CHƯƠNG 2 PHẦN MỀM SAP2000 VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH KẾT CẤU CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG
2.2. Phân tích kết cấu chịu tải trọng di động bằng SAP2000
2.2.2. Khái niệm về kết cấu chịu tải trọng di động
2.2.3.2. Dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell
Dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell, trong mặt phẳng XZ với Y=0 vẽ phần tử diện tích chữ nhật có chiều dài 10m, chiều cao 1,0m, chia thành 40 phần tử theo chiều dài và 4 phần tử theo chiều cao.
Nhấn menu Define > Section Properties > Xuất hiện bảng Area Sections >
Chọn Shell trong cửa sổ Select Section Type to Add > Nhấn Add New Section >
Xuất hiện bảng Shell Section Data > Chọn AS-S trong Section Name > Chọn Shell Thick trong Type > Chọn B35 trong Material Name > Chọn Thickness nhập Membrane: 0.2, Bending: 0.2 > Nhấn OK.
Nhấn menu Select > Select > All > Nhấn menu Assign > Area > Secton >
Chọn AS-S trong Sections > Nhấn OK.
Định nghĩa tải trọng ôtô với Load Name AUTO và gán tải trọng di động (Moving Load) vào dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell được tiến hành như sau:
Định nghĩa làn từ Frame: Ở đây ta đưa thêm vào thanh gán làn (TGL) gồm 40 phần tử theo các nút dầm với tiết diện chữ nhật có kích thước b×h = 0,002×0,002m lên cạnh trên dầm đã mô hình hóa bằng phần tử Shell để gán tải trọng di động (Moving Load) là xe H13 khi định nghĩa làn xe (Define Lane) > Nhấn menu Bridge
> Lanes > Xuất hiện bảng Define Lane > Add New Lane Defined For Frames >
Xuất hiện bảng Lane Data > OK > Nhấn menu Select > Chọn TGL > Assign >
Frame > Lane > Chọn LANE1 > OK. Làn xe đã được định nghĩa trong đó có 40 phần tử, xe sẽ đi qua.
Định nghĩa xe AUTO: Nhấn menu Bridge > Vehicles > Xuất hiện bảng Define Vehicle > Chọn Add General Vehicle trong cửa sổ Choose Vehicle Type to Add >
Nhấn Add Vehicle > OK > Xuất hiện bảng General Vehicle Data > Ở cửa sổ Vehicle Name nhập AUTO, trong cửa sổ Loads nhập các thông số của tải trọng hai bánh xe lần lượt là 35kN và 95kN, khoảng cách giữa bánh trước và bánh sau bằng 4m.
Định nghĩa lớp xe: Từ menu Bridge > Vehicle Classes > Xuất hiện bảng Define Vehicle Classes > Add New Classes > Xuất hiện bảng Vehicle Class Data >
Định nghĩa lớp xe Define Vehicle Class trong cửa sổ Vehicle Name chọn AUTO >
Add > OK > OK.
Định nghĩa các đáp ứng: Từ menu Define > Bridge Loads > Bridge Responses > Xuất hiện bảng Moving Load Case Results Saved > OK.
Định nghĩa tải trọng di động: Từ menu Define > Load Cases > Xuất hiện bảng Define Load Cases. Chọn AUTO (Linear Static) > Nhấn Modify/Show Load Case >
Xuất hiện bảng Load Case Data – Moving Load > Chọn Moving Load trong cửa sổ Load Case Type > Nhấn Add xác định VECL1 trong Loads Applied > OK > OK.
Cho chạy chương trình với tên file Vidu 2.2-SL (dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell và định nghĩa làn từ thanh gán làn), hiển thị kết quả tính toán.
Ứng suất S11: Phổ mầu ứng suất S11 của dầm do tải trọng di động AUTO cho ở hình 2.18có ứng suất tại thớ dưới của dầm S11=7648,337kN/m2.
Hình 2. 18. Phổ mầu ứng suất S11 do AUTO
Dùng chức năng Sertion Cut xác định nội lực tại 2 mặt cắt dầm do tải trọng di động AUTO cho ở bảng 2.4. Tại mặt cắt MC1 với x=4,50m có M2=-258,714 và tại
MC2 với x=5,5m có M2-=-254,970kNm, hoàn toàn phù hợp với lời giải dầm đơn chịu lực di động được mô hình hóa băng phần tử Frame cho ở bảng 2.1 có mômen uốn tại mặt cắt giữa nhịp M3=255 kNm và tại mặt cắt có Mmax =258,75kNm.
Bảng 2. 4. Nội lực tại mặt cắt MC1 và MC2 do tải trọng AUTO
Phản lực gối tựa dầm: Display > Show Forces/Stresses > Joint > Joint Reactions/ Forces > Chọn AUTO trong cửa sổ Case Name > Chọn Show Results at Arows > OK, ta có phản lực gối tựa cho ở hình 2.19 hoàn toàn phù hợp với lời giải tìm được khi được mô hình hóa bằng phần tử Frame cho ở bảng 2.2.
Hình 2. 19. Phản lực gối tựa dầm chịu tải trọng di động AUTO
Chuyển vị: Sơ đồ chuyển vị do tải tải trọng di động AUTO được biểu diện ở hình 2.20 và bảng 2.5 có chuyển vị giữa nhịp U3=-0,0047m.
Hình 2. 20. Sơ đồ chuyển vị dầm do AUTO
Bảng 2. 5. Chuyển vị giữa nhịp do tải trọng di động AUTO
Định nghĩa làn từ Layout Line: Sau khi dầm đã được mô hình hóa bằng phần tử Shell, định nghĩa Lane từ Layout Line > Nhấn Bridge > Layout Lines > Bridge Layout Line > Add New Line > Bridge Layout Line Data > Chấp nhận BLL1 >
Nhập tọa độ điểm đầu của BLL1 có X=0, Y=0, Z=1 (gốc tọa độ tổng thể XYZ tại góc trái phía dưới như ở hình 2.21) và nhập vị trí đầu và cuối của BLL1 theo phương trục X > Nhấn Quick Start > Chọn Straigth trong Horizontal và Vertical Layout Data.> OK, ta có mô hình LANE1 ở mặt trên của dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell như ở hình 2.21.
Hình 2. 21. Dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell và LANE1
Tiếp theo định nghĩa Lane từ Bridge Layout Line BLL1 > Nhấn menu Bridge
> Lanes > Xuất hiện bảng Define Lanes > Nhấn Add New Lane Defined From Layout Line > Xuất hiện bảng Bridge Lane Data > Nhập các số liệu Lane tương tự như ở hình 2.14 > OK. LANE1 đã được định nghĩa và được hiển thị từ menu Display > Show Lanes > Xuất hiện bảng Show Lane > Chọn Show Centerline Only > OK, ta có dầm đã được mô hình hóa bằng phần tử Shell và LANE1 như ở hình 2.21. Các định nghĩa khác cũng thực hiệntương tự như trên.
Cho chạy chương trình với tên file Vidu 2.2-SLL (dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell và Lane được định nghĩa từ Layout Line), hiển thị kết quả tính toán.
Ứng suất: Phổ mầu ứng suất S11 trong dầm do tải trọng di động AUTO sinh ra cho ở hình 2.22 và mômen uốn có giá trị lớn nhất tìm được từ chức Section Cut cho ở bảng 2.6 có M2min=-257,69kNm tại vị trí x=4,75m.
Hình 2. 22. Phổ mầu ứng suất S11 do AUTO
Bảng 2. 6. Mômen uốn lớn nhất do tải trọng di động AUTO
Chuyển vị: Phổ mầu chuyển vị Uz của dầm do tải trọng di động AUTO được biểu diễn ở hình 2.23 cho thấy chuyên vị tại giữa nhịp dầm có U3=-0.0047m.
Hình 2. 23. Phổ mầu chuyển vị Uz do AUTO