Đang tải... (xem toàn văn)
[3] K.J Bathe, E.L Wilson , Numerical Methods in Finite Element Analysis.. Krisnamoothy , Finite Element Analysis-Theory and Programming.[r]
(1)PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU BẰNG
PHẦN MỀM SAP2000 – VERSION 9.X
Bùi Đức Vinh
Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Đại Học Bách Khoa Tp HCM
TẬP I: PHẦN CƠ BẢN
VERSION 9.X
Cop
yrig
ht (C
) by
Bui
Duc
(2)LỜI MỞ ĐẦU CHO LẦN XUẤT BẢN THỨ HAI
Sau lần xuất hai tập sách « Phân tích thiết kế kết cấu phần mềm SAP2000 », tác giả nhận nhiều câu hỏi, ý kiến đóng góp qua email, thư tín trao đổi trực tiếp bạn đọc từ khắp miền đất nước số bạn học tập nước Đặc biệt câu hỏi bạn sinh viên từ khắp trường đại học kỹ thuật nước chiếm số lượng đáng kể Trước tiên, cho phép tác giả bày tỏ biết ơn đến bạn đọc, người dành nhiều thời gian quan tâm đến nội dung sách Nhân tác giả
cũng gởi lời xin lỗi đến bạn đọc nhiều thư gởi đến, có nhiều vấn đề chưa trả lời
được trả lời thoảđáng Tác giả mong bạn đọc thơng cảm có nhiều câu hỏi thực khó thời gian dành để trả lời bạn đọc bị chi phối nhiều Những ý kiến đóng góp bạn đọc giúp tác giả học thêm nhiều điều mới, ln nguồn động lực cho tác giả cập nhật, nâng cao chất lượng nội dung góp phần thúc đẩy đời tập sách Qua thư
bạn đọc tác giả biết thêm có nhiều bạn sinh viên học viên, cao học sử dụng phần mềm SAP2000 để giải toán phân tích kết cấu lĩnh vực xây dựng, khí chế tạo, kết cấu tàu thuỷ, cơng trình giao cơng, cơng trình thuỷ lợi, kết cấu hàng khơng
Với phát triển liên tục phần mềm SAP2000, phiên 9.x với nhiều tính vượt trội khả tính tốn xử lý đồ hoạ khai báo liệu, đáp ứng tốt nhiều yêu cầu giải toán kỹ thuật phức tạp Lần xuất lần thứ hai sách « Phân tích thiết kế kết cấu phần mềm SAP2000 » trình bày phần phiên Cấu trúc sách xếp lại cho người đọc hiểu phần lý thuyết bản, cách thao tác sử
dụng phần mềm khả áp dụng tốn thực tế kỹ thuật Các ví dụ tập sách phần lớn lấy từ thiết kế kỹ thuật thực tế, nhiên chúng đơn giản hóa số liệu có tính chất tham khảo
Cấu trúc sách chia làm tập sau:
Tập một: Phần bản, trình bày điểm lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn, nguyên lý hoạt động phần mềm phần tử hữu hạn nói chung phần mềm SAP2000 nói riêng Các cơng cụ phương pháp xây dựng mơ hình kết cấu, trình tự thực tốn phân tích tĩch loại kết cấu hệ thanh, vỏ, toán phẳng lý thuyết đàn hồi, kết cấu hỗn hợp trình bày chi tiết Cũng tập này, phương pháp kiểm tra, đánh giá xử lý kết tính tốn đề cập đến
Tập hai: Phần nâng cao, trọng tâm tập hai tập trung vào toán phức tạp kết cấu khối, kết cấu chịu tải trọng di động, toán bất ổn định tổng thể kết cấu điểm
ứng dụng hiệu tính tốn thiết kế kết cấu thép Phần phân tích động lực học bao gồm: phân tích tần số dao động riêng, phân tích kết cấu chịu tải trọng thay đổi theo thời gian, phân tích đáp ứng phổ gia tốc, lượng Một số ví dụ minh họa chi tiết q trình thực tính tốn tốn động lực học, ngồi số toán chuyên sâu nhưđáp ứng cọc đất
Cop
yrig
ht (C
) by
Bui
Duc
(3)được giới thiệu Phần thiết kế có nhiều hiệu chỉnh bổ sung thêm thiết kế kết cấu nhôm với kết cấu bê tông thép có
Tập ba: Các chuyên đềđặc biệt, toàn nội dung tập trung vào tốn kỹ thuật có độ phức tạp cao, bao gồm toán bất ổn định kết cấu vỏ, tốn phân tích phi tuyến, phân tích kết cấu giai đoạn thi công, kỹ thuật xử lý kết cấu có hình dạng phức tạp
Các ví dụ sách xếp theo độ phức tạp tăng dần với phương châm bạn đọc tự học, tự làm vận dụng tốt trường hợp (trong giới hạn cho phép)
Để sử dụng phần mềm có hiệu yêu cầu người đọc phải có kiến thức chuyên môn Cơ
học kết cấu, Sức bền vật liệu, kỹ sử dụng thành thạo máy tính khả nhận xét kết
tính tốn Người đọc coi nhưđã biết sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn
Tác giả xin bày tỏ lòng cám ơn đến TS Lê Văn Nam viết lời giới thiệu, PGS.TS Chu Quốc Thắng viết chương phương pháp phần tử hữu hạn cho sách, PGS.TS Nguyễn Việt Trung – ĐHGT VT Hà Nội có góp ý định hướng cho chương phân tích kết cấu chịu tải trọng di động
Tác giả xin chân thành cảm ơn bạn sinh viên khoa KTXD-ĐHBK Tp HCM kiểm tra ví dụ mẫu tập Ngoài ra, tác giả xin chân thành cảm ơn anh chị, bạn đồng nghiệp
đang công tác số công ty tư vấn xây dựng cung cấp số kết cấu thật đưa nhiều nhận xét giá trị Tác giả xin gởi lời cám ơn đến anh chị Ban xuất giáo trình Trường
Đại Học Bách Khoa Tp HCM nhiệt tình giúp đỡđể sách đến tay bạn đọc
Đây sách viết với cố gắng tận tâm cao Tuy nhiên, với trình độ
chun mơn, kinh nghiệm thời gian hạn chế Trong lần xuất nội dung sách
cịn có sai sót Tác giả mong nhận nhiều ý kiến đóng bạn đọc để nội dung sách hồn chỉnh
Ý kiến đóng góp xin gởi
Bùi Đức Vinh
Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng,
Đại Học Kỹ thuật Tp HCM
268 Lý Thường Kiệt, Quận 10 Tp Hồ Chí Minh
Địa email cho hỗ trợ trực tuyến vấn đề liên quan đến nội dung sách : email: sap2000@hcmut.edu.vn
Web: www.hcmut.edu.vn/~bdvinh/sap2000.html
Tp HCM, tháng 10 năm 2004
Tác giả
Cop
yrig
ht (C
) by
Bui
Duc
(4)TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Chu Quốc Thắng, Phương pháp phần tử hữu hạn. NXB Khoa học-Kỹ thuật, 1997
[2] Chu Quốc Thắng, Bùi Đức Vinh, Bùi Văn Chúng, Đỗ Kiến Quốc…, Tựđộng hố tính tốn kết cấu hệ thanh-phần mềm BK-XD01.Đề tài NCKH, Đại Học Kỹ Thuật Tp HCM, 1997
[3] K.J Bathe, E.L Wilson, Numerical Methods in Finite Element Analysis. Prentice-Hall, 1976 [4] K.J Bathe, Finite Element Procedures Prentice Hall, 1996
[5] H Krisnamoothy, Finite Element Analysis-Theory and Programming Tata McGraw Hill, 1996 [6] T.J.R Hughes, The Finite Element Method Prentice Hall Inc, 1987
[7] O.C Zeinkiewicz and R Taylor, The Finite Element Method Vol 1,2, 4th Ed., McGraw-Hill, 1991
[8] E.L Wilson, Three Dimensional Static and Dynamic Analysis of Structures. Computer and Structures Inc (CSI), Berkeley California, 1998
[9] E.L Wilson, Three Dimensional Static and Dynamic Analysis of Structures. Computer and Structures Inc (CSI), 3rd Edit Berkeley California, 2002
[9] SAP2000-Analysis References, Vol 1&2. CSI, 1998 [10] SAP2000-A to Z problems, C SI, 1998
[11] SAP2000-Concrete Design manual, version 7.0 CSI, 1998 [12] SAP2000-Steel Design Manual Version 7.0 CSI, 1998 [13] SAP2000-Verification Manual Version 6.1 CSI, 1997 [14] SAP2000- Getting Started Version 6.1 CSI, 1997
[15] SAP2000- Web Tutorial 1, 2-Detailed Tutorial Including Pushover Analysis CSI, 1998 [16] Vũ Mạnh Hùng, Cơ học kết cấu cơng trình. NXB Xây Dựng, 1999
[17] Đỗ Đức Thắng, Một vài vấn đề cấu tạo thông số hình học hợp lý hệ khơng gian cấu trục mạng tinh thể áp dụng vào hệ mái nhịp lớn nhà cơng nghiệp. Tuyển tập cơng trình khoa học hội nghị Cơ học toàn quốc lần VI, Hà nội, 1997
Cop
yrig
ht (C
) by
Bui
Duc
(5)Chương I: Phương pháp Phần tử hữu hạn toán… Bản nháp I-
Lần cập nhật gần nhất: 13/09/2004
1
Chương I
PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG BÀI TOÁN TĨNH VÀ ĐỘNG LỰC HỌC KẾT CẤU
Chu Quốc Thắng, Bùi Đức Vinh
I Đại cương phương pháp phần tử hữu hạn
I.1 Phương pháp phần tử hữu hạn mơ hình phân tích tốn kết cấu.
Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element method – FEM, PP PTHH) phương pháp
đặc biệt có hiệu để tìm dạng gần hàm chưa biết miền xác định PP PTHH đời từ thực tiễn phân tích kết cấu, sau phát triển cách chặt chẽ tổng quát phương pháp (PP) biến phân hay số dư có trọng số để giải toán vật lý khác Tuy nhiên khác với PP biến phân số dư có trọng số cổ điển Ritz hay Galerkin, PP PTHH khơng tìm dạng xấp xỉ hàm toàn miền xác định mà miền (phần tử ) thuộc miền xác định Do PP PTHH thích hợp với toán vật lý kỹ thuật tốn kết cấu, hàm cần tìm xác định miền phức tạp bao gồm nhiều miền nhỏ có tính chất khác
Trong PP PTHH miền tính tốn thay số hữu hạn miền gọi phần tử û* , phần tử xem như
chỉđược nối kết với qua số điểm xác định biên gọi điểm nút (HI-1)
Trong phạm vi phần tử (miền Ve) đại lượng cần tìm lấy xấp xỉ theo dạng phân
bố xác định đó, chẳng hạn tốn kết cấu đại lượng cần tìm chuyển vị hay ứng suất xấp xỉ hóa dạng phân bố xác định Các hệ số hàm xấp xỉđược gọi thông số hay tọa độ tổng quát Tuy nhiên thông số lại biểu diễn qua trị số hàm trị số đạo hàm điểm nút phần tử Như hệ số hàm xấp xỉ có ý nghĩa vật lý xác định, dễ thỏa mãn điều kiện biên toán, ưu điểm bật PP PTHH so với phương pháp xấp xỉ khác
Tùy theo ý nghĩa hàm xấp xỉ toán kết cấu người ta chia làm ba mơ hình sau:
* Để
tiện cho việc trình bày từđây sau miền thay phần tử.
Hình 1.1 Kết cấu rời rạc hoá PTHH
Cop
yrig
ht (C
) by
Bui
Duc
(6)Bài tập chương
Bài 10: Tính chuyển vị nội lực hệ dàn hình (H.5.77)
Vật liệu thép có E = 230 KN/cm2 Diện tích sau :
- Các ngang (dọc) mặt : φ = 35mm, dày 3.5 mm - Các ngang (dọc) mặt : φ = 25mm, dày 2.5 mm - Các xiên : φ = 20mm, dày 2.0 mm Tải trọng lực tập trung P = 100 Kgf đặt mắt dàn
Bài 11 : Phân tích nội lực hệ khung khơng gian cho hình (H.5.78) Vật liệu:
E = 2.8x107 kN/m2 ; ν= 0.18 - Tiết diện
+ tầng 1-3 : cột fx0.2x0.4m dầm 0.2x0.4m + tầng 4,5 : cột 0.2x0.3m
dầm 0.2x0.3m - Tải trọng :
Thợp : có TLBT Thợp : tải phân bố (đứng) khối thấp : q1 =12 KN/m
khối cao : q2 =8 KN/m
Thợp : có tải TT P1=20KN, P2=17.5KN
P3=26KN
Yêu cầu tính : tổ hợp tải : COMBO1 = th1*2.5 + th2*1.9; COMBO2 = th1*1.6 + th3*1.4
và COMBO3=
th2*1.4 + th2*1.2
Bài 12: Tính hệ khung hình (H5.79)
2 2 2
0
2
2
2
2
Hình 5.77
2.5mx5
4m
3m x 5m
Hình 5.78 Khung khơng gian
Cop
yrig
ht (C
) by
Bui
Duc
(7)Bài tập chương
- Kích thước dầm :
+ Dầm ngang 0.25 x 0.4m + Dầm dọc 0.3 x 0.5 - Kích thước cột
+ Tầng - : 0.3x0.5m + Tầng - : 0.3x0.3m - Vật liệu E = 2.6x106 T/m2, ν= 0.18 - Tải trọng :
+ Trọng lượng thân + Tải trọng phân bố (đứng) :
dầm dọc qd = 1.5T/m dầm ngang qn = 1.3T/m
- Tải trọng phân bố (ngang) dầm vàø cột
mặt trước qt = 0.5T/m; mặt sau qs = 0.3T/m - Tính hệ với tổ hợp tải trọng tương ứng hệ số sau :
Trọng lượng thân : 1.4; Tải trọng đứng : 1.7; Tải trọng ngang : 1.3;
Bài 13: Tính hệ khung
- Kích thước
+ cột : 0.2x0.5 m + dầm : 0.25 x 0.4m
- Vật liệu E = 2.6x106 T/m2, ν= 0.18 - Tải trọng
+ Tải trọng đứng phân bố dầm bên q = 1.65 T/m
+ Tải trọng tập trung đặt nút mặt trước mặt trước P = 3.4 T;
Phần ban cơng : q = 0.54 T/m
Kích thước dầm 0.2 x 0.45 m 2m 2m 4m 5x4.5 4x4 3.8 6.8 9.8 12 15 Hình 5.79 12.5 9.5 6.5 3.5 0.0
4 4
4
Hình 5.80
Cop
yrig
ht (C
) by
Bui
Duc
: www.hcmut.edu.vn/~bdvinh/sap2000.html