Thiết lập mụ hỡnh tính toán IThiết lập sơ đồ hỡnh học

II. Thiết lập sơ đồ hỡnh học

1.1. Từ thư viợ̀n mẫu :

Từ thư viện mẫu đó cú :

- Giới thiệu cỏc đại lượng trong cỏc bảng của hệ vỏ : Shear Wall, Cylinder, Barrel, Dome...

Tạo lập từ đầu qua hệ lưới phụ trợ :

- Một số vớ dụ

1.2. Từ hợ̀ lưới phụ trợ

- Nhắc lại hệ toạ độ trụ

III. Khai báo vật liợ̀u, tiết diợ̀n, gán1.1. Khai báo vật liợ̀u 1.1. Khai báo vật liợ̀u

(Như phần khai bỏo vật liệu của frame)

1.2. Khai báo tiết diợ̀n Define → Area Section Define → Area Section

Khi khai bỏo tiết diện, bạn cú lựa chọn một

trong 3 dạng phần tử tấm vỏ cơ bản sau :

- Shell : phần tử tấm vỏ với biến dạng dài và

xoay của cỏc bậc tự do, cú khả năng chịu lực

và moment.

- Plane - Phần tử kiểu biến dạng phẳng hoặc ứng

suất phẳng. Cú khả năng chịu lực nhưng

khụng cú khả năng chịu moment

- Axisymmetric - Phần tử đối xứng trục với biến

dạng dài. Cú khả năng chịu lực nhưng khụng cú

khả năng chịu moment

Đối với phần tử shell, chỳng ta cú cỏc loại sau :

- Membrane - phần tử màng, chỉ chịu kéo hoặc

nén trong mặt phẳng và moment theo phương

phỏp tuyến.

- Plate - Phần tử tấm, chỉ chịu uốn và chịu cắt.

- Shell - Phần tử vỏ, chịu uốn, kéo hoặc

nén. Là tổng hợp của hai loại trờn.

Thickness Formulation

Sap cung cấp hai dạng thickness formulations cho phép ta kể đến hoặc khụng kể đến hiệu ứng biến dạng cắt trong phần tử plate hoặc shell element:

- D ng thick-plate (Mindlin/Reissner), bao gồm hiệu ứng biến dạng cắt ngang - D ng thin-plate (Kirch hoff), bỏ qua hiệu ứng biến dạng cắt ngang

Bài giảng Tin học ứng dụng trong thiết kế sap2000

Biến dạng cắt sẽ trở lờn quan trọng khi bề dày của shell lớn hơn 1/10 – 1/5 nhịp. Chỳng còn cú thể được kể đến tại những vị trớ cú moment uốn tập trung như gần những vị trớ cú sự thay đổi đột ngột về bề dày hoặc tại vị trớ gần gối đỡ hoặc những vị trớ gần lỗ thủng,…

Việc phõn biệt rừ ràng 2 trường hợp tấm dày và mỏng rất nhạy cảm. vỡ nú còn phụ thuộc vào hỡnh dạng tấm, tỉ số bề dày/cạnh và phụ thuộc vào việc chia lưới (mesh shell). Do vậy, người ta khuyến cỏo rằng bạn nờn sử dụng thick-plate formulation trừ phi bạn khẳng định rằng biến dạng cắt là nhỏ (shearing de forma tions will be small), hoặc bạn muốn thử nghiệm lý thuyết tớnh toỏn tẩm mỏng hoặc bạn đang sử dụng lưới chia méo mú (vỡ sự chớnh xỏc của lý thuyết tớnh toỏn Thick-Plate bị ảnh hưởng bởi sự chia lưới méo mú(mesh distortion) hơn là Thin- Plate).

Chỳ ý : Thickness formulation khụng cú tỏc dụng đối với phần tử màng (membrane), chỉ xảy ra đối với tấm chịu uốn (plate or shell)

Thickness

Mỗi mặt cắt shell đều cú hằng số bề dày màng (constant membrane thickness) và hằng số bề dày uốn (constant bending thickness).

Hằng số bề dày màng th được sử dụng để tớnh toỏn :

- Độ cứng màng (kéo nén trong mặt phẳng và xoắn ngoài mặt phẳng) cho phần tử shell (full-shell) và phần tử màng thuần tỳy (pure membrane)

- Thể tớch phần tử cho khối lượng riờng của phần tử và khối lượng phần tử trong bài toỏn tớnh toỏn dao động (Dynamic analyse)

Hằng số bề dày uốn thb dựng để tớnh toỏn :

- Độ cứng chống uốn của tấm chịu uốn (plate- bending stiffness) cho phần tử shell (full- shell) vàn phần tử tấm (pure plate)

Thụng thường thỡ hai bề dày trờn là bằng nhau. Tuy nhiờn, đối với một số ứng dụng như mụ hỡnh húa bề mặt nhăn, hoặc đơn cử như việc thiờn về an toàn, ta lấy thb=h-a (h là bề dày sàn, a là lớp bảo vệ) trong bài toỏn tớnh toỏn bờ tụng cốt thép.

Chỳ ý : chiều dày Membrane (màng)và Bending (uốn)núi chung là giống nhau, tuy nhiờn trong một số ứng dụng như mụ phỏng cho vỏ nhăn thỡ phải sử dụng cả hai loại chiều dày để mụ tả cho chớnh xỏc

Vớ dụ khi ta khai bỏo sàn bờ tụng dày 120 ta khai bỏo như sau :

- Section Name : San120

- Material Name : BeTong (khai bỏo vật liệu từ trước)

- Area Type : Shell

- Membrane = Bending = 0.12 (nếu đơn vị đang sử dụng là met). (Nếu thiờn về an toàn, để bending =h0=h-a, h là chiều dày sàn, a là bề dày lớp bảo vệ)

1.3. Vẽ các phõ̀n tử shellPhương pháp vẽ : Phương pháp vẽ :

- Draw Quad để vẽ phần tử tứ giỏc qua 4 nỳt

- Draw Rectangular vẽ phần tử chứ nhật qua 2 gúc

- Quick Draw : vẽ nhanh qua việc đỏnh dấu vào một điểm bất kỳ trong một ụ lưới

Sử dụng chức năng EditMesh shell để chia nhỏ phần tử : khai bỏo số phần tử cần chia theo mỗi phương.

Chỳ ý :

Bài giảng Tin học ứng dụng trong thiết kế sap2000

- Cỏc phần tử shell và thanh phải cựng chung cỏc nỳt khi làm việc đồng thời. Chỉ khi đú nỳt sàn và nỳt thanh mới chuyển vị cựng nhau. Do vậy khi tớnh toàn kết cấu, ta thường chia nhỏ sàn ra thành cỏc sàn nhỏ hơn, và chia nhỏ dầm đỡ sàn tương ứng cũng với sàn. Vớ dụ : thể hiện ngay trờn mỏy. So sỏnh sơ đồ biến dạng của 2 bài toỏn chia sàn 2x2 và khụng chia sàn.

- Cỏc phần tử tấm cú kớch thước khỏc nhau phải chỳ ý đến cỏc điểm giao nhau (chia cỏc phần tử phải liờn tục, nếu khụng biểu đồ sẽ khụng liờn tục).

IV. Tải trọng

Các loại tải trọng áp dụng cho phõ̀n tử vỏ

Nhắc lại cỏc loại tải trọng :

- Tải trọng bản thõn - Load CaseSelfweigh(Mutiplier): tỏc dụng lờn tất cả cỏc phần tử. - Tải trọng phõn bố đều trờn diện tớch Assign>Area Loads>Uniform : (Uniform ):

- Tải trọng Gravity

- Tải trọng tập trung trờn nỳt

- Tải trọng nhiệt do sự thay đổi nhiệt độ của thớ trờn và thớ dưới phần tử. - Tải trọng ỏp lực Assign>Area Loads> Surface Pressure (new)

Tải trọng bản thõn

Cũng như cỏc thanh, tải trọng bản thõn tỏc dụng lờn tất cả cỏc phần tử (khụng trừ shell). Khi khai bào tải trong bản thõn cần chỳ ý :

- Tải trọng bản thõn sẽ tỏc dụng theo hướng –Z (cú nghĩa là theo hướng thẳng đứng từ trờn xuống dưới theo lực trọng trường)

- Tải trọng bản thõn chỉ khai bỏo trong một trường hợp tải trọng. Nếu khai bỏo nhiều lần thỡ tải bản thõn sẽ được tớnh nhiều lần dẫn đến kết quả sai.

Tải trọng phõn bố đờ̀u trờn diợ̀n tích

AssignArea LoadsUniform : (Uniform) tỏc dụng lờn từng phần tử theo cỏc hướng của hệ toạ độ tổng thể hoặc địa phương. Cỏc đại lượng:

- Load Case Name : tờn THTT muốn đặt tải

- Load : giỏ trị tải trọng /diện tớch - Direction :hướng tải trọng

Tải trọng Gravity

AssignArea LoadsGravity(All), lệnh này add thờm một hệ số self weight vào tất cả cỏc phần tử được chọn, như là một lực tỏc dụng lờn cỏc phần tử theo cỏc phương X,Y,Z trong hệ tọa độ tổng thể. Cần phõn biệt rằng : hệ số self-weight của tải bản thõn tỏc dụng như nhau lờn tất cỏc

Bài giảng Tin học ứng dụng trong thiết kế sap2000

thành phần của kết cấu và chỉ theo phương Z. Người ta khuyến cỏo rằng hệ số self weight của kết cấu (tải bản thõn của kết cấu)nờn được định nghĩa trong trường hợp Tĩnh Tải.

Tải trọng tập trung trờn nỳt

Cũng giống như đối với phần tử Frame dựng Assign >Joint Load

Tải trọng nhiợ̀t

Tải trọng nhiệt do sự thay đổi nhiệt độ của thớ trờn và thớ dưới phần tử .

Tải trọng áp lực

Assign Area Loads  Surface Pressure :

Nếu chỉ khai bỏo trực tiếp từ đồ hoạ thỡ ỏp lực chỉ tỏc dụng theo phương vuụng gúc với bề mặt phần tử và cú giá trị dương khi hướng của nú cựng chiờ̀u với trục +3 phõ̀n tử.

Nếu tải trọng phõn bố đều trờn phần tử tại mọi nỳt (theo phương vuụng gúc với bề mặt phần tử) thỡ nờn dựng Pressure: Assign→Surface Pressure và chọn By Element-Pressure, tải trọng sẽ cú tỏc dụng phõn bố đều lờn cỏc phần tử được chọn với giỏ trị khai bỏo.

Nếu tải trọng phõn bố phức tạp trờn một dóy nỳt cú cỏc phương bất kỳ trong khụng gian, dựng Joint Pattern để khai bỏo (Cỏch khai bỏo này thường để mụ hỡnh húa tải trọng nước hay tải trọng đất tỏc dụng theo chiều cao kết cấu).

Joint pattern :

JP là loại tải trọng phức tạp cú phương trỡnh tải

trọng theo 3 phương tỏc dụng tại cỏc điểm nỳt, J P

là tập hợp cỏc nỳt mà mỗi nỳt cú thể gỏn một giỏ trị

lực theo cấu trỳc của một hàm cú dạng : Pi = A.xi+ B.yi + C.zi .

Dạng tải trọng hay gặp trong xõy dựng, người ta

thường dựng hàm này để mụ hỡnh húa tải trọng của nước tỏc dụng lờn thành bể khi tớnh toỏn cỏc bể ngầm cú kớch thước lớn hoặc của đất tỏc dụng lờn kết cấu :

Hàm tải trọng tổng quỏt : P= Ax + By + Cz + D P= Cz + D Z=0 →P=f → D=d h z=h →P=0 → C= -f/h f

Khai báo Joint Pattern :