Ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Nội dung cơ bản của phương pháp PTHH

Quan niệm này chỉ là gần đúng, bởi vì khi thay thế kết cấu thực (hệ liên tục) bằng một số hữu hạn các phần tử trên người ta đã coi rằng năng lượng bên trong mô hình thay thế phải bằng năng lượng của kết cấu thực. Trong phương pháp PTHH giả thiết rằng: các chuyển vị tại nút trong một phần tử sẽ xác định trạng thái biến dạng của phần tử đó, tức là có thể dùng các chuyển vị nút để biểu thị trạng thái biến dạng của kết cấu. Phương trình (1) là phương trình tương thích có thể giải đối với lực {F} đã biết để tìm ra chuyển vị {u}, phương trình (2) là phương trình dùng để tìm ra chuyển vị {u} và tần số dao động riêng w của hệ đàn hồi, phương trình (3) dùng để xác định quy luật truyền sóng.

Các loại phần tử chính trong Midas/Civil

Trường hợp phần tử dầm có mặt cắt thay đổi, MIDAS/Civil thay đổi tuyến tính mặt cắt ngang, diện tích có hiệu của vùng trượt, độ cứng chống xoắn dọc theo chiều dài phần tử. Phần tử này có khả năng tính toán trong mặt phẳng cho các trường hợp như: kéo/nén, biến dạng trượt trong mặt phẳng hoặc theo phương vuông góc với mặt phẳng và uốn theo phương vuông góc với mặt phẳng. Độ cứng theo phương vuông góc với với mặt phẳng tấm sử dụng trong Midas/Civil gồm hai loại : DKT/DKQ (Discrete Kirchhoff element) và DKMT/DKMQ (Discrete Kirchhoff-Mindlin element).

Phân tích kết cấu

Khối lượng ở đây liên quan tới trọng lượng bản thân của các thành phần kết cấu nó tương đối nhỏ so với tổng khối lượng, nó hết sức quan trọng trong việc phân tích tính toán trị riêng cho tất cả các khối lượng thành phần của kết cấu. Đơn vị cho khối lượng và mômen quán tính được định nghĩa bởi đơn vị phân chia cho khối lượng bởi gia tốc trong trường hợp sử dụng hệ đơn vi MKS hoặc của Anh, khối lượng trong hệ đơn vị SI cũng sử dụng tương tự như trong hệ đơn vị MSK. Phân tích phổ phản ứng động thừa nhận rằng sự phản ứng của hệ thống nhiều độ tự do (multi-degree-of-freedom(MDOF) system) tương đương với nhiều hệ thống đơn độ tự do (single-degree-of-freedom (SDOF) Systems).

MIDAS/Civil có thể phát sinh ra việc thiết kế phổ với việc sử dụng những tham số về động đất, phân tích phổ phản ứng được chỉ ra trong mặt phẳng chung X-Y và trong trục thẳng đứng Z. Khi phương pháp phân tích này được đưa ra, chuyển vị của kết cấu được xác định bằng sự tổng kết kết quả của mỗi mô hình và lời giải tương ứng cho mô hình đó như trong công thức <Eq. Khi phân tích kết cấu đàn hồi tuyến tính, ta đã giả thiết rằng mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính và cũng cũng thừa vật liệu là tuyến tính khi chịu lực, biến dạng nhỏ.

Cơ sở và thuật toán phân tích của nó được trình bày như sau: Đây là phương thức tính phi tuyến hình học bằng cách sử dụng trong hệ tọa Co-ratotional, trong đó di chuyển cùng với quay của phần tử bị biến dạng. Mối quan hệ giữa biến dạng và chuyển vị trong hệ tọa độ Co-ratotional có thể biểu diễn như một biểu thức ma trận sau εˆ = Bˆuˆ và ma trận quan hệ giữa biến dạng và chuyển vị sử dụng trong phân tích tuyến tính có thể được ứng dụng vào. Phân tích P-Delta trong MIDAS/Civil là 1 loại phân tích phi tuyến hình học, nó được dùng để phân tích những kết cấu khi mà xuất hiện đồng thời tải trọng theo phương ngang và mômen quay cùng xuất hiện đồng thời đối với phần tử dầm hoặc tường.

Phân tích tuyến tính tĩnh được thi hành trước hết cho những điều kiện về lực và sau đó dạng ma trận độ cứng mới là công thức cơ sở dựa trên sự tác động của lực hoặc ứng suất đạt được từ phân tích lần thứ nhất.

Nghiên cứu dữ liệu đầu vào, đầu ra

; iMAT, TYPE, MNAME, SPHEAT, HEATCO, PLAST, TUNIT, bMASS, ELAST, POISN, THERMAL, DEN, MASS ; STEEL, CONC, USER. ; iMAT: Mã vật liệu, TYPE: Loại vật liệu, MNAME: Tên vật liệu, SPHEAT: Nhiệt dung riêng, HEATCO: Độ dẫn nhiệt, PLAST, TUNIT, bMASS, ELAST: Mô đun đàn hồi, POISN: Hệ số poisson, THERMAL: Hệ số dãn nở nhiệt, DEN: Mật độ khối lượng, MASS: Tải trọng bản thân. ; NAME: Tên, TDN-PROPERTY: Tên thuộc tính, ELEM_LIST: Danh sách phần tử, BEGIN: điểm bắt đầu, END: điểm kết thúc, CURVE, INPUT.

File này có ích cho việc kiểm tra lại kết quả tính toán viết báo cáo kết quả.

Mô hình hoá kết cấu

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. Hệ tọa độ nút NCS sử dụng chữ nhỏ “x-y-z” làm tên các trục như quy ước trong hệ tọa độ Decac và chiều cũng được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Trong trường hợp đơn giản ta có thể lập một “mô hình 2 chiều” (sơ đồ phẳng) với các phần tử thanh dọc dùng để mô tả kết cấu phía trên và phần đường xe chạy, các thành phần tử thẳng đứng dùng để mô tả các trụ cầu và mố cầu.

Kết quả phân tích kết cấu cầu sẽ cho biết các nội lực của các phần tử thanh để chúng ta có thể dùng khi thiết kế các mặt cắt các bộ phần cầu nội lực và chuyển vị do hoạt tải gây ra sẽ chỉ được tính toán cho các phần tử thanh nào mà kỹ sư thiết kế chỉ định. Các liên kết gối cầu có thể được mô hình hóa bằng các sơ đồ khác nhau như gối đàn hồi hoặc gối cứng hoặc liên kết phần tử đàn hồi. Việc chọn sơ đồ đặt các gối và các khe biến dạng cho kết cấu nhịp cầu cần phải được nghiên cứu cẩn thận có xét tính liên tục của chuyển vị thẳng và chuyển vị quay.

Tính liên tục của các phần tử sẽ được mô tả thông qua độ tự do và sự dịch chuyển của các gối hoặc của các khe biến dạng. Để miêu tả tính không liên tục của các phần tử đó thì cần tách rời mối quan hệ giữa chúng, nghĩa là giải phóng liên kết tương hỗ giữa các nút liên kết. Các chuyển vị thẳng theo phương ngang, phương đứng và chuyển vị quay do xoắn có thể có do quan hệ với nhau, nhưng chuyển vị theo chiều dọc và chuyển vị xoay do uốn trong cùng một mặt phẳng có thể là không có quan hệ với nhau.

Tuy nhiên tùy thuộc vào cấu tạo cụ thể của từng gối cầu và các nút mà chúng ta sẽ chọn áp dụng các điều kiện ràng buộc và các độ tự do một cách phù hợp.

Tính bài toán cầu bê tông dự ứng lực thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng

• Nhập số liệu

Model > Properties > Tapered Section Group để hiệu chỉnh lại mặt cắt thay đổi, nguyên nhân hiệu chỉnh là do mặt cắt thay đổi chưa biết khai báo điểm bắt đầu và điểm kết thúc. Để định nghĩa các loại vật liệu ta chọn: Model > Properties > Material Chọn Add để thêm các loại vật liệu, khai báo theo hướng dẫn. Có thể sử dụng những vật liệu có sẵn trong chương trình theo các qui trình như AASHTO hoặc tự định nghĩa một kiểu vật liệu bằng cách nhập vào các thông số.

- Tại trụ liên kết với dầm bằng liên kết đàn hồi (Elastic Link), tại mố cũng liên kết với các gối bằng liên kết đàn hồi. Ở trên chúng ta mới chỉ định nghĩa các giai đoạn thi công, chưa biết quá trình thi công diễn ra như thế nào?. Gán kết cấu cho các nhóm tải trọng bằng cách chọn nhóm nút và phần tử cùng một nhóm bằng công cụ Selection, kéo và thả giai đoạn thi công cần gán ở Tree Menu tới cửa sổ Model.

Nhập cho tất cả các giai đoạn ta có: Processed by We Batch PDF Unlocker Buy a license to remove it. Khai báo các trường hợp tải trọng giúp chúng ta dễ quản lý việc nhập tải trọng cũng như dễ giàng sử lý kết quả tính toán. Để khai báo chọn: Load > Static Load Cases Nhập tên tải trọng, loại tải trọng, và mô tả.

Nhập xong các tải trọng cơ bản trên chúng ta có thể tiến hành tính toán để kiểm tra việc nhập. - Khai báo vật liệu cho tính toán sự biến đổi của modun đàn hồi (Comp. Strength) theo thời gian. Sau khi tính toán ta có thể xem các kết quả của chương trình, ví dụ như đường ành hưởng mô men ở giai đoạn khai thác tại nút 1017.