MIDAS/Civil cung cấp các điều kiện biên đặc biệt như Gối lò xo tổng quát (General Spring Supports) để tính toán các độ cứng ngang của cọc, các phần tử biên chỉ chịu nén để phản ánh nền đất và các phần tử biên chỉ chịu kéo.
Supports Gối cứng
Define General Spring Type Định nghĩa kiểu gối đàn hồi tổng quát Surface Spring Support Gối đàn hồi cho mặt
Nonlinear Link Properties Các thông số liên kết phi tuyến Beam End Release Giải phóng liên kết đầu dầm Plate End Release Giải phóng liên kết đầu tấm Panel Zone Effect Hiệu ứng vùng liên kết Effective Width Scale Factor Hệ số tỉ lệ chiều rộng có hiệu Point Spring Supports Gối đàn hồi điểm
General Spring Supports Gối đàn hồi tổng quát Elastic Link Liên kết đàn hồi
Nonlinear Link Liên kết phi tuyến Beam End Offset Đoạn cứng đầu dầm
Rigid Link Liên kết cứng
Node Local Axis Trục tọa độ địa phương nút
Các gối đàn hồi mặt được áp dụng trong trường hợp một kết cấu liên kết với đất như bệ móng hay hầm. Vùng diện tích tiếp xúc có hiệu của mỗi nút của các phần tử tấm và khối và mô đun đàn hồi của các phản lực đất nền được sử dụng để tính toán tự động và nhập vào độ cứng đàn hồi tương đương.
Liên kết đàn hồi có thể được áp dụng để biểu diễn một gối đàn hồi trên trụ cầu. Tất cả những yêu cầu chỉ là độ cứng theo các phương phù hợp, mà sau đó sẽ tạo ra các phản lực.
Giải phóng liên kết tấm và phần tử biểu diễn sự mất khả năng chống lại theo các bậc tự do nhất định tại các đầu nút của phần tử.
Liên kết phi tuyến có thể mô hình giảm chấn trong kết cấu biểu diễn ứng xử theo lịch sử giảm chấn phi tuyến. Phần tử liên kết phi tuyến được tạo thành bởi 6 lò xo tuyến tính hoặc phi tuyến liên kết giữa hai nút, biểu diễn một sự đàn hồi theo phương dọc, hai thành phần đàn hồi theo phương lực cắt, một thành phần đàn hồi theo phương xoắn và hai thành phần đàn hồi theo phương uốn.
Các trường hợp tải trọng khác nhau có thểứng với các điều kiện biên riêng trong một mô hình kết cấu. Thậm chí trong trường hợp phân tích tĩnh và động liên quan đến các điều kiện biên khác nhau, thì hai kiểu phân tích này có thểđược thực hiện trong cùng một mô hình mà không phải tạo hai file mô hình riêng. Để thực hiện điều này, vào mục Analysis>Boundary Change Assignment to Load Case/Analysis.
Hình 111: Các điều kiện biên khác nhau ứng với các điều kiện tải trọng khác nhau
2.2.3.4 Mô hình hóa tải trọng
Các kiểu tải trọng được đưa vào trong các phần phân tích của MIDAS/Civil như sau: • Các tải trọng tĩnh
• Các tải trọng di động • Các tải trọng động
Các tải trọng tĩnh được sử dụng để thực hiện các phân tích tĩnh đối với các điều kiện đặt tải duy nhất. Các tải trọng di động được sử dụng cho các phân tích kết cấu có liên quan đến tải trọng xe di động tĩnh mà các phân tích đường ảnh hưởng hoặc mặt ảnh hưởng được thực hiện. Các
tải trọng động được sử dụng để thực hiện các phân tích phổ phản ứng hoặc phân tích lịch sử thời gian.
2.2.3.4.1 Các tải trọng tĩnh
Hai bước sau đây chỉ định các tải trọng tĩnh trong MIDAS/Civil:
1. Sử dụng Load>Static Load Cases để nhập các điều kiện đặt tải trọng
2. Nhập các dữ liệu tải trọng bằng cách sử dụng nhiều chức năng đặt tải trọng tĩnh được cung cấp trong Load.
Một phân tích tĩnh được thực hiện đối với mỗi trường hợp tải trọng tĩnh. Sử dụng chức năng Results>Combinations để tổ hợp các kết quả phân tích trong giai đoạn hậu xử lý.
Cũng có thể thực hiện phân tích kết cấu sau khi chuyển đổi các điều kiện tổ hợp tải trọng được nhập trong mục Load>Create Load Cases Using Load Combination thành các trường hợp tải trọng riêng rẽ.
MIDAS/Civil hỗ trợ các kiểu tải trọng sau:
Self Weight (trọng lượng bản thân)
Tải trọng phần tử
Nodal Loads
Tác tải trọng tập trung tại nút
Specified Displacements of Supports
Các chuyển vị cưỡng bức của gối
Element Beam Loads
Các tải trọng tập trung và phân bố tác dụng trên các phần tử dầm
Line Beam Loads
Các tải trọng dầm trên một số các phần tử dầm liên tục được bố trí theo một đường thẳng.
Typical Beam Loads
Các kiểu phổ biến của các tải trọng dầm được tạo ra từ các tải tải trọng sàn.
Define Floor Load Type Assign Floor Loads
Định nghĩa kiểu tải trọng tác dụng trên một mặt, được tác dụng lên các nút của các phần tử tấm/khối và bất kỳ vị trí mong muốn của mọi loại phần tử.
Assign Plane Loads
Đưa các tải trọng mặt đã được định nghĩa vào mặt của các phần tử tấm/khối. Prestress Beam Loads
Các tải trọng ứng suất trước trong các phần tử dầm.
Pretension Loads
Các tải trọng căng trước trong phần tử dàn, cáp và phần tử chỉ chịu kéo hoặc nén.
Tendon Prestress Loads
Định nghĩa các tải trọng ứng suất trước của cáp.
Pressure Loads
Các tải trọng áp lực tác dụng theo chiều dầy hoặc mặt của các phần tử tấm và khối.
Hydrostatic Pressure Loads
Các tải trọng áp lực do thế năng của dòng chảy.
System Temperature
Nhiệt độ cuối cùng của toàn bộ kết cấu cần thiết cho việc phân tích ứng suất nhiệt.
Nodal Temperatures
Các nhiệt độ nút cho phân tích ứng suất nhiệt.
Element Temperatures
Các nhiệt độ trên phần tử để phân tích ứng suất nhiệt.
Temperature Gradient
Biến thiên nhiệt giữa mặt trên và dưới của các phần tử dầm hoặc tấm.
Beam Section Temperatures
Định nghĩa một sự chênh lệch nhiệt độ của một mặt cắt cho một phần tử.
Time Loads for Construction Stage
Gán các phần tử được chỉ định với khoảng thời gian xây dựng đã qua tại một giai đoạn thi công xác định.
Gáp các hệ số từ biến cho các phần tử nhất định tại một giai đoạn thi công xác định.
Initial Forces Control Data
Ghi lại các lực dọc được nhập vào ban đầu như các kết quả của một điều kiện đặt tải riêng biệt.
Initial Force for Geometric Stiffness
Chuyển các lực dọc ban đầu cho các phần tử nhất định để tính toán độ cứng hình học.
Settlement Group
Các độ lớn của các gối lún đối với các nhóm gối lún riêng rẽ được tự động xem xét trong phân tích gối lún của kết cấu cầu.
Settlement Load Cases
Các chuyển vị lún tại nút để phân tích gối lún.
Pre-Combined Load Cases for Composite Bridge
Các trường hợp tải trọng đi liền với các mặt cắt liên hợp trước của một phân tích, mà sẽ phản ánh các mặt cắt trước và sau khi liên hợp.
Ambient Temperature Functions
Để phân tích thủy nhiệt
Convection Coefficient Functions
Để phân tích thủy nhiệt tại mặt biên của một kết cấu.
Element Convection Boundary
Điều kiện biên đối với truyền nhiệt bằng cách đối lưu trên bề mặt của kết cấu.
Prescribed Temperature
Điều kiện nhiệt độ không đổi độc lập theo thời gian.
Heat Source Functions
Để phân tích thủy nhiệt.
Assign Heat Source
Chức năng gán nguồn nhiệt cho mỗi phần tử.
Pipe Cooling
Loading Sequence for Nonlinear Analysis
Gán các tải trọng áp dụng cho phân tích phi tuyến.
Define Construction Stage
Định nghĩa các mô hình phân tích cho mỗi giai đoạn thi công.
Select Construction Stage for Display
Kích hoạt giai đoạn được chọn trên màn hình.
Hydrostatic Pressure Load
Tự động tính toán các tải trọng ngang tác dụng trên các phần tử tấm hoặc khối do đất hoặc nước gây ra. Các tải trọng tác dụng được chuyển đổi tự động ngay cả khi các phần tử được chia hoặc hợp lại.
Các tải trọng nhiệt (thay đổi) có thể được đưa vào kết cấu tổng thể cũng như với các nút riêng biệt. Nhiệt độ thay đổi dọc theo các trục hệ tọa độ phần tử của các phần tử thẳng cũng có thể được chỉ định.
Một trong những loại tải trọng đối với kết cấu cầu là tải trọng ứng suất trước do cáp. Từ phiên bản 6.7.1, chiều dài chuyển đổi ứng suất vùng neo trong dầm ứng suất trước có thể được xem xét. Thực hiện điều này bằng cách sử dụng tính năng Load > Prestress Load > Tendon Profiles… và Analysis > Construction Stage Analysis Control…
Hình 111: Xem xét việc tính toán chiều dài chuyển đổi ứng suất vùng neo
Ngoài ra, các tải trọng cáp dự ứng lực có thể được nhóm lại theo nhóm cáp bằng cách sử dụng tính năng Model > Group > Define Tendon Group. Các lực ứng suất trước có hiệu của cáp và các mất mát do kéo của mỗi nhóm cáp có thể được kiểm tra. Các bó cáp có thể được nhóm lại trên cơ sở vị trí của chúng và tính năng kết cấu. Khi FCM Wizard Type II được sử dụng, các nhóm cáp được tự động phát sinh. Với việc sử dụng các nhóm cáp, việc kiểm tra các kết quả phân tích và thiết kế sẽ trở nên đơn giản hơn.
Hình 111: Định nghĩa các nhóm cáp
2.2.3.4.2 Các tải trọng di động
MIDAS/Civil phát sinh các tải trọng xe di động theo 5 bước sau:
1. Sắp xếp các làn xe hoặc mặt xe chạy trong mô hình để phản ánh đường di chuyển của phương tiện, số làn xe và bề rộng làn. Sử dụng các phần tử dầm hoặc các phần tử dầm với mặt cắt thay đổi cho các làn xe, và các phần tử tấm cho các mặt làn xe chạy. Dùng Load>Moving Load Analysis Data>Traffic Line Lanes và Traffic Surface Lanes để bố trí các làn xe và các mặt xe chạy một cách tương ứng.
2. Định nghĩa tải trọng xe sẽ tác dụng trên các làn xe hoặc các mặt làn xe chạy bằng cách sử dụng Load>Moving Load Analysis Data>Vehicles. Các tải trọng di động có thể được phát sinh từ cơ sở dữ liệu như AASHTO, Caltrans,.. Người sử dụng cũng có thể định nghĩa các tải trọng bánh hoặc các tải trọng làn xe một cách riêng rẽ.
3. Sử dụng Load>Moving Load Analysis Data>Vehicle Classes để đưa một số các tải trọng di động tác dụng đồng thời.
4. Gán các vị trí gối bằng cách sử dụng Load>Moving Load Analysis Data>Lane Supports.
5. Định nghĩa các trường hợp tải trọng di động bằng cách nhập các điều kiện tải trọng sau khi định nghĩa các làn xe hoặc mặt xe chạy để xếp tải sử dụng Load>Moving Load Analysis Data>Moving Load Cases. Những trường hợp tải trọng này sau đó được tổ hợp với các kết quả phân tích khác bằng cách sử dụng Results>Combinations.
Tiêu chuNn Tải trọng xe thiết kế tiêu chuNn AASHTO Standard H15-44, HS15-44, H15-44L, HS15-44L H20-44, HS20-44, H20-44L, HS20-44L,
AML
AASHTO LRFD HL93-TRK, HL93-TDM, HS20-FTG
Caltrans Standard P5, P7, P9, P11, P13 KS Standard Load (Specification
for Roadway Bridges) DB-24, DB-18, DB-13.5, DL-24, DL-18, DL-13.5 KS Standard Train Loads L-25, L-22, L-18, L-15,S-25, S-22, S-18, S-15, EL-25, EL-22, EL-18 & HL
2.2.3.4.3 Các tải trọng động
Toàn bộ quá trình nhập dữ liệu để phân tích phổ phản ứng bao gồm:
1. Định nghĩa dữ liệu phổ phản ứng bằng cách sử dụng Load>Response Spectrum Analysis Data>Response Spectrum Functions.
Dữ liệu phổ phản ứng có thể được định nghĩa bằng cách sử dụng bốn phương pháp: • Người dùng nhập trực tiếp các dữ liệu phổ cho mỗi giai đoạn
• Cơ sở phổ phản ứng thiết kế được lựa chọn từ cơ sở dữ liệu đã được xây dựng (UBC, GB 50011-2001,..)
• Phổ phản ứng động đất được trích từ các bản ghi gia tốc động đất sử dụng chức năng Seismic Data Generation.
• Một file chứa dữ liệu phổ phản ứng được nhập.
2. Nhập trường hợp tải trọng phổ phản ứng bằng cách sử dụng Load>Response Spectrum Analysis Data>Response Spectrum Load Cases. Tại bước này, chọn phổ phản ứng đã được định nghĩa trong bước 1, và gán chiều tác dụng, hệ số tỉ lệ và phương pháp tổ hợp dạng dao động.
Quá trình nhập dữ liệu đối với phân tích lịch sử thời gian như sau:
1. Định nghĩa Time History Function in Load>Time History Analysis Data>Time Forcing Functions.
Các hàm Time Forcing Functions có thể được định nghĩa bằng bốn phương pháp sau đây: Người dùng nhập vào trực tiếp dữ liệu tải trọng cho mỗi bước thời gian.
Time Forcing Function được định nghĩa bằng cách nhập các hệ số của hàm Sinusoidal. 2. Nhập tiêu đề của điều kiện phân tích lịch sử thời gian và dữ liệu cho điều khiển phân
tích trong Load>Time History Analysis Data>Time History Load Cases.
3. Khi một phân tích động đất được lập, gán điều kiện phân tích lịch sử thời gian và tải trọng lịch sử thời gian biểu diễn sự dịch chuyển của nền đất sẽ được xem xét bằng cách chọn Load>Time History Analysis Data>Ground Acceleration.
Khi thực hiện một phân tích lịch sử thời gian điển hình, gán điều kiện phân tích lịch sử thời gian và tải trọng lịch sử thời gian biểu diễn sự dịch chuyển của nền đất sẽ được xem xét bằng cách chọn Load>Time History Analysis Data>Dynamic Nodal Loads.
2.2.3.5 Kiểm tra sơ bộ mô hình kết cấu
Sau khi xây dựng được mô hình kết cấu. Việc kiểm tra sơ bộ kết cấu nhằm đánh giá sự đúng đắn của mô hình kết cấu trong quá trình khai báo và sửa chữa những lỗi mô hình hóa đó. Sự đúng đắn về mô hình kết cấu theo nghĩa phản ánh ứng xử thực tế của kết cấu phụ thuộc vào khả năng mô hình về mặt cơ học của người sử dụng, không được xem xét ở phần này. Bạn đọc có thể xem thêm phần 5.1.3.
Một số phương pháp kiểm tra kết quả tạo mô hình như sau:
2.2.3.5.1 Phương pháp quan sát
Phương pháp này có thể áp dụng để kiểm tra hầu hết các số liệu trong mô hình về hình học, mặt cắt, vật liệu, liên kết, tải trọng,…
MIDAS/Civil hỗ trợ các công cụ quan sát rất hữu hiệu cho công tác này. Các tính năng hay được sử dụng là:
Nhóm các tính năng quan sát hai chiều và ba chiều: Viewpoint, Shrink Elements, Perspective View, Remove Hidden Lines. Những tính năng này thường áp dụng để kiểm tra sự sắp xếp hình học trong mô hình.
Nhóm các tính năng quan sát sử dụng các biểu tượng kết hợp hiển thị giá trị. Để hiển thị số liệu mô hình, có thể chọn tính năng View>Display và bật các đối tượng muốn quan sát và kiểm tra. Các đối tượng này là các thông tin về các nút, phần tử, vật liệu, mặt cắt liên kết, tải trọng,.. Cũng có thể bật và tắt chế độ hiển thị này bằng cách chọn từ phần Works của menu dạng cây. Muốn kiểm tra đối tượng nào chỉ việc đưa chuột đến mô tả đối tượng đó, kích chuột phải và chọn tương ứng mục chọn từ menu động Display và Undisplay.
2.2.3.5.2 Phương pháp sử dụng bảng số liệu
Người dung có thể xem mọi thông tin của các đối tượng trong mô hình bằng cách sử dụng các bảng số liệu. Để thực hiện việc truy vấn dữ liệu, có thể theo các phương pháp sau:
Từ phần Works của menu dạng cây, kích chuột phải vào đối tượng muốn kiểm tra và chọn Table. Một bảng các số liệu tương ứng với đối tượng được chọn sẽ được hiển thị.
Người dùng có thể kết hợp các tính năng sắp xếp, tìm kiếm của bảng để kiểm tra cũng như sửa đổi nếu cần thiết.
Một số các đối tượng hay được quan tâm có thể được truy vấn bằng cách dùng các tính năng trong mục Query. Để sử dụng, các đối tượng có thể phải được chọn trước.
2.2.3.5.3 Phương pháp kiểm tra tự động
MIDAS/Civil cung cấp một số tính năng tự động duyệt các đối tượng và hiển thị hoặc tự động hiệu chỉnh theo yêu cầu của người sử dụng. Những tính năng được bố trí trong mục Model>Check Structure Data.
Check & Remove Duplicate Elements: tính năng này kiểm tra và loại bỏ các phần tử chồng lên nhau nếu có nhiều hơn một phần tử
tồn tại ở cùng vị trí trong quá trình vào dữ liệu. Các phần tử chồng lên nhau bị nhận biết và loại bỏ. Những phần tử mới được tạo (phần tử có số liệu lớn) sẽ bị loại bỏ đầu tiên.