Đang tải... (xem toàn văn)
Hình 1-5 Trục tọa độ địa phương của phần tử thanh.. Hình 1-7 Nguyên tắc bàn tay phải.[r]
(1)2012
KS.LÊ VĂN DUY
TRUNG TÂM ĐỒ HỌA HOÀNG NHI 9/2012
(2)SAP 200 V14.0.0 – Công cụ
PHẦN I : CÔNG CỤ CƠ BẢN CỦA SAP 2000 V14
MỤC LỤC
BÀI : CÁC QUI ƯỚC CƠ BẢN
1.1 GIỚI THIỆU
1.1.1 Lịch sử hình thành
1.1.2 Mơ hình hóa – khả SAP 2000
1.1.3 Các file liệu :
1.2 Các bước để thực tính tốn phân tích kết cấu phần mềm SAP 2000
1.2.1 Xây dựng điều chỉnh hình học
1.2.2 Định nghĩa vật liệu,tiết diện gán chi tiết cho phần tử
1.2.3 Điều chỉnh gối tựa
1.2.4 Định nghĩa phương án chất tải gán chi tiết
1.2.5 Định nghĩa đặc biết có
1.2.6 Định nghĩa phương án tổ hợp
1.2.7 Định nghĩa phương án phân tích
1.2.8 Chạy phân tích sơ cơng trình theo qui phạm
1.2.9 Thiết kế theo vật liệu (BTCT Thép )
1.3 Một số qui định
1.3.1 Hệđơn vị dung cơng trình SAP 2000 sử dụng
1.3.2 Đơn vị góc đo độ dùng SAP 2000
1.3.3 Nút (node)
1.3.4 Phần tử (Element)
1.3.5 Hệ tọa độ (Coordinate system)
a Hệ tọa độ tổng thể (Global coordinate system)
b Định nghĩa hệ trục tọa độ bổ sung
c Hệ tọa độ địa phương 10
1.3.6 Nguyên tắc bàn phải 12
1.3.7 Bậc tự nút (DOF – Degree of Freedom) 12
1.3.8 Liên kết (Restraints) 13
(3)SAP 200 V14.0.0 – Công cụ
BÀI : CƠNG CỤ XÂY DỰNG HÌNH HỌC 14
2.1 Màn hình làm việc SAP 2000 14
2.2 Tính tác dụng icon SAP 2000 14
BÀI : HỆ THỐNG KẾT CẤU MẪU 19
3.1.1 Hệ thống lưới định vị : Grid Only 19
3.1.2 Hệ dầm liên tục Beam 23
3.1.3 Hệ khung phẳng 2D Frame : 23
3.1.4 Hệ khung không gian 3D frame 25
3.1.5 Hệ dàn phẳng (2D Truss) : 27
3.1.6 Hệ tường vách phẳng (Wall) 29
3.1.7 Hệ kết cấu sàn phẳng (Flat Slab) : 30
3.1.8 Hệ kết cấu dàn không gian (3D Truses) 33
3.1.9 Hệ vỏ Shells 34
3.1.10 Cầu thang StairCase 36
BÀI : ĐỊNH NGHĨA VẬT LIỆU-TIẾT DIỆN-GÁN CHI TIẾT CHO ĐỐI TƯỢNG 38
4.1 Định nghĩa loại vật liệu : 38
4.2 Định nghĩa loại tiết diện – gán chi tiết cho phần tử 40
4.2.1 Định nghĩa tiết diện bê tơng hình chữ nhật 41
4.2.2 Định nghĩa sốđường kính cốt thép (Reinforcement Bar Size) 44
4.2.3 Gán tiết diện vừa định nghĩa cho phần tử 45
4.2.4 Định nghĩa tiết diện cột có hình dạng phức tạp Section Designer 45
4.2.5 Phần tử Frame có tiết diện NonPrismatic 48
4.2.6 Phần tử Frame tiết diện General 51
4.2.7 Phần tử Frame có tiết diện Auto Select : 54
4.3 Định nghĩa loại tiết diện – gán chi tiết cho phần tử 56
4.3.1 Định nghĩa 56
4.3.2 Gán tiết diện vừa định nghĩa cho phần tử : 56
4.4 Vẽ dầm,cột sàn 57
4.4.1 Vẽ dầm 57
4.4.2 Vẽ cột 57
(4)SAP 200 V14.0.0 – Công cụ
a Vẽ nhanh sàn 58
b Vẽ sàn hình chữ nhật 58
c Vẽ sàn hình đa giác 58
d Xem khối 59
4.5 Copy toàn dầm,sàn từ tầng sang tầng khác 59
4.6 Chọn số mặt cắt xuất nội lực cho dầm Output Station 60
4.7 Chia sàn tựđộng AutoMesh 62
BÀI : ĐỊNH NGHĨA CÁC PHƯƠNG ÁN TẢI – GÁN TẢI TRỌNG CHI TIẾT 65
5.1 ĐỊNH NGHĨA LOAD PATTERN 65
5.2 Định nghĩa phương án chất tải kiểu phân tích Load Case 66
5.2.1 Phân tích tĩnh động lực học 68
a Static : Phân tích tĩnh 68
b Modal : Phân tích động lực học 68
5.2.2 Phân tích tuyến tính phi tuyến 68
a Phân tích tuyến tính Linear 68
b Phân tích phi tuyến Nonlinear 69
5.3 Định nghĩa tổ hợp tải trọng Load Combination 69
5.4 Gán tải chi tiết cho phương án tải định nghĩa : 70
5.4.1 Tải trọng vào nút 70
a Tải trọng tập trung nút 70
b Xem tải trọng: 72
c Chuyển vị cưỡng (Joint Displacement) 72
5.4.2 Tải trọng 73
a Uniform load (Span Load) 74
b Xem tải trọng 75
a Tải trọng tập trung 75
b Tải trọng phân bố không 77
(5)SAP 200 V14.0.0 – Công cụ
a Tải trọng phân bố 79
BÀI : GỐI TỰA VÀ MỘT SỐ KHAI BÁO KHÁC 81
6.1 Gán – điều chỉnh gối tựa lý tưởng 81
6.2 Gán điều chỉnh gối tựa lị xo 81
Độ cứng khác vơ liên kết có chuyển vị khác 81
6.3 Quay hệ tọa độ cục 82
6.3.1 Quay hệ tọa độ cục 82
6.3.2 Quay hệ tọa độ 82
6.4 Vào liên kết đặc biệt đầu thanh( giải phóng thành phần lực) 83
6.5 Điều chỉnh nhịp tính tốn 83
6.6 Điều chỉnh số mặt cắt tính tốn 85
6.7 Tựđộng chia (Automatic Mesh Frame) 85
BÀI : ĐỌC KẾT QUẢ NỘI LỰC THANH – TẤM – IN 88
7.1 Đọc kết đồ họa 88
7.1.1 Xem chuyển vị (Displacement) 90
a Xem hoạt hình 91
b Xuất Video 91
7.1.2 Xem nội lực 92
7.1.3 Xem phản lực Reaction 94
7.2 Xem kết phân tích dạng bảng 96
7.3 In kết tính tốn 98
BÀI : THIẾT KẾ KẾT CẤU 100
8.1 Chọn tiêu chuẩn thiết kế 100
8.2 Chọn tổ hợp thiết kế 101
8.3 Chạy thiết kế 102
8.4 Hiển thị kết thiết kế 102
(6)SAP 200 V14.0.0 – Cơng cụ
Hình 1-1 Các khả phân tích SAP 2000
Hình 1-3 Mặt lưới hệ tọa độ vng góc hệ tọa độ trụ
Hình 1-2 Hệ tọa độ tổng thể
Hình 1-4 Góc xoay dương hệ tọa độ 10
Hình 1-5 Trục tọa độđịa phương phần tử 10
Hình 1-6 Trục tọa độđịa phương phần tử 11
Hình 1-7 Nguyên tắc bàn tay phải 12
Hình 2-1 Cửa sổ làm việc SAP 2000 14
Hình 2-2 Hộp thoại Display Options For Active Window 18
Hình 3-1 Cửa sổ New Model 19
Hình 3-2 Cửa sổ Quick Grid Lines 20
Hình 3-3 Sửa chi tiết lưới 21
Hình 3-4 Cửa sổ Coordinate/Grid Systems 21
Hình 3-5 Cửa sổ Define Grid System Data 22
Hình 3-6 Cửa sổ khai báo Beam 23
Hình 3-7 Mơ hình Beam 23
Hình 3-8 Cửa sổ khai báo 2D Frames 24
Hình 3-9 Open Frame Building 25
Hình 3-10 Beam - Slab Building 26
Hình 3-11 2D Truss 27
Hình 3-12 Cấu tạo dàn 27
Hình 3-13 Các loại dàn thường gặp 28
Hình 3-14 Khai báo hệ Wall 29
Hình 3-15 Một số loại sàn khác 30
Hình 3-16 Sàn đặt trực tiếp lên cột 31
Hình 3-17 Sàn phẳng có panel 31
Hình 3-18 Sàn phẳng có mũ cột 32
Hình 3-19 Khai báo hệ Slab 32
Hình 3-20 3D Trusses 33
Hình 3-21 Shells 34
Hình 3-22 Barrel Shell 34
Hình 3-23 Mặt cắt ngang hầm 35
Hình 3-24 Lời giải tốn vịm 36
Hình 3-25 Staircases 36
Hình 4-1 Define Materials 38
Hình 4-2Cửa sổ Add New Modify/Show Material 39
(7)SAP 200 V14.0.0 – Cơng cụ
Hình 4-4 Mơđun đàn hồi ban đầu số bê tông 40
Hình 4-5 Một số tiết diện thường gặp 40
Hình 4-6 Add Frame Section Property 42
Hình 4-7 Rectangular Section 42
Hình 4-8 Reinforcement Data 43
Hình 4-9 Bố trí cốt thép số cột 44
Hình 4-10 SD Section Data 47
Hình 4-11 CSISD 48
Hình 4-12 Ví dụ Nonprismatic 49
Hình 4-13 Add Frame Section Property 50
Hình 4-14 Nonprismatic Section Name 50
Hình 4-15 Cơng thức tính Shear Area 53
Hình 4-16 Chọn tiết diện muốn vẽ 57
Hình 4-17 Chọn tiết diện muốn vẽ 57
Hình 4-18 Chọn tiết diện mong muốn 58
Hình 4-19 Chọn tiết diện mong muốn 58
Hình 4-20 Chọn tiết diện mong muốn 58
Hình 4-21 Hộp thoại Display Options For Active Windows 59
Hình 4-22 Chọn từ danh sách dầm 61
Hình 4-23 Asign Frame Output Station 62
Hình 4-24 Select Sections 63
Hình 4-25 Assign Automatic Area Mesh 64
Hình 5-1 Define Load Pattern 66
Hình 5-2 Define Load Case 67
Hình 5-3 Modify/Show Load Case 67
Hình 5-4 Analysis Type 68
Hình 5-5 Hộp thoại Add New Combo 69
Hình 5-6 Hộp thoại Load Combination Data 70
Hình 5-7 Asign Joint Load 71
Hình 5-8 Gán phương độ lớn tải trọng 71
Hình 5-9 Gán chuyển vị 73
Hình 5-10 Những loại tải thường gặp 73
Hình 6-1 Cửa sổ Joint Restraints 81
Hình 6-2 Xoay hệ tọa độ 82
Hình 6-4 Frame Local Axis 82
Hình 6-3 Xoay 82
(8)SAP 200 V14.0.0 – Cơng cụ
Hình 6-6 Assign Frame Releases 83
Hình 6-7 Frame Offset 84
Hình 6-8 Frame End Length Offsets 85
Hình 6-9 Output Station 85
Hình 6-10 Automa tic Frame Mesh 86
Hình 6-11 Assign Automatic Frame Mesh 86
Hình 6-12 No Automatic Meshing 87
Hình 6-13 Auto Mesh Frame 87
Hình 7-1 Hộp thoại Animation Video File Creation 92
Hình 7-2 Member Force Diagram 93
Hình 7-3 Diagrám For Frame Object 94
Hình 7-4 Joint Reaction Forces 95
Hình 7-5 Joint Reaction 96
Hình 7-6 Choose Table for Display 97
Hình 7-7 Element Forces-Frames 98
Hình 8-1 Chọn tiêu chuẩn thiết kế 101
Hình 8-2 Chọn tổ hợp thiết kế dầm 102
Hình 8-3 Kết thiết kế chi tiết cột bê tông cốt thép 103
(9)SAP 200 V14.0.0 – Công cụ
BÀI : CÁC QUI ƯỚC CƠ BẢN 1.1.GIỚI THIỆU
1.1.1 Lịch sử hình thành
• Bộ phần mềm Sap kết nghiên cứu phương pháp số (Numeric method), phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) tính tốn học (Computation Mechanics) giáo sư Edward L.Wilson (University of California at Berkeley,USA)
Bảng 1-1 Các giai đoạn phát triển phần mềm SAP
Giai đoạn Tên chương
trình Nội dung
1969 - 70 SAP Used Static Load to Generate
1971-72 Solid-Sap Rewritten by Ed Wilson
1972-73 SAP IV Subspace Iteration - Dr.Jugen Bathe
1973-74 NON SAP New Program – The Start of ADINA
1979-80 SAP New Linear Program for Personnal computers
1983-1987 SAP 80 CSI added Pre and Post Processing
1987-1990 SAP 90 Significant Modification and Documentation
1997-Nay SAP 2000 Nonlinear Element-More Options-With Windows Interface
(10)SAP 200 V14.0.0 – Cơng cụ
• Ngồi khả phân tích tốn thương gặp kết cấu cơng trình,version SAP 2000 bổ sung thêm loại phần tử mẫu tính phân tích kết cấu phi tuyến.Giao diện với người sử dụng trở nên thân thiện nhiều,do chương trình thiết kế làm việc hồn tồn mơi trường WINDOWS
1.1.2 Mơ hình hóa – khả SAP 2000
• Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mơ hình hóa phân tích kết cấu • Sap 2000 cung cấp nhiều tính mạnh để mơ tả lớp tốn kết cấu phổ
biến thực tế kĩ thuật,chúng bao gồm : Cầu,đập chắn,bồn chứa,các tòa nhà…Các giao tiếp đồ họa dựa cửa sổ,cho phép nhanh chóng tạo mơ hình kết cấu từ mẫu thư viện sẵn có.Tất việc chỉnh sửa,thay đổi phân tích nội lực biểu diễn thiết kế thực cách giống nhau.Người sử dụng hồn tồn thao tác trực tiếp hình ảnh đồ họa hai,ba chiều (2D,3D)
• Các phần tử mẫu gồm có : dàn,dầm (Frame/Struss),tấm vỏ -màng (Shell/plate),phần tử chiều-ứng suất phẳng biến dang phẳng,đối xứng trục(plane/asolid),phần tử khối (solid) phần tử phi tuyến (Nlink)
• Vật liệu tuyến tính (linear) đẳng hướng trực hướng phi tuyến
• Các liên kết bao gồm có : liên kết cứng,liên kết đàn hồi,liên kết cục khử bớt thành phần phản lực
• Đa hệ toạn độ : dung nhiều hệ tọa độ để mơ hình hóa phần kết cấu.Nhiều cách thức rang buộc phần khác kết cấu
• Tải trọng bao gồm lực tập trung nút,áp lực lên phần tử,ảnh hưởng nhiệt
độ,tải trọng theo phổ gia tốc,tải trọng điều hòa tải trọng di động… Chúng có thểđặt nút,hoặc phân bốđều,hình thang,tập trung áp lực t rên phần tử … • Khả giải tốn lớn khơng hạn chế số ẩn số,giải thuật ổn định hiệu
suất cao
(11)SAP 200 V14.0.0 – Công cụ
Hình 1-1 Các khả phân tích SAP 2000
• Các phương án tải kết hợp với nhau.Một kết cấu có nhiều loại phần tử mẫu
• Khả thiết kế chi tiết cho vật liệu BTCT; kết cấu thép;kết cấu nhôm theo nhiều tiêu chuẩn nước tiến tiến
• Tiêu chuẩn thiết kế bê tong cốt thép :
• US ACI 318-05/IBC 2003 : tiêu chuẩn viện bê tong Mỹ(ACI) • Canadian CSA-A23.3-04 (2004) Tiêu chuẩn Canada
• British BS 8110-97 Tiêu chuẩn Anh • Eurocode -2004 Tiêu chuẩn châu Âu • AS 3600 01 Tiêu chuẩn Australia • New Zealand NZS 3101-95
• …
• Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép
• US AISC/ASD 01,AISD/LFRD 99, • Canadian CAN/CSA-S16.1-01 • British BS 5950 1990
(12)SAP 200 V14.0.0 – Công cụ
1.1.3 Các file liệu : • *.SDB : file liệu
• *.s2k : File liệu dạng text;có thể dung trình soạn thảo văn vản để xem điều chỉnh
1.2.Các bước để thực tính tốn phân tích kết cấu phần mềm SAP 2000
1.2.1 Xây dựng điều chỉnh hình học
1.2.2 Định nghĩa vật liệu,tiết diện gán chi tiết cho phần tử
1.2.3 Điều chỉnh gối tựa
1.2.4 Định nghĩa phương án chất tải gán chi tiết 1.2.5 Định nghĩa đặc biết có
Ví dụ khớp,thanh nhịp thong thủy,quay tiết diện,số mặt tính tốn…
1.2.6 Định nghĩa phương án tổ hợp 1.2.7 Định nghĩa phương án phân tích
1.2.8 Chạy phân tích sơ cơng trình theo qui phạm
Về nội lực độ cứng đạt u cầu chuyển sang bước ,nếu khơng đạt quay lại bước (1 ÷8) đểđiều chỉnh
1.2.9 Thiết kế theo vật liệu (BTCT Thép )
Phân tích theo tiêu chí vật liệu khơng đạt quay lại bước (1 ÷8) đểđiều chỉnh 1.3.Một số qui định
1.3.1 Hệ đơn vị dung cơng trình SAP 2000 sử dụng
Có hệ đơn vị SAP 2000 : English Metric.Một hệ đơn vị bao gồm đơn vị lực,chiều dài,nhiệt độ thời gian
• Lực (lbs, kip, N, kN, etc.), • Chiều dài (ft, in, m, mm, etc.), • Thời gian (second),
(13)SAP 200 V14.0.0 – Công cụ
1.3.2 Đơn vị góc đo độ dùng SAP 2000 Gồm độ (o) radian :
• Độ (o) sử dụng để định thơng số hình học chẳng hạn góc trục địa phương
• Radian dùng để định góc xoay chuyển vị • Kết góc xoay xuất sử dụng đơn vị radian
Bạn thay đổi đơn vị lúc cách click hộp xổ xuống bên
phải trạng thái.
1.3.3 Nút (node)
Nút hiểu vị trí dung để xác định kích thước hình học kết cấu.Mỗi nút xác định thong qua tên nút tọa độ hệ tọa độ chung SAP 2000 tựđộng đánh số nút mơ hình.Các liệu nút thường : tên (Joint Label),tọa độ (Coordinate),hệ toạn độ địa phương nút,tải trọng nút (Joint Load),liên kết khống kế chuyển vị nút (Restraint),liên kết đàn hồi (Springs),chuyển vị cưỡng nút…
1.3.4 Phần tử (Element)
(14)SAP 200 V14.0.0 – Công cụ
Các liệu phần tử : tên,nút biên phần tử,hệ tọa độ địa phuonwg,vật liệu phần tử,các đặc tính mặt cắt phần tử,tải trọng tác dụng lên phần tử ,…
1.3.5 Hệ tọa độ (Coordinate system)
a.Hệ tọa độ tổng thể (Global coordinate system)
• Hệ tọa độ tổng thể hệ tọa độ vng góc khơng gian ba chiều,các trục tọa độ vng góc với hợp thành tam diện thuận,chiều chúng xác định quy tắc bàn tay phải.Các trục hệ tọa độ tổng thể quy ước trục X,Y,Z SAP 2000 hệ tọa độ có tên GLOBAL
• Hướng mặc định hệ trục tọa độ ln có chiều dương trục Z hướng thẳng đứng từ lên trên.Các hệ trục tọa độ địa phương cho nút,phần tử tải trọng gia tốc
đều định nghĩa tương ứng với hướng thẳng đứng này.Riêng tải trọng thân định nghĩa theo chiều ngược với trục Z mặt phẳng X-Y nằm ngang • Hệ tọa độ tổng thể hệ tọa độ vng góc (Cartesian) hệ tọa độ trụ
(Cylindrical)
Hình 1-3 Mặt lưới hệ tọa độ vng góc hệ tọa độ trụ
(15)SAP 200 V14.0.0 – Công cụ
b.Định nghĩa hệ trục tọa độ bổ sung
Hệ trục tọa độ bổ sung có thểđược dùng để dễ dàng cho q trình mơ hình phận kết cấu.Một hệ trục tọa độ phải có điểm gốc trục,các trục vng góc với xác định theo quy tắc bàn tay phải
(16)SAP 200 V14.0.0 – Cơng cụ
Hình 1-4 Góc xoay dương hệ tọa độ
c.Hệ tọa độđịa phương
Mỗi thành phần kết cấu (nút,phần tử ,hay ràng buộc chuyển vị) có hệ tọa độ địa phương nó.Các trục hệ tọa độ địa phương xác định quy tắc bàn tay phải kí hiệu trục 1,2,3.Để tạo hệ trục ta dung chức tạo hệ tọa độđịa phương của SAP 2000
Trục màu đỏ,trục màu trắng trục màu xanh giống màu quốc kì Mĩ
(17)SAP 200 V14.0.0 – Công cụ
(18)SAP 200 V14.0.0 – Công cụ
1.3.6 Nguyên tắc bàn phải
Hình 1-7 Nguyên tắc bàn tay phải
1.3.7 Bậc tự nút (DOF – Degree of Freedom)
• Sự biến dạng kết cấu chịu tác dụng ngoại lực,được biểu diễn qua chuyển vị nút.Đối với kết cấu không gian (3-D) trường hợp tổng quát số nút có sáu thành phần chuyển vị
(19)SAP 200 V14.0.0 – Cơng cụ
• thành phần chuyển vị xoay quanh trục 1,2,3 hệ tọa độ riêng (R1,R2,R3) • Một số thành phần chuyển vị có hai trạng thái : có chuyển vị hay bị không
chế chuyển vị.Đối với phần tử mẫu tương ứng với mơ hình phân tích khác số thành phần chuyển vị nút tương ứng khác nhau,nó tùy thuộc vào làm việc phần tửđó.Số thành phần chuyển vị nút gọi bậc tự do(degree of freedom –DOF) nút
• Mặc định hướng trục 1,2,3 nút song song với hướng trục X,Y,Z
1.3.8 Liên kết (Restraints)
Là điều kiện liên kết với trái đất nút.Sap 2000 dùng nhiều loại liên kết gối tựa,khớp cốđịnh,ngàm,liên kết hồi
1.3.9 Tải trọng (Load) :
-Trường hợp tải trọng (Load case) : Trong SAP 2000 cho phép khai báo nhiều trường hợp tải trọng,file kết SAP 2000 đưa chứa nội lực,chuyển vị trường hợp tải
(20)SAP 200 V14.0.0 – Công cụ
BÀI :CƠNG CỤ XÂY DỰNG HÌNH HỌC
2.1.Màn hình làm việc SAP 2000
Trong SAP 2000 ,việc thực số thao tác lệnh thường thông qua công cụ chứa biểu tượng tương ứng.Dưới số biểu tượng thường sử dụng SAP 2000
Hình 2-1 Cửa sổ làm việc SAP 2000
2.2.Tính tác dụng icon SAP 2000
Icon Tên Icon Shortkey Tính tác dụng
New Model Ctrl + N Tạo mơ hình
Open SDB Ctrl + O Mở file SDB