3. Cỏch tiếp cận và phương phỏp nghiờn cứu
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 hỡnh để cho dạng biến dạng hoạt động (Amination), tốc độ hoạt động cú thể điều chỉnh bằng thanh cuộn ngang (Horizontal Scroll Bar) ở bờn trỏi nỳt núi trờn và cú
thể thay đổi trường hợp tải trọng bằng nỳt ở bờn phải của nỳt đú.
Nhỏy chuột phải vào một nỳt nào đú của biểu đồ biến dạng sẽ xuất hiện một cửa sổ nhỏ thụng bỏo tờn nỳt, giỏ trị chuyển vị thẳng và chuyển vị gúc của nỳt đú. Nhỏy chuột vào một điểm ở ngoài thỡ cửa sổ nhỏ sẽ đúng lại.
3.4.23. Hiển thị nội lực hoặc ứng suất của cỏc thành phần kết cấu
Khi kết cấu cú cả phần tử thanh, phần tử vỏ, SAP2000 chỉ cú thể cho hiển thị nội lực riờng từng loại phần tử ứng với cỏc thành phần nội lực khỏc nhau và cỏc trường hợp tải trọng khỏc nhau. Trỡnh tự hiển thị nội lực được tiến hành như sau:
Kớch hoạt vào một cửa sổ màn hỡnh tuỳ chọn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ menu Display > Show Element Forces/Stresses > Chọn Joints (khi cần hiển thị phản lực)/Frames (khi cần hiển thị nội lực cỏc phần tử thanh)/Shells (khi cần hiển thị nội lực hoặc ứng suất của phần tử vỏ) Trong Element Forces/Stress Contours for Shell cho phộp tuỳ chọn hiển thị cỏc thành phần nội lực hay ứng suất ứng với từng trường hợp tải trọng, cú thể cho hiển thị một phần hay toàn kết cấu. Nhỏy phải chuột vào phần tử tuỳ ý của biểu đồ nội lực sẽ xuất hiện một cửa sổ con cho thụng bỏo về mó phần tử và biểu đồ nội lực của phần tử đú. Cho con trỏ di
chuyển đến điểm nào trờn phần tử đú sẽ cú giỏ trị nội lực /ứng suất ứng với điểm đú, nếu là phần tử vỏ thớ cho giỏ trị ứng suất ở cả mặt dương và mặt õm (trục phỏp tuyến của phần tử). Nhỏy chuột vào một điểm ở ngoài thỡ cửa sổ nhỏ sẽ đúng lại.
Chỳ thớch: Để cú thể thao tỏc nhanh cỏc chức năng của SAP2000, cần sử dụng cỏc
biểu tượng (Icon) ở Floating Toolbar tương ứng với cỏc chức năng núi trờn và nờn sử dụng cỏc kết cấu mẫu.
CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG CHO CÁC VÍ DỤ BẰNG SỐ 4.1. Số liệu đầu vào
a. Kết cấu:
- Tấm chữ nhật cú kớch thước (12 x 20 x 0.3)m, làm bằng bờ tụng M200; - Cọc cú chiều dài 9m, kớch thước (30 x 30)cm, làm bằng bờ tụng M200; - Hệ số nền c1 = 600T/m3, c2 = 400T/m3.
b. Tải trọng gồm:
- Lực phõn bố đều trờn bề mặt tấm: q = 10T/m2;
- Lực tập trung theo phương đứng và ngang tại một số vị trớ: + Phương đứng: pi = 30T;
+ Phương ngang: pj = 15T. 4.2. Trường hợp tấm khi chưa cú lỗ
Mụ hỡnh: Chia tấm thành 240 phần tử chữ nhật nhỏ cú kớch thước (1 x 1)m và chia cọc thành 9 phần tử cú chiều dài 1m.
Hỡnh 4.2. Biến dạng của tấm khi tấm chưa cú lỗ
Hỡnh 4.6. Mụ men Mmax của tấm khi tấm chưa cú lỗ
Hỡnh 4.10. Mụ men M22 của cọc khi tấm chưa cú lỗ
4.3. Trường hợp tấm được ngàm cứng tại 4 cạnh biờn
Hỡnh 4.13. Mụ men M11 của tấm khi tấm được ngàm cứng tại 4 cạnh biờn
4.4. Trường hợp tấm cú lỗ và cỏc sườn
Mụ hỡnh: Xột tấm cú lỗ kớch thước (3 x 4)m, đồng thời cú cỏc sườn là cỏc dầm dọc và ngang với kớch thước tiết diện là (30 x 60)cm, làm bằng bờ tụng M200.
Hỡnh 4.18. Ứng suất nhỏ nhất của tấm khi tấm cú lỗ và cỏc sườn