MIDAS PHÂN TÍCH CẦU TREO DÂY VÕNG BẰNG MIDAS

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 :

Trang 1

HƯỚNG DẪN PHÂN TÍCH

GIAI ĐOẠN HOÀN THIỆN VÀ GIAI ĐOẠN THI CÔNG CẦU TREO DÂY VÕNG

Mục lục (Contents)

Các bước tiến hành phân tích giai đoạn ban đầu (Procedure for

Mô hình phân tích giai đoạn hoàn thiện (Complete state analysis

Mô hình kết cấu (Structural modelling) 4 Tạo giao diện làm việc (Assign working environment) 5 Khai báo đặc trưng vật liệu (Define material properties) 6 Khai báo đặc trưng mặt cắt (Define section properties) 7 Phân tích trạng thái cân bằng ban đầu (Initial equilibrium state analysis)

9 Chia phần tử trụ tháp và tạo phần tử giằng trụ tháp (Division of pylon elements to create

Khai báo điều kiện biên (Input boundary condition) 17 Khai báo nhóm kết cấu (Define structure groups) 23

Phân tích cầu treo dây võng (Suspension Bridge Analysis Control) 27 Loại bỏ dữ liệu kiểm tra phân tích phi tuyến và dữ liệu phân tích cầu treo dây võng

(Remove Nonlinear Analysis Control Data & Suspension Bridge Analysis Data)

Tiến hành phân tích kết cấu/giai đoạn hoàn thiện (Perform Structural Analysis /Completed State Analysis) 37

Xem kết quả phân tích của giai đoạn hoàn thiện

(Review Results of the Completed State Analysis) 38

Kết qua phân tích tĩnh (Static Analysis Results) 38

Mo hình dùng phân tích giai đoạn thi công

Ts Phùng Mạnh Tiến Trang 1

Trang 2

(Modeling for Construction Stage Analysis) 44

Tạo giao diện làm việc (Assign Working Environment) 45 Khai báo tên các giai đoạn thi công (Define Construction Stage Names)

46

Tạo các nhóm kết cấu (Assign Structure Groups) 47 Tạo các nhóm điều kiện biên (Assign Boundary Groups) 55 Khai báo tải trọng giai đoạn thi công và nhóm tải trọng

(Define Construction Stage Loads and Load Groups) 60 Khai báo các giai đoạn thi công (Define Construction Stages) 61 Khai báo dữ liệu phân tích giai đoạn thi công (Input Construction Stage

Tiến hành phân tích kết cấu/phân tích giai đoạn thi công (Perform Structural Analysis /Construction Stage Analysis) 68

Xem kết quả phân tích giai đoạn thi công

(Review Construction Stage Analysis Results) 69

Xem kết quả biến dạng (Review Deformed Shape) 69

Xem kết quả lực dọc trục (Review axial forces) 74 Xem kết quả biến dạng với hình ảnh động (Review deformed shape

Trang 3

Lời giới thiệu (Introduction)

Nói chung cầu treo dây võng có thể thuộc loại kết cấu có nhịp

lớn (Suspension bridges can generally be clasified as long span structures).

Cầu treo dây võng bao gồm bản mặt cầu -dầm chủ, cáp chủ hay

cáp treo chính và dây treo (Suspension bridges comprise longitudinal

deck (main girders) supported by hangers suspended from cables) Kết cấu

dầm chủ được treo lên cáp chủ nhờ hệ dây treo Cáp treo chính

được neo tại hai đầu (The cables are connected to anchors at each end)

Tính toán phân tích kết cấu cầu treo dây võng được tiến hành chohai giai đoạn: phân tích trạng thái hoàn thiện và phân tích trạng thái

kết cấu trong quá trình thi công (The analysis of a suspension bridge is

divided into completed state analysis and construction stage analysis).

Việc phân tích trạng thái hoàn thiện nhằm mục đích kiểm tra

ứng xử của cầu sau khi hoàn thiện (The completed state analysis is

performed to check the behavior of the completed bridge) Trong giai đoạn

này, kết cấu ở trạng thái cân bằng dưới tác dụng của tải trọng

bản thân, biến dạng do tải trọng bản thân gây ra đã xuất hiện (At

this stage, the structure is in balance under self-weight, and the deflection due

to the self-weight has already occurred) Trạng thái này được xem như

trạng thái cân bằng ban đầu của cầu treo dây võng (This stage is

referred to as the initial equilibrium state of the suspension bridge) Kết quả

phân tích giai đoạn này là tọa độ và lực căng trong cáp chủ (The

initial equilibrium state analysis will provide the coordinates and tension forces

in the cables) Phân tích trạng thái hoàn thiện của cầu treo dây võng

nhằm mục đích kiểm tra ứng xử của kết cấu dưới tác dụng củacác tải trọng công thêm như hoạt tải, tải trọng động đất và tải

trọng gió (The completed state analysis of the suspension bridge is

performed to check the behavior of the structure under additional loads such

as live, seismic and wind loadings) Tổng tải trọng dùng phân tích giai

đoạn hoàn thiện sẽõ bao gồm tải trọng bản thân của kết cấu ở

trạng thái cân bằng ban đầu (The self weight loading in the initial

equilibrium state will also be added to the total loading for the completed state analysis).

Trong kết cấu cầu treo dây võng, ứng xử phi tuyến được thể hiện

rất rõ trong suốt quá trình thi công (Suspension bridges exhibit

significant nonlinear behavior during the construction stages) Nhưng trong

trạng thái hoàn chỉnh, kết cấu được xem như tuyến tính dưới tác

dụng của tải trọng thứ cấp như hoạt tải xe, tải trọng gió … (But it

can be assumed that the bridge behaves linearly for additional loads (vehicle, wind load, etc.) in the completed state analysis) Bởi vì trong thực tế, lực

căng dưới tác dụng của tải trọng ở trạng thái cân bằng ban đầu

đã được truyền vào cáp chủ và cáp treo (This is due to the fact that

sufficient tension forces are induced into the main cables and hangers under the initial equilibrium state loading). Chính vì vậy cho phép thực hiệnphân tích tuyến tính đối với các tải trọng tĩnh thứ cấp tại trạng

Trang 4

thái hoàn chỉnh bằng cách biến đổi lực căng trong cáp chủ vàdây treo do tải trọng ở giai đoạn ban đầu gây ra bằng cách tăng

thêm độ cứng hình học của các phần tử (It is thus possible to perform

a linearized analysis for the additional static loads at the completed state by converting the tension forces in the main cables and hangers resulting from the initial equilibrium state loading into increased geometric stiffness of those components) Quá trình phân tích tuyến tính này biến đổi các lực

trong mặt cắt thành độ cứng hình học và được được gọi là phương

pháp chuyển vị hữu hạn tuyến tính (This linearized analytical procedure

to convert section forces to geometric stiffness is referred to as the linearized

finite displacement method.) Quá trình này chấp nhận được vì có

thể tìm được lời giải tương đối dễ dàng và kết quả nhận được

nằm trong phạm vi sai số cho phép đối với giai đoạn hoàn chỉnh (This

procedure is adopted because a solution can be found with relative ease within acceptable error limits in the completed state analysis).

Việc phân tích giai đoạn thi công nhằm mục đích kiểm tra ổn định

kết cấu và tính toán nội lực trong quá trình thi công (Construction stage analysis is performed to check the structural stability and tocalculate

section forces during erection) Để thực hiện phân tích giai đoạn thi công,

lý thuyết chuyển vị lớn (lý thuyết phi tuyến hình học) được áp dụngtrong đó các phương trình cân bằng được biến đổi tương ứng với hình

dạng biến dạng của kết cấu (In carrying out the construction stage

analysis, large displacement theory (geometric nonlinear theory) is applied in which equilibrium equations are formulated to represent the deformed shape).

Aûnh hưởng do các chuyển vị lớn không thể được bỏ qua trong suốt

quá trình thi công (The effect of large displacements cannot be ignored

during the construction stage analysis) Việc phân tích giai đoạn thi công

được tiến hành ngược từ giai đoạn cân bằng như đã định nghĩa bởi

phân tích trạng thái cân bằng ban đầu (The construction stage analysis

is performed in a backward sequence from the state of equilibrium as defined

by the initial equilibrium state analysis)

Phần hướng dẫn này được chuẩn bị để giải thích việc lập mô hìnhtổng thể và khả năng phân tích kết quả cho giai đoạn hoàn thiện

và giai đoạn thi công cầu treo dây võng (This tutorial has been

prepared to explain overall modeling and result analyzing capabilities for the completed state and construction stage analyses for a suspension bridge).

Các bước phân tích cho giai đoạn hoàn thiện

(Procedure for completed state analysis)

Dùng Suspension Bridge Wizard để phân tích trạng thái cân bằng ban đầu,

tính các tọa độ của cáp lần thứ nhất

(Initial equilibrium state analysis using Suspension Bridge Wizard,

Calculation of 1st cable coordinates)

Trang 5

Hiệu chỉnh mô hình và điều kiện biên phản ánh kết cấu thực tế (Modify the model & boundary conditions to reflect the true structure)

Phân tích hình dáng chính xác bằng công cụ Suspension Bridge Analysis Control

Accurate shape analysis (use Suspension Bridge Analysis Control)

Loại trừ dữ liệu kiểm tra phân tích kết cấu

Eliminate Suspension Bridge Analysis Control Data

Đặt tải lên kết cấu hoàn chỉnh for which initial member forces have been reflect into the geometric stiffness: áp dụng lý thuyết chuyển vị hữu hạn tuyến tính.

Apply loadings to the completed structure for which initial member forces have been

reflected into the geometric stiffness: Linearized finite displacement theory applied

Trang 6

Bố trí chung cầu (Bridge Dimensions)

Ví dụ: mô hình cầu treo dây võng có tổng chiều dài 650m như trình

bày trên hình 1 (The example model is a suspension bridge having a total

length of 650m as shown in Fig 1) Kích thước chi tiết của cầu được thể

hiện ở hình 2 (Detailed bridge dimensions are shown in Fig 2)

Hình 1: Mô hình phân tích

Trang 7

Hình 2: Kích thước cơ bản của cầu treo dây võng

Mô hình phân tích trạng thái hoàn thiện

(Completed State Analysis Modeling)

Mô hình hoá kết cấu (Structural Modeling)

Trong hướng dẫn này, từng giai đoạn mô hình hoá cầu treo dây

võng như sau: (In this tutorial, the suspension bridge modeling sequence is as

follows) Đầu tiên, tạo mô hình cho phân tích giai đoạn hoàn thiện,

thực hiện phân tích giai đoạn hoàn thiện, sau đó tạo mô hình phân

tích giai đoạn thi công dưới một tên khác (First, create the model for the

completed state analysis, perform completed state analysis, and then create the construction stage analysis model under a different name)

Trình tự mô hình hóa kết cấu cầu treo dây võng cho phân tích giaiđoạn hoàn thiện gồm các bước như sau (The suspension bridgemodeling procedure for the completed state analysis is as follows):

Bước 1 Khai báo đặc trưng vật liệu và mặt cắt (Define material and

section properties)

Bước 2 Phân tích trạng thái cân bằng ban đầu nhờ công cụ

Suspension Bridge Wizard (Analyze initial equilibrium state using Suspension

Bridge Wizard)

Bước 3 Thiết lập mô hình và nhập điều kiện biên (Create a model

and enter boundary conditions)

- Chia phân tử trụ tháp để tạo giằng ngang trụ tháp (Divide pylon

members to generate pylon transverse beams)

- Tạo và xoá bỏ giằng ngang trụ (Create & remove pylon transverse

beams)

- Khai báo điều kiện biên (Enter boundary conditions)

Trang 8

Bước 4 Phân tích chính xác trạng thái cân bằng ban đầu (Accurate initial equilibrium state analysis)

- Định nghĩa nhóm kết cấu (Define structure groups)

- Nhập tải trọng bản thân (Enter self weight)

- Tiến hành phân tích (Perform analysis)

Bước 5 Nhập các tải trọng tĩnh và hiệu chỉnh điều kiện biên

(Input static loads & modify boundary conditions)

Bước 6 Tiến hành phân tích trạng thái hoàn chỉnh (Perform

completed state analysis)

Tạo giao diện làm việc (Assign Working Environment )

Để tạo giao diện làm việc bạn thực hiện các bước dưới đây:

Bước 1 Mở tập tin mới (Open a new file) theo một trong ba phương

pháp như sau:

Cách 1: Từ Main Menu chọn File > New Project

(From the Main Menu select File > New Project)

Cách 2: Nhấp chuột vào biểu tượng (Click New in the Icon Menu).

Cách 3: Dùng lệnh tắt [Ctrl]+N (Shortcut key: [Ctrl]+N)

Bước 2 Lưu lại tập tin với tên “Suspension Bridge.mcb” (save file as

“Suspension Bridge mcb”) theo một trong ba phương pháp như sau:

Cách 1: Từ Main Menu chọn File > Save

(From the Main Menu select File > Save)

Cách 2: Nhấp chuột vào biểu tượng (Click Save in the Icon Menu).

Cách 3: Dùng lệnh tắt [Ctrl]+S (Shortcut key: [Ctrl]+S)

Sau khi thực hiện trên

màn hình sẽ hiện thị giao

diện như hình 3, nhập tên

cho tập tin “Suspension

Bridge” tại hộp thoại File

Name, sau đó nhấn nút

lệnh Save

Trang 9

Hình 3

Bước 3: khai báo hệ đơn vị (assign a unit system) theo một trong các

cách nêu dưới đây:

Cách 1: Từ Main Menu chọn Tools / Unit System

(From the Main Menu select Tool > Unit System)

Cách 2: Nhấp chuột vào biểu tượng trên dòng trạng thái bên dưới màn hình (Click icon from the status bar at

the bottom of the screen).

Sau khi thực hiện trên màn hình sẽ

hiện thị giao diện như hình 4, dùng chuột

chọn hệ đơn vị cho mô hình Chọn đơn vị

mét cho chiều dài và đơn vị T cho lực bằng

cách nhấp chuột chọn Length>m và

Force>tonf Sau đó nhận nút lệnh OK hay

Apply

Hình 4

Khai báo đặc trưng vật liệu (Define Material

Properties)

Nhập các đặc trưng cơ lý của vật liệu cho cáp chủ (Input material

properties for cable) theo một trong các thủ thuật sau:

Cách 1: Từ Main Menu chọn Model > Properties > Material

(From the Main Menu select Model > Properties >

Trang 10

Cách 3: Chọn Geometry > Properties > Material từ Menu tab của Tree Menu

(Select Geometry > Properties > Material in the Menu tab of the Tree Menu).

Sau khi thực hiện trên màn hình sẽ hiện thị giao diện như hình 5,

dùng chuột chọn nút lệnh “Add” để xuất hiện giao diện như hình 6 Tại dòng Name, nhập tên cho vật liệu của cáp chủ là Cable Chọn

User Defined tại dòng Type of Design Nhập các giá trị cho mô đuyn

đàn hồi của vật liệu là 2.0x107 tại dòng Modulus of Elasticity, nhập hệ số nở hông là 0.3 tại dòng Poission’s Ratio, nhập khối lượng

riêng với giá trị 8.267 tại dòng

Weight Density Sau đó nhận nút

lệnh “Apply” và lập lại các bước

nêu trên để khai báo cho vật

liệu mới Khi kết thúc khai báo

vật liệu nhấn nút lệnh Close

trên hình 5 Nếu muốn hiệu

chỉnh, xóa, copy các tính chất

của vật liệu hãy nhấp chuột

chọn loại vật liệu cần hiệu

chỉnh, xóa hay copy sau đó nhấn

chọn nút lệnh Modify, Delete hay

Trang 11

Lập lại các bước nêu trên để nhập đặc trưng của vật liệu

cho cáp treo, dầm chủ và trụ tháp (Repeat above procedure to Input

material properties for cable, hanger, deck (main girder) and pylon) Ví dụ

đặc trưng vật liệu cho cáp treo, dầm chủ và trụ tháp có giá trịnêu trong bảng dưới đây:

Loại vật liệu Cáp chủ Cáp treo Dầm chủ Trụ tháp

Mô đuyn đàn

Ghi chú: Trọng lượng riêng của dầm chủ có thể nhập trực tiếp

dưới dạng tải trọng tác dụng vào nút (vị trí cáp treo) do đó khi khai báo vật liệu dầm chủ có trọng lượng riêng là 0.00

Khai báo đặc trưng tiết diện (Define Section

Properties )

Nhập các đặc trưng của tiết diện cho cáp chủ (Input section

properties for cable) theo một trong các thủ thuật sau:

Cách 1: Từ Main Menu chọn Model > Properties > Section

(From the Main Menu select Model > Properties >

(Select Geometry > Properties > Section in the Menu tab of the Tree Menu).

Trang 12

Sau khi thực hiện trên màn

hình sẽ hiện thị giao diện như hình

7, dùng chuột chọn nút lệnh

“Add” để xuất hiện giao diện như

hình 8 Nhập tên Cable cho tiết

diện của cáp chủ tại dòng thoại

Name Chọn Solid Round để thể hiện hình dáng của tiết diện cho

cáp

Ví dụ nhập giá trị D=0.23m cho đường kính của cáp chủ Sau đó

nhấn nút lệnh Calc Section Properties để chương trình tự động tính các

đặc trưng hình học (như diện tích, mô men quán tính …) cho tiết diện.Chúng ta có thể nhập trực tiếp giá trị các đặc trưng hình học cho

tiết diện Lưu ý rằng các giá trị trong phần Size chỉ có tác dụng

để thể hiện mô hình 3D chứ không được dùng để tính toán khingười sử dụng nhập trực tiếp các giá trị đặc trưng hình học củatiết diện Ví dụ nhập giá trị 0.04178 m2 tại dòng Area để khai báo

tiết diện cho cáp chủ Sau đó nhận nút lệnh “Apply” và lập lại các

bước nêu trên để khai báo cho tiết diện khác Khi kết thúc khai

báo tiết diện nhấn nút lệnh Close trên hình 7 Nếu muốn hiệu

chỉnh, xóa, copy các đặc trưng của tiết diện hãy nhấp chuột chọnloại tiết diện cần hiệu chỉnh, xóa hay copy sau đó nhấn chọn nút

lệnh Modify, Delete hay Copy tương ứng.

Hình 7

Hình 8

Trang 13

Lập lại các bước nêu trên để nhập đặc trưng tiết diện cho

cáp treo, dầm chủ và trụ tháp (Repeat above procedure to Input section

properties for cable, hanger, deck (main girder), pylon and pylon) Ví dụ

nhập đặc trưng vật liệu cho cáp treo, dầm chủ, trụ tháp và giằng

ngang của trụ tháp theo hình 9 và hình 10 với các giá trị nêu trongbảng dưới đây:

Loại vật

liệu Cáp chủ Cáp treo Dầm chủ Trụ tháp Giằng trụ

Pylon-TransDiện tích 0.04178 0.00209 0.5395 0.16906 0.1046Môment

Trang 14

Phân tích trạng thái cân bằng ban đầu (Initial

Equilibrium State Analysis)

Trong khi phân tích trạng thái hoàn thiện của cầu treo dây võng, độvõng do tĩnh tải đã xuất hiện và kết cấu đang đi đến trạng tháicân bằng Ở trạng thái cân bằng ban đầu này, không đơn giản khithiết kế giả định tọa độ và lực căng của cáp, tốt hơn nên đểchương trình tự tính toán xác định nhờ các phương trình cân bằng có

sẵn trong phần mềm (In the completed state analysis of the suspension

bridge, the deflections due to self-weight have already occurred, and the structure has come to an equilibrium state In this initial equilibrium state, the cable coordinates and tension forces are not simply assumed by the designer, but rather they are automatically determined by using equilibrium equations within the program)

Thực hiện phân tích trạng thái cân bằng ban đầu của kết cấu cầutreo dây võng theo các bước như sau:

1 Xây dựng mô hình kết cấu nhờ công cụ Suspension BridgeWizard,

2 Hiệu chỉnh mô hình cho xác với thực tế,

3 Gán tĩnh tải và điều kiện biên,

Hình 10

Trang 15

4 Thực hiện chức năng Suspension Bridge Data Control để tính

toán các chiều dài không biến dạng cuối cùng, hình dạng hìnhhọc và ứng suất trong các phần tử

5 Thực hiện chức năng Initial Force for Geometric Stiffness củachương trình để tự động chuyển đổi lực căng trong cáp chủ vàdây treo thành độ cứng hình học được tăng thêm

Xây dựng mô hình kết cấu nhờ công cụ Suspension Bridge Wizard

Công cụ Suspension Bridge Wizard sẽ tự động tạo mô hình phẳng 2Dhay không gian 3D cho cầu treo dây võng, đồng thời tính chiều dài

không biến dạng của cáp chủ và dây treo (Suspension Bridge Wizard

automatically creates 2D or 3D suspension bridge models while it calculates the undeformed lengths of cables and hangers at the same time) Với hỗ

trợ của công cụ Suspension Bridge Wizard, chương trình sẽ tự động

tính toán toạ độ của cáp, lực căng ban đầu trong cáp chủ và dâytreo, lực trong trụ tháp Trạng thái cân bằng ban đầu được xác địnhbằng cách nhập các kích thước cơ bản như độ cong của cáp chủ,khoảng cách dây treo và tĩnh tải tác dụng vào mỗi dây treo (hình

12) (Using the Suspension Bridge Wizard function, the coordinates of the

cables and the initial tension forces within the cables and hangers and the forces in the pylons can be calculated automatically The initial equilibrium state is determined by inputting the basic dimensions of cable sag, hanger spacing and the self-weight applied to each hanger).

Mở công cụ Suspension Bridge Wizard theo hai cách dưới đây (hình 13):

Độ cong của cáp chủ

Tĩnh tải tác dụng lên mỗi dây treo

Hình 12

Trang 16

Cách 1: từ Menu chính

chọn Model > Structure Wizard > Suspension Bridge

(From the Main Menu select Model

> Structure Wizard > Suspension Bridge).

Cách 2: Chọn Geometry > Struture Wizard >

Suspension Bridge từ bảng Menu của cây

Menu (Select Geometry >

Structure Wizard > Suspension Bridge from the Menu tab of the Tree Menu)

Nhập các giá trị theo yêucầu của giao diện trên hình 14

Hình 13

Trang 17

Giá trị trọng lượng riêng của

dầm được khai báo bằng “0” trong

bước phần khai báo tiết diện cho

dầm chủ, nên trong giai đoạn này

cần nhập giá trị trọng lượng của

dầm chủ Nhấn nút Advanced…

trên giao diện ở hình 14 để xuất

hiện giao diện hình 15 Chọn Point

Load trong mục Load Type, nhập giá

đó nhấn nút lệnh OK

Hình 14

Hình 15

Trang 18

Như đã giải thích ở phần trên, kỹ sư thiết kế không thể tùy tiệnxác định hình dạng hình học của cầu treo dây võng, đặc biệt cáctọa độ của cáp Tốt hơn hãy Sự dụng công cụ Suspension bridgeWizard để chương trình tự động xác định hình dạng hình học và lựccăng ban đầu theo phương trình đường dây xích sao cho thỏa mãnđiều kiện cân bằng Như hình 14 và 15, tọa độ của cầu treo, kể cảtọa độ của cáp treo có thể được tự động xác định bằng cáchnhập tọa độ trụ tháp, độ võng (B-C), độ dốc của dầm chủ,

khoảng cách dây treo và tĩnh tải tác dụng lên mỗi dây treo (As

explained earlier, the geometric shape of the suspension bridge, especially the cable coordinates cannot be arbitrarily determined by the designer It is better, Using the Suspension Bridge Wizard function, the geometric shape and initial tension forces will be determined by the catenary equation satisfying the equilibrium condition within the program As shown in Fig 10, all coordinates

of the suspension bridge, including the coordinates of the cables can be determined automatically by entering the coordinates of the pylons, sag (B-C), slope of deck, hanger spacing and self weight applied to the hangers)

Chọn mặt phằng thể hiện X-Z hay Y-Z, chọn Drawing và nhấn nútlệnh Update&Draw để thể hiện sơ đồ cầu treo vừa nhập Nếu thấyđúng, nhấn nút lệnh OK trên giao diện hình 14 để kết thúc việc

xây dựng mô hình nhờ công cụ Suspension Bridge Wizard Mô hình

cơ bản của cầu treo dây văng đã được xây dựng với cáp chủ vàdây treo thuộc dạng phần tử cáp, dầm chủ và trụ tháp được gán

Hình 16

Trang 19

dạng phần tử thanh Nhấn chọn biểu tượng trên thanh biểu tượngđể thể hiện mô hình dưới dạng hình phối cảnh (hình 16).

Hiệu chỉnh và hoàn thiện mô hình cho giống với thực tế

Trên cơ sở mô hình được tạo bằng công cụ wizard, tiến hành hiệuchỉnh và hoàn thiện mô hình nhờ một số tác nghiệp thêm nhưthêm phần tử, hiệu chỉnh hình dáng trụ tháp, gán tải trọng và

điều kiện biên (Based on the bridge model created from the wizard, additional modeling

operations such as adding girders, modifying the shape of pylon, and entering the load and boundary conditions are done)

Di chuyển các nút của mô hình (Translate nodes of the model): thực hiện một trong những cách như sau:

Cách 1: Từ thư mục chính hãy chọn Model > Nodes > Translate

(From the Main Menu select Model > Nodes > Translate).

Cách 2: Hãy chọn Geometry > Nodes > Translate ở bảng Menu của cây thư mục

(Select Geometry > Nodes > Translate in the Menu tab of the Tree Menu).

Cách 3: Nhấp chuột tại biểu tượng (Click Translate Nodes in the Icon Menu).

Cách 4: Dùng lệnh tắt [Ctrl]+[Alt]+3 (Shortcut key: [Ctrl]+[Alt]+3)

Trước tiên nhấp chuột vào biểu tượng để hiển thị sốcủa các nút trên mô hình Nhấn chọn biểu tượng và dùngchuột tạo cửa sổ chọn khu vực quanh trụ tháp để phóng to mô hình.Đối với ví dụ trong hướng dẫn , Trên màn hình sẽ xuất hình như hình

17 Nhấp chuột vào biểu tượng để tắt chức năng chọn cửa sổphóng to mô hình

Để chuột tại vị trí nút số 258 chương trình sẽ thông báo tọa độcủa nút số 258 là x=128.6, y=0, z=20.72 Tương tự như trên, chươngtrình sẽ thông báo tọa độ nút 260 là x=128.6, y=11, z=20.72 và tọađộ của nút 215 là x=128.6, y=5.5, z=23.22 Chính vì sự chệnh lệch caođộ giữa các nút 258, 260 và 215 do đó cần di chuyển nút 258 vànút 260 một khoảng ∆z=2.50 để các nút 258, 260 và 215 có cùngcao độ từ đó chúng ta có thể tạo được dầm ngang cho trụ thápngay tại vị trí bản mặt cầu

Thực hiện gọi lệnh Translate theo một trong bốn cách nêu trên,

giao diện như hình 18 sẽ xuất hiện trên màn hình Trên giao diện tại

hình 18 chuyển chế độ Mode sang Move , chọn Equal Distance và

nhập giá trị 0,0,2.5 Nhấp chuột vào biểu tượng sau đó dùng

Hình 17

Trang 20

chuột nhấp chọn nút số 258 và 260 Nhấn nút Apply trên giao

diện, chương trình sẽ thực hiện việc di chuyển nút 258 và 260 theophương Z một đoạn 2.50m

Thực hiện lại các bước nêu trên để di chuyển nút 262 và 264sao cho cùng cao độ với nút 247 để có thể tạo dầm ngang ngay tại

vị trí dầm cho trụ tháp số 2

Xác định vị trí giằng ngang bằng cách chia phần tử trụ (Dividing Pylon to determined

locations of Pylon Transverse Beam) Thực hiện lệnh

Divide chia phần tử theo một trong những cách

sau:

Cách 1: Từ thư mục chính hãy chọn Model > Elements > Divide

(From the Main Menu select Model > Elements > Divide).

Hình 18

Trang 21

Cách 2: Hãy chọn Geometry > Elements > Divide ở bảng Menu của cây thư mục

(Select Geometry > Elemets > Divide in the Menu tab of the Tree Menu).

Cách 3: Nhấp chuột tại biểu tượng (Click Divide

Elements in the Icon Menu).

Cách 4: Dùng phím lệnh tắt [Alt]+7 (Shortcut key: [Alt]+7)

Trước tiên nhấp chuột vào biểu tượng để hiển thị số củacác phần tử trên mô hình Phóng to khu vực trụ tháp của mô hình

Thực hiện gọi lệnh Divide theo một trong bốn cách nêu trên,

giao diện như hình 19 sẽ xuất hiện trên màn hình Nhập dữ liệu chogiao diện trên hình 19 như sau:

 Nhấp chuột vào biểu tượng để có thể chọn các phần tửthanh cần chia Trong ví dụ, dùng chuột nhấp chọn phần tửthanh số 255 và 258 Hai phần tử được chọn sẽ đổi màu trênmàn hình

 Chọn Frame tại mục Element Type để gán thuộc tính phần tử

thanh dầm cho các phần tử phát sinh,

 Chọn Unexqual Distance để nhập các khoảng cách khác nhau

để chia phần tử thành các phân đoạn mới Ví dụ, nhập 1.25,18.75 là vị trí của hai thanh giằng trụ tháp

Trang 22

 Nhấn nút Apply trên giao diện, chương trình sẽ thực hiện việc

chia phần tử thanh 255 và 258 thanh ba phần tử Màn hình sẽxuất hiện như hình 20

Hình 19

Trang 23

Mô hình giằng trụ tháp (Pylon-Transverse beams Modelling) Thực hiện lệnh Create Elements để tạo phần tử theo một trong những

cách sau:

Cách 1: Từ thư mục chính hãy chọn Model > Elements > Create Elements

(From the Main Menu select Model > Elements > Create Elements).

Cách 2: Hãy chọn Geometry > Elements > Create ở bảng Menu của cây thư mục

(Select Geometry > Elemets > Create in the Menu tab of the Tree Menu).

Cách 3: Nhấp chuột tại biểu tượng (Click Create

Elements in the Icon Menu).

Cách 4: Dùng phím lệnh tắt [Alt]+1 (Shortcut key: [Alt]+1)

Giao diện như hình 21 sẽ xuất hiện trên màn hình Nhập dữ liệucho giao diện trên hình 21 như sau:

Hình 20

Trang 24

 Nhấp chuột tắt biểu tượng để không hiển thị số củaphần tử thanh Nhấn chuột mở biểu tượng để hiển thịsố của phần tử nút.

 Chọn General beam/Tapered beam tại phần Element Type để

gán thuộc tính phần tử thanh dầm cho các phần tử mới,

 Trong phần Material chọn loại vật liệu cho phần tử mới Trong ví

dụ chọn vật liệu cho giằng trụ cùng loại vật liệu với trụ tháp

do đó chọn vật liệu Pylon.

 Trong phần Section chọn loại tiết diện cho phần tử mới Trong ví

dụ chọn tiết diện cho giằng trụ tháp là Pylon-Trans

 Chọn hướng cho tiết diện theo góc beta là “0” độ trong phần

Orientation Góc tạo giữa trục Z của hệ tọa độ tổng thể và

trục Z’ của hệ tọa độ địa phương

 Trong phần Intersection chọn chế độ mở cho Node và Element

để chương trình tự phát sinh phần tử tại các nút có sẵn vàtại vị trí giao cắt giữa các phần tử

 Nhấp chuột vào phần Nodal Connectivity Trên màn hình, dùng

chuột vẽ phần tử thanh nối nút 258 với 260, 267 với 269, 266

với 268 để tạo các giằng ngang cho trụ tháp

Sau khi hoàn thiện mô hình, sử dụng chức năng Suspension Bridge Analysis Control để tính toán các chiều dài không biến dạng cuối

cùng, hình dạng hình học và ứng suất trong các phần tử (Upon

finishing modeling, the final undeformed lengths, the geometric shape, and the internal member

stresses are calculated using the function in Analysis > Suspension Bridge Analysis Control)

Sử dụng chức năng Initial Force for Geometric Stiffness của chương

trình để tự động chuyển đổi lực căng trong cáp chủ và dây treo

thành độ cứng hình học được tăng thêm (The cable and hanger tension

forces determined by the Suspension Bridge Wizard are automatically converted into increased geometric stiffness using the Initial Force for Geometric Stiffness function within the program).

Hình 18

Hình 21

Trang 25

Xoá phần tử trên đỉnh trụ tháp (Remove the very top pylon transverse beams) Thực hiện lệnh Delete để xoá phần tử theo

một trong những cách sau:

Cách 1: Từ thư mục chính hãy chọn Model > Elements > Delete

(From the Main Menu select Model > Elements > Delete).

Cách 2: Hãy chọn Geometry > Elements > Create ở bảng Menu của cây thư mục

(Select Geometry > Elemets > Delete in the Menu tab of the Tree Menu).

Cách 3: Nhấp chuột tại biểu tượng (Click Delete in the Icon

Menu).

Cách 4: Sau khi chọn các phần tử cần xoá trên mô hình, nhấn

phím [Delete] đểà xoá (Press the key: [Delete])

Sau khi thực hiện lệnh, trên màn hình xuất hiện giao diện như

hình 22 Chọn Picking trong phần Type Dùng chuột chọn phần tử

thanh cần xoá Trong ví dụ chọn phần tử thanh giằng trên đỉnh trụtháp (thanh số 257)

Trang 26

Hình 22

Trang 27

Lặp lại trình tự di chuyển nút, chia phần tử, tạo phần tử và xoá phần tử như trình bày ở trên để hiệu chỉnh và hoàn thiện cho phần trụ tháp thứ hai (trụ tháp bến phải).

Xem mô hình (View model) Sau khi hoàn thiện mô hình, dùng các

chức năng phóng to thu nhỏ, rê hình ảnh, quay mô hình … để kiểm tra tính chính xác của mô hình

Nhóm lệnh với chức năng phóng to và thu nhỏ (Zoom

command group): bao gồm một số lệnh với chức năng cụ thể và

cách gọi lệnh như sau:

 Lệnh Zoom Fit: Thể hiện toàn bộ mô hình trên màn hình Thực

hiện theo một trong ba cách như sau:

o Cách 1: Từ thư mục chính Main Menu chọn View > Zoom >

Fit

(From the Main Menu select View > Zoom > Fit)

o Cách 2: Nhấn chọn biểu tượng (Click Zoom Fit in

the Icon Menu)

o Cách 3: Dùng phím tắt [Ctrl]+ 0 (Use shortcut key [Ctrl]+ 0)

 Lệnh Zoom Window: Phóng to phần mô hình nằm trong hình

chữ nhật được xác định bằng cách nhấn phím trái của chuộtvà kéo rê theo đường chéo của hình chữ nhật Thực hiện theomột trong ba cách sau:

Window

(From the Main Menu select View > Zoom >

Window)

o Cách 2: Nhấn biểu tượng (Click Zoom Window

in the Icon Menu)

o Cách 3: Dùng phím tắt [Ctrl]+ [Shift] + W (Use shortcut key [Ctrl]+ [Shift] + 0)

 Lệnh Zoom In: Phóng to phần mô hình trên màn hình hiện

hành

In

(From the Main Menu select View > Zoom > In)

o Cách 2: Nhấn chọn biểu tượng (Click Zoom In in

the Icon Menu)

o Cách 3: Dùng phím tắt [Ctrl]+ + (Use shortcut key [Ctrl]+ +)

 Lệnh Zoom Out: Thu nhỏ phần mô hình trên màn hình hiện

Trang 28

(From the Main Menu select View > Zoom > Out)

o Cách 2: Nhấn chọn biểu tượng (Click Zoom Out in

the Icon Menu)

o Cách 3: Dùng phím tắt [Ctrl]+ - (Use shortcut key [Ctrl]+ -)

Nhóm lệnh với chức năng kéo rê mô hình (Pan command group): bao gồm một số lệnh với chức năng cụ thể và cách gọi

lệnh như sau:

 Lệnh Pan Left: Hỗ trợ kéo rê mô hình sang trái màn hình Thực

hiện theo một trong ba cách như sau:

o Cách 1: Từ thư mục chính Main Menu chọn View > Pan >

Left

(From the Main Menu select View > Paan > Left)

o Cách 2: Nhấn chọn biểu tượng (Click Pan Left in

the Icon Menu)

o Cách 3: Dùng phím tắt [Ctrl]+  (Use shortcut key [Ctrl]+

)

 Lệnh Pan Right: Hỗ trợ kéo rê mô hình sang bên phải màn

hình Thực hiện theo một trong ba cách sau:

Right

(From the Main Menu select View > Pan > Right)

o Cách 2: Nhấn biểu tượng (Click Pan Right in

the Icon Menu)

o Cách 3: Dùng phím tắt [Ctrl]+ (Use shortcut key [Ctrl] +

)

 Lệnh Pan Down: Hỗ trợ kéo rê mô hình xuống dưới

Down

(From the Main Menu select View > Pan > Down)

o Cách 2: Nhấn chọn biểu tượng (Click Pan Down

in the Icon Menu)

o Cách 3: Dùng phím tắt [Ctrl]+  (Use shortcut key [Ctrl]+

)

 Lệnh Pan Up: Hỗ trợ kéo rê màn hình lên trên

o Cách 1: Từ thư mục chính Main Menu chọn View > Pan > Up (From the Main Menu select View > Pan > Up)

Trang 29

o Cách 2: Nhấn chọn biểu tượng (Click Pan Up in the

Icon Menu)

o Cách 3: Dùng phím tắt [Ctrl]+  (Use shortcut key [Ctrl]+ )

Nhóm lệnh với chức năng thể hiện mô hình phối cảnh (Perspective Model View): bao gồm một số lệnh với chức năng cụ

thể và cách gọi lệnh như sau:

 Lệnh Perspective View: Thể hiện mô hình dạng phố cảnh (hình

23) Thực hiện theo một rong những cách sau:

o Cách 1: Từ thư mục chính Main Menu chọn View >

Perspective View

(From the Main Menu select View > Pan > Right)

o Cách 2: Nhấn biểu tượng (Click Perspective in

the Icon Menu)

o Cách 3: Dùng phím tắt [Ctrl]+ J(Use shortcut key [Ctrl] + J )

 Lệnh Shrink View: Thể hiện mô hình dạng thu nhỏ theo tỷ lệ

của nút giúp kiểm tra điều kiện liên kết giữa nút và phầntử (hình 24) Thực hiện theo một rong những cách sau:

o Cách 1: Từ thư mục chính Main Menu chọn View > Shrink

Element

(From the Main Menu select View > Shrink Element)

o Cách 2: Nhấn biểu tượng (Click Shrink in the Icon Menu)

o Cách 3: Dùng phím tắt [Ctrl]+ K(Use shortcut key [Ctrl] +

K )

Trang 30

 Lệnh Remove Hidden Lines: loại bỏ khỏi mô hình phối cảnh

các đường nét bị che khuất Thực hiện theo một rong nhữngcách sau:

o Cách 1: Từ thư mục chính Main Menu chọn View > Remove

 Lệnh Render View: Thể hiện độ bóng và màu sắc của mô

hình theo các tính chất của vật liệu, tiết diện hay độ dầy.Thực hiện theo một rong những cách sau:

o Cách 1: Từ thư mục chính Main Menu chọn View > Render

View

Hình 23

Trang 31

(From the Main Menu select View > Reder View)

o Cách 2: Nhấn biểu tượng (Click Render in the

Icon Menu)

o Cách 3: Dùng phím tắt [F6] (Use shortcut key [F6])

Khai báo điều kiện biên (Input Boundary Conditions)

Đối với cầu treo dây võng cần khai báo điều kiện biên cho trụtháp, neo dây cáp chủ và đầu dầm chủ của hai nhịp biên (Inputboundary conditions for the pylons, cable anchors and the ends of the side

spans) Với chức năng Suspension Bridge Wizard mô hình cầu treo

được lập với điều kiện neo ngàm chặt cho cáp chủ (Cable anchors:

fix) và điều kiện biên tại trụ tháp cũng được tự động khai báo loại

ngàm (Pylon base : fix) Ví dụ trong hướng dẫn, điều kiện biên tại

chân trụ tháp được khai báo cho nút 259, 261, 263 và 265 thuộc loạingàm, điều kiện neo cáp chủ được gán tại nút số 1, 103, 53 và155

Hình 24

Trang 32

Trong trường hợp ví dụ, cần khai báo điều kiện biên dạng khớp xoayquanh trục y cho đầu dầm chủ của nhịp biên Trình tự các bước khaibáo điều kiện biên cho đầu dầm của hai nhịp biên như sau :

 Gọi lệnh Supports theo một trong các cách dưới đây

o Cách 1 : Từ Main Menu chọn Model > Boundaries > Supports

o Cách 2 : Chọn Model > Boundaries > Supports trong bảng

Menu của cây thư mục

 Nhập các giá trị cho gối theo giao diện trên hình 25 : Chọn

Default cho Boundary Group Name Chọn Add trong mục Options.

Khai báo gối loại khớp quay quanh trục y cho nút số 205 và 257

Nhấn nút lệnh Apply để gán điều kiện biên.

Khai báo điều kiện biên cho dầm chủ ngay tại vị trí trụ tháp:

Trong mô hình ví dụ cho cầu treo dây võng, tại vị trí trụ tháp dầmchủ được kê trên gối con lăn Gán điều kiện biên cho dầm chủ tại

vị trí trụ tháp với gối con lăn nhờ chức năng Beam End Release Function (In this model, the boundary condition for the deck at the pylons is

roller Assign the boundary condition for the deck at the pylons as a roller

condition using the Beam End Release function) Cách thực hiện như sau:

Hình 25

Trang 33

 Gọi lệnh Beam End Release theo một trong các cách dưới đây

o Cách 1 : Từ Main Menu chọn Model > Boundaries > Beam End Release

o Cách 2 : Chọn Model > Boundaries > Beam End Release trong bảng Menu của cây thư mục

 Dùng các nhóm lệnh phóng to thu nhỏ để phóng to khu vựcdầm chủ và trụ tháp Dúng các nhóm lệnh chọn phần tửđể chọn phần tử tại trụ tháp Trong ví dụ chọn phần tử thanhsố 212

 Nhập các thông số cho giao diện như trên hình 26: Chọn Default tại Boundary Group Name Chọn Add/Replace trong phần Options Trong phần General Types and Partial Fixity đánh dấu chọn My (i-node), Fx (j-node) và My (j-node)

 Nhấn nút Apply để chương trình thực hiện gán điều kiện giải

phóng liên kết cho phần tử thanh dầm số 212

 Lập lại các bước như trên để gán điều kiện biên My node), Fx (i-node) và My (j-node) cho phần tử thanh số 213

(i-Ts Phùng Mạnh Tiến Trang 33

Hình 26

Trang 34

 Lập lại các bước nêu trên để gán điều kiện biên cho dầmchủ tại vị trí trụ tháp thứ hai Cụ thể cho phần tử thanh dầm

số 244 My (i-node), Fx (j-node) và My (j-node) và cho phần tử thanh số 245 My (i-node), Fx (i-node) và My (j-node)

Khai báo điều kiện liên kết cho dầm chủ: Trong trường hợp ví

dụ, cầu treo dây võng sử dụng neo bị động cho cáp với cấu tạomà trong đó các dầm chủ không được liên kết nhờ các khớp thìtrong trong khi dầm chủ đang được treo bởi dây treo và được liên kếttừng phân đoạn, dầm chủ không chịu tải tại trạng thái cân bằngban đầu Trong kết cấu khớp như thế này, các phân đoạn dầm chủ

được giải phóng môment nhờ chức năng Beam End Release trước

khi thực hiện phân tích trạn thái cân bằng ban đầu bằng

Suspension Bridge Analysis Control Khi giải phóng môment quay

quanh trục y, chỉ giải phóng một đầu của phần tử nhằm tránh tìnhtrạng mất ổn định cho phần tử như hình 27 mô hình a bị mất ổn

định và mô hình b là mô hình ổn định (In the case of a suspension

bridge with dead anchors for cables in which decks (girders) are initially unconnected with hinges while being hung from the hangers and subsequently connected, the decks are unstressed at the initial equilibrium state In such hinge construction, the Beam End Release function is used to release moments

in the decks prior to carrying out the initial equilibrium state analysis using Suspension Bridge Analysis Control When releasing moment about My, only one element at a node is released to avoid instability as shown in Fig 27).

Cầu treo dây võng được thi công như hình 28, Các phân đoạn củadầm chủ thuộc Phần 1 được giải phóng môment tại đầu j và cácphân đoạn thuộc phần 2 được giải phóng môment tại đầu i

Hình 27: Liên kết khớp giữa các phân đoạn của dầm

chủ

Hình 28

Định dạng
Số trang	69
Dung lượng	13,28 MB