3. Cỏch tiếp cận và phương phỏp nghiờn cứu
3.4.3. Chọn cửa sổ màn hỡnh (Windows)
Sau khi thực hiện một chức năng nào đú, chẳng hạn chức năng vẽ hệ lưới, màn hỡnh sẽ được chia mặc định thành hai cửa sổ màn hỡnh, cửa sổ bờn trỏi cho hỡnh khụng gian (3D) và đang làm việc, cửa sổ bờn phải là cho hỡnh phẳng (2D), số lượng cửa sổ lớn nhất là 4 và cú thể tuỳ chọn từ 1 đến 4. Muốn thay đổi số cửa sổ
Options > Windows > One/Two/Three/Four
Muốn làm việc với cửa sổ màn hỡnh nào thỡ nhỏy chuột vào một điểm bất kỳ trong ụ cửa sổ đú và cú thể thay đổi hỡnh thức thể hiện từ 3D sang 2D và ngược lại
nhờ menu View:
View > Set 3D View > Fast View >3D/xz/xy/yz > OK 3.4.4. Tạo hệ lưới phẳng và khụng gian
Để thuận tiện cho việc mụ hỡnh hoỏ một kết cấu khụng gian hoặc kết cấu phẳng, trước hết ta cần tạo ra một hệ lưới và thực hiện mụ hỡnh húa kết cấu trờn hệ
lưới đú, từ menu File:
File > New Model > Từ Coordinate System Definition Chọn Cartesian / Cylindrical
- Nhập số cỏc bước lưới (Number of Grid Spaces) theo cỏc phương X,Y,Z.
- Nhập độ dài mỗi bước lưới (Grid Spacing) theo cỏc phương X, Y, Z.
Tuỳ theo hỡnh dạng kết cấu cần mụ hỡnh húa mà chọn một mặt phẳng lưới để
vẽ. Chẳng hạn mặt X-Y cú Z=0, từ menu View:
View > Set 2D View Set 2D View Nhỏy chuột vào [*] X-Y plan với Z=0, OK.
Cú thể thay đổi kớch thước của bước lưới bất kỳ, từ menu Draw:
Draw >Edit Grid > Modify Grid Lines Sửa khoảng cỏch cỏc bước lưới, OK.
3.4.5. Chức năng vẽ cỏc phần tử thanh và phần tử vỏ
Từ menu Draw:
Draw > Add Special Joint dựng để vẽ nỳt.
> Add Frame Element dựng để vẽ phần tử thanh.
> Add Quad Shell Element dựng để vẽ phần tử vỏ cú 4 cạnh. > Add Rectangular Shell Element dựng để vẽ phần tử chữ nhật. > Quick Draw Frame Element dựng để vẽ nhanh phần tử thanh. > Quick Draw Shell Element dựng để vẽ nhanh phần tử vỏ.
3.4.6. Chọn đối tượng để thực hiện cỏc lệnh tiếp theo (xúa, gỏn, sao chộp, nhõn bản, di chuyển, ... ) bản, di chuyển, ... )
Từ menu Select /Deselect (Chọn đối tượng hoặc xoỏ đối tượng chọn):
Select/Deselect > Pointer/Windraw/Intersecting Line/Groups, All, ...
Dựng để chọn đối tượng hoặc xoỏ đối tượng đó chọn bằng nhỏy chuột trực tiếp vào đối tượng hoặc chọn bằng khung bao đối tượng, hoặc dựng đường cắt hoặc chọn nhúm đối tượng đó định nghĩa trước hoặc chọn tất cả,....
3.4.7. Xoỏ một số bộ phận của kết cấu đó vẽ hoặc khụi phục bộ phận vừa xoỏ
Chọn cỏc đối tượng muốn xoỏ theo cỏc cỏch trỡnh bày ở trờn, từ menu Edit:
Edit >Delete/Undo/Redo. 3.4.8. Nhõn bản một bộ phận của kết cấu
Chức năng này cho phộp ta nhõn bản theo kiểu dóy tịnh tiến (Linear), theo kiểu quay quanh một trục (Radial), theo kiểu đối xứng gương (Miror). Để nhõn bản
trước hết ta chọn đối tượng muốn nhõn bản theo một trong cỏc cỏch trỡnh bày ở trờn,
rồi từ menu Edit > Replicate, chọn kiểu nhõn bản:
> Linear Nhập cỏc khoảng cỏch theo cỏc phương X, Y, Z lấy giỏ trị dương khi nhõn bản về phớa chiều dương của cỏc trục tọa độ đang làm việc (hiện hành), theo hướng ngược lại lấy giỏ trị õm và nhập số lượng bản nhõn, OK.
> Radial Chọn phộp nhõn bản kiểu quay (Rotate About) quanh trục X hoặc Y hoặc Z, nhập gia số gúc xoay lấy giỏ trị dương khi vộctơ quay cú chiều cựng chiều với trục quay, theo hướng ngược lại lấy giỏ trị õm và nhập số lượng nhõn bản, OK. Khi trục quay quanh hệ toạ độ hiện hành khụng phự hợp với mục đớch phộp nhõn bản, cần chọn hệ toạ độ phụ trợ thớch hợp cho phộp quay nhõn bản này.
> Mirror Chọn phộp nhõn bản đối xứng gương qua mặt XY hoặc YZ hoặc XZ và nhập toạ độ vị trớ mặt gương, OK.
3.4.9. Chức năng chia phần tử tấm lớn thành nhiều phần tử nhỏ
Chức năng Mesh Shells dựng để chia phần tử lớn thành nhiều phần tử nhỏ. Chọn đối tượng chia, từ menu Edit:
3.4.10. Chức năng chia phần tử dầm thành nhiều phần tử nhỏ
Chức năng Divide dựng để chia phần tử thanh thành nhiều phần tử nhỏ.
Chọn đối tượng chia, từ menu Edit:
Edit > Divide > Nhập thụng số chia, cú thể chia đều hoặc khụng đều, OK. 3.4.11. Chức năng di chuyển nỳt
Chức năng Move dựng để di chuyển một nỳt hoặc nhiều nỳt. Chọn đối tượng chuyển, từ menu Edit:
Edit > Move > Nhập gia số toạ độ chuyển, OK. 3.4.12. Kết cấu mẫu
Trong SAP2000 đó lập sẵn một số kết cấu thường gặp như dầm liờn tục, dàn phẳng, dàn khụng gian, khung phẳng, khung khụng gian, tấm chữ nhật, hệ dầm sàn, vỏ trụ trũn, vũm trũn,... Cú thể thờm bớt, sửa đổi, lắp ghộp cỏc kết cấu mẫu với nhau tạo thành một kết cấu theo ý của người sử dụng. Mỗi một kết cấu mẫu đó mặc định sẵn hệ toạ độ cục bộ của riờng nú, nờn khi lắp ghộp chỳng với nhau chỉ cần định vị trớ của hệ toạ độ này trong hệ toạ độ chung của kết cấu.
Với kết cấu mẫu đầu tiờn, từ menu File:
File > New Model from Template
trong cỏc Model Templates > Chọn kết cấu mẫu thớch hợp và nhập cỏc số liệu cần thiết từ bàn phớm, OK.
Với kết cấu mẫu thứ hai hoặc trờn màn hỡnh đó cú một bộ phận kết cấu rồi, thỡ
từ menu Edit:
Edit > Add to Model from Template
Trong cỏc Model Templates > Chọn kết cấu mẫu thớch hợp và nhập cỏc số liệu
cần thiết từ bàn phớm.
> Advanced sẽ xuất hiện hội thoại Location và Orientation
Nhập cỏc số liệu xỏc định vị trớ của hệ toạ độ cục bộ của kết cấu mẫu vừa chọn trong hệ toạ độ chung của kết cấu, chớnh là để định vị trớ của kết cấu mẫu vào kết cấu tổng thể, OK.
3.4.13. Định nghĩa đặc trưng hỡnh học và vật liệu của cỏc phần tử
Định nghĩa vật liệu (đặt tờn khỏc nếu khụng muốn dựng tờn mặc định) và nhập
đặc trưng vật liệu (Materials), từ menu Define:
Define > Materials > Đặt tờn vật liệu mới> Chọn loại vật liệu >Add Neư Material > Modify/Show Material (sửa đổi hoặc xem cỏc đặc trưng cơ lý của vật
liệu) > OK, OK.
Định nghĩa mặt cắt dầm và vỏ (đặt tờn mặt cắt nếu khụng muốn dựng tờn mặc
định) và nhập đặc trưng hỡnh học của phần tử dầm (Frame)/vỏ (Shell), từ menu
Define:
Define > Frame Sections/Shell Sections
> FSEC1/SSEC1 (cú thể thay đổi tờn mặc định này) > Modify/Show Section (để kiểm tra hoặc thay đổi kớch thước), muốn chọn tờn khỏc và loại vật liệu khỏc > AddI/Wide Flange, đặt tờn mặt cắt, loại vật liệu và nhập kớch thước mặt cắt.
3.4.14. Gỏn cỏc đặc trưng hỡnh học và vật liệu vào cỏc phần tử của kết cấu
Chọn đối tượng gỏn là cỏc phần tử dầm hay phần tử vỏ, từ menu Assign:
Assign > Frame/Shell > Section > Tờn mặt cắt gỏn cho cỏc phần tử cú thể là
tờn mặc định FSEC1/SSEC1 hoặc cỏc tờn đó định nghĩa ở trờn tương ứng với phần tử được gỏn > Modify/Show Section (sửa hoặc xem lại mặt cắt), OK.
3.4.15. Gỏn liờn kết
Liờn kết cú thể là cỏc gối tựa cứng (Restraints) hoặc gối tựa lũ xo (Springs),
cỏc liờn kết phải được gỏn vào cỏc nỳt. Số lượng liờn kết phải đủ để kết cấu khụng
bị biến hỡnh. Để gỏn liờn kết trước hết phải chọn cỏc nỳt cần gỏn, từ menu Assign:
Assign > Joớnts > Restraints/Springs > Nhỏy chuột vào cỏc phương 1, 2, 3 mà
liờn kết khụng cho dịch chuyển thẳng và vào cỏc trục 1, 2, 3 liờn kết khụng cho chuyển vị gúc hoặc cú thể nhỏy chuột vào cỏc biểu tượng liờn kết tương ứng, OK.
3.4.16. Định nghĩa trường hợp tải trọng
Cỏc tải trọng tỏc dụng lờn kết cấu trong SAP2000 cú thể là trọng lượng bản thõn của kết cấu, tải trọng tập trung, tải trọng phõn bố đều, tải trọng phõn bố cú
dạng hỡnh thang, tỏc động của nhiệt độ, tỏc động của ứng suất trước, ỏp lực bề mặt,...
Định nghĩa trường hợp tải trọng (đặt tờn cho cỏc tải trọng), từ menu Define:
Define > Static Load Cases > Define Static Load Case Name (đặt tờn cho cỏc
tải trọng) > Add New Load.
Ngoài tải trọng bản thõn cú tờn mặc định LOAD1 cú hệ số Self-weight Multiplier lấy bằng 1, đặt tờn cho cỏc tải trọng tiếp theo và nhập hệ số Self-weight Multiplier bằng 0.
Riờng đối với ỏp lực bề mặt tỏc dụng lờn mặt của phần tử (Surface Pressure
Load), với SAP2000 Version 11 cần cú định nghĩa riờng như sau, từ menu Define: Define > Joint Pattern > Define Pattern Names
Chọn tờn Pattern (NUOC chẳng hạn) Add New Pattern Name, cú thể thay đổi hoặc xoỏ tờn Pattern đó định nghĩa trước bằng cỏch nhỏy chuột vào Change/Delete Joint Pattern, OK.
3.4.17. Gỏn tải trọng vào kết cấu
Tải trọng bản thõn (Self-weight Loads) – Tải trọng bản thõn tỏc dụng lờn tất cả
cỏc phần tử và cú chiều ngược với chiều trục Z của hệ tọa độ tổng thể (Global), cú tờn mặc định (LOAD1), chương trỡnh tự tớnh, khụng cần khai bỏo gỡ thờm.
Tải trọng tập trung (Joint Loads) – Nếu đối tượng gỏn là cỏc nỳt, từ menu Assign:
Assign > Joint Static Loads > Forces > Chọn tờn trường hợp tải trọng (Load
Case Name) tương ứng đó định nghĩa ở trờn:
Nhập cỏc thành phần tải trọng tập trung theo cỏc phương X, Y, Z hoặc cỏc thành phần mụmen tập trung cú vectơ mụmen theo cỏc phương X, Y, Z và lấy giỏ trị dương (+) khi cỏc thành phần này cú chiều cựng chiều dương của trục hệ toạ độ tổng thể.
Chọn một trong ba phương ỏn chất tải như sau: cộng vào cỏc lực đó cú trước đú ([*] Add to existing loads), thay thế cỏc lực đó cú trước đú ([*] Replace existing loads) hoặc huỷ bỏ tải trong đó cú trước đú ([*] Delete existing loads), OK.
Tải trọng gồm cả tải trọng tập trung và tải trọng phõn bố đều (Point and Uniform) cú thể gỏn cựng một lỳc cho phần tử thanh , từ menu Assign:
Assign > Frame Static Loads > Point and Uniform
Chọn tờn trường hợp tải trọng tương ứng (Load Case Name) Chọn loại tải trọng Forces/Moments và hướng tải trọng (Load Type and Direction).
Chọn giỏ trị tải trọng nỳt (cho phộp tối đa trờn một phần tử cú 4 tải trọng tập trung) và chọn vị trớ của tải trọng tập trung/mụmen tập trung.
Chọn giỏ trị tải trọng phõn bố đều, OK.
Tải trong phõn bố hỡnh thang (Trapezoidal) chỉ gỏn được cho phần tử thanh,
từ menu Assign:
A ssign > Frame Static Loads > Trapezoidal
Cho phộp tối đa trờn một phần tử thanh cú bốn đoạn tải trọng phõn bố hỡnh thang:
Chọn loại tải trong Forces/Moments và hướng tải trọng (Load Type and Direction)
Chọn vị trớ và giỏ trị tải trọng phõn bố ở hai đầu mỗi đoạn, OK.
Tải trong do trọng lượng bản thõn sinh ra (Gravity) cú thể gỏn được cho phần
tử thanh và vỏ, chức năng này thường dựng để tớnh tỏc động của động đất, khi lực
quỏn tớnh do động đất đặt giả tĩnh lờn kết cấu, từ menu Assign:
A ssign > Frame Static Loads/Shell Static Loads > Gravity
Chọn tờn trường hợp tải trọng, nhập hệ số Gravity Multiplier theo cỏc phương X, Y, Z Chọn một trong ba phương ỏn chất tải: cộng vào cỏc lực đó cú trước đú ([*] Add to existing loads), thay thế cỏc lực đó cú trước đú ([*] Replace existing loads) hoặc huỷ bỏ tải trong đó cú trước đú ([*] Delete existing loads), OK.
Áp lực bề mặt tỏc dụng lờn mặt của phần tử (Surface Pressure Load)
Áp lực bề mặt cú phương luụn luụn vuụng gúc với mặt phần tử và cú giỏ trị dương khi nú cựng chiều với chiều dương của trục 3 (trục toạ độ cục bộ của phần tử). Giỏ trị ỏp lực mặt tại cỏc nỳt của phần tử tạo thành mặt tải trọng, được xỏc định theo cụng thức sau:
p = Ax+By+Cz+D
Trong đú A, B, C, D là cỏc hằng số được xỏc định từ dữ liệu về ỏp lực mặt của bài toỏn, cũn x, y, z là tọa độ của p trong hệ tọa độ đang làm việc.
Để cú thể gỏn ỏp lực bề mặt vào kết cấu, trước hết cần khai bỏo cỏc thụng số cho mỗi Pattern Name, từ menu Assign > Joint Pattern, chọn tờn Pattern muốn thụng bỏo và gỏn giỏ trị A, B, C, D của hàm Value từ bàn phớm.
Nếu muốn lấy toàn bộ cỏc gớa trị của hàm Value cả giỏ trị dương lẫn giỏ trị õm thỡ ta nhấn chuột vào [*] Use all Value, nếu chỉ lấy cỏc giỏ trị dương thỡ nhấn chuột vào [*] Zero negative Value, chỉ lấy giỏ trị õm thỡ nhấn chuột vào [*] Zero positive Value. Tiếp đến chọn một trong ba phương ỏn chất tải như sau:
3.4.18. Tổ hợp tải trọng (Load Combinations)
Để xột tới tỏc động đồng thời nhiều tải trọng tỏc dụng lờn kết cấu cựng một
lỳc, ta cần xột cỏc tổ hợp tải trong, từ menu Define:
Define > Load Combination cú Combo1 > Load1 Load Case > Add > Load2 Load Case > Add...., OK
> Add New Combo cú Combo2 > ...., OK , OK.
Muốn sửa chữa/xem tổ hợp tải trọng nào thỡ nhấn chuột vào tải trọng đú > Modify/Show Combo sửa đổi /xem cỏc trường hợp tải trọng của Combo đú, OK, OK.
3.4.19. Sắp xếp lại mó nỳt và mó phần tử (Change Labels)
Trong quỏ trỡnh mụ hỡnh hoỏ kết cấu, SAP2000 tự động mó hoỏ cỏc bộ phõn kết cấu theo thứ tự rời rạc hoỏ cỏc bộ phận của kết cấu do người sử dụng thực hiện, mà thứ tự rời rạc cỏc bộ phận này thường khụng tuõn theo một quy luật nào cả, nờn thứ tự mó cỏc nỳt và mó phần tử chưa hợp lý, do đú cần sắp xếp lại để bề rộng dải ma trận độ cứng của kết cấu được thu hẹp lại, do đú sẽ tiết kiệm được thời gian tớnh toỏn hơn. Trỡnh tự thực hiện như sau:
Từ menu Edit > Change Labels Relabel Selected Items, ụ Prefix để trắng,
cỏc ụ cũn lại điền số 1, tuỳ từng bài toỏn cụ thể mà chọn thứ tự mó hoỏ cỏc nỳt theo hướng trục này trước hay theo hướng trục kia trước.
3.4.20. Kiểm tra số liệu nhập vào
Kiểm tra số liệu hỡnh học nhập vào cú thể qua cỏc hỡnh vẽ, từ menu View >
Set Elements > Nhỏy chuột vào [*] mó nỳt, mó phần tử, hệ toạ độ địa phương, mặt
cắt, liờn kết, ... của cỏc bộ phận thuộc nỳt (Joints), dầm (Frames), vỏ (Shells).
Nờn dựng chức năng Show Extrussions (hiển thị hỡnh vẽ 3 chiều cỏc phần tử) để kiểm tra vị trớ mặt cắt dầm trong khụng gian ba chiều, dựng Fill Elements (hỡnh
vẽ tụ đặc) để xem cỏc phần tử tấm và vỏ được tụ màu, nếu cỏc phần tử cú màu khỏc nhau thỡ chiều dương của phỏp tuyến cỏc phần tử cũng khỏc nhau, OK.
Khi cần bỏ cỏc hiển thị này thỡ vào View > Set Elements và nhỏy chuột bỏ cỏc
đại lượng khụng cần hiển thị [*].
Kiểm tra tải trọng nhập vào, với ỏp lực bề mặt thỡ từ menu Display > Show
Pattern > Chọn tờn Pattern > Chọn tờn Pattern, OK. Với cỏc tải trọng khỏc thỡ từ
menu Display > Show Loads >Joớnt/Frames/Shells > Chọn tờn tải trọng (Load
Name) > Cú thể hiển thị giỏ trị của ỏp lực ([*] Pressures Values) hoặc hiển thị qua màu sắc ([*] Pressure Contures), OK.
Khi cần bỏ cỏc hiển thị này thỡ từ menu Assign > Clear Display of Assign.
3.4.21. Phõn tớch kết cấu đó mụ hỡnh hoỏ
Từ menu Analyze > Run sẽ xuất hiện hộp hội thoại Save Model File As
Đặt tờn file cho bài toỏn chẳng hạn DBDTR > OK.
Chương trỡnh sẽ chạy, nếu cú thụng bỏo Analysis imcomplete thỡ cần dựng
thanh cuốn (Scroll Bar) di chuyển cỏc dũng thụng bỏo để kiểm tra cỏc lỗi, sửa và
cho chạy lại Analyze > Run, khi thấy thụng bỏo Analysis complete là chương
trỡnh tớnh đó hoàn thành > OK.
Nếu cần thay đổi nào đú về số liệu vào thỡ cần mở khoỏ bài toỏn menu
Option > Unlock Model, thực hiện cỏc sửa đổi và cho chương trỡnh chạy lại
3.4.22. Hiển thị hỡnh dạng biến dạng của kết cấu
Khi thấy thụng bỏo Analysis complete, OK. SAP2000 tự động hiển thị hỡnh
dạng biến dạng của bài toỏn với trường hợp tải trọng mặc định là LOAD1 (trọng lượng bản thõn) trờn cửa số trỏi màn hỡnh làm việc. Nếu muốn hiển thị hỡnh dạng biến dạng với trường hợp tải trọng hoặc tổ hợp tải trọng khỏc hiển thị ở cửa sổ màn hỡnh tuỳ chọn thỡ thao tỏc như sau:
Nhỏy chuột vào một điểm bất kỳ ở cửa sổ màn hỡnh muốn chọn để cửa sổ này
làm việc, từ menu Display:
Display > Show Deformed Shape > Load: Chọn trường hợp tải trọng/tổ hợp
tải trong (Load Case/Combo) [*] Wire Shadow; hoặc [*] Cubic Curve > OK.
Chỳng ta cú thể nhấn chuột vào nỳt Start Amination ở dưới phớa phải màn