1.1.1.Yêu cầu bài toán
• Tính toán nội lực trong dầm
• Vẽ được đường ảnh hưởng các giá trị trong dầm, tổ hợp các trường hợp tải trọng, xuất các kết quả nội lực cũng như các đường ảnh hưởng
• Làm thêm một số bài toán để nâng cao kĩ năng. Tuỳ biến được cách mô hình các bài toán khác nhau; các tải trọng khác nhau và các liên kết khác nhau trong dầm. Dùng được chức năng design trong Sap 2000 để tính toán thép theo các tiêu chuẩn.
1.1.2.Mô hình bài toán 1.1.2.1. Tính tóan nội lực
• Khi khởi động Sap2000 chúng ta sẽ nhìn thấy giao diện như hình sau đây. Chú ý rằng các thanh toolbar có thể tùy biến theo ý người sử dụng giống như trong Microsoft Word.
• Để khởi tạo được mô hình bài toán. Ta bấm File Æ New Model… sẽ hiện ra giao diện như sau . Trên giao diện này ta thấy có các mô hình được tạo sẵn tạo sự tiện lợi cho người sử dụng. Ta thấy một số templates có các chức năng như sau: Blank : Không có sẵn bất kì đối tượng nào. Grid only : Chỉ tạo đối tượng tượng từ các hệ lưới. Beam : Hệ dầm. 2D Trusses: Hệ giàn 2D 3D Trusses: Hệ giàn 3D 2D Frames: Hệ khung 2D 3D Frames: Hệ khung 3D Wall: Tường mỏng ………
Ta thấy rằng với yêu cầu bài toán là dầm đơn giản, nhịp 20m, ta chọn Beam, hộp thoại sau sẽ hiện ra. Chọn các thông số như hình vẽ. Chú ý rằng
Number of Spans: Số lượng nhịp. Span Length: Chiều dài của một nhịp.
Section properties: Chọn tiết diện của dầm. Ở đây ta sẽ để nguyên như mặc
• Chọn các loại vật liệu làm dầm. Chọn Define → Materials… Hộp thoại sau sẽ
hiện lên. Trong hộp thoại này, chương trình đã mặc định sẵn cho bạn 5 loại vật liệu khác nhau. Ở đây, ta quan tâm nhiều hơn đến Bêtông (CONC) và thép (STEEL).
Nếu như muốn định nghĩa một loại vật liệu khác, bấm Add New Materials, còn nếu muốn chỉnh sửa tính chất của vật liệu cho phù hợp với yêu cầu bài toán ta bấm Modify/Show Materials. Lúc này sẽ hiện ra bảng hộp thoại như sau:
Một số tính chất quan trọng của vật liệu mà ta quan tâm được thể hiện trong bảng: Mass per unit Volume : Khối lượng riêng
Weight per unit Volume : Trọng lượng riêng Modulus of Elasticity: Modyl đàn hồi
Poisson’s Ratio: Hệ số possion.
Coeff of Thernal Expansion: Hệ số giãn nở nhiệt. Shear Modulus: Modyl cắt
Với các giá trị này, có thể thay đổi trong mỗi ô để phù hợp với đặc trưng vật liệu của bài toán. Ở đây ta để các giá trị mặc định của chương trình. Các chức năng khác sẽđược quan tâm ở phần nâng cao.
Nhấn OK để kết thúc.
• Chọn các mặt cắt của dầm ta bấm Define → Frame Sections... Sau khi hộp thoại
Frame Properties hiện ra thị chọn Add Tee trong mục Choose Frame Property to Add. Các thao tác trên là định nghĩa mặt cắt chữ T của dầm.
Hộp thoại Tee Section giúp ta có thể xây dựng được mặt cắt chữ T với các kích thước được nhập vào tuỳ theo bài toán.
Đặt tên cho mặt cắt ở mục Section Name (MAT CAT DAM). Nhập vật liêu tương ứng với mặt cắt ở Material: CONC. Nhập các thông số như hình vẽ
o Outside stem: 1.5; Chiều cao dầm
o Outside flange: 1.2; Bề rộng cánh dầm
o Flange thickness: 0.15; Chiều dày cánh
Các chức năng khác như:
o Section properties: Các đặc trưng hình học của tiết diện ứng với số liệu
được nhập vào
o Set Modifiers: Hiệu chỉnh các số liệu theo một tỉ lệ cho trước.
o Concrete Reinforcement: Xem ??? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhấn OK để kết thúc.
• Đểđịnh nghĩa các loại tải trọng cho dầm ta bấm Define →Load Cases... Sau khi hộp thoại Define Loads hiện ra thị, nhập tên (TT), loại tải trọng (DEAD) và hệ
số tải trọng bản thân (Self Weight Multiplier = 1) vào các ô tương ứng như hình vẽ, bấm Add New Load. Tải trọng mới sẽđược thêm vào.
Chú ý rằng hệ số tải trọng ởđây bằng 1 có nghĩa là với loại tải trọng này. tải trọng bản thân được tính toán tựđộng nhờ vào tiết diện của mặt cắt. Nếu như
ta khai báo thêm tải trọng ngoài với loại tải trọng này thì tải trọng tính toán sẽ bằng cả hai loại tải trọng cộng lại.
Nhấn OK để kết thúc.
• Gán mặt cắt. Chọn dầm, sau đó bấm Assign → Frame/Cable/Tendon → Frame section.
• Chọn MATCTATDAM, nhấn OK để gán mặt cắt cho dầm.
• Tiến hành phân tích bài toán Analyze → Set Analysis Options... Hộp thoại sau hiện ra
Bạn có thể nhấn vào khung Plane Frameđể bài toán phân tích theo sơđồ phẳng nhằm giảm số lượng ẩn không cần thiết. Sau đó nhấn OK.
• Để xem nội lực trong dầm, bấm Display → Show Forces/Stresses →
Frames/Cables… Hộp thoại sau hiện ra:
o Case/Combo: Chọn trường hợp tải trọng gây ra nội lực muốn xem trong dầm.
o Axial Force: Xem lực dọc.
o Shear 2-2: Xem lực cắt
o Moment 3-3: Xem moment
o Scaling: Tùy chọn để xem biểu
đồ nội lực theo tỷ lệ tùy ý hoặc mặc định của máy.
o Fill Diagram: Tùy chọn để biểu
đồđược tô đậm.
o Show Values on Diagram: Tùy chọn để xem giá trị nội lực tại các mặt cắt của dầm.
o Show deformed Shape: Tùy chọn để xem biến dạng của dầm khi chịu tác động của tải trọng. Sau khi chọn xong, nhấn OK để
xem biểu đồ. Lần lượt chọn xem biểu đồ momen và lực cắt trong dầm, ta được các biểu đồ như hình vẽ bên. Chú ý rằng dấu của biểu
đồ momen được quy ước như Cơ học kết cấu.
• Muốn xem chi tiết hơn các biểu đồ nội lực ở các mặt cắt của dầm, ở màn hình xem nội lực, ta bấm trực tiếp vào cấu kiện, lúc này sẽ hiện hộp thoại như hình bên dưới.
o Khi di chuyển vị trí của con chuột, các giá trị nội lực tại các mặt cắt và độ võng sẽ hiển thị rõ ràng trong các ô tương ứng với tổ hợp hoạt tải đã chọn.
o Ngoài ra còn có thể xem được vị trí và giá trị của nội lực lớn nhất bằng cách nhấn vào “Show Max”.
1.1.2.2. Tải trọng di động và đường ảnh hưởng
Để tính toán được đường ảnh hưởng của nội lực trong dầm, ta phải khai báo các trường hợp tải trọng với loại tải trọng là Live (Tải trọng động) và buộc phải khai báo Analysis Cases Type là Moving Load.
• Khai báo loại tải trọng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
o Chọn Option → Lock Model để mở khoá (hoặc bấm nút mở khoá trên toolbar)
o Định nghĩa thêm các trường hợp tải trọng khác. Chọn Define → Load case, sau đó lần lượt nhập tên tải trọng TT2, Hoattai. Nhấn Add New Case. Tuy nhiên chí ý rằng cần phải để Self-weight Multiplier là 0 (vì ta sẽ nhập trực tiếp tải trọng vào), chọn Type như hình vẽ.
o Kết quả nhập xong như hình vẽ.
• Khai báo làn xe (Mục đích khai báo làn xe là để khai báo đường xe chạy)
o Chọn Define → Bridge Load →
Lanes... Hộp thoại Define Lanes hiện ra.
o Nhấn vào Add New Lane Defined from Frames. Hộp thoại Lane Data hiện ra. Đặt tên cho làn xe (Lane Name) để như mặc
định.
o Ở đây chỉ có 1 cấu kiện là dầm nên ta nhập 1 vào ô Frame (như
hình vẽ), nhấn Add để thêm cấu kiện mà xe chạy qua. o Nếu như có nhiều cấu kiện thì ta phải khai báo đầy đủ các cấu kiện theo thứ tự mà xe đi qua. Một mẹo nhỏở đây là chỉ
cần đặt tên làn xe, sau đó thoát ra khỏi cửa sổ này, sử dụng chuột để chọn các frames mà đường xe chạy đi qua, sau đó nhấn Assign→Cables/Frames/ Tendon→Lanes, như vậy chỉ cần vào Lane Data kiểm tra theo đúng thứ tự
chưa.
Sau khi khai báo xong, nhấn OK sẽ trở về Define Lanes như ban đầu (xem hình vẽ). Nhấn OK để thoát
• Khai báo xe (Vehicle): Để khai báo các loại xe, trong đó có thể chọn các loại xe có sẵn hoặc khai báo một xe mới theo giao diện mà Sap cho sẵn.
Chọn Define → Bridge Load → Vehicles... sẽ hiện ra khung Define Vehicles. Chọn Add Vehicles sẽ hiện ra khung Standard Vehicle Data.
Chọn loại xe theo tiêu chuẩn AASHTO ởVehicle Type
Có thể chọn loại xe mà gần giống với loại xe thiết kế. Sau đó bấm Convert to General Vehicle để chuyển sang loại xe tổng quát và chỉnh sửa.
Ở đây, ta chọn loại xe P5 để làm ví dụ. Nhấn OK sẽ trở lại với hộp thoại Define Vehicles
• Khai báo hạng xe (Vehicle Classes):
Hạng xe ở đây được định nghĩa như là một hay nhiều xe hoạt động trên các làn xe được phân tích trong một trường hợp phân tích tải trọng di động (Moving Load Analysis Case). Cần chú ý rằng chỉ một loại xe hoạt động riêng lẻ trên các làn xe khi phân tích và trường hợp bất lợi nhất sẽ được ghi nhận vào kết quả đối với hạng xe đó. Trong hạng xe, các xe có thểđược khai báo với các tỉ lệ
khác nhau nhờ vào Scale Factor .
Chọn Define → Bridge Load → Vehicles... sẽ hiện ra khung Vehicle Class Data. Trong ô Vehicle Name, chọn loại xe (Vehicle) P5 mà mình khai báo. Nhấn OK để
thoát ra ngoài.
• Khai báo trường hợp phân tích tải trọng (Analysis Cases)
Chọn Define → Analysis Cases… sẽ hiện ra hộp thoại Analysis Cases (Hình dưới). Trong hộp thoại này chọn Hoattai ở ô Case Name, sau đó nhấn Modify/Show Case… để chính sửa trường hợp này.
Ở hộp thoại Analysis Case Data, trong ô Analysis Case Type, chọn Moving Load. Trong mục Loads Applied, chọn hạng xe là VECL1, tỉ lệ là 1, nhấn Add.
Nhấn OK để thoát ra ngoài.
• Chạy chương trình và xem kết quả tương tự như trên.