Đây là phần cơ bản và thường chiếm nhiều thời gian phân tích trước khi mô hình hóa hình học kết cấu. Mục tiêu của công tác này là đưa ra được một lưới phần tử hữu hạn thích hợp cho loại
kết cấu đang được xem xét, đảm bảo độ chính xác và hiệu quả phân tích. Nội dung chính gồm có: Phát sinh nút và phần tử, định nghĩa mặt cắt,..
MIDAS/Civil cho phép chúng ta tạo lập nhanh chóng các nút và phần tử như khi chúng ta đang vẽ một bản vẽ sử dụng các chức năng chính trong các chương trình CAD. Hai phương pháp dưới đây được sử dụng chủ yếu cho việc phát sinh phần tử trong MIDAS/Civil:
- Đầu tiên nhập vào các nút và sau đó là các phần tử nối giữa các nút. - Nhập vào nút và phần tử cùng một lúc, sử dụng lưới cho trước.
Phương pháp thứ hai nói chung được khuyến khích vì tính tiện lợi. Việc đầu tiên là tạo lưới. Sự Truy vấn nhanh
Hệ tọa độ người dùng (UCS)
Hệ tọa độ tổng thể (GCS) Danh sách chức năng
Các hộp thoại đối tượng
Thanh công cụ phát sinh nút
Thanh công cụ phát sinh phần tử Thanh công cụ phát sinh thông số vật liệu, mặt cắt
Phương pháp thứ nhất được dùng khi sự sắp xếp hình học của các phần tử quá bất thường đến nỗi việc ứng dụng lưới không đưa lại một thuận lợi nào cả. Phương pháp này được dùng để thực hiện phân tích từng phần hay chi tiết của các phần tử phẳng. Lưới được bố trí trên mặt phẳng x-y của hệ tọa độ người dùng. Trình tự bố trí các lưới điểm đủ đơn giản vì khoảng cách lưới dạng hình chữ nhật theo mỗi trục, nhưng không thích hợp cho việc mô hình hóa kết cấu không gian bất kỳ. Trong trường hợp này, sử dụng lưới đường đem lại hiệu quả hơn.
Trong công tác mô hình hóa, bởi vì các chức năng khác nhau luôn được sử dụng liên tiếp để tạo các nút và phần tử, sẽ tiện lợi khi dùng Model Entity Tab ở phía trên thanh công cụ. Chức năng mong muốn trong danh sách các chức năng có thể được chọn hoặc các thanh công cụ bên phải cửa sổ làm việc có thể được sử dụng nhiều hơn menu chính.
Khoảng cách, hệ tọa độ, vectơ định hướng hoặc số hiệu nút có thể được gõ trực tiếp bằng bàn phím trên thanh hội thoại. Khoảng cách hoặc vị trí thích hợp có thể được gán một cách thuận lợi trong cửa sổ mô hình bằng con chuột. Khi con trỏ chuột được sử dụng để nhập vào các đối tượng ở trên, nhấn vào trường dữ liệu thích hợp và màu nền của trường dữ liệu sẽ thay đổi sang màu xanh. Sau đó, nhập vào dữ liệu thích hợp trong cửa sổ mô hình (chức năng Mouse Editor). Khi nhấp kép hoặc di chuyển trên nút và phần tử các thuộc tính tương ứng có thể xuất hiện một cách chọn lọc. Các thuộc tính này đối với nút là tải trọng nút, điều kiện gối,.. và đối với phần tử là tải trọng phần tử, các điều kiện biên,. (Copy Node Attributes, Copy Element Attributes). Khi nhấp kép được yêu cầu với sự hiệu chỉnh các thông số vật liệu hoặc mặt cắt, sự hiệu chỉnh có thể được thực hiện bằng cách chỉ định bước tăng số hiệu được copy.
2.2.3.1.1 Phát sinh nút
Sử dụng Model>Nodes hoặc thanh công cụ về nút để phát sinh các nút. Thông tin chi tiết liên quan đến chiều, tham khảo trong Online manual.
Create Nodes
Tạo các nút mới và các nút thêm bằng cách nhấp kép các nút mới tại các khoảng cách cho trước một cách đồng thời.
Delete Nodes
Xóa nút
Translate Nodes
Copy hoặc dịch chuyển các nút cho trước với các khoảng cách đều nhau hoặc không đều nhau.
Rotate Nodes
Copy hoặc dịch chuyển các nút cho trước bằng cách xoay quanh một trục cho trước.
Project Nodes
Copy hoặc dịch chuyển các nút cho trước bằng việc chiếu theo một đường hoặc một mặt nào đó (mặt phẳng, mặt bậc ba, mặp cầu, mặt elip,..)
Mirror Nodes
Copy hoặc dịch chuyển các nút cho trước theo cách lấy đối xứng với một mặt nào đó.
Divide Nodes
Tạo các nút mới bằng cách chia một đoạn thẳng giữa hai nút với các khoảng cách bằng nhau hoặc không bằng nhau.
Merge Nodes
Trộn các nút gần nhau thành một nút.
Scale Nodes
Giảm hoặc tăng khoảng cách giữa hai nút cho trước bằng cách chỉ định một tỉ số.
Compact Node Numbers
Renumber Node ID
Đánh số lại các số hiệu nút đã có theo từng phần hay tất cả.
Start Number
Gán số hiệu đầu tiên cho các nút mới được tạo.
2.2.3.1.2 Phát sinh phần tử
Sử dụng Model>Elements hoặc thanh công cụ phần tử để phát sinh các phần tử. Menu các thông số vật liệu và mặt cắt không cần thiết phải truy xuất tách biệt. Bằng cách nhấn chuột vào phần bên phải của danh sách các thuộc tính vật liệu và mặt cắt trong thanh hội thoại của phần tử, các thuộc tính liên quan có thể được thêm hoặc hiệu chỉnh. Nếu cần thiết, các số hiệu vật liệu và mặt cắt mới có thể được gán cho các phần tử trong lúc phát sinh.
Create Elements
Tạo các phần tử mới
Create Line Elements on Curve
Tạo các phần tử dọc theo đường tròn, cung tròn, elíp hoặc parbol,..
Delete Elements
Xóa các phần tử
Translate Elements
Tạo mới hoặc dịch chuyển các phần tử đã có với các khoảng cách đều hoặc không đều nhau.
Rotate Elements
Tạo mới hoặc dịch chuyển các phần tử đã có bằng cách quay quanh một trục cho trước
Extrude Elements
Tạo thêm một chiều hình học của phần tử (các phần tử thẳng, các phần tử tấm và các phần tử khối) bằng cách mở rộng các nút, các phần tử thẳng và các phần tử phẳng đã có như sau:
Tạo một phần tử thẳng dọc theo đường được tạo bởi sự dịch chuyển của một nút.
Tạo một phần tử phẳng dọc theo đường được tạo bởi sự dịch chuyển của một phần tử thẳng.
Tạo một phần tử khối dọc theo đường được tạo bởi sự dịch chuyển của một phần tử phẳng.
Mirror Elements
Tạo mới hoặc dịch chuyển các phần tử đã có theo cách lấy đối xứng với một mặt phẳng nhất định.
Divide Elements
Chia các phần tử đã có thành các phần tử con đều hoặc không đều nhau.
Merge Elements
Ghép các phần tử có cùng tính chất (vật liệu, mặt cắt, kiểu phần tử,..) thành một phần tử.
Intersect Elements
Chia một cách tự động các phần tử thẳng cho trước cắt nhau bởi các điểm giao.
Change Element Parameters
Compact Element Numbers
Điều chỉnh các số hiệu phần tử bị mất khi xóa, và sắp xếp các số hiệu này theo thứ tự tăng dần.
Renumber Element ID
Đánh số lại các phần tử từng phần hay toàn bộ.
Start Number
Gán số hiệu đầu tiên cho các phần tử mới sẽ được tạo lập. 2.2.3.2 Mô hình hóa vật liệu
MIDAS/Civil cung cấp nhiều cơ sở vật liệu và mặt cắt, chúng ta cũng có thể thoải mái tự định nghĩa các thuộc tính của vật liệu và mặt cắt. Trong trường hợp một dầm cầu thép kết cấu liên hợp, các đặc trưng mặt cắt của các mặt cắt liên hợp và không liên hợp có thể được phản ánh trong phân tích. Chương trình con SPC (Sectional Property Calculator) mô hình hóa và tính toán các đặc trưng mặt cắt cho mặt cắt có hình dạng đặc biệt.
Các thuộc tính vật liệu
MIDAS/Civil hỗ trợ các thuộc tính vật liệu sau:
Thép (Steel)
ASTM (American Society for Testing Materials) CSA (Canadian Standards Association)
BS (British Standards)
DIN (Deutsches Institut für Normung e.V.) EN (European Code)
JIS (Japanese Industrial Standards) GB (Guojia Biao Zhun, China)
JGJ (Jian Zhn Gong ye Jian Zhn Biao Zhun, China) JTJ (Jiao Tongbu Jian She Bia Zhun, China)
KS (Korea Standard) KS-Civil
Bê tông (Concrete)
ASTM (American Society for Testing Materials) CSA (Canadian Standards Association)
BS (British Standards) EN (European Code)
JIS (Japanese Industrial Standards) GB (Guojia Biao Zhun, China) GB-Civil (Guojia Biao Zhun, China) KS (Korea Standard)
KS-Civil
Cốt thép (Reinforcing steel)
ASTM (American Society for Testing Materials) CSA (Canadian Standards Association)
BS (British Standards) EN (European Code)
JIS (Japanese Industrial Standards) GB (Guojia Biao Zhun, China) GB-Civil (Guojia Biao Zhun, China) KS (Korea Standard)
KS-Civil
Tổ hợp của bê tông và thép (SRC)
Người dùng có thể định nghĩa các thuộc tính một cách trực tiếp.
Để nhập các thông số vật liệu, sử dụng chức năng Model>Properties>Material hoặc Material.
Để thuận lợi cho người sử dụng, việc nhập các thông số vật liệu được thực hiện theo các
phương pháp sau đây:
Dưới đây là một phương pháp gán thuộc tính vật liệu bằng cách chọn từ danh sách các vật liệu được định nghĩa trước để chỉ định cho giai đoạn phát sinh phần tử sau khi định nghĩa các thuộc tính vật liệu nói chung:
1. Chọn nút Material để nhập dữ liệu vật liệu
2. Chọn các thông số vật liệu mong muốn từ danh sách các thông số vật liệu ở thanh hộp thoại được dùng cho phát sinh phần tử.
3. Sử dụng View/Select hoặc các biểu tượng của nó để chọn các phần tử mà thông số vật liệu của chúng sẽ được gán hoặc hiệu chỉnh.
4. Sử dụng Model>Elements>Change Element Parameters hoặc Change Element Parameters để gán các số hiệu vật liệu mới. Liên tục gán các thông số vật liệu bằng phương pháp kéo-thả sau khi chọn được thông số vật liệu thích hợp từ WorkTree. Chỉ có ít thông số vật liệu được sử dụng để mô hình hóa kết cấu thực tế. Phương pháp đầu tiên nói chung là thực tế hơn. Sử dụng Change Element Parameters để hiệu chỉnh dữ liệu vật liệu tương ứng.
Để quản lý hiệu quả việc mô hình hóa, gán số hiệu vật liệu dựa trên các kiểu phần tử (dầm, cột, tường,..) ngay cả khi các kiểu vật liệu giống nhau.
Tương tự, dữ liệu về vật liệu được sử dụng trong các file mô hình khác có thể được lấy vào khi nhập thông số vật liệu.
Dữ liệu thuộc tính vật liệu phụ thuộc thời gian
Khi một phân tích theo giai đoạn thi công được yêu cầu đối với kết cấu cầu nhịp lớn cần phản ánh co ngót và biến dạng dài hạn, hoặc một kết cấu được phân tích nhiệt trong thủy nhiệt, các thuộc tính vật liệu phụ thuộc thời gian phải được đưa vào. Dưới đây là tóm tắt phương pháp định nghĩa các thuộc tính vật liệu phụ thuộc thời gian.
1. Định nghĩa dữ liệu thuộc tính vật liệu về từ biến và co ngót trong Model>Properties>Time
Dependent Material (Creep/Shrinkage).Selection of Code for defining Material Properties
Nếu chế độ người dùng tự định nghĩa được chọn, người dùng được yêu cầu chỉ định trực tiếp các hàm từ biến và co ngót thích hợp trong Model>Properties>Time Dependent Material
(Creep/Shrinkage) Function.
2. Định nghĩa một hàm về mô đun đàn hồi của bê tông trong Model>Properties>Time
Dependent Material (Comp. Strength)
Dữ liệu về vật liệu phụ thuộc thời gian có thể được định nghĩa để xem xét mô đun đàn hồi của vật liệu kết cấu (bê tông) thay đổi theo thời gian. Ở các phiên bản trước, chỉ có mô đun đàn hồi có thể được nhập vào khi kiểu người dùng (User Type) được chọn. Từ phiên bản 6.7.1, chúng
Hình 111: Hộp thoại vật liệu phụ thuộc thời gian
3. Lập quan hệ thông số vật liệu phụ thuộc thời gian đối với thông số vật liệu chung được định nghĩa trước đó trong Model>Properties>Time DependentMaterial Link.
4. Nếu Model>Properties>Change Element Dependent Material Property
Được sử dụng, kích thước danh định của cấu kiện, “h”, được định nghĩa tại thời điểm định nghĩa thông số vật liệu phụ thuộc thời gian sẽ được thay thế bằng giá trị “h”. Giá trị “h” được định nghĩa trong Time Dependent Material(Creep/Shrinkage) sẽ bị lờ đi.
2.2.3.2 Mô hình hóa mặt cắt
MIDAS/Civil cung cấp các dữ liệu thuộc tính mặt cắt sau:
DB Sự lựa chọn giữa các cơ sở dữ liệu mặt cắt tiêu chuNn quốc tế
AISC 2K (US) American Institute of Steel Construction, 2000 Imperial Unit AISC 2K (SI) American Institute of Steel Construction, 2000 Metric Unit AISC American Institute of Steel Construction,
CISC 02 (US) Canadian Institute of Steel Construction, Imperial Unit CISC 02 (SI) Canadian Institute of Steel Construction, Metric Unit
BS British Standards
DIN Deutsches Institut für Normung e.V.
User Các kích thước chính được lấy từ các mặt cắt tiêu chuNn.
Value Thông số mặt cắt được định nghĩa bởi người dùng. SRC Mặt cắt thép liên hợp bê tông
Combined Mặt cắt tổ hợp được tạo từ hai dạng mặt cắt Tapered Mặt cắt thay đổi
Composite Các thông số mặt cắt trước và sau khi liên hợp
Dữ liệu mặt cắt trong MIDAS/Civil được nhập vào bằng cách sử dụng
Model>Properties>Section hoặc Section.
Phụ thuộc vào sự ưa thích người sử dụng, dữ liệu mặt cắt trong MIDAS/Civil có thể được đưa vào theo các phương páhp sau đây:
Chọn các mặt cắt từ danh sách dữ liệu mặt cắt được định nghĩa trước và gán chúng cho các phần tử được tạo:
1. Nhấn vào Section để nhập số liệu mặt cắt
2. Chọn các mặt cắt mong muốn từ danh sách các mặt cắt của hộp thoại được dùng để phát sinh phần tử
3. Sử dụng hàm đánh số hiệu tự động cho các mặt cắt trong hộp thoại để tạo các phần tử mà mặt cắt của phần tử cũ và mới là khác nhau.
Duyệt lại các dữ liệu mặt cắt tạm được gán cho các phần tử mà số hiệu của chúng được gán tùy ý để tạo lập các phần tử.
1. Chọn Section để vào số liệu mặt cắt
2. Tạo các phần từ mà không gán số liệu mặt cắt ngay
3. Sử dụng View>Selection hoặc biểu tượng của nó để chọn các phần tử có mặt cắt sẽ được hiệu chỉnh hoặc được gán.
Phương pháp đầu tiên có thể có thuận lợi cho các kết cấu đơn giản chỉ với số ít các kiểu mặt cắt. Phương pháp thứ hai có thể tiện hơn đối với các kết cấu tổng quát với nhiều kiểu mặt cắt. Tương tự số liệu mặt cắt có thể được nhập vào từ file MCB được dùng cho các mô hình khác. Người dùng có thể xúc tiến quá trình nhập dữ liệu mặt cắt bằng cách thành lập một cơ sở dữ liệu trong một file MCB chứa đựng các mặt cắt được tạo và những mặt cắt thường được sử dụng. Điều này có thể áp dụng để thiết kế tự động trong kết cấu thép.
…
Model>Properties>Tapered Section Group tự động tính toán các thông số mặt cắt của phần tử
thay đổi trong một vùng biến đổi của mặt cắt. Trước khi phân tích, nhập các mặt cắt thay đổi bằng cách gán chúng cho một nhóm mặt cắt thay đổi để tính toán các thông số mặt cắt của từng phần tử thay đổi, và sau đó bỏ nhóm để thu được các thông số mặt cắt riêng. Việc bỏ nhóm làm giảm thời gian phân tích, đặc biệt trong phân tích theo giai đoạn thi công khi mà các phân tích con được thực hiện lặp đi lặp lại nhiều lần.
Dữ liệu về chiều dày
Dữ liệu về chiều dầy của các phần tử tấm trong MIDAS/Civil được xem xét theo hai cách sau: - Đưa vào cùng một chiều dầy để tính toán độ cứng cho cả hai chiều trong và ngoài mặt
phẳng.
- Đưa vào các chiều dầy khác nhau để tính toán độ cứng cho cả hai chiều trong và ngoài mặt phẳng.
Đối với các phần tử ứng suất phẳng, chỉ có ứng xử trong mặt phẳng được đưa vào tính toán, cũng chư chỉ có số liệu bề dầy trong mặt phẳng được áp dụng.
MIDAS/Civil có khả năng đưa vào các tấm cứng hoặc cốt thép, cái mà có thể thường được sử dụng trong bản cánh của các dầm hộp cầu thép.
Tính toán đặc trưng mặt cắt
MIDAS/Civil cung cấp một chương trình tính toán đặc trưng mặt cắt có thể tính toán dữ liệu độ cứng cho bất kỳ hình dạng nào. Các hình dạng mặt cắt có thể được vẽ, hoặc một file DXF có thể được nhập vào chương trình. Kích vào Tool>Sectional Property Calculator
từ menu chính, và chọn các thuộc tính mật cắt được tính toán được nhập trong phần Section khi mô hình hóa kết cấu.
- Nhập một hình dạng mặt cắt thông qua AutoCAD DXF
- Lưới tối ưu sẽ được tự động thiết lập để tính toán mặt cắt
- Các thông số của mặt cắt liên hợp được tạo từ nhiều vật liệu khác nhau có thể được tính toán.
Trong kết cấu cầu, loại mặt cắt bê tông cốt thép ứng suất trước rất hay được sử dụng. Từ phiên bản 6.7.1, ngoài những mặt cắt hộp và đặc có lỗ rỗng hay gặp, có thể mô tả được mặt mắt không đối xứng, hơn nữa những vị trí góc cong cũng có thể được mô hình chính xác.
Hình 111: Định nghĩa mặt cắt không đối xứng
Chiều dầy của mặt cắt bê tông cốt thép ứng suất trước trong tính toán ứng suất cắt có thể được định nghĩa bởi người sử dụng hoặc được tính toán một cách tự động. Hơn nữa, các vị trí kiểm