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
2.2.3.1. Dầm được mô hình hóa bằng phần tử Frame
Xác định nội lực và chuyển vị của dầm đơn bằng bê tông cốt thép chịu tải trọng tập trung di động AUTO cho ở hình 2.2. Bê tông B35 có E=3×107kN/m2, μ=0,2, γ=24kN/m3.
Dầm đơn có nhịp L=10m, tiết diện chữ nhật b×h=0,20×1,0m được mô hình hóa bằng phần tử Frame và phần tử Shell. Lane được định nghĩa từ Frame và từ Layout Line.
Hình 2. 2. Sơ độ tính toán dầm Chọn hệ đơn vị: kN, m, C
Từ menu File > New Model > Chọn Beam một nhịp có chiều dài 10m, tiết diện chữ nhật có chiều cao 1,0m, bề rộng 0,2m với Section Name DAM. Vật liệu bê tông B35 có môđun đàn hồi 3E+07 kN/m2, hệ số Poisson μ=0,2, trọng lượng riêng γ=24kN/m3.
Chọn và chia phần tử dầm thành hai phần tử có chiều dài bằng nhau với mục đích để hiển thị chuyển vị ở giữa nhịp, dầm đã mô hình hóa được thể hiện ở hình 2.3.
Hình 2. 3. Mô hình hóa dầm bằng phần tử Frame
Định nghĩa tải trọng và gán tải trọng di động AUTO:Từ menu Define > Load Patterns > Xuất hiện bảng Define Load Patterns trong đó nhập AUTO trong cửa sổ Load Pattern Name, chọn Live trong danh sách Type > Nhấn nút Add New Load Pattern.
Định nghĩa làn từ Frame: Định nghĩa làn từ Frame theo trình tự sau: Nhấn menu Bridge > Lanes > Xuất hiện bảng Define Lane > Add New Lane Defined From Frames > Xuất hiện bảng Lane Data > OK. Nhấn menu Select > Chọn DAM
> Assign > Frame > Lane > Chọn LANE1 trong cửa sổ Lane Name > OK, ta có số liệu về làn xe đã nhập như ở hình 2.4, trong đó đã nhập hai phần tử dầm 2 và 3 để làn xe đi qua, nhập chiều dài các đoạn chia không lớn hơn 1/40 chiều dài nhịp dầm (chiều dài đoạn chia càng nhỏ thí số liệu xuất càng chính xác) > Chọn mầu hiển thị là mầu đen.
Định nghĩa xe (Vehicle): 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 > Trong hình 2.5 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 giữa hai bánh xe trước và sau bằng 4m > OK.
Hình 2. 4. Nhập số liệu về làn xe
Hình 2. 5. Nhập số liệu về xe
Định nghĩa lớp xe: Từ menu Bridge > Vehicle Classes > Xuất hiện bảng Define Vehicle Classes > Add New Classes > Xuất hiện bảng Vehicle Class Data như hình 2.6 > Định nghĩa lớp xe Define Vehicle Class trong cửa sổ Vehicle Class Name chọn AUTO > Add > OK > OK.
Hình 2. 6 . Nhập số liệu lớp xe
Định nghĩa các đáp ứng: Từ menu Define > Bridge Loads > Bridge Responses > Xuất hiện bảng Moving Load Case Results Saved như ở hình 2.7 >
Kiểm tra đã mặc định chọn Exact trong Method of Calculation > OK.
Hình 2. 7. Lưu các kết quả tính toán do tải trọng di động
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.
Định nghĩa các trường hợp tải trọng: 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 như ở hình 2.8 >
Chọn Moving Load trong cửa sổ Load Case Type > Nhấn Add xác định AUTO trong Loads Applied > OK > Ta có các trường hợp tải trọng đã được định nghĩa như ở hình 2.9 > OK.
Hình 2. 8. Định nghĩa tải trọng di động
Hình 2. 9 . Định nghĩa các trường hợp tải trọng
Cho chạy chương trình với tên file Vidu 2.1-FL (dầm được mô hình hóa bằng phần tử Frame và Lane cũng được định nghĩa từ Frame), hiển thị kết quả tính toán.
Biểu đồ mômen uốn và lực cắt của dầm do tải trọng di động AUTO được hiển thị trên hình 2.10 và bảng 2.1. Từ bảng này cho thấy lực cắt lớn nhất tại đầu dầm V2=115,99kN, mômen uốn tại mặt cắt giữa nhịp ứng với x=5,0m có M3=255kNm, mômen lớn nhất tại hai mặt cắt ứng với x=4,50m và x=5,50m có M3max=258,75kNm.
Hình 2. 10. Biểu đồ mômen uốn và lực cắt do AUTO
Bảng 2. 1. Giá trị nội lực lớn nhất trong dầm do tải trọng di động AUTO
Chuyển vị tại mặt cắt giữa nhịp do AUTO cho ở hình 2.11 và bảng 2.2 có U3=- 0,0047m.
Hình 2. 11. Biểu đồ chuyển vị do AUTO
Bảng 2. 2. Chuyển vị nút do tải trọng di động AUTO
Định nghĩa làn từ Layout Line: Sau khi dầm đã được mô hình hóa bằng phần tử Frame, định nghĩa Lane từ Layout Line được tiến hành như sau: Nhấn menu Bridge > Layout Lines > Xuất hiện bảng Define Bridge Layout Line > Add New Line > Xuất hiện bảng Bridge Layout Line Data như ở hình 2.12. Chấp nhận tên BLL1 trong cửa sổ Brdge Layout Line Data > Nhập tọa độ vị trí đầu của BLL1 với X=0 (gốc tọa độ tại đâu trái dầm), Y=0 và Z=0.5 (mặt trên của dầm), nhập vị trí đầu 0 và cuối 10 của BLL1 theo phương trục X > Nhấn Quick trong Horizontal Layout Data > Xuất hiện bảng Horizontal Layout Line Data – Quick Start > Chọn Straigth trong Select Quick Start > Cũng thực hiện tương tự trong Vertical Layout
Data > OK, Layout Line BLL1 đã dược định nghĩa. Tiếp theo định nghĩa Lane từ menu Bridge > Lanes > Xuất hiện bảng Define Lanes như ở hình 2.13.
Hình 2. 12. Nhập số liệu đường BLL1
Hình 2. 13. Định nghĩa Lane
Trong hình 2.13 nhấn Add New Lane Defined From Layout Line > Xuất hiện bảng Bridge Lane Data như ở hình 2.14 > Nhập các số liệu LANE1 gồm vị trí đầu 0 và vị trí cuối 18, độ lệch tâm và bề rộng của làn đều bằng 0 > 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 mô hình dầm và LANE1 như ở hình 2.15.
Hình 2. 14. Nhập các số liệu cho LANE1
Hình 2. 15. Mô hình dầm và LANE1
Định nghĩa xe: 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 35 và 95, khoảng cách giữa bánh trước và 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 Class 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 > NhấnAdd xác định VECL1 trong Loads Applied > OK > OK.
Cho chạy chương trình với tên file Vidu 2.1-FLL và hiển thị kết quả tính toán.
Mômen uốn và chuyển vị: Biểu đồ mômen M3 và chuyển vị tại giữa dầm do tải trọng di động AUTO sinh ra được biểu diễn ở hình 2.16, hình 2.17 và bảng 2.3.
Hình 2. 16. Biểu độ mô men uốn M3 và chuyển vị tại giữa nhịp
Hình 2. 17. Giá trị mômen uốn M3 và lực cắt lớn nhất
Bảng 2. 3. Chuyển vị giữa nhịp do tải trọng di động AUTO