Cỏc bước để phõn tớch kết cấu cầu:
Bước 1: Xõy dựng sơ đồ tớnh - Lựa chọn đơn vị tớnh toỏn - Mụ hỡnh húa hỡnh học - Vật liệu
- Mặt cắt của cỏc phần tử - Điều kiện biờn
Bước 2: Khai bỏo cỏc trường hợp tải trọng tĩnh
Bước 3: Định nghĩa cỏc làn xe - lane
Bước 4: Định nghĩa cỏc loại hoạt tải xe - vehicle
Bước 6: Định nghĩa cỏc trường hợp hoạt tải xe chạy – moving load case
Bước 7: Tổ hợp tải trọng
Bước 8: Chạy chương trỡnh
Bước 9: Xem và đỏnh giỏ kết quả tớnh
3.2.1. Phõn tớch tĩnh
Việc phõn tớch tĩnh học của một kết cấu chớnh là việc giải hệ cỏc phương trỡnh sau: [K][U]=[R]
Trong đú:
[K]: Ma trận độ cứng [U]: Ma trận chuyển vị
[R]: Ma trận tải trọng tĩnh tỏc dụng tại nỳt
Vậy kết quả của phõn tớch tĩnh sẽ cho ta nội lực và chuyển vị của kết cấu.
3.2.2. Phõn tớch động
- Phõn tớch dao động tự do của kết cấu (Tỡm chu kỡ dao động riờng) - Phõn tớch theo phổ động đất.
- Phõn tớch tải trọng tỏc dụng theo lịch sử thời gian.
3.2.3. Phõn tớch phi tuyến
Ứng dụng trong phõn tớch kết cấu hệ dõy: Cầu treo dõy văng, dõy vừng...
3.2.4. Phõn tớch P-Delta
Đối với nhiều kết cấu mà cỏc thanh cú độ mảnh lớn, khi chịu lực nộn hay uốn nộn, trong thanh sẽ xuất hiện hiệu ứng uốn dọc (hiệu ứng P-Delta) làm tăng thờm độ vừng của thanh.
Đặc biệt nú cú thể gõy ra hiện tượng mất ổn định cục bộ trong thanh hoặc mất ổn định tổng thể cho kết cấu. Phõn tớch P-Delta nhằm tỡm ra lực nộn tới hạn của kết cấu.
3.2.5. Phõn tớch cỏc giai đoạn thi cụng
MIDAS/Civil cho phộp chỳng ta chỉ rừ những giai đoạn thi cụng và sự hợp thành của chỳng một cỏch chi tiết bằng sự lắp ghộp cỏc trỡnh tự của việc thi cụng.
Chức năng mụ hỡnh cỏc giai đoạn thi cụng
MIDAS/Civil chia cỏc giai đoạn thành 3 loại: Base Stage, Construction Stage và
Postconstruction Stage. í nghĩa của chỳng như sau:
Đõy là phõn tớch mặc định của chương trỡnh trong trường hợp cỏc giai đoạn thi cụng khụng được định nghĩa. Nếu cỏc giai đoạn thi cụng được định nghĩa đầy đủ (nhúm kết cấu, nhúm điều kiện biờn và nhúm tải trọng) thỡ chương trỡnh sẽ khụng phõn tớch giai đoạn Base Stage.
Construction Stage
Cỏc giai đoạn thi cụng thực tế thi cụng do người dựng định nghĩa.
Post construction Stage
Giai đoạn cuối cựng của cỏc giai đoạn thi cụng, rất quan trọng trong việc phõn tớch về mụi trường, tải trọng di động...
Cỏc giai đoạn thi cụng (Construction Stages) gồm cú cỏc nhúm kết cấu, cỏc nhúm
điều kiện biờn và cỏc nhúm tải trọng được kớch hoạt hoặc khụng kớch hoạt theo lựa chọn của người sử dụng.
3.2.5.1. Cỏch thiết lập cỏc giai đoạn thi cụng
Để định nghĩa cỏc giai đoạn thi cụng trong Midas/Civil ta làm theo cỏch sau:
1. Chuẩn bị kết cấu đó được mụ hỡnh húa. Prepare a structural model except for theboundary and load conditions.
2. Định nghĩa nhúm kết cấu (Structure Groups) trong Model>Group>Define
Structure Group, sau đú gỏn cỏc phần tử, nỳt cho từng nhúm kết cấu.
3. Định nghĩa nhúm điều kiện biờn (Boundary Groups) trong Model>Group>Define
Boundary Group.
4. Định nghĩa nhúm tải trọng (Load Groups) trong Model>Group>Define Load
Group.
5. Xõy dựng cỏc giai đoạn thi cụng (Construction Stages) bằng cỏch chọn Add trong
Load>Construction Stage Analysis Data>Define Construction Stage.
7. Từ Group List của thẻ Element, chọn cỏc nhúm phần tử thờm vào hoặc loại bỏ
trong cỏc giai đoạn thụng qua kớch hoạt và khụng kớch hoạt. Age là ngày mà nhúm phần tử
được kớch hoạt
8. Từ Group List của thẻ Boundary, chọn cỏc nhúm điều kiện biờn thờm vào hoặc loại
bỏ trong cỏc giai đoạn thụng qua kớch hoạt và khụng kớch hoạt.
9. Từ Group List của thẻ Load, chọn cỏc nhúm tải trọng thờm vào hoặc loại bỏ trong
cỏc giai đoạn thụng qua kớch hoạt và khụng kớch hoạt. Active Day và Inactive Day là số
ngày mà tải trọng tỏc dụng hoặc dỡ bỏ từng nhúm tải trọng.
10. Làm như trờn một giai đoạn thi cụng đó được tạo ra.
3.2.5.2. Đặc tớnh của vật liệu phụ thuộc thời gian
Để định nghĩa vật liệu phụ thuộc thời gian của bờ tụng ta tiến hành theo cỏc thủ tục sau:
1. Định nghĩa thuộc tớnh co ngút từ biến của bờ tụng, trong
Model>Properties>TimeDependent Material (Creep/Shrinkage). MIDAS/Civil cú sẵn cỏc tiờu chuẩn ACI và CEB-FIP cho việc định nghĩa thuộc tớnh co ngút từ biến của bờ tụng, cho phộp người dựng nhập trực tiếp và kiểm tra dữ liệu.
2. Định nghĩa tớnh chất cơ bản của vật liệu chịu nộn: Model>Properties>Time
Dependent Material (Comp. Strength). Người dựng cú thể nhập theo cỏc tiờu chuẩn cú sẵn. 3. Liờn kết của vật liệu phụ thuộc thời gian tới cỏc vật liệu liờn quan đó được định
nghĩa. Model>Properties>Time Dependent Material Link. Khi 2 loại vật liệu được liờn kết
thuộc tớnh vật liệu phụ thuộc thời gian sẽ được sử dụng cho phõn tớch cỏc giai đoạn thi cụng, cũn vật liệu thường sẽ được dựng cho cỏc phõn tớch chung.
3.2.5.3. Tải trọng dự ứng lực.
MIDAS/Civil cho phộp phõn tớch hiệu ứng ứng suất trước của cỏp dự ứng lực sử dụng
trong kết cấu. Nú cũn tớnh toỏn trực tiếp được sự mất mỏt ứng suất do nhiều nguyờn nhõn như ma sỏt giữa cỏp và vỏ, tụt neo, sự co ngắn đàn hồi, do co ngút từ biến của bờ tụng và sự chựng ứng suất của cỏp dự ứng lực trong cỏc giai đoạn thi cụng và giai đoạn sử dụng.
Dưới đõy là cỏch nhập ứng suất trước cho kết cấu:
1. Khai bỏo thuộc tớnh của cỏp dự ứng lực trong Model>Properties>Material.
MIDAS/Civil khụng tớnh toỏn cỏp dự ứng lực giống như một phần tử.
2. Nhập cỏc thụng số cho cỏp dự ứng lực như: diện tớch mặt cắt, hệ số trựng ứng suất,
đường kớnh ống ghen, cường độ cỏp... trong Load>Prestress Loads >Tendon Property.
3. Khải bỏo hỡnh học cho cỏp Load>Prestress Loads>Tendon Profile. Midas/Civil hỗ
trợ nhập cỏp dự ứng lực bằng cỏch bố trớ cỏp trong kết cấu theo hệ trục tọa độ cỏp, thụng qua cỏc điểm xỏc định trờn cỏp được nhập vào theo 2 mặt phẳng xy và xz. Cỏc điểm này cú
thể nằm trờn đường cong hoặc đường thẳng và được giới hạn bởi cỏcphần tử.
4. Khai bỏo quỏ trỡnh căng cỏp: Load>Prestress Loads>Tendon Prestress Loads.
3.2.5.4. Tớnh toỏn mất mỏt ứng suất.
MIDAS/Civil dựa theo sự mất mỏt sức kộo sau để phõn tớch ứng suất trước của kết cấu bờ tụng.
Mất mỏt xảy ra ngay sau khi căng cỏp (Mất mỏt ngắn hạn)
1. Mất mỏt do tụt neo.
2. Mất mỏt do ma sỏt giữa cỏp dự ứng lực và ống cỏp 3. Do co ngút, từ biến, co ngắn đàn hồi của bờ tụng.
Mất mỏt dài hạn trong giai đoạn sử dụng
1. Từ biến của bờ tụng. 2. Co ngút.
3. Mất mỏt do tự trựng của cỏp dự ứng lực.
3.2.5.5. Tớnh toỏn co ngút – từ biến.
MIDAS/Civil cho phộp chỳng ta xỏc định được hệ số từ biến hoặc co ngút được tớnh bởi cỏc hàm giới thiệu trong CEB-FIP, ACI... hoặc chỳng ta cú thể xỏc định trực tiếp cỏc giỏ trị từ cỏc thớ nghiệm. Dữ liệu thuộc tớnh do người dựng định nghĩa cú thể nhập vào qua cỏc mẫu nhập hệ số từ biến, hàm từ biến hoặc đặc trưng từ biến.
- Cỏch tớnh toỏn từ biến trong Midas
- Sự phỏt triển cường độ chịu nộn của bờ tụng
3.2.6. Xem và đỏnh giỏ kết quả
Việc đỏnh giỏ kết quả của cỏc chương trỡnh phõn tớch kết cấu cầu đũi hỏi người kỹ sư phải thực sự am hiểu về kết cấu cầu và quỏ trỡnh mụ hỡnh húa kết cấu. Vỡ chương trỡnh tớnh chỉ là cụng cụ phục vụ cho việc tớnh toỏn. Kết quả phõn tớch đỳng hay sai phụ thuộc số liệu đầu vào trong quỏ trỡnh mụ hỡnh húa.
Kết quả nội lực của phần tử thanh dầm cú thể là phản lực nỳt 2 đầu phần tử hoặc nội lực, hai kết quả này vể cơ bản là khỏc nhau. Để sử dụng cho cỏc mục đớch tớnh toỏn thiết kế người ta thường dựng nội lực.
Phản lực nỳt: Là thành phần phản lực liờn kết tỏc dụng lờn 2 đầu của phần tử.
Nội lực: Là thành phần ứng lực bờn trong phần tử tại từng mặt cắt. Tổng quỏt cho thanh dầm trong khụng gian tại một mặt cắt của phần tử cú 6 thành phần nội lực ký kiệu như sau:
Fy: Lực cắt trong mặt phẳng XY Fz: Lực cắt trong mặt phẳng XZ Mx: Mụ men xoắn
My: Mụ men uốn trong mặt phẳng XZ Mz: Mụ men uốn trong mặt phẳng XY Qui ước dấu của cỏc thành phần nội lực:
Lực dọc: Dương khi phần tử chịu kộo cú chiều hướng ra ngoài mặt cắt.
Mụ men xoắn: Dương khi quay ngược chiều kim đồng hồ nhỡn từ ngoài vào mặt cắt.
Lực cắt: Dương theo chiều qua của lực dọc một gúc 90o ngược chiều kim đồng hồ
trong mặt phẳng đang xột.
Qui ước vẽ biểu đồ mụ men: Vẽ theo thớ chịu kộo hoặc vẽ theo thớ chịu nộn (mặc định vẽ theo thớ chịu kộo). Người dựng cú thể đặt thụng số này.
Đường ảnh hưởng:
Sau khi định nghĩa cỏc làn và chạy chương trỡnh, cỏc đường ảnh hưởng sau sẽ được tớnh toỏn ứng với mỗi làn xe:
+ Nội lực tại cỏc điểm tớnh toỏn của cỏc phần tử Frame + Chuyển vị nỳt
+ Phản lực
+ Lực đàn hồi tại cỏc gối đàn hồi
Đường bao nội lực: Đường bao là một tổ hợp cỏc kết quả của cỏc trường hợp tải trọng tĩnh, trường hợp tải trọng di động, cỏc trường hợp tải trọng động và cỏc đường bao khỏc. Mỗi đương bao tạo ra một cặp giỏ trị: Một lớn nhất và một nhỏ nhất, hai giỏ trị đú cú thể bằng nhau tựy thuộc vào loại đường bao.
Cú 4 loại đường bao:
+ Kiểu cộng: Giỏ trị max, min của đường bao là tổ hợp tuyến tớnh cỏc giỏ trị max, min tương ứng của cỏc trường hợp tải trọng.
+ Kiểu trị tuyệt đối: Giỏ trị max của đường bao bằng căn bậc hai của tổng cỏc bỡnh phương giỏ trị tuyệt đối lớn hơn trong hai giỏ trị max và min của từng trường hợp tải trọng, giỏ trị min của đường bao bằng –max.
+ Kiểu bao: Giỏ trị max, min của đường bao là giỏ trị lớn nhất, nhỏ nhất của cỏc giỏ trị max, min tương ứng của cỏc trường hợp tải trọng. Đõy là kiểu đừong bao thường dựng.