng thực thi phân tích

Tự động thiết kế kết cấu thép, thép liên hợp bê tông, bê tông cốt thép,kiểm tra theo tiêu chuẩn

Các chức năng chuyển đổi giữa hai chế độ tiền xử lý và hậu xử lý

Các chức năng kiểm tra trạng thái của nút, phần tử và dữ liệu liên quan

Thiết lập hệ thống đơn vị và các thông số giao diện, thi hành lệnh qua filetext (MCT), tính toán thống kê vật liệu, phát sinh số liệu động đất, Tínhtoán đặc trưng mặt cắt,

Window Các chức năng điều khiển đối với tất cả các cửa sổ trong cửa sổ chính và

các chức năng sắp xếp

Help Các chức năng giúp đỡ và truy cập tới trang chủ MIDAS IT

5.1.2.1.1 Tree Menu (Menu dạng cây)

Gồm toàn bộ thủ tục mô hình hóa từ dữ liệu đầu vào cho phân tích, thiết kế và chuẩn bịtính toán được tổ chức có hệ thống Một chuyên gia có thể làm việc hiệu quả mà không

phát sinh lỗi bằng cách truy xuất các hộp hội thoại liên quan

Cũng như vậy, Works Tree cho phép người dùng nhìn thấy tình trạng số liệu đầu vào

của dữ liệu mô hình hiện thời và có thể hiệu chỉnh bằng khả năng kéo và thả

Kéo và thả

Hình …: Menu dạng cây và chức năng kéo và thả

5.1.2.1.2 Context Menu (Menu ngữ cảnh)

Để thực hiện việc dịch chuyển ít nhất của chuột, một cách đơn giản là kích phải chuột.

MIDAS/Civil tự động lựa chọn môt hệ thống menu phụ hợp với các chức năng liên

quan hoặc các chức năng hay được dùng phản ánh tình huống đang làm việc của người

sử dụng

5.1.2.1.3 Model Window (Cửa sổ mô hình)

Cửa sổ mô hình giải quyết việc mô hình hóa, biểu diễn các kết quả phân tích và thiết kếthông qua giao diện đồ họa tương tác của MIDAS/Civil

Cửa sổ mô hình có thể biểu diễn một số cửa sổ đồng thời trên màn hình Bởi vì mỗi cửa

sổ trình diễn một cách độc lập, những hệ thống tọa độ người dùng khác nhau có thể được gán cho các cửa sổ riêng rẽ cho một mô hình Thêm nữa, mỗi cửa sổ chia sẻ cùng

cơ sở dữ liệu nên nội dung được biểu diễn trong một cửa sổ sẽ thay đổi theo các cửa sổ

khác một cách đồng thời

Cửa sổ mô hình có thể biểu diễn các hình dạng mô hình phổ biến cũng như các hình

dạng được phát sinh bằng cách tính năng luôn cập nhật như các đường khuất, tự loại bỏ

các mặt khuất, đổ bóng, chiếu sáng, tô màu, Mô hình, các kết quả phân tích và thiết kế

hoặc mỗi kiểu kết quả phân tích và thiết kế có thể được kiểm tra một cách trực quan

thông qua tính năng rê chuột trên 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 cả toàn bộ dữ liệu, các kết quả phân tích và thiết kế

trong dạng bảng kéo dài Rất nhiều kiểu hiệu chỉnh dữ liệu, việc vào số liệu bổ sung,

biên tập, sắp xếp cho các đặc tính khác nhau và các khả năng tìm kiếm được cung cấp

trong các cửa sổ bảng Chúng cho phép chuyển đổi với các cơ sở dữ liệu phổ biến như

S/W hay Excel

5.1.2.1.5 History Window (Cửa sổ lịch sử)

Cửa sổ lịch sử hiển thị nội dung của toàn bộ dữ liệu mà người sử dụng có thể kiểm tra các tác động trước đó hoặc các trạng thái của quá trình phân tích và thiết kế

5.1.2.1.6 Message Window (cửa sổ thông điệp)

Cửa sổ thông điệp hiển thị tất cả các thông tin cần thiết cho mô hình hóa, các thông tincảnh báo và lỗi

5.1.2.1.7 Status Bar (Thanh trạng thái)

Thanh trạng thái biểu diễn các vấn đề liên quan đến tất cả các 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 quả làm việc

5.1.2.1.8 Toolbar and Icon Menu (Thanh công cụ và Menu biểu tượng)

Menu biểu tượng giúp cho người sử dụng dễ dàng kích hoạt các chức năng hay được sửdụng trong MIDAS/Civil Mỗi biểu tượng được nhóm lại với các biểu tượng có mụcđích tương tự nhau trong nhiều thanh công cụ Mỗi thanh công cụ cóc thể dễ dàng được

kéo bằng chuột đến vị trí mong muống trên màn hình.

Chúng có thể được hiệu chỉnh để xuất hiện một cách chọn lọc trên màn hình hoặc hiệuchỉnh bằng cách sử dụng Tools>Customize Để có thêm thông tin về bất cứ biểu tượng

nào trong thanh công cụ, đặt vị trí con trỏ chuột lên biểu tượng và công cụ hỗ trợ sẽ

cung cấp một mô tả ngắn gọn về nó

5.1.2.2 Thiết lập các thông số giao diện

5.1.2.2.1 Gán hệ thống đơn vị và các chuyển đổi

Trong thực tế, có rất nhiều điều kiện làm việc khác nhau và các dạng dữ liệu.MIDAS/Civil được thiết kế để thực hiện đồng thời việc chỉ định hệ thống đơn vị hoặc

một tổ hợp các kiểu của hệ thống đơn vị Ví dụ, đơn vị “m” đối với dữ liệu hình học và

đơn vị “mm” đối với mặt cắt có thể được sử dụng trong cùng một mô hình Hệ “SI” được sử dụng trong quá trình truy xuất dữ liệu có thể được chuyển đổi thành hệ thốngđơn vị Anh (Imperial) đối với các kết quả phân tích và thiết kế

Hệ thống đơn vị nhiệt độ đòi hỏi một hệ thống đơn vị không đổi với dữ liệu Các đơn vịcủa mô men, ứng suất hoặc mô đun đàn hồi được tổ hợp từ các đơn vị đo chiều dài và

lực có thể được tự động điều chỉnh bởi chương trình thông qua các kiểu đơn vị đo chiềudài và đo lực được chọn bởi người sử dụng

Hình : Hộp thoại hệ thống đơn vị

Người sử dụng có thể dùng Tools>Unit System hoặc hàm chuyển đổi hệ thống đơn vị

của thanh trạng thái tại vị trí phía dưới của màn hình để gán hoặc chuyển đổi hệ thốngđơn vị

5.1.2.2.2 Thiết lập giao diện

Nói chung, mỗi một dự án là duy nhất Kích thước và các đặc tính vật liệu của mỗi kếtcấu là khác nhau, và sẽ thuận tiện khi định nghĩa môi trường mô hình hóa trước khi bắtđầu một dự án mới

Vì tỉ lệ của kết cấu trở nên rõ ràng trong giai đoạn đàu của một dự án mới, nên có thể

gán các khoảng cách lưới dùng trước đó Điều này tránh các điều chỉnh thêm và khônghiệu quả của kích thước trên màn hình

Hình …: Hộp thoại thiết lập thông số giao diện

Tools>Preferences của MIDAS/Civil cho phép thiết lập các dữ liệu cơ bản được yêu

cầu để chạy chương trình Khai chức năng giao diện được chọn, hộp hội thoại được hiển thị ở phía dưới Chọn toàn bộ hệ thống từ menu dạng cây ở bên trái và nhập các dữ liệuyêu cầu

Environment General (Môi trường chung) Cung cấp tên người sử dụng, biểu tượng

công ty, và thiết lập mặc định việc ghi file,…

View (Hiển thị) Đặt mặc định cho cửa sổ và các kích thước của nó.

Data Tolerance (Dung sai hay sai số số liệu) Gán các giới hạn của tổ hợp nút và giới

hạn trên của các giá trị số để phân biệt với số không

Property (thuộc tính) Gán các dữ liệu cơ bản về vật liệu và mặt cắt

Design (Thiết kế) Gán các tiêu chuẩn thiết kế thích hợp cho các kiểu thông số vật liệu

khác nhau

Load (Tải trọng) Ghi lại cơ sở dữ liệu đối với các tải trọng sàn.

Output formats (Định dạng kết quả)

Formats (định dạng): Gán số chữ số thập phân có nghĩa cho dữ liệu mô hình và các kết

quả phân tích

Initial Model Boundary Size (Kích thước giới hạn của mô hình xuất phát)

Gán kích thước của cửa sổ làm việc Ví dụ, nếu đơn vị chiều dài được đặt là “m” và số

nhập vào là “10”, chiều đứng của cửa sổ mới sẽ được thiết lập bằng 10m

Initial Point Grid (Lưới điểm xuất phát)

Gán khoảng cách các lưới điểm để hiển thị trên cửa sổ

Grid Space x: khoảng cách lưới điểm theo phương x trong hệ tọa độ người dùng

Grid Space y: khoảng cách lưới điểm theo phương y trong hệ tọa độ người dùng

Grid On: lựa chọn hiển thị lưới điểm trong cửa sổ

Initial View Point: gán hệ tọa độ tương ứng với quan sát 3 chiều (Iso View) hoặc hệ tọa

độ tổng thể theo mặt phẳng XY

Snap (bắt điểm)

Snap được sử dụng để gán trạng thái bắt điểm Các chức năng bắt điểm có thể được thiết lập đồng thời tại một thời điểm Khi các nút hoặc các phần tử được nhập vào bằng

chuột, Snap tự động thiết lập vị trí chuột gần nhất với lưới, nút hoặc phần tử Các kiểu

chức năng của Snap được MIDAS/Civil hỗ trợ như nhau:

Point Grid Snap

Tìm kiếm các điểm lưới liên tục với vị trí con chuột

Thiết lập lưới điểm bằng cách dùng lệnh

Line Grid Snap

Set Point Grid.

Tìm kiếm các vị trí giao của các lưới đường liên tục với vị trí chuột Thiết lập lướiđường bằng lệnh

Node Snap

Set Line Grid.

Tìm kiếm các điểm nút gần với vị trí chuột

Element Snap

Tìm vị trí giữa phần tử gần với con trỏ chuột Tong trường hợp phần tử thẳng, vị tríbước nhảy có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng chức năng đặt điểm bắt ở bên phảicủa thanh trạng thái gần vị trí phía dưới của cửa sổ Ví dụ, người sử dụng có thể định vịtrí bắt điểm tại điểm thứ ba của một phần tử Tính năng này rất hữuích khi một phần tử thẳng được thiết lập và phần tử thẳng khác sẽ được liên kết với một

Hình 111: Các chế độ truy bắt trong MIDAS/Civil

5.1.2.3 Các phương pháp và qui định nhập số liệu

5.1.2.3.1 Các phương pháp nhập số liệu

Toàn bộ dữ liệu được nhập vào thông qua hộp hội thoại, cửa sổ dạng bảng, lệnh MCT

và cửa sổ mô hình trong MIDAS/Civil Dùng hộp hội thoại, dữ liệu có thể được nhập

vào từ cả chuột lẫn bàn phím Bàn phím được sử dụng chủ yếu cho các kiểu cửa sổ bảng

và dạng lệnh MCT, và chuột được sử dụng chủ yếu trong cửa sổ mô hình

Trong hộp hội thoại, các nút sau đây được sử dụng để phản ánh hoặc hủy bỏ dữ liệutrong mô hình

Phản ánh toàn bộ dữ liệu trong mô hình và tại cùng một thời gian, kếtthúc các tính toán và đóng hộp hội thoại

Phản ánh toàn bộ dữ liệu hiện tại trong mô hình và chấp nhận một cáchliên tục bất kỳ dữ liệu thêm nào và sự hiệu chỉnh được duy trì với hộphội thoại luôn kích hoạt

Hủy bỏ dữ liệu hiện tại và đóng hộp thoại

Đóng hộp thoại

Khi chuyển đổi các phần tử dữ liệu trong một

hộp thoại, sử dụng phím Tab để di chuyển từ

trường dữ liệu này sang trường dữ liệu khác

hoặc chỉ định trực tiếp dữ liệu bằng cách đưa

chuột qua trường dữ liệu m ong muốn Nếu

phím Shift+Tab được sử dụng, chuỗi nhập liệu

sẽ được thực hiện

Cửa sổ bảng là một cửa sổ dạng bảng kéo dài

nơi mà tất cả các dữ liệu và kết quả thiết kế có

thể được nhìn thấy một cách rõ ràng Nó cho

phép người sử dụng tạo thêm bất kỳ dữ liệu

hoặc một hiệu chỉnh nào

Lệnh MCT là một tính năng mô hình hóa duy

nhất cho phép người dùng vào dữ liệu thông qua

các lệnh dạng văn bản.

5.1.2.3.2 Các lệnh nhập số liệu

Để thuận tiện, MIDAS/Civil cung cấp các lựa chọn nhập dữ liệu sau đây:

- Ở một số dữ liệu kiểu số được nhập vào một cách liên tục trong một trường dữliệu, những dữ liệu này có thể được phân biệt bằng một dấu “,” (phẩy) hoặc một

dấu “ “ (cách, ký tự trắng)

- Ví dụ ‘333, 102, 101” hoặc “333 102 101’

- Dữ liệu về vị trí, các thuộc tính và mặt cắt phần tử và những dữ liệu thích hợp

khác có thể được nhập vào thông qua các phép gán đơn giản trong cửa sổ mô hình

- Chiều dài hoặc sự gia tăng theo hướng có thể được chỉ định bằng việc sử dụngchuột lựa chọn vị trí ban đầu và các điều cuối phù hợp trong cửa sổ mô hình hơn

là việc gõ những dữ liệu này trực tiếp từ bàn phím

- Ở những chỗ mà chiều dài bằng nhau được lặp lại, dữ liệu có thể được đơn giảnhóa bằng cách gõ “số lần lặp @ chiều dài” thay vì lặp đi lặp lại cùng một số

- Ví dụ: 20, 25, 22.3, 22.3, 22.3, 22.3, 22.3, 88 tương đương với 20, 25,5@22.3,88

Bàn phím có thể được dùng để nhập các dữ liệu được chọn một cách trực tiếp Việcđánh số hiệu nút hoặc số hiệu phần tử liên quan có thể là một cấp số cộng hoặc cấp sốtăng Khi đó, dữ liệu có thể được đơn giản bằng cách viết “số hiệu đầu tiên to (t) số hiệucuối cùng” hoặc số hiệu đầu tiên to (t) số hiệu cuối cùng by bước tăng”

Ví dụ 21, 22, … , 54, 55, 56 tương đương “21 to 56”, “21 t 56”

Ví dụ 35, 40, 45, 50, 55, 60 tương đương “35 to 60 by 5”, “35 t 60 by 5”

Số và các biểu thức toán học có thể được dùng trong dạng tổ hợp

Các ký hiệu toán học và ngoặc đơn được áp dụng trong tính toán kỹ thuật có thể được

sử dụng

Ví dụ: π × 202 tương đương với PHI * 20^2

Ví dụ: 35 + 3 × sin 30 + 2 cos 30 + sin 30

Tương đương với “35 + 3 * (sin(30) + 2 * SQRT(cos(30)^2+sin(30)^2))”

Ký hiệu Nội dung

Ví dụ.: 2 = SQRT(2)Đơn vị: Độ

Đơn vị: ĐộĐơn vị: ĐộVd.: sin-1(0.3)=ASIN(0.3)Vd.: cos-1(0.3)=ACOS(0.3)Vd.: tan-1(0.3)=ATAN(0.3)EXP Hàm

SINH

COSH

số mũSin hypebolCos hypebol

Vd.: e0.3 =EXP(0.3)Vd.: sinh(1)=SINH(1)Vd.: cosh(1)=COSH(1)

1 Các toán tử chấp nhận cả chữ hoa lẫn chữ thường

2 Vì các toán tử giống như trong tính toán kỹ thuật, nên cấu trúc của các phép toántheo qui tắc của các toán học thông thường

5.1.2.4 Các chức năng hỗ trợ tương tác với môi trường ứng dụng

5.1.2.4.1 Biểu diễn hình dạng mô hình

Các chức năng biểu diễn hình dạng mô hình của MIDAS/Civil như Wire Frame,

Hidden, Shrink, Perspective and Render View biểu diễn mô hình với nhiều kiểu hìnhdạng và quan sát khác nhau Những chức năng này giúp người sử dụng kiểm soát đượctrạng thái nhập liệu của mô hình và thao tác với mô hình như mong muốn

Các chức năng biểu diễn hình dạng mô hình của MIDAS/Civil gồm có:

Shrink: hiển thị các phần tử được mô hình hóa với các kích thước bị thu ngắn

Tính năng này cho phép kiểm tra sự kết nối giữa các phần tử và nút

Perspective: hiển thị quan sát ba chiều của mô hình.

Hidden: hiển thị hình dạng mô hình phản ánh các hình dạng mặt cắt của cácphần tử và chiều dầy của chúng như khi chúng xuất hiện ngoài thực tế

Render View: hiển thị hình dạng mô hình phản ánh các hình dạng mặt cắtcủa các phần tử và chiều dầy của chúng với hiệu ứng bóng đổ như thực tế

Rendering Option: điều chỉnh các hiệu ứng về ánh sáng và bong đổ cho tínhnăng Render View

Display: hiển thị trong cửa sổ làm việc các số hiệu nút và phần tử, cac kýhiệu vật liệu và mặt cắt, các trạng thái đầu vào của tải trọng,…

Display Option: điều khiển tất cả thông số đồ họa được hiển thị trong cửa sổlàm việc gồm tất cả các kiểu hiển thị như bảng màu của các tính chất, kíchthước biểu diễn,…

5.1.2.4.2 Phóng to/thu nhỏ và điều chỉnh vị trí

Tất cả các tính năng quan sát của MIDAS/Civil với tính năng Render View hỗ trợcho người dùng có được các quan sát ba chiều của mô hình và các kết quả phân tích,thiết kế một cách chính xác thông qua các góc và điểm nhìn.

Những tính năng điều khiển quan sát này như sau:

Điểm quan sát

Iso View: biểu diễn mô hình trong không gian ba chiều

Top View: biểu diễn mô hình như khi được nhìn theo chiều +Z

Left View: biểu diễn mô hình như khi được nhìn theo chiều –X

Right View: biểu diễn mô hình như khi được nhìn theo chiều +X

Front View: biểu diễn mô hình như khi được nhìn theo chiều –Y

Angle View: biểu diễn mô hình như khi được nhìn từ một điểm được chỉ địnhtrước

Rotate Up: quay mô hình lên trên từ mặt phẳng nằm ngang.

Rotate Down: quay mô hình xuống dưới từ mặt phẳng nằm ngang

Zoom In: tăng cửa sổ hiện tại một cách từ từ.

Zoom Out: giảm cửa sổ hiện tại một cách từ từ

Dịch chuyển

Pan Left: dịch chuyển cửa sổ mô hình sang bên trái

Pan Right: dịch chuyển cửa sổ mô hình sang bên phải

Pan Up: dịch chuyển cửa sổ mô hình lên phía trên

Pan Down: dịch chuyển cửa sổ mô hình xuống phía dưới

Quan sát động

Phần quan sát động của MIDAS/Civil gồm có các tính năng Zoom, Pan và Rotate Kếtcấu sẽ được hiển thị một cách chân thực theo thời gian thực từ điểm nhìn mong muốn

bằng cách giữ phím trái chuột và rê chuột đồng thời

Bằng cách kết hợp tính năng Dynamic Zoom/Rotate và Render View, chúng ta có thể

nhìn thấy bên trong và đi xuyên qua kết cấu (Walk Through Effect) hoặc “bay” qua kết

cấu

5.1.2.4.3 Các phương pháp lựa chọn và kích hoạt/bỏ kích hoạt đối tượng

5.1.2.4.3.1 Lựa chọn đối tượng

Các tính năng lựa chọn rất quan trọng và rất cần thiết đối với tất cả các công tác phát sinh mô hình kết cấu Trong MIDAS/Civil những tính năng này như sau:

Chọn các điểm giaoChọn theo số hiệu nútChọn theo số hiệu phần tửChọn lại đối tượng đã được chọn trước đóChọn các đối tượng mới tạo

Chọn theo mặt phẳngChọn theo khối không gianChọn tất cả

Nhóm

Chọn các đối tượng mong muốn bằng cách kích chuột mỗi lần Bỏ những đối tượng đãchọn trong tập chọn bằng cách kích vào chúng thêm lần nữa Tính năng lựa chọn theo

cửa sổ có thể có hiệu lực bằng cách kéo phím trái chuột từ một điểm cố định

Select Window Unselect Window

Kích hai góc chéo của một cửa sổ chứa các đối tượng bằng chuột và chọn hoặc bỏ chọncác nút cũng như các phần tử

i xác định cửa sổ, chỉ chọn các nút và phần tử nằm hoàn toàn trong cửa sổ bằng cáchKh

kéo con trỏ chuột từ trái qua phải Còn khi chọn tất cả các phần tử bên trong cửa sổ và

cắt các biên cửa sổ bằng cách kéo chuột từ phải sang trái

Select Polygon Unselect Polygon

Chọn hoặc bỏ chọn các nút hoặc phần tử bằng cách kích chuột tại các góc của đa giácchứa các đối tượng bằng chuột Khi góc cuối cùng được kích, kích chuột trái hai lần xácđịnh một đa giác khép kín nối điểm đầu và điểm cuối vừa xác định Tất cả các nút và phần tử nằm trong đa giác sẽ được chọn

Select Intersect Unselect Intersect

Chọn hoặc bỏ chọn các phần tử bằng cách lấy cắt ngang một chuỗi các đoạn thẳng nốinhau liên tiếp giao với các phần tử bằng cách dùng chuột trong cửa sổ mô hình Khikích vào điểm cuối cùng của đoạn thẳng, nhấn phím trái chuột hai lần Quá trình lựachọn sẽ kết thúc

Select Plane Unselect Plane

Bằng cách xác định một mặt phẳng nhất định, chọn hoặc bỏ chọn tất cả các nút hoặcphần tử nằm trong mặt phẳng

Các phươ họ ột mặt phẳng như sau:

3 Points (qua 3 điểm)

Chỉ định 3 điểm nằm trong mặt phẳng mong muốn

Xác định một mặt phẳng song song với mặt phẳng YZ với tọa độ X cho trước.

Select Volume Unselect Volume

Để xác định một khối nhất định, chọn hoặc bỏ chọn tất cả các nút và phần tử nằm trongkhối đó

Phương pháp chọn đối tượng bằng cách chỉ định thông số đối tượng

Select Identity

Chọn các đối tượng bằng theo các thông số vật lý hoặc hình học của chúng, nghĩa là chọn các nút hoặc phần tử với các thông số nhận biết, các kiểu hoặc nhóm.

Các đối tượng có thể được chọn theo mỗi điểm nhận biết hoặc nhiều điểm nhận biết mộtcách đồng thời

Các kiểu lựa chọn để chọn đối tượng như sau:

Chọn theo kiểu chiều dầyChọn theo tên mặt phẳngChọn theo mã nhận dạng của tầngChọn các nút theo điều kiện gốiChọn các phần tử dầm theo điều kiện liên kết hai đầu dầmChọn theo số hiệu của tường

Chọn theo nhóm phần tửChọn theo nhóm điều kiện biênChọn theo nhóm tải trọng

Chọn các kiểu mong muốn trong danh sách lựa chọn ở trên Chọn hoặc hiệu chỉnh cácđối tượng được chọ ột ần lượt Ngoài ra, một phần tử có mã nhận dạng trongcửa sổ mô hình có thể được chọn bằng chuột

Select Previous

Chọn lại các đối tượng đã được chọn ở bước trước đó

Select Recent Entities

Chọn các nút hoặc các phần tử được phát sinh gần nhất trong quá trình thực hiện tạo lập

mô hình

Nhóm

MIDAS/Civil cho phép chúng ta định nghĩacác nhóm kết cấu (Structure group) bằng

cách nhóm các nút và phần tử lại, nhóm điều kiện biên (Boundary Group) và nhóm tải

trọng (Load Group) tương ứng đối với các điều kiện biên và tải trọng được gắn với các nút và phần tử Ngoài ra, từ phiên bản 6.7.1 nhóm cáp (Tendon Group) được bổ sung để tăng sự thuận lợi trong việc quản lý và

tương tác với đối tượng cáp dự ứng lực rất hay gặp trong kết cấu cầu Những nhóm nàyđược sử dụng để thiết lập các giai đoạn thi công

Đầu tiên, gán tên một nhóm kết cấu và cácnút cũng như các phần tử phù hợp bằng cáctính năng lựa chọn Sử dụng tính năng kéo

và thả trong phần Group của menu dạngcây, chúng ta có thể gán các nút và phần tửcho các tên nhóm thích hợp Việc sử dụngnhóm rất hữu ích đối với các kết cấu có quátrình mô hình hóa phức tạp nhờ việc lựachọn và kích hoạt các nhóm nhất định mà không phải lặp lại một quá trình lựa chọnphức tạp nào

Trình tự thông thường để khai báo nhóm kếtcấu như sau:

1 Chọn Model>Group>DefineStructure Group (hoặc kích vàoGroup, chọn Structure Group từ phần Group trong menu dạng cây vàchọn

phải)

sau khi nhấn chuột

2 Nhập tên nhóm vào mục tên (Name) với hậu tố đi kèm và nhấn nút

để tạo một số nhóm kết cấu một cách đồng thời

3 Sử dụng các tính năng chọn đối tượng, chọn các nút và phần tử tương ứng đểgán vào các nhóm kết cấu

4 Định nghĩa các nhóm kết cấu bằng phương pháp kéo và thả của menu dạng cây.Các nhóm điều kiện biên và tải trọng, cáp dự ứng lực được định nghĩa một cách tương

tự

Chọn bằng phương pháp lọc

Chọn bằng phương pháp lọc ứng dụng vơi các phần tử thẳng theo chiều của các phần tử

kết hợp với các phương pháp chọn đồ họa và chọn theo thông số đối tượng Khi các đối

tượng được chọn bằng phương pháp đồ họa, chỉ có các phần tử thẳng thỏa mãn điều kiện lọc sẽ được chọn phụ thuộc vào việc định nghĩa chiều của trục hoặc mặt phẳng từ

mục chọn bằng cách lọc được minh họa dưới đây

Để thực hiện phương pháp chọn theo thông số đối tượng, xác định các đối tượng mong

muốn và nhấn vào nút lọc để chọn các phần tử thỏa mãn điều kiện lọc giữa các đốitượng phần tử thẳng được chọn.

5.1.2.4.3.2 Kích hoạt và bỏ kích hoạt mô hình

Tính năng Active/Inactive được sử dụng để hiển thị hoặc ẩn các bộ phận nhất định củakết cấu

Active biểu diễn một trạng thái mà các công tác mô hình hóa có thể được thực hiện Các công tác mô hình hóa như chọn, thêm và hiệu chỉnh không cho phép đối với các phầnkhông kích hoạt

Inactivated Object trong mục Draw ở phần View>Display Option cho phép bỏ kích hoạtcác phần sẽ xuất hiện hoặc không xuất hiện trên màn hình

Tính năng này có thể được sử dụng một cách hiệu quả đối với các kết cấu phức tạp hoặccác công tác hậu xử lý

Ví dụ, bằng cách kích hoạt phần bản của một kết cấu cầu trên màn hình, công tác môhình trở nên dễ quản lý hơn Tính năng này làm đơn giản các công tác như thêm hoặc hiệu chỉnh các nút và phần tử, xem xét các kết quả phân tích bằng cách kích hoạt một cách có lựa chọn các kiểu phần tử, mặt cắt hoặc kiểu thuộc tính nhất định Việc phân

tích các giá trị thành phần lực lớn nhất và nhỏ nhất sẽ trở nên dễ dàng hơn

Tính năng Active/Inactive được sử dụng kết hợp với các tính năng lựa chọn Sau khi

chọn các phần đối tượng mong muốn, kích hoạt hoặc bỏ kích hoạt các sự lựa chọntương ứng bằng các tính năng được tóm tắt dưới đây

Active: hiển thị chỉ phần được chọn trong khi các phần khác bị ẩn

Inactive: ẩn chỉ các phần được chọn trong khi các phần khác được hiển thị

Inverse Acitve: chuyển ngược lại trạng thái ẩn/hiện của các đối tượng

Active All: kích hoạt tất cả các đối tượng

Active Identity: kích hoạt các đối tượng được chọn trên mặt phẳng xy của hệ tọa độngười dùng.

Active Previous: trở lại trạng thái kích hoạt hoặc bỏ kích hoạt trước đó

5.1.3 Mô hình phân tích số của MIDAS/Civil

Mô hình phân tích của một kết cấu gồm có các nút (điểm nút), các phần tử và các điều

kiện biên Các phần tử hữu hạn được sử dụng trong toàn bộ dữ liệu, biểu thị các cấu

kiện của kết cấu để phân tích số, và các nút định nghĩa các vị trí của các phần tử đó Các

điều kiện biên biểu diễn trạng thái của các liên kết giữa kết cấu và các kết cấu xung

quanh như nền móng Một phân tích kết cấu cần có các mô phỏng toán học cho một mô

hình phân tích số của một kết cấu Nó cho phép các kỹ sư kết cấu tiến hành khảo sát các

ứng xử của kết cấu như chịu các điều kiện thực tế được dự đoán trước Có thể xem tiền

đề của một phân tích kết cấu thành công là các đặc tính kết cấu và các điều kiện môi trường xung quanh đối với kết cấu được xác định một cách đúng đắn Các điều kiệnngoài như các điều kiện tải trọng có thể được xác định bằng các tiêu chuẩn xây dựngthích hợp hoặc được lấy bằng cách tiếp cận con số thống kê Tuy nhiên, các đặc tính kếtcấu ám chỉ một tác động quan trọng đối với các kết quả phân tích, vì các kết quả nàyphụ thuộc rất lớn vào phương pháp mô hình hóa và những loại phần tử được sử dụng đểxây dựng mô hình phân tích số của kết cấu Do vậy, các phần tử hữu hạn có thể đượclựa chọn một cách cẩn thận để chúng biểu diễn kết cấu thật đúng nhất có thể Điều này

có thể được thực hiện bằng sự hiểu biết sâu về các đặc tính độ cứng của phần tử mà ảnhhưởng đến các ứng xử của kết cấu thật Tuy nhiên không phải luôn luôn dễ dàng và có

thể thỉnh thoảng sẽ không hiệu quả trong việc phản ánh mỗi thuộc tính độ cứng và thuộctính vật liệu của kết cấu một cách chính xác trong mô hình phân tích số Các kết cấu thậtnói chung có các hình dạng phức tạp và các tính chất vật liệu đa dạng Đối với cácnguyên nhân thực tế, người kỹ sư có thể làm đơn giản hoạc điều chỉnh mô hình phântích số miễn là nó không làm lệch lạc mục đích phân tích Ví dụ, người kỹ sư có thể sửdụng các phần tử dầm để phân tích các kết cấu tường chịu cắt hơn là sử dụng phần tửphẳng (phần tử tấm uốn hoặc phần tử ứng suất phẳng) dựa trên suy xét của anh ta.Trong thực hành, mô hình hóa một kết cấu tường chịu lực như một cột rộng, được biểudiễn bởi một phần tử dầm thay thế cho một phần tử phẳng, sẽ tạo ra các kết quả phântích tin cậy, nếu chiều cao của tường lớn hơn chiều rộng của nó năm lần Cũng vậy,trong các kết cấu như cầu chẳng hạn, sẽ hiệu quả hơn khi dùng các phần tử thanh (phần

tử dàn, phần tử dầm, ) so với việc sử dụng các phần tử phẳng (phần tử tấm hoặc phần tử

ứng suất phẳng) để mô hình hóa các dầm chính, từ việc quan sát thời gian phân tích và

áp dụng thiết kế thực tế

Mô hình phân tích của một kết cấu nhà cao tầng có thể được đơn giản hóa nếu các tácđộng màng cứng có thể được giả thiết cho các phân tích lực ngang Trong những trườnghợp như vậy, các sàn có thể được bỏ qua trong mô hình nhà cao tầng bằng cách thiết lậpcác ràng buộc hình học thích hợp mà không cần mô hình các sàn bằng các phần tử hữuhạn

Các phần tử hưu hạn lý tưởng hóa về mặt toán học của các đặc tính kết cấu cho các cấukiện để làm liên tục một kết cấu Tuy nhiên, các phần tử không thể biểu diễn một cáchhoàn hảo các đặc tính kết cấu của mọi cấu kiện trong tất cả các môi trường Như đã đềcập trước đây, bạn được khuyến khích lựa chọn các phần tử một cách cẩn thận chỉ saukhi hiểu biết sâu sắc về các đặc tính của các phần tử Các biên và sự liên kết của cácphần tử phải phản ánh các ứng xử của chúng liên quan đến các bậc tự do của nút

5.1.3.1 Các hệ tọa độ và nút

MIDAS/Civil đưa ra những hệ tọa độ sau:

 Hệ tọa độ chung : Global Coordinate System (GCS)

 Hệ tọa độ phần tử : Element Coordinate System (ECS)

 Hệ tọa độ nút : Node local Coordinate System (NCS)

GCS sử dụng các các chữ in hoa “X-Y-X” là tên các trục như quy ước trong hệ tọa độ

Đề Các và các chiều được xác định theo quy tắc bàn tay phải GCS được sử dụng cho

dữ liệu nút, phần lớn dữ liệu vào kết hợp với nút và tất cả các kết quả trả về được kếthợp với nút ví dụ như chuyển vị và phản lực

GCS định nghĩa các vị trí hình học của kết cấu cho việc phân tích và nó sẽ được tự độngtham chiếu tới gốc tọa độ tại vị trí X=0, Y=0 và Z=0 bởi chương trình Chiều của trục Z

trong MIDAS/Civil được mặc định là chiều đứng của màn hình, nó thuận tiện để nhập

vào chiều đứng của kết cấu có phương song song với trục Z trong GCS Hệ tọa độ phần

tử ECS sử dụng chữ nhỏ “x-y-z” làm tên các trục như quy ước trong hệ tọa độ Đề Các

và chiều cũng được xác định theo quy tắc bàn tay phải Kết quả trả về là tất cả các lực

và ứng suất của phần tử và phần lớn dữ liệu nhập vào đều được kết hợp với phần tử vàđược thể hiện trong hệ tọa độ phần tử.

Hệ tọa độ nút (NCS) được sử dụng để định nghĩa dữ liệu vào kết hợp với các điều kiện

biên ví dụ như biên cố định, biên đàn hồi và biên chuyển vị(lún), một điều đáng chú ý là

hệ tọa độ không được dùng kết hợp với GCS Ngoài ra NCS được sử dụng để đưa ra các

phản ứng trong 1 hệ tọa độ bất kỳ Hệ tọa độ nút NCS sử dụng chữ nhỏ “x-y-z” làm tên các trục như quy ước trong hệ tọa độ Đề Các và chiều cũng được xác định theo quy tắcbàn tay phải

Hình 1.1 Hệ tọa độ chung và tọa độ nút

Một hệ tọa độ địa phương khác dùng cho các phần tử cáp cũng được xem xét gọi là hệ tọa độ địa phương của cáp TCS (Tendon Coordinate System) Hệ tọa độ này được ứng dụng trong mô hình hóa cáp dự ứng lực trong các cấu kiện dầm.

• Phần tử cáp (Cable Element)

Việc định nghĩa các kiểu phần tử, các đặc tính vật liệu của phần tử và thông số độ cứngphần tử tạo dữ liệu đầy đủ cho các phần tử hữu hạn Các số hiệu nút liên kết được chỉ

định để định nghĩa vị trí, hình dạng và kích thước các phần tử

5.1.3.2.1 Phần tử dàn (Truss Element)

Phần tử dàn là phần tử thẳng ba chiều có hai điểm nút Có một trục chịu kéo nén, một

kích thước lớn hơn nhiều so với hai kích thước còn lại, kích thước đó chính là trục chịu

kéo nén Phần tử này thường sử dụng trong những mô hình dàn hoặc mô hình thanh

giằng chéo Phần tử này chỉ có biến dạng dọc trục

Bậc tự do và hệ tọa độ địa phương của phần tử

Tất cả các lực và ứng suất của phần tử được biểu diễn theo hệ tọa độ phần tử ECS Đặc

biệt, hệ tọa độ phần tử được sử dụng để chỉ định độ cứng chống cắt và chống uốn của

các phần tử dầm

Chỉ có trục x trong hệ tọa độ phần tử có ý nghĩa về mặt kết cấu cho các phần tử duy trì

độ cứng dọc trục, ví dụ như phần tử dàn và phần tử chỉ chịu kéo hoặc chịu nén Tuy

nhiên trục y và z trong hệ tọa độ phần tử cần phải có để xác định hướng mặt cắt ngang

của phần tử được hiển thị một cách trực quan