Đang tải... (xem toàn văn)
Trình tự giải bài toán kết cấu bằng phần mềm PTHH:.. a..[r]
(1)TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA XÂY DỰNG DD&CN
- –&— -
TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN
(2)
CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU (SAP2000 - BASIC ANALYSIS REFERENCE)
Người sử dụng phần mềm nói chung Sap2000 nói riêng cần phải hiểu cách tường tận bản chất phần mềm phải kiểm tra cách độc lập kết tính tốn đểđảm bảo tính xác Quyết định cuối phải người kiến thức tổng hợp
I Phương pháp phần tử hữu hạn
Khái niệm chung:
Phương pháp PTHH ứng dụng tính kết cấu với trợ giúp máy tính, đời vào năm 1970 Phương pháp dùng mơ hình rời rạc để lý tưởng hoá kết cấu thực
Thực rời rạc hoá kết cấu cách chia kết cấu liên tục thành hữu hạn miền kết cấu gọi phần tử hữu hạn
* Đối với hệ : phần tử hữu hạn
* Đối với kết cấu : phần tử hữu hạn tam giác, chữ nhật v.v
Sau rời rạc hoá, giả thiết phần tử hữu hạn nối với số điểm quy định
(thường đầu góc phần tử) gọi nút
Toàn tập hợp phần tử hữu hạn gọi lưới phần tử Số lượng phần tửảnh hưởng đến sốẩn số tốn
Trình tự giải tốn kết cấu phần mềm PTHH:
a Bước 1 : Chuyển từ sơđồ kết cấu sang sơđồ tính : Xác định u cầu tính tốn, kết cần tìm Xác định dạng hình học kết cấu
Xác định tải trọng, đặc trưng vật liệu
b Bước 2 : Rời rạc hoá kết cấu, chọn loại phần tử thích hợp :
Đánh số điểm nút, phần tử
Phân chia trường hợp tải trọng (các phương án hoạt tải) Nhập liệu
c Bước 3 : Thực giải toán :
Khai báo thơng số tính tốn, bậc tự hoạt động Kiểm tra độ xác kết
Hiệu chỉnh lại liệu cần
d Bước 4 :
Biểu diễn kết hình vẽ
(3)Khi giải toán phương pháp Phần tử hữu hạn, việc nhập liệu tốn nhiều thời gian cơng sức, có sai sót khó phát hiện, nên cần chuẩn bị số liệu thật kỹ, sơđồ tính phải vẽ cách rõ ràng, việc nhập số liệu phải cẩn thận
II Phần mềm phân tích thiết kế kết cấu Sap2000
Lịch sử hình thành :
Phiên chương trình mang tên SAP (Structural Analysis Program: Chương trình phân tích kết cấu) vào năm 1970, sau xuất SAP3, SAP-IV, SAP86, SAP90 gần SAP2000 V10
SAP2000 tích hợp chức phân tích kết cấu (tính phản lực, nội lực, chuyển vị, dao động .) phương pháp PTHH với chức thiết kế kết cấu (tính tốn cốt thép kết cấu bê tông cốt thép chọn tiết diện kết cấu thép), SAP2000 bổ sung thêm loại kết cấu mẫu để
việc vào số liệu cho toán nhanh Giao diện SAP2000 trực quan thực hoàn toàn môi trường Windows (SAP86 thực việc nhập liệu Dos, SAP90 nhập số liệu Windows tính toán xem kết nội lực Dos)
Khả phần mềm SAP2000 :
Sap2000 cung cấp nhiều tính mạnh để mơ hình tính tốn nhiều kết cấu thường gặp thực tế : Dầm, Khung phẳng, Khung không gian, Sàn, Dàn phẳng, Dàn không gian, Dầm đàn hồi (dầm móng băng), kết cấu vỏ mỏng (mái che, bể nước, xilô ), kết cấu khối (đê, đập )
Vật liệu tuyến tính đẳng hướng trực hướng, phi tuyến
Tải trọng bao gồm lực tập trung nút, lực phân bốđều phân bố dạng hình thang thanh, tải trọng áp lực chất lỏng khí Tải trọng tác dụng tĩnh tác dụng động, có vị trí bất động di động
Bước
Xác định yếu tốđầu vào
Bước
Thực bước nhập số liệu Nhập : - Dữ liệu điều khiển
- Dữ liệu nút - Dữ liệu phần tử
- Dữ liệu tải trọng
Bước
Thực giải kiểm tra kết
Bước
(4)Mơ hình tính khơng hạn chế số nút số phần tử dung lượng trống ổ cứng cịn nhiều
Các phân tích cho tốn bao gồm : phân tích tĩnh, phân tích động (tính tần số dao động, tính nội lực động )
SAP2000 có phiên :
+ Bản phi tuyến (Nonlinear) : đầy đủ chức
+ Bản nâng cao (Advanced) : Thiếu chức phân tích phi tuyến
+ Bản chuẩn (Standard) : Thiếu chức phân tích phi tuyến, mơ hình tính giới hạn số nút <1500
+ Bản học tập (Education) : miễn phí, mơ hình tính giới hạn tối đa 30 nút
File liệu SAP2000 có phần mở rộng *.SDB (file gốc dạng nhị phân) *.S2K *.S$K (file liệu dạng tập tin văn bản), file khác có tên với file liệu có phần mở
rộng khác SAP tạo q trình tính tốn
III Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Sap2000 :
(Đối với tốn Phân tích - Thiết kế hệ thanh)
Vẽđiểm Đầu phần tử
Vẽđường
(Line)
Chia nhỏ
phần tử
Nút (Joint)
T.độ (x,y,z)
Liên kết gối
(Restraint - Spring)
Vật liệu
(Material)
Tiết diện
(Section)
P.tử Thanh
(Frame)
Ứng suất trước
(Pre-stress)
Giải phóng liên kết
(Release)
Sốđiểm xuất kết
(Output Stations)
Trục địa phương
(Local Axes)
Phép biến đổi
Thư viện kết cấu
mẫu
Tải trọng
(Load)
Trọng lượng b.thân
(Self weight)
Ch.vị cưỡng
(Displacement)
Nhiệt độ
(Thermal)
Phân tích
(Analysis)
Phản lực, Nội lực
(Reaction, Frame force)
Kết cấu BTCT Kết cấu Thép
Mơ hình Tổ hợp
(Combination)
Thiết kế
(Design)
Chọn tiêu chuẩn
Kết quả
(5)IV Hệ toạ độ sử dụng Sap2000 :
Hệ toạ độ tổng thể (Global System):
Tất toạđộ phần tử mơ hình xác định thông qua hệ toạđộ chung gọi hệ toạđộ tổng thể XYZ Ngoài hệ toạđộ tổng thể, người sử dụng có thểđịnh nghĩa thêm hệ toạ độ phụđể phục vụ cho cơng việc xây dựng hình dạng hình học mơ hình, toạđộ hệ toạđộ
phụ cuối quy đổi sang toạđộ hệ toạđộ tổng thể
Trục Z trục thẳng đứng, hướng lên, mặt phẳng XY mặt thường nên chọn mặt phẳng XZ mặt phẳng làm việc hệ(ví dụ phương ngang hệ khung không gian hoặc mặt phẳng làm việc hệ khung phẳng) Toạđộ vị trí xác định toạđộ x, y, z vị trí Phương hệ toạ độđược ký hiệu ±X, ±Y, ±Z (hướng + chiều, - ngược chiều)
Hệ toạ độ địa phương (Local System):
Mỗi đối tượng mơ hình có hệ toạ độ riêng gọi hệ toạ độ địa phương đối tượng (ví dụ hệ toạđộ địa phương nút, ), hệ toạđộ địa phương sử dụng để
xác định tính chất, tải trọng, nội lực đối tượng Hệ toạ độ địa phương ký hiệu 123 Nói chung, hệ toạ độ địa phương đối tượng khác nhau, nút khác nút kia, khác
Mặc định đối tượng loại (nút, thanh, tấm) có hệ toạđộđịa phương 123 theo quy luật chung giống nhau, ví dụ : nút, hệ toạđộ 123 mặc định có phương trùng với hệ toạđộ
tổng thể XYZ
Nếu hệ toạđộ đối tượng thực tế khác với hệ toạđộ mặc định, người sử dụng cần khai báo thơng số góc xoay để xác định phương hệ toạđộđịa phương thực tế
V Phần tử Thanh (Frame):
Tổng quan:
Phần tử dùng để mơ hình cấu kiện dầm, cột, dàn mặt phẳng không gian, ngồi phần tử cịn có phần tử cáp (cable, chịu kéo) phần tử dây căng (tendon) có dạng đường thẳng (line) Phần tử tổng quát không gian chịu thành phần moment uốn theo phương, lực cắt theo phương, lực dọc moment xoắn
Phần tử mơ hình đường thẳng nối điểm, cong người sử dụng chia nhỏ thành tập hợp nhiều thẳng để xấp xỉđược đường cong
Mỗi phần tử chịu tải trọng trọng lượng thân (sefl-weight), lực tập trung
(concentrated loads), lực phân bố (distributed loads)
Các điểm chèn (insertion point) vùng cứng đầu (end offsets) xét đến để
xác định độ lệch tâm độ cứng vị trí giao phần tử Giải phóng liên kết đầu
(end release) giúp mơ hình dạng liên kết khác hai đầu
Nội lực xuất đầu điểm cách (output
station)
Vùng cứng đầu (End offset)
Trong sơ đồ tính, mơ hình đường thẳng trục thanh, nối
điểm đầu gọi nút i (nút đầu) nút j (nút cuối) Thường đầu nối với phần tử khác, nút xuất vùng giao (xem hình), khoảng cách chồng lên phần tử khác gọi i_off j_off
(6)Get Previous Selection : Chọn lại đối tượng vừa chọn lệnh trước
Clear Selection : Huỷ chọn tất đối tượng
Intersecting Line : Chọn cách vẽđường cắt qua đối tượng cần chọn
Point and Joint Assigns (Gán tính chất cho nút)
Restraints : Gán liên kết (cứng) nối đất cho nút chọn
Springs : Gán liên kết đàn hồi cho nút chọn
Masses : Gán khối lượng tập trung cho nút chọn
Forces : Gán tải trọng vào nút chọn
Displacements : Gán chuyển vị cưỡng vào nút chọn
Frame and Line Assigns (Gán tính chất cho thanh)
Frame Section : Gán tiết diện cho chọn
Frame Releases/Partial Fixity : Giải phóng liên kết đầu chọn
End (Length) Offsets : Khai báo vùng cứng đầu thanh chọn
Output Stations : Khai báo sốđiểm xuất kết nội lực cho chọn
Local Axes : Khai báo góc xoay hệ toạđộđịa phương chọn
Line Springs : Khai báo độ cứng liên kết đàn hồi tiếp xúc dọc trục
Line Mass : Khai báo khối lượng dọc trục
Point : Đặt tải trọng tập trung tác dụng vào chọn
Distributed : Đặt tải trọng phân bố vào chọn
Temperature : Khai báo tải trọng nhiệt tác dụng vào
10 Shell and Area Assigns (Gán tính chất cho tấm)
Sections : Gán tiết diện cho chọn
Area Stiffness Modifiers : Khai báo hệ sốđiều chỉnh độ cứng
Local Axes : Khai báo góc xoay hệ toạđộđịa phương chọn
Area Springs : Khai báo độ cứng đàn hồi tiếp xúc với mặt
Area Mass : Khai báo khối lượng phân bố diện tích
Uniform : Khai báo tải trọng phân bốđều bề mặt
(7)11 Display (Thể sơ đồ, kết )
Show Undeformed Shape : Thể sơđồ chưa biến dạng hệ
Show Deformed Shape : Thể sơđồ biến dạng hệ tác dụng trường hợp tải trọng
Show Forces/Stresses : Thể phản lực, biểu đồ nội lực phần tử tác dụng trường hợp tải trọng
(chọn đối tượng từ menu trải xuống)
12 Design (Thiết kế tiết diện)
Steel Frame Design : Chọn lệnh từ menu trải xuống để thực công việc thiết kế kết cấu thép