NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ CẦU DẦM GIẢN ĐƠN BTCT DƯL

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ CẦU DẦM GIẢN ĐƠN BTCT DƯL

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Ngọc Sơn – Lớp Cầu đường bộ A K46

Nguyễn Hải Anh – Lớp Cầu đường Anh K47

Giáo viên hướng dẫn:

MỤC LỤC

2.4.1 Tổng quan về Component Object Model (COM) 6 2.4.2 Hệ thống file dữ liệu của chương trình 10 2.4.3 Chức năng của chương trình (Module) 11 2.4.4 Lý thuyết tính toán 13

CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH 17

CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ VBA là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng với có khả năng phát triển ứng dụng mạnh mẽ với nhiều tính năng phong phú VBA - Visual Basic for Application là

một ngôn ngữ lập trình, ngôn ngữ của nó là Visual Basic nhưng nó được tích hợp vào trong ứng dụng (Application) và sử dụng các đối tượng trong ứng dụng đó, những ứng dụng này phải được thiết kế kiểu Automation Server, hiện nay có các chương trình trong bộ MS Office, OpenOffice, AutoCAD,…

Trong lập trình, các đối tượng được viết trong ứng dụng kiểu Automation Server người ta gọi là COM (Component Object Model): là một kiến trúc lập trình được

thiết kế bởi Microsoft Mục đích của công nghệ này là tạo ra một chuẩn công nghệ trong lập trình, mà ở đó cho phép xây dựng chương trình theo mô hình lắp ghép hay sử dụng lại các sản phẩm đã được hoàn thiện từ trước theo chuẩn COM Như vậy từ bất kỳ một ứng dụng hay môi trường lập trình nào người ta có thể can thiệp vào các đối tượng này, dù nó đang chạy Ví dụ như có thể điều khiển Excel từ Word hay AutoCad (và ngược lại) giống như thực hiện trực tiếp trên ứng dụng đó Việc điều khiển Excel hay AutoCad từ các ngôn ngữ lập trình VB6, C#, VB.Net,…bằng công nghệ COM đã được ứng dụng khá nhiều, còn giữa Excel với AutoCad rất ít đề cập đến

Tại sao chỉ để cập việc trao đổi dữ liệu giữa Excel và AutoCad? Bởi Excel là phần mềm tính toán, xử lý số liệu và biểu đồ rất hiệu quả AutoCAD được biết đến với khả năng tạo bản vẽ rất mạnh nhưng khả năng tính toán hạn chế Cả hai phần mềm đều hỗ trợ khả năng mở rộng tính năng bằng công cụ VBA Trên cơ sở đó bài báo trình bày cơ sở tự động hóa trao đổi dữ liệu giữa Excel và AutoCad được áp

dụng trong chương trình “Chương trình tự động hóa thiết kế cầu dầm giản đơn BTCT DƯL”

CHƯƠNG II NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1 Mục đích, yêu cầu đề tài:

2.1.2 Nội dung của đề tài:

- Nghiên cứu tiêu chuẩn thiết kế và kiểm toán cầu 22TCN-272-05

- Nghiên cứu công cụ VBA trong Excel và AutoCad với tính năng kết nối kiểu COM để xây dựng chương trình có chức năng sau:

+ Tính duyệt kết cấu => Xuất ra bảng tính toán trên Excel

2.2 Công nghệ thực hiện, phân tích và lựa chọn:

Chương trình được được hoàn thành trên ngôn ngữ VBA, một tính năng hướng

đối tượng Automation Server Tại sao lại lựa chọn VBA ?

- VBA được tích hợp sẵn trong MS Office và AutoCad với các tính năng nổi trội : + Có bốn ưu điểm chính khi sử dụng VBA trong AutoCAD:

- VBA thực thi cùng tiến trình với AutoCAD, vì vậy chương trình có tốc độ thực thi rất nhanh

- Xây dựng giao diện hộp thoại nhanh chóng và hiệu quả Điều này cho phép người lập trình tạo mẫu thử chương trình và nhận được phản hồi nhanh chóng ngay trong quá trình thiết kế

- Dự án (project) có thể được phân phối riêng hoặc nhúng trong các bản vẽ Khả năng này cho phép người lập trình phân phối ứng dụng một cách linh hoạt

+ Ưu điểm chính khi sử dụng VBA trong Excel:

- Xây dựng hàm mới theo yêu cầu sử dụng

- Lập trình kết nối với các phần mềm chuyên dụng

2.3 Khảo sát thực tế:

- Hiện nay bộ môn đang giảng dạy môn “Tự động hóa” với ngôn ngữ chính là VBA, trên cơ sở đó tác giả muốn nghiên cứu sâu hơn về việc kết nối thế mạnh của Excel và AutoCad

- Quá trình làm thiết kế môn học của sinh viên chưa có mục đích và hiệu quả cao: thiếu kiến thức chuyên ngành, tính toán Excel, và sử dụng AutoCad hạn chế

- Quá trình tính toán thiết kế chưa có sự kết nối giữa 2 công cụ sử dụng chủ yếu là Excel và AutoCad, tài liệu về vấn đề này không nhiều

- Việc tính toán và xuất bản vẽ kết cấu mất khá nhiều thởi gian, do đó việc có một chương trình tự động hóa giúp rút ngắn và tiết kiệm công sức với độ chính xác cao

2.4 Mô hình thiết kế chức năng:

2.4.1 TỔNG QUAN VỀ Component Object Model (COM)

2.4.1.1 Khái niệm cơ bản về COM

COM (Mô hình đối tượng thành phần hay mô hình cấu kiện phần mềm) được tạo

ra với mục đích định nghĩa một chuẩn độc lập, phân tán và hướng đối tượng nhằm mục đích tạo ra các cấu kiện phần mềm hoàn chỉnh có thể tương tác được với nhau

Các cấu kiện tương tác với nhau thông qua giao diện COM Trong một hệ thống COM, các cấu kiện phần mềm hay các khối phần mềm gọi là các COM Object (đối tượng COM) Các đối tượng này đóng vai trò như là các thư viện trong lập trình COM Vì là chuẩn nhị phân nên COM cho phép các COM Ọbject có thể kết nối với nhau mà không phụ thuộc vào ngôn ngữ lập trình

Như vậy, việc tạo ra COM cho phép tạo ra các gói phần mềm hoàn thiện- được lập trình từ các ngôn ngữ khác nhau có thể được tích hợp vào trong cùng một hệ thống Đồng thời, giao thức kết nối của COM còn cho phép phân tán tức là các cấu kiện phần mềm có thể được đặt ở các nơi khác nhau có thể tương tác, làm việc với nhau

Cấu trúc cơ bản của một COM Object

Cấu trúc cơ bản của một COM Object bao gồm các giao diện COM và các lớp thực thi giao diện Trong cấu trúc COM có sự tách biệt giữa phần giao diện và phần thực thi Điều này cho phép việc sử dụng các thư viện COM rất dễ dàng: việc sử dụng các thư viện thông qua các giao diện, người sử dụng không cần quan tâm tới

sự phức tạp của cơ chế thực thi bên trong

2.4.1.2 Các dạng đối tượng COM

Trong lập trình COM, các cấu kiện phần mềm được sử dụng như những thư viện Khi một ứng dụng sử dụng thư viện COM nhằm thực hiện một chức năng nào đó (mà thư viện COM có khả năng đáp ứng, nó kết nối với COM Object thông qua việc gửi thông điệp (yêu cầu thực hiện chức năng) tới giao diện COM Các yêu cầu thực hiện sẽ được đáp ứng thông qua việc thực thi các phương thức của các lớp bên trong đối tượng COM (lớp thực thi) Như vậy trình ứng dụng làm việc như các ứng dụng khách (Client Application), các COM Object làm việc như các ứng dụng chủ (Server Application)

COM Object

Interface 1

Interface 2

Interface 3 Interface 4

 In Process

Các đối tượng COM được sử dụng như các thư viện liên kết động (.DLL) Khi một chương trình sử dụng thư viện COM, thư viện đó sẽ được nạp và chạy trong tuyến trình (process) của ứng dụng (Server chạy trong cùng tuyến trình với Client)

 Out of Process

Các đối tượng COM hoạt động như các ứng dụng độc lập (.EXE) trong một tuyến trình riêng với tuyến trình của ứng dụng khách (Server chạy khác tuyến trình với Client) Các thư viện COM có thể hoạt động trong cùng một hệ thống với ứng dụng chủ (khi đó các ứng dụng COM được gọi là Local Server Application) hoặc nằm ở một hệ thống khác (khi đó các ứng dụng COM được gọi là Remote Server Application)

Client App

COM Object (Server.dll)

Client App

ActiveX Container

COM Object (Server.ocx)

Ví dụ: Đối tượng AutoCAD, MS Excel được tham chiếu trong VB là dạng Out of Process

2.4.1.3 Quản lý các đối tượng COM trong hệ thống

Để một thư viện COM hoạt động trong một hệ thống, nó phải được đăng ký và quản lý trong registry của hệ thống đó bằng CLSID (Class Identifier) Thông qua CLSID, các ứng dụng khách có thể xác định và nạp các mã thực thi trong thư viện COM - ứng dụng chủ

Trong Windows, việc đăng ký các ứng dụng COM có thể được thực hiện bằng chương trình regsvr32.exe (thường nằm trong thư mụ“C:\WINDOWS\system32”)

Usage: regsvr32 [/u][/s][/n][/i[:cmdline]] dllname

/u – Unregister server

/s – Silent display no message boxes

/i – Call DllInstall passing it an optional [cmdline]; when used with /u calls dll uninstall

/n – do not call DllRegisterServer, this option must be used with /i

Với đối tượng COM của AutoCAD và Excel thì trong quá trình cài đặt đã được tự

COM Object (Server.EXE) Client App

2.4.1.4 Sử dụng các đối tượng COM

Sau khi đăng ký với hệ thống, lập trình sử dụng thư viện COM theo các bước sau:

 Tham chiếu tới thư viện COM đã đăng ký

 Viết mã lệnh kết nối với thư viện đã tham chiếu

Có 2 hình thức kết nối:

Kết nối sớm (early – binding): chương trình đã biết kiểu đối tượng trước khi kết

nối (link) Ưu điểm của kết nối sớm là kiểu dữ liệu được kiểm tra chặt chẽ, tốc độ chạy của chương trình cao.Tuy nhiên khi đối tượng liên kết bị thay đổi (ví dụ một phiên bản khác của thư viện), chương trình có thể không thực thi

Ví dụ:

Dim obj as clsBeam „kiểu của đối tượng obj là clsBeam

(“MyCOMApp.clsBeam”)

Kết nối muộn (late – binding): chương trình chưa biết kiểu đối tượng trước khi kết

nối (link) Với kiểu kết nối này, kiểu dữ liệu không không được kiểm tra chặt chẽ, tốc độ chạy thấp nhưng chương trình vẫn có thể thực thi khi đối tượng liên kết bị thay đổi

Dim obj as Object „kiểu của đối tượng obj chưa rõ ràng

obj = New clsBeam „ hoặc obj = CreateObject (“MyCOMApp.clsBeam”)

„kiểu của đối tượng chỉ được xác định khi liên kết

2.4.2 Hệ thống file dữ liệu của chương trình:

- File dữ liệu đầu vào lưu dạng xls đã được chuẩn bị sẵn

- File dữ liệu dạng dwt bao gồm layer, dimstyle, textstyle, blocks đã được định

2.4.3 Chức năng của chương trình (Module)

1) Tính đặc trưng hình học của hình đa giác bất kỳ

Các mặt cắt được qui đổi thành các đa giác có tọa độ đỉnh 2D Các tọa độ đỉnh đa giác được lưu vào các mảng dữ liệu phục vụ cho quá trình tính toán Trong chương trình xét 3 loại đa giác có thể tính được đặc trưng hình học là: Đa giác không có lỗ thủng, đa giác có 1 và đa giác có 2 lỗ thủng

Các lỗ thủng có các giá trị mang dấu âm, còn đa giác đặc mang dấu dương Áp dụng các công thức tính toán dưới đây để tính toán đặc trưng hình học:

2)

o Mômen quán tính của mặt cắt đối với trục x :

Jth = Jx - yc2 * F

2) Quy đổi mặt cắt chữ T

- Để tiện tính toán và tính toán thiên về an toàn ta tiến hành quy đổi mặt cẳt hộp về mặt cắt chữ T với nguyên tắc quy đổi như sau:

+ Chiều cao tiết diện quy đổi bằng chiều cao tiết diện hộp

+ Bề rộng cánh trên và cánh dưới(bầu dầm) bằng bề rộng của bản đỉnh và bản đáy tiết diện hộp

+ Chiều dày sườn dầm bằng chiều tổng chiều dày hai sườn hộp có xét đến độ nghiêng của sườn dầm

)) ( (

3) Tính đổi thép về bê tông

Khi tính đổi đặc trưng mặt cắt của thép thành các đặc trưng tương đương của bê tông đối với các trạng thái giới hạn sử dụng, người ta dùng tỉ số mô đun n, được định nghĩa như sau:

Trong đó Es là mô đun đàn hồi của thép

Ec là mô đun đàn hồi của bê tông E c  0 043 c1.5  f'c

Từ đó ta có diện tích thép qui đổi: Fqđ = n * Fthép

4) Kiểm toán theo tiêu chuẩn 22TCN-272-05

Cấu kiện chịu uốn

a) Kiểm toán theo điều kiện cường độ I

Mu ≤ Mr = φ.Mnφ: Hệ số sức kháng quy định ở điều 5.5.4.2 φ=1

Ứng suất trong cốt thép dự ứng lực ở mức sức kháng uốn danh định (Điều 5.7.3.1)

Các cấu kiện có cốt thép dự ứng lực dính bám (Điều 5.7.3.1.1)

Đối với mặt cắt hình chữ nhật và hình T chịu uốn quanh một trục, có ứng suất phân

bố như quy định ở Điều 5.7.2.2 và fpe không nhỏ hơn 0.5 fpu

Ứng suất trung bình trong cốt thép, fps, có thể lấy như sau :

1) - (5.7.3.1.1

d

c k ( f f

p pu

ps  

trong đó:

2) - (5.7.3.1.1 04

1

f

f , ( k

85 0

85 0

1

1

p

pu ps w c

f w c y

s y s pu ps

d

f kA b β f ,

)h b (b f β , f A f A f A c

85

d

f A k b β f ,

f A' f A f A c

p

pu ps w

c

y s y s pu ps

fpu = cường độ chịu kéo quy định của thép dự ứng lực(MPa)

fpy = giới hạn chảy của thép dự ứng lực(MPa)

As = diện tích cốt thép thường chịu kéo (mm2)

A's = diện tích cốt thép thường chịu nén (mm2)

fy = giới hạn chảy của cốt thép chịu kéo (MPa)

fy' = giới hạn chảy của cốt thép chịu nén (MPa)

b = chiều rộng của bản cánh chịu nén (mm)

bw = chiều rộng của bản bụng (mm)

c = khoảng cách từ trục trung hoà đến mặt chịu nén (mm)

1 = hệ số quy đổi hình khối ứng suất

Hệ số 1 lấy bằng 0.85 đối với bê tông có cường độ không lớn hơn 28 MPa Với

bê tông có cường độ lớn hơn 28 MPa, hệ số 1 giảm đi theo tỷ lệ 0.05 cho từng 7 MPa vượt quá 28 MPa, nhưng không lấy nhỏ hơn trị số 0.65

Sức kháng uốn (Điều 5.7.3.2)

Sức kháng uốn tính toán Mr lấy như sau (Đ 5.7.3.2.1):

Mr = φ.Mnφ: Hệ số sức kháng quy định ở điều 5.5.4.2 φ=1

Mn: Sức kháng danh định (N.mm)

Mặt cắt hình T (Điều 5.7.3.2.2)

Với mặt cắt hình T chịu uốn quanh một trục và hai trục cùng với lực nén dọc trục như quy định ở Điều 5.7.4.5 và sự phân bố ứng suất lấy gần đúng như quy định ở Điều 5.7.2.2, với bó dự ứng lực có dính bám, và khi chiều dày bản cánh chịu nén nhỏ hơn c, xác định theo Phương trình 5.7.3.1.1-3, sức kháng uốn danh định của mặt cắt có thể xác định như sau :

As y s + 0,85fc(b-bw) 1 hf   2f 

h 2 a

As = diện tích cốt thép chịu kéo không dự ứng lực(mm2)

fy = giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa)

ds = khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo không dự ứng lực (mm)

A's = diện tích cốt thép chịu nén (mm2)

d's = khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén (mm)

c

f  = cường độ chịu nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa)

b = bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện (mm)

bw = chiều dày của bản bản bụng hoặc đường kính của mặt cắt tròn (mm)

1 = hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất quy định trong Điều 5.7.2.2

hf = chiều dày bản cánh chịu nén của cấu kiện dầm I hoặc T (mm)

a = c1 ; Chiều dày của khối ứng suất tương đương (mm)

Mặt cắt hình chữ nhật (Điều 5.7.3.2.3)

Đối với mặt cắt hình chữ nhật chịu uốn một trục và hai trục cùng với lực dọc trục như quy định ở Điều 5.7.4.5, khi công nhận sự phân bố ứng suất gần đúng như quy định ở Điều 5.7.2.2 và chiều dày bản cánh chịu nén không nhỏ hơn đại lượng c xác định theo Phương trình 5.7.3.1.1-3 thì sức kháng uốn danh định Mn có thể xác định theo các Phương trình từ 5.7.3.1.1-1, đến 5.7.3.2.2-1, trong đó bw phải lấy bằng b

Các giới hạn về cốt thép (Điều 5.7.3.3)

b) Lượng cốt thép tối đa (Điều 5.7.3.3.1)

Hàm lượng thép dự ứng lực và thép không dự ứng lực tối đa phải được giới hạn sao cho :

s y s p ps ps e

f A f A

d f A d f A d





 (5.7.3.3.1-2)

ở đây :

c = khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà (mm)

de = hoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm

Nếu Phương trình 1 không thoả mãn, mặt cắt sẽ bị coi là quá nhiều thép Mặt cắt quá nhiều thép có thể được dùng trong các cấu kiện dự ứng lực hay dự ứng lựcmột phần chỉ khi phân tích và thực nghiệm chứng tỏ có thể thực hiện được độ dẻo đầy

đủ của kết cấu Không cho phép các mặt cắt bê tông cốt thép quá nhiều thép Với mục đích của điều quy định này, các cấu kiện sẽ được coi như là kết cấu bê tông cốt thép nếu tỷ lệ dự ứng lực một phần, như quy định trong Điều 5.5.4.2.1, nhỏ hơn 50%

c) Lượng cốt thép tối thiểu phải thoả mãn điều kiện (Điều 5.7.3.3.2):

Cốt thép chịu kéo tối thiểu được yêu cầu nhằm đảm bảo cho cốt thép không bị phá hoại đột ngột Sự phá hoại đột ngột của cốt thép chịu kéo có thể xảy ra nếu khả năng chịu mô men (sức kháng uốn) được quyết định bởi cốt thép chịu kéo nhỏ hơn

so với mô men nứt (sức kháng nứt) của mặt cắt bê tông nguyên Để tính toán thiên

về an toàn, sức kháng uốn Mn được quyết định bởi cốt thép thường và dự ứng lực

có thể lấy giảm đi, trong khi đó, sức kháng nứt Mcr được tính dựa trên cường độ chịu kéo của bê tông có thể được lấy tăng lên

Điều kiện:

φ.Mn ≥ 1.2Mcr

r t

g

f y

I Mcr

Trong đó

Mcr : Sức kháng nứt (Mômen nứt) N.mm

fr : Cường độ chịu kéo khi muốn như quy định ở Điều 5.4.2.6(MPa);

c f

f r  0 63 '

yt : Khoảng cách từ trục trung hòa đến thớ chịu kéo ngoài cùng (mm)

Ig : Mô men quán tính nguyên của mặt cắt ngang