Hướng dẫn mô hình cầu đúc hẫng cân bằng bằng Midas Civil by Hoàng Quí

Tài liệu thể hiện chi tiết từng bước trong việc mô hình hóa cầu đúc hẫng cân bằng bằng Midas Civil và tính toán nội lực. Tài liệu được thực hiện bởi KS. Trần Hoàng Quí K08 Nghành Xây dựng cầu đường Khoa Kỹ thuật xây dựng Đại học Bách Khoa TPHCM. Tài liệu vô cùng bổ ích cho các sinh viên làm Luận văn tốt nghiệp và người đi làm học cách sử dụng Midas civil. Good luck

MỤC LỤC

A Số liệu thiết kế 1

B Yêu cầu tính toán 3

C Các bước khai báo và phân tích 4

1 Khai báo vật liệu 4

1.1 Tạo vật liệu mới 4

1.2 Khai báo thuộc tính co ngót, từ biến 4

1.3 Khai báo thuộc tính biến thiên cường độ bê tông 5

1.4 Liên kết các thuộc tính của bê tông 6

2 Khai báo mặt cắt 7

3 Mô hình kết cấu 15

4 Gán vật liệu cho kết cấu 18

4.1 Gán vật liệu cho dầm 18

4.2 Gán vật liệu cho trụ 18

5 Gán mặt cắt 18

6 Tạo nhóm mặt cắt thay đổi (Vuốt mặt cắt) 19

6.1 Tạo nhóm cho mặt cắt 19

6.2 Chia mặt cắt 19

6.3 Tính lại trọng lượng các đốt dầm 20

6.4 Tính chiều cao các mặt cắt của dầm 21

7 Khai báo nhóm điều kiện biên 22

8 Gán điều kiện biên cho kết cấu 22

9 Tạo nhóm kết cấu 26

10 Gán các phần tử cho các nhóm kết cấu 26

11 Khai báo trường hợp tĩnh tải 27

12 Khai báo nhóm tải trọng xe đúc 28

13 Gán tải trọng xe đúc 28

14 Khai báo nhóm tải trọng bê tông ướt 29

15 Gán tải trọng bê tông ướt 29

16 Khai báo nhóm tải trọng thi công 30

17 Gán tải trọng thi công 30

18 Khai báo nhóm tải trọng dự ứng lực 31

19 Gán trọng lượng bản thân cho kết cấu 31

20 Gán tĩnh tải giai đoạn 2 cho kết cấu 31

21 Khai báo hoạt tải 31

21.1 Khai báo tiêu chuẩn 31

21.2 Khai báo làn 31

21.3 Khai báo hoạt tải 33

21.4 Khai báo lớp hoạt tải 35

21.5 Khai báo hoạt tải di động 36

22 Phân tích các giai đoạn thi công 40

22.1 Nguyên tắc khai báo các giai đoạn thi công 40

22.2 Phân tích các giai đoạn thi công 40

22.3 Nội dung khai báo theo bảng 43

23 Tách tĩnh tải giai đoạn 2 ra khỏi tổ hợp tải trọng 48

24 Đặt chế độ phân tích ứng suất trong dầm do hoạt tải 49

25 Khai báo các tổ hợp tải trọng 49

26 Chạy chương trình 50

27 Xem kết quả nội lực, phản lực gối, chuyển vị 51

27.1 Xem Moment, Lực cắt trong từng bước thi công 51

27.2 Xem Moment, Lực cắt trong giai đoạn khai thác 52

27.3 Xem phản lực gối 52

27.4 Xem đường ảnh hưởng Moment 53

27.5 Xem đường ảnh hưởng áp lực truyền lên trụ T1 54

27.6 Xem các xếp tải lên đường ảnh hưởng 54

28 Khai báo và gán cáp dự ứng lực 57

28.1 Khai báo cáp dự ứng lực 57

28.2 Khai báo tọa độ cáp dự ứng lực 58

28.2.1 Các bó cáp cho nhóm trụ T1 và T2 61

28.2.2 Các bó cáp chịu Moment giữa nhịp 67

28.3 Gán dự ứng lực cho cáp 69

28.4 Tạo và gán nhóm phần tử dầm 70

28.5 Đặt chế độ phân tích ứng suất do hoạt tải 70

29 Chạy chương trình 70

30 Xem kết quả khống chế ứng suất trong dầm 70

31 Xem kết quả ứng suất, nội lực 71

32 Xem độ vồng, độ võng trong giai đoạn thi công và khai thác 71

Tài liệu tham khảo 72

HƯỚNG DẪN MÔ HÌNH VÀ TÍNH TOÁN CẦU ĐÚC HẪNG

 Mặt cắt kết cấu nhịp sát đỉnh trụ

 Mặt cắt hợp long

 Mặt cắt trên mố

 Mặt cắt thân trụ

 Mặt cắt bệ trụ

B YÊU CẦU TÍNH TOÁN

 Tính và vẽ biểu đồ nội lực do:

+ Tĩnh tải giai đoạn 1, tĩnh tải giai đoạn 2

+ Hoạt tải HL93K, HL93M, đoàn người bộ hành

+ Tổ hợp tải trọng:

1 TH1 = 1.25*Tinh tai 1 + 1.5*Tinh tai 2 + 1.75*HL93K + 1.75*Nguoi

2 TH2 = 1.25*Tinh tai 1 + 1.5*Tinh tai 2 + 1.75*HL93M + 1.75*Nguoi

3 TH3 = Tinh tai 1 + Tinh tai 2 + HL93K + Nguoi

4 TH4 = Tinh tai 1 + Tinh tai 2 + HL93M + Nguoi

 Kiểm toán ứng suất trong các thớ của dầm dưới tác dụng của tải trọng theo trạng thái giới hạn sử dụng trong giai đoạn khai thác và giai đoạn chế tạo

C CÁC BƯỚC KHAI BÁO VÀ PHÂN TÍCH

1 KHAI BÁO VẬT LIỆU

1.1 Tạo vật liệu mới:

Lệnh: [PM]

Properties  Material

Modulus of Elasticity (kN/m2)

Module đàn

Poisson’s Ratio Hệ số

Thermal Coefficient Hệ số giãn

nở nhiệt 1.17e-5 1.17e-5 1.17e-5

Weight Density (kN/m3)

Cường độ chịu nén 28 ngày 45000 30000

Relative Humidity of ambient environment (%)

1.3 Khai báo thuộc tính biến thiên cường độ bê tông:

Lệnh: [PCS]

Properties  Time Dependent Material(Comp Strenght)…

Compressive strenght (kN/m2)

Cường độ chịu nén 28 ngày 45000 30000

Cement Type(s) Loại Xi măng N , R : 0.25 N , R :0.25

1.4 Liên kết các thuộc tính của bê tông:

Properties  Time Dependent Material Link…

Creep/Shrinkage Co ngót, từ biến Fc45 Fc30

Chọn như hình sau và click Add/ Modify

Loại mặt cắt PSC-1 CELL, 2CELL

Section Type 1 Cell

Chú ý đơn vị trong bảng sau là : mm

2.2 Mặt cắt 2:

Để thuận tiện, sau mỗi lần nhập xong số liệu kích thước, ta chỉ click nút Apply và thay đổi những thông số kích thước có giá trị thay đổi

Loại mặt cắt PSC-1 CELL, 2CELL

Joint On JO2, JI2, JI4 Section Type 1 Cell

2.3 Mặt cắt 3:

Loại mặt cắt PSC-1 CELL, 2CELL

Joint On JO2, JI2, JI4 Section Type 1 Cell

2.5 Mặt cắt 5:

Loại mặt cắt Solid Track

Kết quả như hình sau

Kết quả như hình sau

y Axis Varation Linear

z Axis Varation Parabolic

Kết quả như hình sau

y Axis Varation Linear

z Axis Varation Parabolic

Kết quả như hình sau

Kết quả sau khi khai báo tất cả các mặt cắt :

3 MÔ HÌNH KẾT CẤU

 Chỉnh lại đơn vị : m

 Tạo nút đầu tiên có tọa độ 0,0,0

Lệnh: [CN]

Nodes  Create Nodes…

 Tạo ½ kết cấu cầu gồm 38 nút theo phương X như sau (Extrude Element): Đơn vị m

Lệnh: [E]

Element  Extrude…

x: 2@0.5,13,2,10@4,4@3,5.5,2@1.5,5.5,4@3,10@4,1

Material: BT Dam

Section: MC Dinh Tru

Kết quả: Chú ý nếu nút cuối cùng (nút 38) có tọa độ x = 135m là chính xác

 Từ nút 21, copy thep phương Z xuống 1 đoạn 6.5m thành nút 39:

Click chọn : Node & Element

 Đánh STT cho ½ đoạn dầm bên trái:

Click quét chọn tất cả các phần tử dầm

Trong mục New Start Number:

Node: 100 Element: 100 Trong mục Oder: (chọn X)

1ST: X Chọn như hình sau:

 Đánh STT cho trụ T1 (trụ bên trái):

Click chọn tất cả các phần tử trụ T1

Trong mục New Start Number:

Node: 300 Element: 300 Trong mục Oder: (chọn Z)

1ST: Z Chọn như hình sau:

Kết quả:

 Đối xứng kết cấu:

Lệnh: [MiE]

Element  Mirror…

Click chọn y-z Plane x: 135

Click chọn vào các dấu tick sau:

+ Intersect : Node, Element

+ Copy Node Attributes

+ Copy Element Attributes

 Đối xứng dầm:

 Click chọn tất cả các phần tử dầm

 Trong mục Start Number: (click vào nút …)

Node Number  User-Defined Number: 200

Element Number  User-Defined Number: 200

 Click chọn vào dấu tick sau: Reverse Element Local (Để các phần tử tạo ra có chiều

vẫn theo chiều phần tử gốc)  Apply

Cách làm như hình vẽ:

 Đối xứng trụ T1:

 Click chọn tất cả các phần tử trụ

 Trong mục Start Number: (click vào nút …)

Node Number  User-Defined Number: 400

Element Number  User-Defined Number: 400

 Click bỏ chọn vào dấu tick sau: Reverse Element Local  Apply Cách làm như hình vẽ:

 Đánh số thứ tự lại cho trụ T2:

 Click chọn tất cả các phần tử trụ T2

 Trong mục New Start Number:

Node: 400 Element: 400 Trong mục Oder: (chọn Z)

6 TẠO NHÓM MẶT CẮT THAY ĐỔI (Vút Mặt cắt)

6.1 Tạo nhóm cho mặt cắt

Properties  Tapered Section Group…

 Tạo nhóm cho cánh trái trụ T1

Symmetric Plane (From) i

 Tạo nhóm cho cánh phải trụ T1

Symmetric Plane (From) j

 Tạo nhóm cho cánh trái trụ T2

Symmetric Plane (From) i

 Tạo nhóm cho cánh phải trụ T2

MC Nho-To 1  Dot K14 Kết quả :

6.3 Tính lại trọng lƣợng các đốt dầm:

 Từ menu Tool  Bill of Material…

 Chỉ cần click chọn Beam-Truss Element BOM type 1

 Sau đó Save As và mở bằng Excel chú ý click chuột để chia cột như sau:

 Ở mặt cắt hợp long ta có: length (chiều dài) = 3.2m Weight (trọng lượng) = 7374 kN

 Trọng lượng đốt hợp long (chiều dài 1 m) = 7374/3.2 = 230.44 kN

6.4 Tính chiều cao các mặt cắt của dầm:

 Click phải vào Section Dot K1  Properties  Show Calculation Results…

Chiều cao mặt cắt S1 là chiều cao mặt cắt j Chiều cao mặt cắt S2 là chiều cao mặt cắt i

7 KHAI BÁO NHÓM ĐIỀU KIỆN BIÊN

BG1: Liên kết ngàm giữa bệ trụ và đất BG2: Liên kết ngàm cứng của dầm vào thân trụ khi thi công BG3: Gối di động ở đầu nhịp biên

BG4: Gối cố định ở đầu đoạn đúc trên đà giáo (thực chất là gối đàn hồi) BG5: Gối cố định trên đỉnh trụ T1 và gối di động trên đỉnh trụ T2

Model  Group  Define Boundary Group

Name: BG Suffix: 1to5

Mô hình các nút tại các gối đỉnh trụ theo hình sau:

 Từ nút 311,411 copy thep phương y thành 2 nút

Lệnh: [TN]

Nodes  Translate…

y: – 2.2,4.4 Kết quả:

 Từ nút 4 nút vừa tạo ra (412to415) copy thep phương z thành 4 nút

Lệnh: [TN]

Nodes  Translate…

z: +0.5 Kết quả:

 Liên kết các nút tại đỉnh trụ lại với nhau

Lệnh: [BEL]

Boundaries  Elastic Link…

Để copy liên kết này cho trụ T2, ta click vào nút Copy Elastic Link, và chọn x = 120 (m)

Nối từng cặp 2 điểm lại thành vòng tròn theo chu vi như hình sau:

Kết quả:

Boundaries  Elastic Link…

Boundary Group Name : BG5

 Tạo liên kết cho gối cố định trụ T1:

 Yêu cầu:

Thông số gối cố định:

SRy 0 Cho xoay quanh trục y của phần tử

 Tạo liên kết cho gối di động trụ T2:

 Yêu cầu:

Thông số gối cố định:

SRy 0 Cho xoay quanh trục y của phần tử

9 TẠO NHÓM KẾT CẤU

Lệnh: [GrS] [Ctrl + F1]

Model  Group  Define Structure Group …

T1K 0to14 Các đốt dầm trên đỉnh trụ T1 T2K 0to14 Các đốt dầm trên đỉnh trụ T2

HLTrai Đốt hợp long biên nhịp bên trái HLPhai Đốt hợp long biên nhịp bên phải

Cách làm như hình sau:

10 GÁN CÁC PHẦN TỬ CHO CÁC NHÓM KẾT CẤU

 Chọn các nút và các phần tử trong bảng sau

 Từ thanh Works, kéo và thả chuột các nhóm tương ứng phần tử vừa chọn

STT Tên nhóm Tên nút Tên phần tử Ghi chú (Nút)

Description (Mô tả tải trọng)

1 Ban than Construction stage Load Trọng lượng bản thân (DC)

2 XD Construction stage Load Tải trọng xe đúc

3 BT Construction stage Load Trọng lượng bê tông ướt

4 TC Construction stage Load Tải trọng thi công

5 DUL Construction stage Load Tải trọng dự ứng lực

6 Tinh tai 2 Construction stage Load Tĩnh tải chất thêm (DW)

12 KHAI BÁO NHÓM TẢI TRỌNG XE ĐÚC

Lệnh: [GrL]

Model  Group  Define Load Group …

XD 1to14 Tải trọng xe đúc các đốt dầm

Nhóm 2 (Xe đúc ở bên phải trụ) Nút P z (kN) M y (kN.m) Nút P z (kN) M y (kN.m)

Cách làm như hình sau:

14 KHAI BÁO NHÓM TẢI TRỌNG BÊ TÔNG ƢỚT

Lệnh: [GrL]

Model  Group  Define Load Group …

BT 1to14 Trọng lượng bản thân các đốt đúc BTHLTrai Trọng lượng đốt hợp long biên trái BTHLPhai Trọng lượng đốt hợp long biên phải BTHLGiua Trọng lượng đốt hợp long giữa nhịp

15 GÁN TẢI TRỌNG BÊ TÔNG ƢỚT

Load  Nodal Loads …

Các thông số về tải trọng lấy từ bảng tính trọng lượng bản thân ở bước 6.3

Moment My = Pz*L/2

STT Tên

nhóm

Nhóm 1 (Bê tông ở bên trái trụ)

Nhóm 2 (Bê tông ở bên phải trụ) Nút P z (kN) M y (kN.m) Nút P z (kN) M y (kN.m)

Model  Group  Define Load Group …

TC 1to14 Tải trọng khi thi công các đốt đúc TCHLTrai Tải trọng thi công khi hợp long biên trái TCHLPhai Tải trọng thi công khi hợp long biên phải TCHLGiua Tải trọng thi công khi hợp long nhịp giữa

17 GÁN TẢI TRỌNG THI CÔNG

Load  Element Beam Loads …

Tải trọng thi công được coi là tải trọng phân bố đều : q0 = 2.4 kN/m2

 Tải trọng thi công dải đều : qtc = q0*Bcầu = 2.4*12 = 28.8 kN/m

STT Tên

nhóm

(kN/m) Tên nút Tên phần tử Tên nút Tên phần tử

1 TC1 118to122 118to121 218to222 218to221 -28.8

16 TCHLPhai 204 204 -28.8

17 TCHLGiua 136 135 236 235 -28.8

18 KHAI BÁO NHÓM TẢI TRỌNG DỰ ỨNG LỰC

Lệnh: [GrL]

Model  Group  Define Load Group …

DULK 0to14 Cốt thép DƯL chịu moment âm DULTrai Cốt thép DƯL chịu moment dương nhịp bên trái DULPhai Cốt thép DƯL chịu moment dương nhịp bên phải DULGiua Cốt thép DƯL chịu moment dương ở giữa nhịp

19 GÁN TRỌNG LƢỢNG BẢN THÂN CHO KẾT CẤU

 Tạo Group “Ban than”

Load  Self Weight…

20 GÁN TĨNH TẢI GIAI ĐOẠN 2 CHO KẾT CẤU

 Tạo Group “Tinh tai 2”

Load  Element Beam Loads …

 Chọn tất cả các phần tử dầm

Load Case Name Tinh tai 2 Load Group Name Tinh tai 2

w ??? (Giá trị tĩnh tải gđ 2)

21 KHAI BÁO HOẠT TẢI

21.1 Khai báo tiêu chuẩn:

Lệnh: [MVC]

Load  Moving Load Analysis Data  Moving Load Code …

Moving Load Code: AASHTO LRFD

21.2 Khai báo làn:

Lệnh: [MVL] [TLL]

Load  Moving Load Analysis Data  Traffic Line Lanes …

Lane Name

Eccentricity

Độ lệch tâm (e)

2 Point

Ghi chú Điểm đầu Điểm cuối

Lan 1 4 0,0,0 270,0,0 Làn ô tô bên phải Lan 2 -4 0,0,0 270,0,0 Làn ô tô bên trái Lan 3 4.75 0,0,0 270,0,0 Làn người bên phải Lan 4 -4.75 0,0,0 270,0,0 Làn người bên trái

 Độ lệch tâm là khoảng cách từ tim dầm (hoặc điểm chọn trước) so với vị trí tâm trục xe

trên mặt cắt ngang, nếu tâm trục xe nằm bên phải tim dầm (hoặc điểm chọn trước) thì có giá trị dương và ngược lại

 Cách làm như hình sau :

Kết quả của việc khai báo làn như sau:

21.3 Khai báo hoạt tải:

Lệnh: [MVVe]

Load  Moving Load Analysis Data  Vehicles…

21.3.1 Click chọn Add Standard, ta chọn các thông số như sau:

Vehicular Load Name

(Tên hoạt tải)

Vehicular Load Type (Loại hoạt tải)

Dynamic Load Allowance (Hệ số xung kích)

Cách làm theo 2 hình sau:

21.3.2 Click chọn Add User Defined, ta chọn các thông số như sau:

Vehicular Load Name (Tên hoạt tải)

Lane Load (Giá trị hoạt tải)

21.4 Khai báo lớp hoạt tải:

Lệnh: [MVVeC]

Load  Moving Load Analysis Data  Vehicle Classes…

STT Vehicle Class Name Selected Load

Khai báo như hình sau:

Kết quả như sau:

21.5 Khai báo hoạt tải di động:

Lệnh: [MVCA]

Load  Moving Load Analysis Data  Moving Load Cases…

STT Load Case Name Description Vehicle Class Max Number

of Loaded Lane Selected Lanes

1 HL93K di dong Xe tai + Lan VC:Lop HL93K 2 Lan 1, Lan 2

2 HL93M di dong Xe 2 truc + Lan VC:Lop HL93M 2 Lan 1, Lan 2

3 HL93S di dong 2 xe cach 15m VC:Lop HL93S 2 Lan 1, Lan 2

Khai báo theo các bước như hình sau:

Kết quả sau khi khai báo như sau:

22 PHÂN TÍCH CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG

22.1 Nguyên tắc khai báo các giai đoạn thi công

 Khi khai báo giai đoạn tiếp theo, chỉ cần nhập vào các thông số của giai đoạn gần nhất trước đó về phần tử, điều kiện biên, tải trọng,…

 Quá trình thi công đúc hẫng như sau:

+ Thi công thân trụ: Thường kéo dài 30 ngày + Thi công đốt K0 trên đỉnh trụ: thường kéo dài 12 ngày + Thi công đúc hẫng các đốt: thường kéo dài 7 ngày theo trình tự:

 Ngày 1: Căng cáp DUL các đốt trước và di chuyển, lắp đặt xe đúc

 Ngày 2 vả 3: Lắp đặt cốt thép, ống gen, ván khuôn

 Ngày 4: Đổ bê tông

 Ngày 5, 6, 7: Bảo dưỡng bê tông

22.2 Cách phân tích giai đoạn thi công

Load  Construction Stage Analysis Data  Define Construction Stage …

Name Tên giai đoạn

Duration Chu kỳ, thời gian thi công giai đoạn đó

Save Result, Stage Lưu kết cấu theo từng bước

Save Result, Additional Steps Lưu kết quả theo từng bước

 Cách khai báo cho bước 1:

Name: Buoc 1 (TC dotK1) Durarion: 7 ngày

 Khai báo như sau:

22.3 Nội dung khai báo theo bảng:

Bước 1: Thi công đốt K1 (7 ngày)

biên

Tải trọng

Bước 4: Thi công đốt K4 (7 ngày)

biên

Tải trọng

Bước 8: Thi công đốt K8 (7 ngày)

biên

Tải trọng