Mô hình hóa và phân tích kết cấu cầu với MIDASCivil

Midas là một phần mềm tương đối phổ biến trong lĩnh vực tính toán thiết kế xây dựng, đặc biệt là thiết kế cầu. Midas là một phần mềm tương đối phổ biến trong lĩnh vực tính toán thiết kế xây dựng, đặc biệt là thiết kế cầu. Midas là một phần mềm tương đối phổ biến trong lĩnh vực tính toán thiết kế xây dựng, đặc biệt là thiết kế cầu. Midas là một phần mềm tương đối phổ biến trong lĩnh vực tính toán thiết kế xây dựng, đặc biệt là thiết kế cầu. Midas là một phần mềm tương đối phổ biến trong lĩnh vực tính toán thiết kế xây dựng, đặc biệt là thiết kế cầu. Midas là một phần mềm tương đối phổ biến trong lĩnh vực tính toán thiết kế xây dựng, đặc biệt là thiết kế cầu.

Nghiên cứu chương trình Midas/Civil

1 Nghiên cứu dữ liệu đầu vào, đầu ra.

1 1 Số liệu đầu vào

Gồm các File:

*.mcb: file cơ bản dạng mã hoá.

*.mct: file cơ bản dạng text File này rất cần thiết vì có thể thao tác thiết kế thông qua Text

Editor để mô hình hóa kết cấu theo cấu trúc của Midas

 Cấu trúc của file *.mct:

File *.mct là một file text có cấu trúc do Midas/Civil định nghĩa nhằm giúp người dùng có thêm một cách thao tác với dữ liệu thông qua trình soạn thảo Midas/Text Editor hoặc bất cứ chương trình nào khác Để có thể làm việc có hiệu quả và nhanh chóng với file *.MCT ta phải hiểu rõ cấu trúc của nó

Trong file *.mct dữ liệu của dự án được lưu theo một cấu trúc rất rõ ràng và được ghi chú đầy

đủ (Bắt đầu ghi chú bởi dấu “;”) Nội dung thông tin được lưu trong các khối dữ liệu, Tên các khối bắt đầu bằng dấu “*”, các trường được ngăn cách bằng dấu “,”, các bản ghi được lưu trên các dòng khác nhau Ví dụ:

*NODE ; Nodes

; iNO, X, Y, Z

1000, 0, 0, 0

1001, 0.5, 0, 0

1002, 1, 0, 0

1003, 3, 0, 0

1004, 5, 0, 0

Dưới đây là một số khối dữ liệu trong file *.mct

*VERSION - Phiên bản của chương trình.

*UNIT - Đơn vị sử dụng trong dự án.

*PROJINFO - Thông tin về dự án

*NODE - Lưu trữ dữ liệu về nút

; iNO: Tên nút, X: Tọa độ X, Y: Tọa độ Y, Z: Tọa độ Z

*ELEMENT - Lưu trữ dữ liệu về phần tử

; iEL: Tên phần tử, TYPE: Loại phần tử, iMAT: Mã vật liệu, iPRO: Mã mặt cắt,

iN1: Tên nút 1, iN2: Tên nút 2, iN3: Tên nút 3

*MATERIAL - Lưu trữ dữ liệu về vật liệu.

; iMAT: Mã vật liệu, TYPE: Loại vật liệu, MNAME: Tên vật liệu, SPHEAT: Nhiệt dung riêng, HEATCO: Độ dẫn nhiệt, PLAST, TUNIT, bMASS, ELAST: Mô đun đàn hồi, POISN:

Hệ số poisson, THERMAL: Hệ số dãn nở nhiệt, DEN: Mật độ khối lượng, MASS: Tải trọng bản thân

*SECTION - Lưu trữ dữ liệu về mặt cắt.

DB/USER: Người dùng tự định nghĩa

; iSEC: Mã mặt cắt, TYPE: Loại mặt cắt, SNAME: Tên mặt cắt, OFFSET: Nơi ghép, SHAPE:Hình dạng, [DATA]: số liệu mặt cắt

*TDN-PROPERTY - Thuộc tính của cáp dự ứng lực

; NAME: Tên, TYPE: Loại, MATL: Mã vật liệu, AREA: Diện tích mặt cắt, DIA: Diện tích ống ghen, RC: Hệ số hồi phục, FF: Hệ số ma sát cong, WF: Hệ số ma sát, US: Giới hạn bền, YS: Giới hạn chảy, LT, ASB, ASE, bBONDED

*STLDCASE - Các trường hợp tải trọng

; LCNAME: Tên, LCTYPE: Loại, DESC: Mô tả

*CONSTRAINT - Các nhóm điều kiện biên

; NODE_LIST: Danh sách nút, CONST(Dx,Dy,Dz,Rx,Ry,Rz): Loại liên kết, GROUP: Nhóm

*CONLOAD - Tải trọng nút.

; NODE_LIST: Danh sách nút, FX, FY, FZ, MX, MY, MZ, GROUP: Nhóm

*ELTEMPER - Tải trọng nhiệt độ phần tử

*BSTEMPER - Tải trọng nhiệt độ dầm

*STAGE - Các giai đoạn thi công

*ENDDATA – Kêt thúc file MCT

b Các loại File chuyển đổi của chương trình khác.

*.dxf: file mô hình dạng text của AutoCAD DXF

*.s90: file dữ liệu dạng text của SAP90.

*.s2k file dữ liệu dạng text của SAP2000.

*.std: file dữ liệu dạng text của STAAD

*.gti: file dữ liệu dạng text của GT STRUDL

1 2 Số liệu đầu ra

 Các file phân tích: Có tên mở rộng: ca1, ca2… ca6, anl, out.

fn.ca1 File nhị phân được tạo ra trong quá trình phân tích tĩnh, động.

fn.ca2 File kết quả sau mỗi lần phân tích time history và phân tích ảnh hưởng của nhiệt hydrat

fn.ca5 File lưu tất cả dữ liệu thu được từ quá trình phân tích

File for all the analysis data generated in the process of a pushover analysis

File tự động sinh ra sau thao tác Design>Perform Pushover Analysis

fn.ca6 File lưu tất cả dữ liệu thu được từ quá trình phân tích các giai đoạn xây dựng.

fn.anl Text File bao gồm các kết quả phân tích kết cấu (reactions, chuyển vị, lực phần tử, ứng

suất, vv) được tùy chọn bởi người dùng

File này có ích cho việc kiểm tra lại kết quả tính toán viết báo cáo kết quả

File sinh ra sau thao tác Results>Text Output

fn.out Chứa tất cả các thông báo xuất hiện trong quá trình tính toán.

 Các file đồ hoạ: Có tên mở rộng: color, emf, bmp, mgf

 Các file chuyển đổi của chương trình khác:

*.dxf: file mô hình dạng text của AutoCAD DXF

1 3 Các dạng file khác

Có tên mở rộng bak, bom, sgs, spd, thd, bog.

fn.bak file backup của Midas, chọn Make Backup File trong Tools>Preferences

fn.bom file dạng text chứa thông tin về vật liệu, mặt cắt, File phát sinh khi ta chọn Tools>Bill

of Material

fn.sgs File kết quả theo đông đất trong MIDAS/Civil, Tạo ra khi Tools>Seismic Data

Generator

fn.spd file dạng Text được tạo ra khi thực hiện Load>Response Spectrum Analysis

Data>Response Spectrum Functions

fn.thd file dang Text được tạo ra khi thực hiện Load>Time History Analysis Data >Time

Forcing Functions

fn.bog File được tạo ra khi thực hiện Batch OutputGeneration dialog box

2 Mô hình hoá kết cấu

2 1 Sơ đồ tính

Các bộ phận của kết cầu sẽ được mô tả bằng các phần tử thanh (Frame) cùng với các cách thức liên kết

* Phần tử thanh

Trong trường hợp đơn giản ta có thể lập một “mô hình 2 chiều” (sơ đồ phẳng) với các phần tửthanh dọc dùng để mô tả kết cấu phía trên và phần đường xe chạy, các thành phần tử thẳng đứng dùng để mô tả các trụ cầu và mố cầu Đối với những kết cấu cầu cong thì các phần tử thanh không cần thể hiện trong sơ đồ phẳng đơn Các phần tử theo phưong ngang có thể đựoc

sử dụng để mô hình hóa các xà mũ trụ, các dầm ngang và các bộ phận khác Sơ đồ sau thể hiện một ví dụ sơ đồ cầu hệ khung cong liên tục

Sơ đồ

Hình chiếuCần nhập các đặc trưng mặt cắt phù hợp để mô tả đặc trưng chung về độ cứng của các kết cấunhịp và mố trụ Các phần tử thanh sẽ nằm ở vị trí dọc trục trung hòa cảu các bộ phận thực của kết cấu mà chúng đại diện

Kết quả phân tích kết cấu cầu sẽ cho biết các nội lực của các phần tử thanh để chúng ta có thể dùng khi thiết kế các mặt cắt các bộ phần cầu nội lực và chuyển vị do hoạt tải gây ra sẽ chỉ được tính toán cho các phần tử thanh nào mà kỹ sư thiết kế chỉ định

* Các liên kết gối cầu

Các liên kết gối cầu có thể được mô hình hóa bằng các sơ đồ khác nhau như gối đàn hồi hoặc gối cứng Tác dụng của hoạt tải sẽ chỉ được tính toán đối với các gối đàn hồi hoặc gối cứng nào mà kỹ sư thiết kế chỉ định.

* Gối cầu và khe biến dạng.

Việc chọn sơ đồ đặt các gối và các khe biến dạng cho kết cấu nhịp cầu cần phải được nghiên cứu cẩn thận có xét tính liên tục của chuyển vị thẳng và chuyển vị quay Tính liên tục của các phần tử sẽ được mô tả thông qua độ tự do và sự dịch chuyển của các gối hoặc của các khe biến dạng Để miêu tả tính không liên tục của các phần tử đó thì cần tách rời mối quan hệ giữachúng, nghĩa là giải phóng liên kết tương hỗ giữa chúng

Các chuyển vị thẳng theo phương ngang, phương đứng và chuyển vị quay do xoắn có thể có

do quan hệ với nhau, nhưng chuyển vị theo chiều dọc và chuyển vị xoay do uốn trong cùng một mặt phẳng có thể là không có quan hệ với nhau Tuy nhiên tùy thuộc vào cấu tạo cụ thể của từng gối cầu và các nút mà chúng ta sẽ chọn áp dụng các điều kiện ràng buộc và các độ tự

do một cách phù hợp

*Các kiểu phần tử khác.

Trong Midas còn xét đến kiểu phần tử Shell, Plane, Solid Các kiểu phần tử này thường ít được sử dụng để lập các sơ đồ tính kết cấu cầu chịu hoạt tải xe Nếu muốn sử dụng các kiểu phần tử này, chúng ta phải tính toán một cách cẩn thận và nên lưu ý cá vấn đề sau:

- Hoạt tải xe chỉ được xếp trên các phần tử thanh Các hoạt tải này không thể đại diện cho các tải trọng tác dụng trực tiếp lên kết cấu nhịp cầu đã đựoc sơ

đồ hóa bằng các phần tử vỏ hay các kiểu phần tử khác

- Tất cả các phần tử trong sơ đồ kết cấu đều góp phần làm tăng

độ cứng chung của toàn kết cấu và thực sự có tham gia cúng chịu tải Tuy nhiên nội lực dohoạt tải xe di động chỉ được tính toán cho các phần tử thanh Vì thế sự có mặt của các kiểuphần tử khác làm cho chúng ta tính sai trị số kết quả nội lực của các phần tử thanh Các nội lực và chuyển vị tương ứng cho các kiểu phần tử khác sẽ không được tính toán

Midas/Civil hỗ trợ rất nhiều phương án để mô hính hóa sơ đồ tính của một công trình Người dùng có thể mô hình hóa thủ công từng nút, từng phần tử một cách chính xác và nhanh chóng

Phát sinh phần tử trong Midas

Chương trình hỗ trợ rất nhiều phương thức để phát sinh phần tử và nút

Đối xứng Tách phần tử

Số nút, phần tử bắt đầu Tạo phần tử cong

Ví dụ tạo phần tử cong:

Chọn Model > Elements > Create Line Elements on Curve

Ngoài ra Midas/Civil hỗ trợ tính năng wizard cho các sơ đồ tính Dưới đây là một số dạng kết cấu mà Midas/Civil hỗ trợ wizard

Cung tạo bởi tâm và 2 điểm

Cung tạo bởi tâm và 2 điểm

Đường tròn tạo bởi

Đường tròn tạo bởi tâm và 2

Ellipse tạo bởi tâm và 2 điểm Parabolic tạo bởi 3 điểm

Để sử dụng wizard chọn: Modeling>Model>Structure wizard

2 2 Mặt cắt

MIDAS/Civil cung cấp nhiều loại vật liệu và mặt cắt có sẵn trong cơ sở dữ liệu, ngoài ra MIDAS/Civil cho phép người dùng tự định nghĩa dưới dạng những wizard

Các tính năng tạo mặt cắt mà Midas/Civil hỗ trợ:

 Cơ sở dữ liệu mặt cắt (Gồm các tiêu chuẩn AISC2K, AISC, CISC02, BS, DIN)

 Nhập dữ liệu mặt cắt từ 1 file Midas đã được định nghĩa

 Có thế định nghĩa hầu như các loại mặt cắt

Đầy đủ các loại dầm thép (I, T, Channel, Angle, Pipe…)

Mặt cắt liên hợp bê tông và thép thép (SRC)

Mặt cắt thay đổi

Mặt cắt dầm tổ hợp

 Có thể tính toán trực tiếp các đặc trưng hình học của mặt cắt

 Có thể vẽ mặt cắt bất kì thông qua chương trình SPC

*Cách xây dựng mặt cắt do người dùng định nghĩa:

1 Mặt cắt trong Midas/Civil được xây dựng trong menu Model>Properties>Section

2 Chọn Add, giả sử ta xây dựng mặt cắt hộp => chọn PSC

3 Nhập các thông số theo hướng dẫn Khi nhập xong chương trình sẽ cho ta hình minh họa vàcác thông số hình học.

4 Gán mặt cắt vào kết cấu.

2 3 Vật liệu

Midas/Civil hỗ trợ rất nhiều loại vật liệu:

 Vật liệu có sẵn trong cơ sở dữ liệu

(ASTM, CSA, BS, DIN, EN, JIS, GB, JGJ, JTJ, KS …)

 Vật liệu phụ thuộc thời gian

 Nhập dữ liệu từ file đã được định nghĩa

 Vật liệu do người dùng tự định nghĩa

Đặc biệt Midas phân tích rất tốt vật liệu phụ thuộc thời gian

- Vật liệu phụ thuộc thời gian cho tính toán co ngót – từ biến: Theo các tiêu chuẩn ACI, PCA, CEB-FIP…

- Vật liệu phụ thuộc thời gian cho tính toán sự biến đổi của mô đun đàn hồi Theo các tiêu chuẩn: ACI, CEB-FIP, Ohzagi…

*Cách định nghĩa vật liệu:

1 Vật liệu trong Midas/Civil được xây dựng trong menu Model>Properties>Material

2 Chọn Add, Chọn các mác vật liệu có sẵn hoặc chọn user defined để nhập.

3 Nhập các thông số

4 Gán vật liệu cho kết cầu

2 4 Điều kiện biên

Các loại điều kiện biên được định nghĩa trong Midas/Civil

Support: Gối.

Point Spring Supports: Gối đàn hồi.

Surface Spring Supports được dùng khi kết cấu liên kết với đất nền.

Elastic Link Liên kết đàn hồi, dùng để liên kết các phần tử Ví dụ liên kết trụ cầu và dầm, gối

và dầm

Cách mô hình các điều kiện biên

1 Chọn Model > Boundaries > Loại điều kiện biên.

Ví dụ chọn Supports

2 Chọn nút hoặc phần tử cần gán điều kiện biên

3 Chọn các điều kiện cho gối Giả sử ta chọn gối cố

định => khai báo như hình vẽ

4 Chọn Apply để đặt điều kiện biên

Tương tự ta có thể khai báo điều kiện biên là gối đàn

hồi Ta chỉ cần nhập độ cứng của gối theo các

phương

Self Weight: Tải trọng bản thân.

Nodal Loads: Tải trọng tập trung

Element Beam Loads: Tải trọng tập trung hoặc phân bố trên dầm.

Prestress Beam Loads: Tải trọng ứng suất trước trong phần tử dầm.

Tendon Prestress Loads: Tải trọng cáp dự ứng lực

Temperature Gradient: Gradient nhiệt giữa nơi đỉnh và đáy của phần tử dầm hoặc phần

tử tấm

Define Construction Stage: Định nghĩa mô hình xây dựng cho từng giai đoạn thi công a.2 Tải trọng di động (Moving Loads): Sử dụng cho phân tích kết cấu liên quan đến sự di

chuyển của tĩnh tải

Kết cấu cầu nên được mô hình hóa theo phương trọng lực tức ngược chiều trực Z trong

hệ tọa độ GCS

Tải trọng xe tác dụng lên làn xe hoặc bề mặt làn xe của kết cấu cầu Nhiều làn xe hoặc bề mặt nhiều có thể được đặt theo phương dọc trục cầu, Thực tế việc thiết kế số làn xe và bề rộnglàn đã được chỉ ra trong tiêu chuẩn thiết kế Thông thường các làn xe được đặt song song với

nhau hoặc với các phần tử làn Việc xắp xếp song song các làn hoặc phần tử làn xe không cần phải luôn luôn duy trì, ví dụ như tại các chỗ giao cắt có thể gồm nhiều phần xe chạy mà có chỗ chúng trộn hòa với nhau hoặc có chỗ lại tách rời dần nhau ra.

Một đường thẳng của các phần tử làn có thể dùng để miêu tả kết cấu dọc cầu Một lựa chọn khác, nếu một mô hình lưới được sử dụng, các thành phần theo chiều dọc có thể được

mô hình như những đường thẳng của phần tử làn Các phần tử tấm có thể được sử dụng để môhình cho bản mặt cầu hoặc liên kết cứng khung cầu

Làn xe (Traffic Lane)

Trong MIDAS/Civil, một làn xe được đặc trưng bằng một đường tâm Một làn xe định nghĩa trong một đường ảnh hưởng phân tích được vị trí trên phần tử dầm chỉ ra trên hình vẽ Đường thẳng của các phần tử dầm hiện tại dùng để nhận biết làn xe ở đây như đã được định nghĩa giồng như một phần tử làn

Trong một đường của phần tử làn, nút của mỗi phần tử thứ i(i-th (N1) chỉ ra đồng thời với nút j (N2)của phần tử cho trước Nếu đồng thời hai nút không tồn tại một khoảng cách giữa hai phần tử làn liên tiếp trong một phương của làn xe có thể giảm đến mức tối thiểu càng nhiều càng hợp lí cho độ chính xác của phân tích két cấu Cho thí dụ, nếu hai hay nhiều tải trọng trục xe đặt dọc trên một đường thẳng của những phần tử làn, và nếu một khoảng cách ở giữa hai phần tử làn liên tiếp là cách xa nhau hơn theo chièu dọc giữa các trục xe, một vài lực tập chung không thể có mặt trong phân tích.Tuy nhiên, những khoảng cách trong phương ngang hay phương đứng của phần tử làn khó ảnh hưởng đến kết quả phân tích

Trục z của ECS của phần tử làn phải song song hoặc gần song song với trục Z của GCS, và trục x của ECS không thể đặt song song với trục Z của GCS

Tất cả những tải trọng xe trong một đường ảnh hưởng phân tích được đặt vòa đường tâm của làn xe và sau đó nó được chuyển tới phần tử làn Nếu những vị trí của đường tâm của làn

và trùng với phần tử làn, chỉ một đơn vị lực thẳng đứng được đặt vào phần tử làn từ đầu này tới đầu kia Nếu đường tâm của phần tử làn đặt lệch tâm theo hướng phần tử làn, một đơn vị mômen xoắn được đặt vào phần tử làn đó và sẽ được thêm vào cùng với đơn vị lục thẳng đứng

Độ lệch tâm được định nghĩa là khoảng cách giữa đường tâm của làn và phần tử làn theo phương vuông góc (trục y) Các ký hiệu đã được định rõ trên cơ sở của kí hiệu của mômen xoắn quanh trục x từ khoảng cách thẳng góc với phương đứng của tải trọng Độ lệch tâm A(+)được cho là theo chiều dương của mô men xoắn

Những độ lệch tâm này có thể được định nghĩa tách biệt nhau cho mỗi phần tử làn, và được hiểu một đường tâm của làn có thể có liên quan tới phần tử làn dọc theo đường của phần tử làn

Đường tâm của làn đã được chỉ ra như trên hình, một đơn vị lực thẳng đứng và một đơn vị lực mô men xoắn dã được đặt vào phần tử làn để đạt được một đường hưởng Cho mỗi một phần tử làn, điểm lực và mômen đơn vị vào những nút cuối và điểm ¼ chiều dài phần tử Lực đơn vị được dặt vào liên tiếp theo hướng từ nút i vào nút j và sẽ được thực hiện tự động trong chương trình.

Hình vẽ: Biểu thị mối liên hệ giữa phần tử làn, đường tâm làn, độ lệch tâm

Bề mặt làn (Traffic Surface Lane)

Bề mặt làn được sử dụng dể định nghĩa một loại tải trọng xe di chuyển trong khung cứng hoặc bản mặt cầu nơi mà tác dụng của hai đường phân bố của tải trọng di chuyển là có ý nghĩa Nó bao gồm bề mặt của phần tử làn và đường nối nút làn Bề mặt làn được minh họa trên hình dưới được sử dụng cho bề mặt đường ảnh hưởng phân tích từ nơi phân tích tải trọng

di chuyển có thể được hiển thị

Hình: Bề mặt phần tử làn và đường nối nút trong bề mặt làn

Khi nhập vào các làn hoặc bề mặt các làn, MIDAS/Civil phát sinh ra các đường ảnh hưởng hoặc bề mặt đường ảnh hưởng cho 5 tiêu chí thiết kế dưới đây:

1 Đường ảnh hưởng hay bề mặt đường ảnh hưởng cho 6 bậc tự do của tất cả các nút trong GCS

2 Đường ảnh hưởng hay bề mặt đường ảnh hưởng của 6 bậc tự do mỗi gối trong GCS

3 Đường ảnh hưởng hay bề mặt đường ảnh hưởng cho lực dọc trục của tất cả phần tử dàn trong ECS

4 Đường ảnh hưởng hay bề mặt đường ảnh hưởng cho 6 thành phần của các lực thành phần trong tất cả các phần tử dầm (hoặc phần tử dầm có mặt cắt thay đổi) trong ECS cuối nút và điểm ¼ (5 điểm)

5 Đường ảnh hưởng hay bề mặt đường ảnh hưởng cho 8 thành phần của lực thành phần trên đơn vị chiều dài cảu tất cả các phần tử tấm trong ECS

MIDAS/Civil chứa các tải trọng di động theo nhiều tiêu chuẩn

AASHTO Standard H15-44, HS15-44, H15-44L,

HS15-44L, H20-44, HS20-44, H20-44L, HS20-44L, AML

HS15-44L H20-44, HS20-44, H20-44L, HS20-44L, AML

Caltrans Standard P5, P7, P9, P11, P13

KS Standard Load

(Specification for Roadway

DB-24, DB-18, DB-13.5, DL-24, DL-18,

Bridges) 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

Đặt tải trực tiếp theo người dùng định nghĩa hoặc lấy từ database.

a.3 Tải trọng động (Dynamic Loads): Dùng để thực hiện phân tích phổ phản lực hoặc phân

tích theo thời gian

Response Spectrum Function: Hàm phổ phản lực.

Ground Acceleration: Động đất

Dynamic Nodal Loads: Tải trọng nút động

Time Varying Static Loads: Tải trọng không ổn định theo thời gian

b Hệ số tải trọng

Trong tính toán người ta phải xét đến tác dụng của nhiều tải trọng một lúc do đó phải xét đến các tổ hợp tải trọng tương ứng với các tải trọng có hệ số tải trọng riêng Hệ số tải trọng có thể lớn hơn1 hay nhỏ hơn 1 tùy thuộc tải trọng đó gây ra nguy hiểm cho công trình hay không

2 6 Tổ hợp tải trọng.

- Các loại tổ hợp theo quy trình AASHTO

Trong Midas/Civil khi đã khai báo các loại tải trọng, công việc khai báo các tổ hợp tải trọng trở nên hết sức đơn giản

Từ menu chính chọn: Load > Create Load Cases by Load Combinations

3 Phân tích kết cấu

Phân tích các giai đoạn thi công

MIDAS/Civil cho phép chúng ta chỉ rõ những giai đoạn thi công và sự hợp thành của chúng một cách chi tiết bằng sự lắp ghép các trình tự của việc thi công

Construction Stage Modeling Feature

MIDAS/Civil chia các giai đoạn thành 3 loại: Base Stage, Construction Stage và

Post-construction Stage Ý nghĩa của chúng như sau:

􀂾 Base Stage

Đây là phân tích mặc định của chương trình trong trường hợp các giai đoạn thi công không được định nghĩa Nếu các giai đoạn thi công được định nghĩa đầy đủ (nhóm kết cấu, nhóm điều kiện biên và nhóm tải trọng) thì chương trình sẽ không phân tích giai đoạn Base Stage

􀂾 Construction Stage

Các giai đoạn thi công thực tế thi công do người dùng định nghĩa

􀂾 Post construction Stage

Giai đoạn cuối cùng của các giai đoạn thi công, rất quan trọng trong việc phân tích về môi trường, tải trọng di động

Sơ đồ đầy đủ của bài toán phân tích kết cấu

Thiết kế, định nghĩa kết cấu theo tiêu chuẩn Dựng mô hình phân tích Điều kiện biên Định nghĩa hình học ban đầu

Kết quả là các thành phần nội lực, chuyển vị & phản lực

Phân tích các giai đoạn thi công

Định nghĩa các giai đoạn thi công

Định nghĩa tải trọng thi công

Thực hiện phân tích các giai đoạn

thi công

(Phân tích các quá trình tháo dỡ)

Phân tích tĩnh Phân tích tải trọng di động (Phân tích đường ảnh hưởng) Phân tích tải trọng không đổi (Nhiệt độ, Gối lún & Dung sai Chế tạo / xây lắp)

Phân tích động Phân tích động đất Phân tích tải trọng gió (Phân tích trị riêng) Kiểm tra gió trong đường hầm

Phân tích ổn định Kiểm tra lại thay thế cáp Phân tích trị riêng for Mất ổn định của dầm & cột

Các giai đoạn thi công (Construction Stages) gồm có các nhóm kết cấu, các nhóm điều kiện biên và các nhóm tải trọng được kích hoạt hoặc không kích hoạt theo lựa chọn của

người sử dụng

3.1 Cách thiết lập các giai đoạn thi công

Để định nghĩa các giai đoạn thi công trong Midas/Civil ta làm theo cách sau:

1 Chuẩn bị kết cấu đã được mô hình hóa Prepare a structural model except for the boundary and load conditions

2 Định nghĩa nhóm kết cấu (Structure Groups) trong Model>Group>Define Structure Group, sau đó gán các phần tử, nút cho từng nhóm kết cấu

3 Định nghĩa nhóm điều kiện biên (Boundary Groups) trong Model>Group>Define

Boundary Group.

4 Định nghĩa nhóm tải trọng (Load Groups) trong Model>Group>Define Load Group.

5 Xây dựng các giai đoạn thi công (Construction Stages) bằng cách chọn

trong Load>Construction Stage Analysis Data>Define Construction Stage.

6 Chỉ rõ khoảng thời gian thi công (Duration), thời gian các bứớc tính toán.

7 Từ Group List của thẻ Element, chọn các nhóm phần tử thêm vào hoặc loại bỏ trong các giai đoạn thông qua kích hoạt và không kích hoạt Age là ngày mà nhóm phần tử được kích

hoạt

8 Từ Group List của thẻ Boundary, chọn các nhóm điều kiện biên thêm vào hoặc loại bỏ

trong các giai đoạn thông qua kích hoạt và không kích hoạt

9 Từ Group List của thẻ Load, chọn các nhóm tải trọng thêm vào hoặc loại bỏ trong các giai đoạn thông qua kích hoạt và không kích hoạt Active Day và Inactive Day là số ngày mà tải trọng tác dụng hoặc dỡ bỏ từng nhóm tải trọng.

10 Làm như trên một giai đoạn thi công đã được tạo ra

3.2 Đặc tính của vật liệu phụ thuộc thời gian.Time Dependent Material Properties

Để định nghĩa vật liệu phụ thuộc thời gian của bê tông ta tiến hành theo các thủ tục sau:

1 Định nghĩa thuộc tính co ngót từ biến của bê tông, trong Model>Properties>Time

Dependent Material (Creep/

Shrinkage) MIDAS/Civil có sẵn các tiêu chuẩn ACI và CEB-FIP cho việc định nghĩa thuộc

tính co ngót từ biến của bê tông, cho phép người dùng nhập trực tiếp và kiểm tra dữ liệu

2 Định nghĩa cường độ chịu nén tới hạn của bê tông trong Model>Properties>Time

Dependent Material (Comp Strength).

Người dùng có thể nhập theo các tiêu chuẩn có sẵn

3 Kết nối vật liệu phụ thuộc thời gian tới các vật liệu liêun quan đã được định nghĩa

Model>Properties>Time Dependent Material Link

Khi 2 loại vật liệu được liên kết thuộc tính vật liệu phụ thuộc thời gian sẽ được sử dụng cho phân tích các giai đoạn thi công, còn vật liệu thường sẽ được dùng cho các phân tích chung.

3.3 Nhập ứng suất trước cho kết cấu Prestress Input

MIDAS/Civil cho phép phân tích hiệu ứng ứng suất trước của cáp dự ứng lực sử dụng trong

kết cấu Nó còn tính toán trực tiếp được sự mất mát ứng suất do nhiều nguyên nhân như ma sát giữa cáp và vỏ, tụt neo, sự co ngắn đàn hồi, do co ngót từ biến của bê tông và sự chùng của cáp dự ứng lực trong các giai đoạn thi công

Dưới đây là cách nhập ứng suất trước cho kết cấu

1 Khai báo thuộc tính của cáp dự ứng lực trong Model>Properties>Material MIDAS/Civil

không tính toán cáp dự ứng lực giông như một phần tử, vì vậy cần nhập vật liệu cáp dự ứng lực có mô đun đàn hồi

2 Nhập các thông số cho cáp dự ứng lực như: diện tích mặt cắt, hệ số ứng suất trước, đường

kính ống ghen, cường độ cáp trong Load>Prestress Loads >Tendon Property.

3 Định nghĩa các vị trí cáp trong kết cấu

Load>Prestress Loads>Tendon Profile A

Midas/Civil hỗ trợ nhập cáp dự ứng lực bằng cách bố trí cáp trong kết cấu quanh trục ảo X chạy dọc kết cấu, thông qua các điểm xác định trên cáp được nhập vào theo 2 mặt phẳng xy

và xz Các điểm này có thể nằm trên đường cong hoặc đường thẳng và được giới hạn bởi các phần tử

4 Định nghĩa tải trọng dự ứng lực trong Load>Prestress Loads>Tendon Prestress Loads Tải

trọng dự ứng lực có thể định nghĩa theo mẫu bao gồm cả căng theo lực và căng theo ứng suất

3 Do co ngót, từ biến, co ngắn đàn hồi của bê tông

Mất mát dài hạn sau khi sử dụng

1 Từ biến của bê tông

2 Co ngót

3 Mất mát do tự trùng của cáp dự ứng lực

3.5 Tính toán co ngót - từ biến.

MIDAS/Civil cho phép chúng ta xác định được hệ số từ biến hoặc co ngót được tính bởi các hàm giới thiệu trong CEB-FIP, ACI hoặc chúng ta có thể xác định trực tiếp các giá trị từ cácthí nghiệm Dữ liệu thuộc tính do người dùng định nghĩa có thể nhập vào qua các mẫu nhập

hệ số từ biến, hàm từ biến hoặc đặc trưng từ biến

Chương 4: Tính bài toán cầu bê tông dự ứng lực

Thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng

I Giới thiệu bài toán

Bài toán ví dụ được mô hình hóa theo bản vẽ cầu Cái Môn bắc qua sông Vàm Cỏ Tây thuộc

xã Vĩnh Thuận huyện Vĩnh Hưng tỉnh Long An, trên tuyến đường Vĩnh Hưng – Tân Hưng

Điều kiện biên: Gồm các gối như hình vẽ, riêng phần đúc trên đà giáo tại 2 gối điều kiện biên

cần được mô hình như sau:

Nhóm 11: Đoạn dầm hợp long nhịp bên trái

Nhóm 12: Đoạn dầm hợp long nhịp bên phải

Nhóm 13: Đoạn dầm hợp long giữa cầu

- Chia kết cấu thành nhiều phần tử, nên chia theo các giai đoạn thi công Với cầu này ta có thể chia như sau:

Nhịp trái: 2x0.5+6x2+3.5+8x3+2+1.5

Nhịp giữa: 1.5+2+8x3+3.5+2+3.5+8x3+2+1.5

Nhịp phải: 1.5+2+8x3+3.5+6x2+2x0.5

Trụ: 5x(-2)+(-1) Tọa độ nút đầu tiên của trụ là (44,0,-4.3)

- Tạo nút đầu tiên nhịp bên trái tại gốc tọa độ (0,0,0)

Model > Nodes > Create Nodes

Coordinate (x, y, z) ( 0, 0, 0 ) ↵

- Dùng Extrude để tạo các phần tử thanh theo 1 đường thẳng

Model > Elements > Extrude

Extrude Type>Node → Line Element

Element Type>Beam ; Material>1: M500

Section>2: MCK0 ; Generation Type>Translate

Translation>Unequal Distance ; Axis>x

Distances ( 2@0.5, 6@2, 3.5, 8@3, 2, 2@1.5, 4, 2, 8@3, 3.5, 1 ) ↵

Sử dụng phương thức đối xứng để mô hình hóa phần còn lại:

Mode>Copy ; Reflection>y-z plane x : (152)

Reverse Element Local (on) ↵

Làm tương tự với trụ ta có kết quả mô hình kết cấu:

Cách định nghĩa mặt cắt cho nhịp chính:

Mặt cắt K0 (gần trụ)

Chọn thẻ PSC

Name (MCK0)

Section Type>1 Cell

Joint On/Off>JO2 (on), JI2 (on), JI4 (on)

Offset>Center-Top

Outer

HO1 (0.25) ; HO2 (0.313) ; HO2-2 (0) ; HO3 (3.237)

BO1 (1.85) ; BO1-2 (1) ; BO2 (0) ; BO3 (2.5)

Inner

HI1 (0.25) ; HI2 (0.313) ; HI2-2 (0); HI3 (2.137)

HI4 (0.3) ; HI4-2 (0); HI5 (0.8)

BI1 (2) ; BI1-2 (1)

BI3 (2) ; BI3-2 (1.7) ↵