Giáo trình tin học ứng dụng cầu đường UTT Midas - Eexcel

Hệ thống thông tin, bao gồm phần cứng máy tính, máy in, máy quét và các thiết bị chuyên dùng và phần mềm các chương trình ứng dụng, đã và đang được triển khai rộng rãi trong khắp các côn

Trường Đại học công nghệ giao thông vận tải

Cơ sở đào tạo Thái Nguyên

Bộ Môn Công Trình

BÀI GIẢNG TIN HỌC ỨNG DỤNG

Giảng viên: Th.s Đào Đắc Lý

Tel: 0982148991

Hotmail: daodacly.cauhamk48@gmail.com

LỜI NÓI ĐẦU

Việc áp dụng công nghệ thông tin và sức mạnh tin học để giải các bài toán trong các lĩnh cuộc sống để công việc thực hiện đơn giản và giảm bớt khối lượng là một xu thế tất yếu của thời đại bùng nổ khoa học công nghê Cùng với xu thế đó trong nghành giao thông cũng sử dụng rất nhiều phần mềm tin học ứng dụng để phục vụ các công việc từ thiết kế, thi công, đánh giá, kiểm định

Trong nội dung bài giảng này giới thiệu cho các bạn hai phần mềm chính là Phần mềm phân tích tính toán thiết kế kết cấu Midas civil cho công trình cầu và Phần mềm văn phòng Excel

Nội dung bài giảng được tác giả biên soạn và có tham khảo nội dung của các cuốn sách

và rất hoan nghênh các bạn sinh viên có thể tìm đọc:

[1] Lê Quỳnh Mai và các tác giả (2009), Giáo trình tự động hóa thiết kế cầu đường, NXB

Trong quá trình biên soạn không tránh khỏi những thiếu sót rất mong được sự đóng góp

ý kiến cho những lần xuất bản sau

Thái Nguyên, ngày 15 tháng 1 năm 2017

Tác giả

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Tổng quan về ứng dụng công nghệ thông tin trong thiết kế, thi công và quản lý công trình Cầu – Đường

- Hiện nay với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ thông tin, nhiều công nghệ, giải pháp hiện đại của công nghệ thông tin

đã đang thâm nhập nhanh chóng vào cuộc sống thường ngày của từng cá nhân, tổ chức và làm thay đổi các thói quen, qui trình công tác Trong lĩnh vực xây dựng nói chung, việc ứng dụng công nghệ đã trở thành điều kiện cần phải có đối với mỗi doanh nghiệp, tổ chức để đảm bảo tính nhanh, đúng và đầy đủ của quá trình thiết kế, xây lắp, điều hành và quản lý quá trình xây dựng

- Tự động hóa một công việc được hiểu là công việc đó được thực hiện tự động hoàn toàn hay một phần nhờ có sự trợ giúp của các thiết bị Trong lĩnh vực công trình giao thông, cho nên thiết bị trợ giúp phù hợp là các hệ thống có khả năng tạo hồ sơ khảo sát, dự toán, tính toán kết cấu, vẽ các đối tượng hình học, dựng mô hình, quản lý thông tin công trình Hệ thống thông tin, bao gồm phần cứng (máy tính, máy in, máy quét và các thiết bị chuyên dùng) và phần mềm (các chương trình ứng dụng), đã và đang được triển khai rộng rãi trong khắp các công ty tư vấn thiết kế công trình giao thông, công ty xây dựng và cả các nhà quản lý công trình giao thông bởi chúng có những đặc điểm rất phù hợp cho việc lập hồ sơ thiết kế công trình, xây dựng công trình, nghiệm thu và quản lý công trình trong giai đoạn khai thác:

+ Hệ thống thông tin cho phép thực hiện nhiều công việc khác nhau như: dự toán, phân tích kết cấu, vẽ đối tượng hình học, tạo văn bản, dựng mô hình, quản lý xây dựng, quản lý khai thác và thông tin công trình

+ Tốc độ tính toán nhanh, chính xác, điều này góp phần cho quá trình lập hồ sơ, thiết kế, thi công công trình nhanh chóng và chất lượng

+ Khả năng lưu trữ và tận dụng lại dữ liệu đạt hiệu quả rất cao, điều này cho phép người thiết kế có thể tận dụng lại tối đa dữ liệu đã có từ trước Đặc biệt hơn, khi ghép nối các thông tin công trình xây dựng với nhau sẽ tạo ra một sự quản lý tổng thể từ chất lượng tới giá thành của sản phẩm từ giai đoạn đầu tư đến vận hành khai thác

- Có thể nói rằng mức độ tự động hóa thiết kế công trình hiện nay đang ở nhiều cấp

độ khác nhau, tùy theo từng công việc cụ thể, điều này được thể hiện rõ trong cách thức tạo ra từng thành phần trong hồ sơ thiết kế, hồ sơ thi công và hồ sơ quản lý thông tin công trình Ví dụ, trong thiết kế cầu, phần phân tích kết cấu có mức độ tự động hóa rất cao, nhưng việc tạo bản vẽ lại có mức độ tự động hóa thấp hơn nhiều Tuy vậy, xu hướng nâng cao mức độ tự động hóa đang ngày càng rõ nét bởi sự phát triển rất mạnh của các phần mềm chuyên dụng, chúng đang là công cụ hỗ trợ không thể thiếu cho các

kỹ sư thiết kế, kỹ sư thi công và các nhà quản lý, đồng thời là thành phần chủ chốt cho quá trình tự động hóa Nhờ chúng mà việc quản lý thông tin công trình trở nên dễ dàng hơn, giúp giảm giá thành và tăng chất lượng của công trình xây dựng giao thông nói chung, của công trình cầu đường nói giêng

- Trong đó nổi lên việc triển khai và ứng dụng Mô hình hóa thông tin công trình (Building Information Moddeling - BIM) đã trở thành một nhu cầu tất yếu của nhiều đơn vị thiết kế, thi công xây dựng ở Việt Nam Luật Xây dựng sửa đổi được Quốc hội thông qua năm 2014 đã đưa yêu cầu về việc ứng dụng BIM trong quản lý dự án đầu tư xây dựng (điều 4, điều 66) Mô hình thông tin công trình (BIM) tổng quát vòng đời của một công trình bao gồm 4 bước sau: Kế hoạch, thiết kế, thi công, vậ hành và bảo trì nâng cấp, mỗi bước của quá trình trên đều cần phải sử dụng các hệ thống phần mềm cũng như thiết bị khác nhau

1.2 Khái quát chung về các phần mềm trong thiết kế, thi công và quản lý công trình Cầu – Đường

- Các phần mềm dùng trong thiết kế, thi công và quản lý công trình cầu đường nói chung rất đa dạng và hỗ trợ hầu hết các công đoạn trong quá trình thiết kế, thi công và quản lý công trình Cầu – Đường Ngay từ công đoạn khảo sát địa hình, toàn bộ quá trình từ xử lý dữ liệu (bình sai, chuyển đổi định dạng) đến dựng mô hình bề mặt đều

đã được tự động hóa ở mức cao, hầu hết các nội dung liên quan đến xử lý số liệu khảo sát đều được tự động thực hiện như: vẽ đường đồng mức, phân tích độ dốc bề mặt, xác định đường tụ thủy, xác định lưu vực, vẽ mặt cắt và dựng mô hình ba chiều

- Dựa vào đặc điểm của các phầm mềm chuyên dụng ta có thể chia làm 2 nhóm: + Nhóm các phần mềm đa năng: là những phần mềm có thể dùng cho nhiều mục đích khác nhau, đại diện cho nhóm này là AutoCAD và Excel, ta có thể sử dụng chúng trong hầu hết các giai đoạn của quá trình tạo hồ sơ thiết kế, thi công Tuy nhiên, để có thể sử dụng đa năng, các phần mềm này được thiết kế không tập trung vào một lĩnh vực cụ thể nào, khiến cho mức độ tự động hóa cho từng công việc không được cao khi thực hiện trực tiếp trên các phần mềm này Ta có thể dùng AutoCAD để tạo các bản vẽ kỹ thuật cho ngành cơ khí cũng như công trình, bởi nguyên tắc tạo bản vẽ trong AutoCAD là “lắp ghép” từ những đối tượng hình học cơ bản Với Excel, ta có thể dùng để lập dự toán hay tạo bảng tính duyệt kết cấu, bởi mỗi ô trong bảng tính của nó đều có thể nhận bất cứ nội dung nào

+ Nhóm các phần mềm chuyên dụng: là các phần mềm chỉ dùng được cho một mục đích cụ thể nào đó Bởi đích nhắm đến của chúng là rõ ràng cho nên mức độ

tự động hóa là rất cao Ví dụ trong phân tích kết cấu, sau khi nhập xong số liệu, phần mềm phân tích kết cấu sẽ tự động hoàn toàn trong việc tính và xuất kết quả Bởi sự đa dạng của các bài toán thiết kế, cho nên các phần mềm loại này cũng rất

đa dạng về chủng loại và nguồn gốc, chúng có thể được tạo ra từ những công ty sản xuất phần mềm chuyên nghiệp như Hài Hòa, AutoDesk, MIDAS IT, Bentley, Microsoft hay từ chính những công ty tư vấn thiết kế, và thậm chí từ chính những

kỹ sư thiết kế Cũng bởi tính đa dạng này mà việc lựa chọn để tìm được một phần mềm phù hợp đôi khi là một bài toán khó đối với người sử dụng Dựa trên mức độ phổ biến trong sử dụng, có thể kể ra một số phần mềm chuyên dụng sau

Các phần mềm hỗ trợ phân tích kết cấu và công trình cầu

1.3 Khái quát chung về các ứng dụng nền trong thiết kế, thi công và quản

lý công trình Cầu – Đường

1.3.1 Ứng dụng nền

- Trong hồ sơ thiết kế, phần tài liệu được trình bày dưới dạng bảng biểu (bảng tính kết cấu, bảng tính khối lượng, ) và bản vẽ (mô tả cấu tạo hình học của công trình) chiếm một khối lượng đáng kể Nội dung của những tài liệu trong phần này lại luôn có mối quan hệ rõ ràng và chặt chẽ với phần tính toán trong quá trình thiết kế, chính vì vậy, khả năng thực hiện tự động hóa công đoạn này là hoàn toàn khả thi và mang lại hiệu quả cao Những công việc cụ có thể tự động hóa bao gồm: tính toán, lập bảng

tính, lập bản vẽ, trong đó, phần tính toán tạo tiền đề cho quá trình thực hiện lập bảng tính và bản vẽ

- Phần tính toán có thể được tách ra thành một mô-đun riêng và thực hiện độc lập với bất cứ công cụ lập trình nào, và hiện nay, công nghệ lập trình cho phép dễ dàng kết nối các mô-đun loại này với các ứng dụng khác

- Phần lập bảng tính và bản vẽ, thực chất sử dụng kết quả thực hiện của mô-đun tính toán và thể hiện kết quả này dưới dạng bản vẽ kỹ thuật và bảng tính, bảng biểu phù hợp với các quy định về trình bày tài liệu trong hồ sơ thiết kế Trong nhiều trường hợp người ta có thể kết hợp mô-đun tính toán vào cùng với quá trình tạo bảng tính hay bản

vẽ, cách làm này rất hiệu quả đối với các bài toán không quá phức tạp về tính toán (như thiết kế hình học đường ô tô hay tính duyệt mặt cắt kết cấu) Nhưng đối với các bài toán có độ phức tạp cao trong tính toán (như bài toán tính kết cấu hay ổn định trượt mái dốc) thì mô-đun tính toán thường được tách riêng ra và kết quả tính toán sẽ được trình bày bởi mô-đun tạo bản vẽ và mô- đun tạo bảng tính riêng

- Để có thể kết nối với nhau, các phần mềm chuyên dụng thường cung cấp kết quả tính toán dưới dạng dữ liệu có cấu trúc và được lưu trữ trong các tệp có định dạng TEXT, ví dụ như CSV hay DXF Với các dữ liệu có cấu trúc này, người dùng sẽ tự thực hiện việc kết nối các phần mềm lại với nhau Việc kết nối này cũng chỉ có thể giải quyết thêm một số bài toán phát sinh, cho nên một số phần mềm đã cho phép người dùng có thể can thiệp sâu hơn nữa vào bên trong nó bằng các công cụ lập trình,

để họ có thể tự giải quyết các bài toán phát sinh mà người thiết kế phần mềm không thể dự kiến trước được Khi người dùng xây dựng những chương trình của họ dựa trên những ứng dụng được thiết kế theo cấu trúc mở này, họ sẽ tận dụng những khả năng sẵn có của chúng để làm nền, giúp cho việc lập trình được nhanh và hiệu quả hơn rất

nhiều so với cách lập trình thông thường, và do đó, có thể gọi chúng là các ứng dụng nền, điển hình và được sử dụng nhiều nhất làm ứng dụng nền trong lĩnh vực thiết kế là

AutoCAD và Excel, ngoài việc phù hợp với định dạng tài liệu trong hồ sơ thiết kế (bản vẽ và bảng tính) chúng còn cho phép người dùng xây dựng các chương trình chạy cùng với mục đích bổ sung thêm các chức năng chuyên biệt

- Như vậy, một phần mềm được gọi là ứng dụng nền khi nó thỏa mãn đồng thời các

tiêu chí sau:

+ Cho phép một chương trình chạy bên trong và cùng với nó (tương tự như một lệnh) + Cho phép sử dụng các tính năng của nó thông qua công cụ lập trình thích hợp

- Một lệnh mới hay một chức năng mới được xây dựng trên ứng dụng nền thực chất

là một chương trình hoàn chỉnh, vì vậy, để xây dựng nó cần có công cụ lập trình tương

ứng Thông thường công cụ lập trình được hiểu như là một tập hợp bao gồm:

1.3.2 Ngôn ngữ lập trình

a) AUTOCAD

- AutoCAD là một phần mềm hỗ trợ tạo bản vẽ kỹ thuật được dùng phổ biến nhất hiện nay Đây là sản phẩm của hãng Autodesk và được phát triển liên tục trong nhiều năm nay, điều này thể hiện ở việc cập nhật hàng năm của các phiên bản AutoCAD Hình vẽ trong AutoCAD được tổ chức chủ yếu theo dạng vector và chuẩn lưu trữ dạng DWG được biết đến như là chuẩn lưu trữ hình vẽ dạng vector hiệu quả nhất thế giới

Để tạo sự thuận lợi tối đa cho người dùng, AutoCAD đã được thiết kế với cấu trúc và tính năng rất hợp lý Khi những tính năng sẵn có của AutoCAD không đáp ứng được nhu cầu của người dùng thì người dùng có thể sử dụng khả năng cho phép lập trình

mở rộng của AutoCAD để bổ sung thêm hay tạo mới những tính năng chuyên biệt cho AutoCAD nhằm đáp ứng được nhu cầu cá nhân

- Một ví dụ về công cụ lập trình trên AutoCAD, đó là AutoLISP Với công cụ lập trình này, không nhất thiết phải có môi trường lập trình và thư viện hỗ trợ lập trình, ta chỉ cần tạo ra một tệp dạng TEXT chứa các mã lệnh viết bằng ngôn ngữ AutoLISP AutoLISP là một ngôn ngữ lập trình thông dịch, Nó là một phiên bản mới nhất về ngôn ngữ lập trình nhân tạo cũ nhất mà ngày nay vẫn còn được sử dụng Autolisp nằm trong bộ Common LISP.LISP viết tắt của LIST Processor Nói chung Lisp dễ học bởi cú pháp của nó đơn giản nhưng nó không tương tác được với các cơ sở dữ liệu như Excel, Access Nên việc sử dụng nó tạo ra các ứng dụng phức tạp là rất khó Ngoài ra trên môi trường AutoCAD còn có Object ARX, VBA

- AutoDesk cung cấp cho chúng ta một bộ các phần mở rộng để kiểm soát AutoCad Những phần mở rộng này được gọi là Object ARX

- Mỗi công cụ lập trình luôn có những đặc điểm riêng và khó có thể phán xét cái nào hay hơn hoặc kém hơn một cách tổng quát Do đó, để lựa chọn được công cụ lập trình thích hợp khi lập trình trên ứng dụng nền, cần dựa vào mục đích cụ thể Ví dụ, khi lập trình trên AutoCAD, để tạo các công cụ trợ giúp vẽ thì AutoLISP là lựa chọn hợp lý Nhưng để xây dựng những ứng dụng lớn, phức tạp, đòi hỏi phải can thiệp sâu vào bên trong AutoCAD thì chỉ có thể dùng ObjectARX mới làm được

b) VBA

- Trong lĩnh vực tự động hóa thiết kế cầu đường, hầu hết các bài toán lớn và cơ bản

đã được giải quyết, nhưng còn rất nhiều các bài toán khác, tuy không lớn và không quá phức tạp, nhưng lại rất đa dạng và khó khái quát, vẫn chưa có phần mềm thực hiện, và do đó, phạm vi ứng dụng của lập trình trên ứng dụng nền là rất lớn và có tính hiệu quả cao Hơn nữa, với quy mô của các bài toán này, thì việc lựa chọn VBA làm công cụ lập trình là rất phù hợp

- VBA (Visual Basic for Applications) là một công cụ lập trình cho phép xây dựng nhanh và hiệu quả chương trình nhằm bổ sung thêm những tính năng mới cho ứng dụng nền (AutoCAD, Excel) Một chương trình được xây dựng bằng VBA dựa trên ứng dụng nền nào thì nó phụ thuộc chặt chẽ vào ứng dụng nền đó, bởi theo mặc định,

dự án VBA sẽ hoạt động và sử dụng các thành phần trong chính ứng dụng nền đó Điều này có nghĩa là ta rất khó có thể chuyển đổi một dự án VBA từ loại ứng dụng nền này sang một ứng dụng nền khác cũng như tạo ra một ứng dụng chạy độc lập VBA, thực chất là sự kết hợp giữa công cụ lập trình Visual Basic (VB) và các thành phần được phép sử dụng của ứng dụng nền, cho nên về cơ bản, việc xây dựng một chương trình bằng VBA trên AutoCAD hoặc Excel là giống nhau

- Ngôn ngữ lập trình Visual Basic (VB) là một loại ngôn ngữ dễ sử dụng, có số lượng người dùng đông đảo và tài liệu tham khảo rất phong phú Điều này cho phép người dùng trao đổi kỹ năng, tìm kiếm tài liệu, mã nguồn một cách dễ dàng Ưu điểm của ngôn ngữ lập trình VB:

+ Môi trường lập trình thân thiện, dễ dùng và đầy đủ nên việc xây dựng ứng dụng sẽ nhanh và không cần thêm công cụ lập trình nào khác

+ Trên tất cả các ứng dụng nền hỗ trợ VBA, giao diện lập trình là đồng nhất, do đó người dùng có thể lập trình mở rộng trên nhiều ứng dụng nền một cách thuận lợi + Thư viện lập trình có rất nhiều và đa dạng cho nên người dùng có thể xây dựng ứng dụng của mình nhanh và chuyên nghiệp

+ Tốc độ thực thi của chương trình nhanh

+ Khai thác được hầu hết các tính năng sẵn có của ứng dụng nền

+ Chương trình VBA có thể được nhúng trong tệp của ứng dụng nền hoặc có thể được lưu dưới dạng một dự án độc lập Điều này giúp cho việc phân phối, chia sẻ

mã lệnh được thuận tiện

 Phân tích dữ liệu

 Vẽ đồ thị

 Giao diện đồ họa

- MATLAB là tên viết tắt từ “MATrix LABoratory” Như tên của phần mềm cho thấy, phần cốt lõi của phần mềm là dữ liệu được lưu dưới dạng array (ma trận) và các phép tính toán ma trận, giúp việc tính toán trong MATLAB nhanh và thuận tiện hơn

so với lập trình trong C hay FORTRAN Đặc biệt, khả năng tính toán của MATLAB

có thể dễ dàng được mở rộng thông qua các bộ toolbox Toolbox là tập hợp các hàm MATLAB (M-file) giúp giải quyết một bài toán cụ thể

- MATLAB gồm 5 phần chính:

 Development Environment: là một bộ các công cụ giúp ta sử dụng các hàm và tập tin của MATLAB Nó bao gồm: MATLAB desktop, Command Window, a command history, an editor, debugger, browsers for viewing help, the workspace, files, the search path

 MATLAB Mathematical Function Library: tập hợp các hàm toán học như sum, sine, số học, v.v

 MATLAB Language (scritp): ngôn ngữ lập trình bậc cao

 Graphics: các công cụ giúp hiễn thị dữ liệu dưới dạng đồ thị Ngòai ra

nó còn cho phép xây dựng giao diện đồ họa

 MATLAB Application Program Interface (API): bộ thư viện cho phép ta

sử dụng các hức năng tính toán của MATLAB trong chương trình C hay FORTRAN

- Ngày nay, nhiều phương pháp tính toán số đã và đang phát triển mạnh mẽ và trở thành một công cụ hữu hiệu không thể thiếu được khi giải quyết các bài toán khoa học-kỹ thuật như phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử hữu hạn (PP PTHH), các phương pháp không chia lưới, phương pháp phần tử biên,…Trong đó phương pháp PTHH đã trở thành một phương pháp phổ biến, hiện đại và hiệu quả

- Để có hiệu quả về mặt lý thuyết cũng như thực tế, tiết kiệm tối đa thời gian tính toán, với kiến thức chuyên môn không đủ mà cần phải nắm chắc một trong những công cụ tính toán hữu hiệu như phương pháp phần tử hữu hạn, thì cần phải nắm chắc ngôn ngữ lập trình MATLAB

d) EXCEL

- Microsoft Excel là một phần mềm chuyên xử lý bảng tính của hãng phần mềm thông dụng hiện nay Excel thực sự là một công cụ rất mạnh mẽ phục vụ công tác tính toán, lập bảng biểu… Với các bài toán từ đơn giản đến phức tạp, ta đều có thể sử dụng Excel để giải quyết một cách dễ dàng với rất nhiều tính năng sẵn có:

 Khả năng tổ chức dữ liệu mạnh mẽ với hệ thống các ô, vùng dữ liệu, các bảng tính…;

 Khả năng xử lý dữ liệu như truy vấn, lọc, tính toán… với hệ thống rất phong phú các hàm cơ bản cũng như các hàm chức năng chuyên biệt;

 Khả năng lập báo cáo với cách tổ chức bảng biểu và hệ thống biểu đồ tương đối hoàn chỉnh;

 Khả năng in ấn với nhiều lựa chọn khác nhau Với cách tổ chức giống như bảng tính thông thường, Excel là một phần mềm bảng tính trực quan và rất dễ sử dụng

- Chính bởi điều này khiến cho Excel là một trong những phần mềm không thể thiếu đối với kỹ sư thiết kế và xây dựng cầu đường Có rất nhiều công trình cầu đã và đang được xây dựng ở nước ta được tính toán từ các bảng tính lập trên Excel và được đánh giá với độ chính xác cao

Câu hỏi ôn tập

1 Hãy trình bày các phần mềm ứng dụng trong thiết kế cầu đường phổ biến hiện nay

2 Thế nào là ứng dụng nền? hãy kể tên các ứng dụng nền phổ biến trong thiết kế kết cấu cầu đường

3 Hãy trình bày các ngôn ngữ lập trình phổ biến hiện nay ứng dụng cho thiết kế tính toán cầu đường

CHƯƠNG II: SỬ DỤNG EXCEL TRONG TÍNH TOÁN

THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CẦU ĐƯỜNG

2.1 Tổng quan về Excel

2.1.1 Khái niệm và lịch sử phát triển của Excel :

- Excel là một ứng dụng trong bộ OFFICE của hãng MICROSOFT; ứng dụng nàychuyên nghiệp về xử lý bảng biểu, bảng tính Excel du nhập vào Việt Nam khoảng năm 1993 với phiên bản đầu tiên là Excel 4.0 Do một số hạn chế về nên MICROSOFT nhanh chóng nâng cấp phần mềm này lên Excel 5.0 So với Excel 4.0, phiên bản Excel 5.0 có điểm khác biệt nổi bật là ngôn ngữ tạo lập các thủ tục ( Macro ) và hàm ( Function) của người dùng sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual Basic, và nội dung được chứa trong một trang tính riêng biệt ( Module) Vào các năm 1995, 1997,

2000, 2002, 2007 2015 đều có các phiên bản Excel mới ngày càng được hoàn thiện, gần gũi với người sử dụng và phát triển các ứng dụng làm việc nhóm, tạo các siêu liên kết

2.1.2 Khả năng của Excel :

- Excel có thể được hiểu như một bảng tính điện tử ( vì giao diện chính của nó bao gồm một bảng có nhiều hàng & cột ) Excel có các khả năng sau đây :

• Khả năng soạn thảo : có thể sử dụng Excel như một phần mềm soạn thảo văn bản (

Ví dụ : như Word ), song nó đặc biệt mạnh về chức năng bảng biểu, đồ thị

• Khả năng lập trình : có thể sử dụng Excel như một ngôn ngữ lập trình để giải quyết các công việc, bài toán trong lý thuyết cũng như trong thực tế ( Ví dụ : VBA )

• Khả năng phân tích, sử lý, tổng hợp các cơ sở dữ liệu : Excel hỗ trợ các công cụ để

có thể sử lý các cơ sở dữ liệu như Foxpro, Access

• Ngoài ra Excel còn có một số chức năng đặc biệt như tạo các đồ thị, biểu đồ; tìm lời giải theo lý thuyết tối ưu; tạo các bảng biểu nhiều chiều

- Có thể nói hiện nay Excel là một ứng dụng không có đối thủ cạnh tranh

2.1.3 Các ưu, nhược điểm của Excel :

a) Ưu điểm :

- Rất dễ sử dụng: giao diện của Excel rất gần gũi với người dùng, người dùng có thể

sử dụng Excel tuỳ theo trình độ, tuỳ theo mức độ hiểu biết nhiều hay ít về Excel

- Trực quan : các công thức, các hàm do người dùng thiết lập trong ô tính lập tức sẽ

trả giá trị ngay sau khi được nhập; Vì vậy người dùng dễ dàng kiểm soát kết quả ngay trong quá trình thiết kế tính toán

- Định dạng đơn giản : số liệu đầu vào, các kết quả tính toán trung gian được hiển thị

ngay trong trang tính cho phép người dùng dễ dàng định dạng, trang trí trước khi kết xuất, in ấn

- Khả năng làm việc nhóm : một sổ tính của Excel cho phép nhiều người có thể thiết

kế, kiểm tra trong cùng một thời điểm

b) Nhược điểm :

- Dễ nhầm lẫn : các công thức, các hàm do người dùng thiết lập trong ô tính khó kiểm

soát cấu trúc, rất dễ bị xoá, bị sửa đổi trong quá trình thiết kế, sử dụng

- Bị khống chế kích thước : do kích thước trang tính có giới hạn nên không thể sử lý

các cơ sở dữ liệu có số cột hoặc hàng lớn hơn kích thước trang tính

2.1.4 Ứng dụng Excel trong thực tế :

- Mặc dù có một số nhược điểm như vừa nêu, song các ưu điểm của Excel vẫn là cơ bản, nó cho phép giải quyết được hầu hết các công việc, bài toán nhỏ và vừa trong thực tế học tập, sản xuất với thời gian thiết kế rất ngắn Chính vì vậy, trong công tác tính toán, thiết kế các công trình cầu hầm hiện nay, hầu hết đều sử dụng Excel như một công cụ để tính toán, sử lý số liệu trong các khâu công tác như : tính toán thiết kế; lập dự toán; lập hồ sơ dự thầu; kiểm toán kết cấu trong thi công; lập quyết toán; lập các phiếu kiểm định chất lượng vật liệu & cấu kiện

2.2 Hệ thống giao diện và các kiến thức cơ bản về công thức và hàm

2.3.1 Hệ thống giao diện và các thao tác cơ bản trong Excel

- Excel 2007 và các phiên bản mới hơn dùng định dạng tập tin mặc định là “.XLSX” (dựa trên chuẩn XML giúp việc trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng được dễ dàng hơn) thay cho định dạng chuẩn trước đây là “.XLS”

Hình 2.1 Giao diện Excel

- Excel 2007 và các phiên bản mới hơn thay đổi giao diện người dùng từ việc sử dụng các thanh thực đơn truyền thống thành các cụm lệnh dễ dàng truy cập được trình bày ngay trên màn hình gọi là Ribbon

 Có các nhóm Ribbon chính: Home, Insert, Page Layout, Formulas, Data, Reviews, View,

Developer, Add-Ins

Hình 2.2 Thanh công cụ Ribbon

 Home: Là nơi chứa các nút lệnh được sử dụng thường xuyên trong quá trình

làm việc như: cắt, dán, sao chép, định dạng tài liệu, các kiểu mẫu có sẵn, chèn hay xóa dòng hoặc cột, sắp xếp, tìm kiếm, lọc dữ liệu,…

 Insert: Chèn các loại đối tượng vào bảng tính như: bảng biểu, vẽ sơ đồ, đồ thị,

ký hiệu, …

 Page Layout: Chứa các nút lệnh về việc hiển thị bảng tính và thiết lập in ấn

 Formulas: Chèn công thức, đặt tên vùng (range), công cụ kiểm tra theo dõi

công thức, điều khiển việc tính toán của Excel

 Data: Các nút lệnh thao đối với dữ liệu trong và ngoài Excel, các danh sách,

phân tích dữ liệu,…

 Review: Các nút lệnh kiễm lỗi chính tả, hỗ trợ dịch từ, thêm chú thích vào các

ô, các thiết lập bảo vệ bảng tính

 View: Thiết lập các chế độ hiển thị của bảng tính như: phóng to, thu nhỏ, chia

màn hình, …

 Developer: Tab này mặc định được ẩn vì nó chỉ hữu dụng cho các lập trình viên, những người có hiểu biết về VBA Để mở nhóm này nhấn vào nút Office

- Excel Options - Popular - Chọn Show Developer tab in the Ribbon

 Add-Ins: Tab này chỉ xuất hiện khi Excel mở một tập tin có sử dụng các tiện

ích bổ sung, các hàm bổ sung,…

 Sử dụng các tổ hợp phím tắt để di chuy ể n

- Để đến được nơi cần thiết trong bảng tính ngoài việc dùng chuột cuốn các thanh cuốn ngang và dọc, các phím mũi tên thì bạn nên nhớ các tổ hợp phím ở bảng bên dưới để giúp di chuyển được nhanh hơn

Bảng 2.1 Tổng hợp các phím tắt trong Excel

← hoặc Shift + Tab Sang ô bên trái

Ctrl + Home Đến địa chỉ ô A1 trong worksheet Ctrl + End Đến địa chỉ ô có chứa dữ liệu sau cùng

trong worksheet Alt + Page Up Di chuyển ô hiện hành qua trái một màn

hình Alt + Page Down Di chuyển ô hiện hành qua phải một

mành hình Page Up Di chuyển ô hiện hành lên trên một màn

hình Page Down Di chuyển ô hiện hành xuống dưới một

màn hình

End + → hoặc Ctrl + → Đến ô bên phải đầu tiên mà trước hoặc

sau nó là ô trống End + ← hoặc Ctrl + ← Đến ô bên trái đầu tiên mà trước hoặc sau

nó là ô trống End + ↑ hoặc Ctrl + ↑ Lên ô phía trên đầu tiên mà trên hoặc

dưới nó là ô trống End + ↓ hoặc Ctrl + ↓ Xuống ô phía dưới đầu tiên mà trên hoặc

dưới nó là ô trống Ctrl + Page Up Di chuyển đến sheet phía trước sheet hiện

hành Ctrl + Page Down Di chuyển đến sheet phía sau sheet hiện

hành

 Thanh công thức( Formula bar ) : Excel đặc biệt khác Word là ở chỗ trong màn

hình giao diện có bố trí một thanh công thức

2.3.2 Các kiến thức cơ bản về công thức và hàm

a) Công thức

- Công thức giúp bảng tính hữu ích hơn rất nhiều, nếu không có các công thức thì bảng tính cũng giống như trình soạn thảo văn bản Chúng ta dùng công thức để tính toán từ các dữ liệu lưu trữ trên bảng tính, khi dữ liệu thay đổi các công thức này sẽ tự động cập nhật các thay đổi và tính ra kết quả mới giúp chúng ta đỡ tốn công sức tính lại nhiều lần Vậy công thức có các thành phần gì?

- Công thức trong Excel được nhận dạng là do nó bắt đầu là dấu = và sau đó là sự kết hợp của các toán tử, các trị số, các địa chỉ tham chiếu và các hàm

Hình 2.3 Các thành phần của công thức

Bảng 2.2: Các toán tử trong công thức

Bảng 2.3: Các toán tử trong công thức

b) Giới thiệu hàm (Function)

- Hàm trong Excel được lập trình sẵn dùng tính toán hoặc thực hiện một chức năng nào đó Việc sử dụng thành thạo các hàm sẽ giúp chúng ta tiết kiệm được rất nhiều thời gian so với tính toán thủ công không dùng hàm Các hàm trong Excel rất đa dạng bao trùm nhiều lĩnh vực, có những hàm không yêu cầu đối số, có những hàm yêu cầu một hoặc nhiều đối số, và các đối số có thể là bắt buộc hoặc tự chọn

Ví dụ:

=Rand() hàm không có đối số

=If(A1>=5,”Đạt”,”Rớt”) hàm 3 đối số

=PMT(10%,4,1000,,1) hàm nhiều đối số và đối số tùy chọn

- Trong Excel từ phiên bản 2007 có các nhóm hàm chính như:

 Hàm ngoại: Call, Registed.ID,…

 Hàm lấy dữ liệu từ SSAS: Cubeset, Cubevalue,…

 Hàm dữ liệu: Dmin, Dmax, Dcount,…

 Hàm ngày và thời gian: Time, Now, Date,…

 Hàm kỹ thuật: Dec2Bin, Dec2Hex, Dec2Oct,…

 Hàm tài chính: Npv, Pv, Fv, Rate,…

 Hàm thông tin: Cell, Thông tin, IsNa,…

 Hàm luận lý: If, And, Or,…

 Hàm tham chiếu và tìm kiếm: Choose, Vlookup, OffSet,…

 Hàm toán và lượng giác: Log, Mmult, Round,…

 Hàm thống kê: Stdev, Var, CountIf,…

 Hàm văn bản: Asc, Find, Text,…

- Một trong những cách dễ dàng nhất để sử dụng hàm trong Excel là sử dụng thư

viện hàm Khi muốn sử dụng hàm nào ta chỉ việc vào thanh Ribbon à chọn nhóm

Formulas à Function Library là chọn hàm cần sử dụng Ngoài ra ta có thể nhấn vào

nút f x trên thanh công thức để gọi hộp thoại Insert Function một cách nhanh chóng

và khi cần tìm hiểu về hàm này bạn chỉ cần nhấn vào Help on this function

Hình 2.4.Hộp thoại Insert Function d) Tham chiếu trong công thức

- Các tham chiếu sử dụng trong công thức giúp cho chúng ta khỏi tốn công sửa chữa các công thức khi các giá trị tính toán có sự thay đổi Có 3 loại tham chiếu sau:

 Tham chiếu tương đối: Tham chiếu tương đối trong công thức (ví dụ như A1)

dựa vào vị trí tương đối của địa chỉ ô chứa công thức và địa chỉ của ô tham chiếu đến Khi vị trí của ô chứa công thức thay đổi thì địa chỉ ô tham chiếu đến cũng thay đổi tương ứng Khi ta chép công thức sang các dòng hay cột khác, thì địa chỉ tham chiếu

cũng tự động thay đổi tương ứng Excel mặc định công thức nhập vào dùng tham chiếu tương đối Ví dụ, khi ta chép công thức tại ô B2 chứa tham chiếu tương đối đến

ô A1 (=A1) xuống ô B3 thì khi đó công thức trong ô B3 tự động thay đổi tham chiếu đến ô A2 (=A2)

 Tham chiếu tuyệt đối (tham chiếu tuyệt đối cả cột và dòng): Một ô có công

thức tham chiếu tuyệt đối đến một ô nào đó (ví dụ $A$1) khi đó dù cho ô chứa công thức bị di chuyển hay sao chép đến nơi khác thì công thức vẫn luôn luôn tham chiếu đến ô đó (A1) Excel mặc định công thức nhập vào dùng tham chiếu tương đối, do vậy ta cần chuyển sang tham chiếu tuyệt đối khi cần thiết (bằng cách đặt dấu $ trước các tiêu đề dòng và cột – phím tắt là F4) Ví dụ, nếu ta chép một công thức (tại ô B2 xuốn ô B3) có tham chiếu tuyệt đối đến ô =$A$1 thì công thức trong ô B3 vẫn là

=$A$1

 Tham chiếu hỗn hộp (tham chiếu tuyệt đối dòng hoạc cột): Tham chiếu hỗn

hợp là dạng tham chiếu kết hợp 2 loại tham chiếu tương đối và tuyệt đối, trong tham chiếu hỗn hợp chỉ có cột hoặc dòng được cố định (tuyệt đối) Ví dụ, tham chiếu cố định cột có dạng $A1, $B1, và tham chiếu cố định dòng có dạng A$1, B$1, … Khi vị trí của ô chứa công thức thay đổi thì phần địa chỉ tương đối (trong tham chiếu hỗn hợp) sẽ thay đổi theo còn phần địa chỉ tuyệt đối (trong tham chiếu hỗn hợp) sẽ không thay đổi Ví dụ khi ta chép công thức có chứa tham chiếu hỗn hợp (=A$1) trong ô A2 sang ô B3 thì công thức trong ô B3 thay đổi thành =B$1

Lưu ý: - Dấu $ trước thứ tự cột là cố định cột và trước thứ tự dòng là cố định dòng

- Nhấn phím F4 nhiều lần để (tuyệt đối) cố định/ bỏ cố định dòng hoặc cột Tham khảo đến worksheet khác: Xét ví dụ sau, hàm AVERAGE tính toán bình

quân các giá trị thuộc vùng B1:B10 trên Worksheet Marketing trong cùng Workbook

Ghi chú: Tên worksheet và dấu chấm than (!) được đặt trước vùng địa chỉ tham chiếu

Lưu ý:

Tham chiếu đến địa chỉ ở worksheet khác nhưng cùng workbook thì có dạng

Tên_sheet!Địa_chỉ_ô Ví dụ:

=A2*Sheet2!A2

=A2*’Thong so’!B4

Khi tên sheet có chứa khoảng trắng thì để trong cặp nháy đơn ‘ ’

Tham chiếu đến địa chỉ trong workbook khác thì có dạng

[Tên_Workbook]Tên_sheet!Địa_chỉ_ô Ví dụ:

=A2*[Bai2.xlsx]Sheet3!A4

=A2*’[Bai tap 2.xlsx]Sheet3’!A4

Khi tên Sheet hay Workbook có chứa khoản trắng để trong cặp nháy đơn ‘ ’

=A2*’C:\Tai lieu\[Bai tap 2.xlsx]Sheet3’!A4

Khi tham chiếu đến workbook khác mà workbook này không mở

=A2*’\\DataServer\Excel\[Bai tap 2.xlsx]Sheet3’!A4

Khi tham chiếu đến tài nguyên chia sẽ trên máy chủ trong mạng

e) Các lỗi thông dụng và cách xử lý lỗi

Bảng 2.4 Các lỗi thông dụng khi thực hiện với công thức và hàm

#DIV/0! Trong công thức có chứa phép chia cho 0 (zero) hoặc chia ô rỗng

#NAME? Do dánh sai tên hàm hay tham chiếu hoặc đánh thiếu dấu nháy

#N/A Công thức tham chiếu đến ô mà có dùng hàm NA để jiễm tra sự tồn

tại của dữ liệu hoặc hàm không có kết quả

#NULL! Hàm sử dụng dữ liệu giao nhau của 2 vùng mà 2 vùng này không có

phần chung nên phần giao rỗng

#NUM! Vấn đề đối với giá trị, ví dụ như dùng nhầm số âm trong khi đúng

phải là số dương

#REF! Tham chiếu bị lỗi, thường là do ô tham chiếu trong hàm bị xóa

#VALUE! Công thức tính toán có chứa kiểu dữ liệu không đúng

2.3 Các hàm thông dụng trong Excel dùng trong thiết kế kết cấu cầu hầm

2.3.1 Phân loại hàm của Excel

- Excel chia các hàm thành nhiều nhóm tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng chính của

nó Bao gồm:

Hàm ngoại lai: Các hàm ngoại trong Excel (DDE - Dynamic Data Exchange) cho bạn

gọi các chương trình khác theo kiểu những thư viện kết nối động (DLL), các chương

trình này là các tập tin chương trình bên ngoài Excel Sử dụng tính năng này, bạn có thể thực hiện các chương trình thuộc về những ứng dụng khác hay là bạn có thể lập chương trình riêng cho mình và cất nó trong thư viện nối kết động

Hàm Cube: Là các hàm tìm và nạp dữ liệu từ SQL Server Analysis Services (phiên

bản 2000 & 2005) vào bảng tính, bao gồm các thành phần, các tập hợp, các giá trị tổng hợp, KPI (Key Performance Indicator) từ khối OLAP (On Line Analytical Processing) Các dữ liệu thu về này có thể đặt bất kỳ đâu trong bảng tính và có thể tính toán bình thường bằng các hàm trong Excel

Hàm dữ liệu: Các hàm này giúp trích thông tin từ một cơ sở dữ liệu hay một danh

sách và có thể thực hiện các tính toán trên thông tin trích ra

Hàm ngày tháng và thời gian: Các hàm ngày tháng giúp chúng ta tính toán trên dữ

liệu ngày tháng rất dễ dàng và linh hoạt Các ngày, giờ sẽ được gán một con số tuần tự (ngày là phần nguyên và giờ là phần số thập phân của số tuần tự)

Hàm kỹ thuật: Những hàm kỹ thuật chó phép chúng ta thực hiện các phép tính đặc

biệt trong các ngành kỹ thuật Để sử dụng các hàm này cần phải Add-Ins bộ Analysis ToolPak

Hàm tài chính: Các hàm tài chính cho phép bạn tính toán những vấn đề liên quan đến

tài chính trong bảng tính như tính vốn ban đầu và tiền lời cho một khoản vay, tính khấu hao, tính doanh thu

Hàm Thông tin: Các hàm thông tin cho phép chúng ta biết được những thông tin về

các ô trong bảng tính Chúng ta có thể xác định thông tin chứa trong một ô bất kỳ và giúp chúng ta kiểm tra thông tin chứa trong các ô

Hàm luận lý: Các hàm luận lý giúp chúng ta quyết định về thông tin trong các ô trên

bảng tính Chúng ta có thể kiểm tra xem những điều kiện nào là đúng, những điều kiện nào là sai Nếu đúng thì hàm sẽ làm thao tác gì và sai thì hàm sẽ làm gì

Hàm tham chiếu và tìm kiếm:Những hàm tìm kiếm và tham khảo giúp chúng ta truy

xuất tới các ô trong bảng tính theo địa chỉ, hàng và cột Sử dụng nhóm hàm này thành thạo bạn mới thấy được sự mạnh mẽ của bảng tính Excel

Hàm toán và lượng giác: Các hàm toán học và lượng giác được dùng rất nhiều và

cách áp dụng rất đa dạng Excel cung cấp rất nhiều hàm loại này

Hàm thống kê: Các hàm thống kê trong Excel giúp ta phân tích dữ liệu trong bảng

tính và giúp chúng ta có những quyết định tin cậy hơn từ những kết quả thống kê thu được

Hàm văn bản: Những hàm văn bản trong Excel giúp ta điều khiển các chuỗi văn bản

có trong bảng tính Chúng ta có thể định dạng văn bản, tìm kiếm, thay thế và thực hiện rất nhiều thao tác trên văn bản

2.3.2 Cấu trúc hàm

- Một hàm trong Excel bao giờ cũng có cấu trúc như sau :

Tên hàm : thường được viết tắt của 1 từ hoặc 1 nhóm từ tiếng Anh Tên hàm thường

được đặt để gợi ý cho ý nghĩa của hàm

Ví dụ :

+ Hàm LOG10(Number) – tính logarit cơ số 10 của 1 số

+ Hàm ROUND(number, num_digits): làm tròn số number lên trên đến số lẻ thập phân num_digits chỉ định

Đối số : Hàm sử dụng đối số giống như công thức sử dụng biến

LOG10(100)=2 lg(100)=2

Có rất ít hàm không có đối số :

Ví dụ : - Hàm PI() : trả về số pi;

- Hàm TODAY() : trả về ngày tháng năm hiện hành;

- Hàm NOW() : Trả về giờ phút giây hiện hành

Các hàm khác nhau sẽ sử dụng số lượng các đối số khác nhau Khi 1 hàm có nhiều

đối số, các đối số sẽ được ngăn cách với nhau bằng dấu “ , ” hoặc dấu “ ; “

Khi định dạng số kiểu Mỹ ( English United States ) các đối số sẽ được ngăn cách với nhau bằng dấu “ , ”; Khi định dạng số kiểu Việt Nam (Vietnamese) các đối số sẽ được ngăn cách với nhau bằng dấu “ ; ”.Để biết được điều này ta chú ý tại thanh công cụ Home như hình dưới:

Tại vị trí number nếu xuất hiện dấu “,” như hình trên thì các đối số sẽ được ngăn cách bằng dấu “,” Tương tự đối với dấu “;”

Lưu ý:

Các đối số có thể là số, ô rỗng, giá trị logic, hoặc các chữ thể hiện số Nhưng không bao gồm các đối số bị lỗi hoặc chữ không thể chuyển thành số sẽ gây ra lỗi Nếu đối số là mảng hay tham chiếu, thì chỉ các giá trị số trong mảng hay tham chiếu đó mới được sử dụng Những ô rỗng, giá trị logic, hay text, v.v sẽ được bỏ

qua, nếu muốn sử dụng cả những giá trị này, bạn có thể dùng hàm MAXA(), MINA()

với cú pháp tương đương

Nếu không có đối số nào chứa số, MAX(), MIN() sẽ trả về kết quả là zero (0)

 Hàm AVERAGE() và AVERAGEA()

Tính trung bình (trung bình cộng) của các số

Cú pháp: = AVERAGE(number1, number2, )

number1, number2, : Các số dùng để tính trung bình Tối thiểu phải là 1 và tối đa là

255 đối số (con số này trong Excel 2003 trở về trước chỉ là 30) Các đối số có thể là

số, là tên, là mảng hay tham chiếu đến các giá trị số

Ví dụ:

Lưu ý:

Nếu đối số là một mảng hay là một tham chiếu có chứa text, giá trị logic, ô rỗng, các giá trị lỗi, v.v thì các giá trị đó sẽ được bỏ qua; tuy nhiên, các ô chứa giá trị là zero (0) thì vẫn được tính

Nếu cần tính trung bình cả các giá trị logic và các giá trị text thể hiện số, bạn sử dụng hàm AVERAGEA(), với cùng cú pháp

b) Hàm tham chiếu và tìm kiếm (Lookup functions)

+ Lookup_value: là giá trị sẽ được tìm kiếm trong vùng Lookup_vector

Lookup_value có thể là một số, một chuỗi hay một tham chiếu

+ Lookup_vector: là vùng dò tìm, vùng này có thể là một dòng hay một cột Giá

trị chứa trong vùng có thể là số, chuỗi

+ Result_vector: là vùng chứa giá trị trả về (1cột hoặc 1 dòng) Độ lớn của

Result_vector phải tương ứng với Lookup_vector

Lưu ý:

Lookup_vector phải được sắp xếp theo thứ tự tăng dần như: -2,-1,0,1,2; A,B,C Z; FALSE, TRUE Nếu không, kết quả trả về nhiều khi không chính xác

Nếu như không tìm thấy Lookup_value trong vùng dò tìm, hàm sẽ lấy giá trị lớn nhất

có trong vùng dò tìm (Lookup_vector) mà có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng giá trị dò tìm Lookup_vector

Nếu giá trị nhỏ nhất trong vùng dò tìm Lookup_vector mà lớn hơn giá trị của lookup_value thì hàm báo lỗi #N/A

Ví dụ:

Dạng Mảng: Cú pháp: LOOKUP(lookup_value,array)

- Lookup_value: là giá trị sẽ được tìm kiếm trong mảng Array Lookup_value có thể

là một số, một chuỗi hay một tham chiếu

- Array: là vùng tìm kiếm, có thể là một vùng nhiều ô hay một mảng Giá trị chứa

trong array có thể là số, chuỗi, giá trị logic

Lưu ý:

Nếu như không tìm thấy Lookup_value trong vùng dò tìm, hàm sẽ lấy giá trị lớn nhất

có trong vùng dò tìm (Lookup_vector) mà có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng giá trị dò tìm Lookup_vector

Nếu Lookup_value nhỏ hơn giá trị nhỏ nhất trong cột hoặc hàng đầu tiên trong array thì hàm sẽ báo lỗi #NA!

Hàm lookup dạng mảng gần giống với Hàm Hlookup và Vlookup Điểm khác biệt là hàm Vlookup hay hàm Hlookup tìm kiếm trên dòng (hoặc cột) đầu tiên, còn hàm

Lookup thì tim kiếm tùy thuộc vào kích thước của mảng Nếu mảng (array) có số cột nhiều hơn số dòng thì hàm sẽ tìm trên dòng đầu tiên của mảng, và ngược lại Nếu mảng có số cột bằng số dòng thì hàm sẽ tìm trên cột đầu tiên của mảng

Hàm lookup luôn trả về giá trị ở cột hoặc dòng cuối cùng trong mảng

Các giá trị ở dòng hoặc cột đầu tiên trong mảng phải được sắp xếp theo thứ tự tăng dần, nếu không kết quả trả về nhiều khi không chính xác

- Lookup_value: là giá trị dùng để dò tìm, lookup_value có thể là một số, một chuỗi,

một giá trị logic hay một tham chiếu

- Lookup_array: là vùng dò tìm, có thể là một cột hoặc một dòng, hoặc một mảng các

giá trị

- Match_type: là tùy chọn để xác định kiểu dò tìm Có 3 tùy chọn là -1,0,1:

match_type = 0: Hàm sẽ dò tìm chính xác giá trị lookup_value trong lookup_array, nếu không tìm thấy hàm sẽ báo lỗi #N/A

match_type = 1(hoặc để trống): Hàm sẽ dò tìm giá trị lớn nhất trong lookup_array mà

có giá trị <= giá trị của lookup_value Trường hợp này, các phấn tử trong lookup_array phải được sắp xếp từ nhỏ đến lớn ( -2,-1,0,1,2…A,B,C Z…False, True)

match_type = -1: Hàm sẽ dò tìm giá trị nhỏ nhất trong lookup_array mà có giá trị >= giá trị của lookup_value Trường hợp này, các phấn tử trong lookup_array phải được sắp xếp từ lớn đến nhỏ ( True, False, Z…A, 2,1,0,-1,-2 )

Lưu ý: Nếu match_type = 0, lookup_value là một chuỗi ký tự thì bạn có thể dùng ký

tự * hoặc? Để đại diện cho một vài ký tự trong chuỗi dò tìm lookup_value ( * đại diện cho một vài ký tự, ? Đại diện cho 1 ký tự)

- Array: là một dãy ô hay một hằng mảng

- Row_num: là số chỉ dòng của giá trị trong mảng cần trả về Nếu bỏ qua row_num thì

buộc phải có col_num

- Col_num: là số chỉ cột của giá trị trong mảng cần trả về Nếu bỏ qua col_num thì

buộc phải có row_num

Nếu hai đối số col_num và row_num đều được sử dụng, INDEX() sẽ trả về giá trị của

ô là giao điểm của col_num và row_num

Nếu row_num hoặc col_num bằng 0, hàm sẽ trả về mảng các giá trị là toàn bộ cột hoặc toàn bộ dòng tương ứng

Row_num và col_num phải chỉ tới một ô trong mảng, nếu không, INDEX() sẽ báo lỗi

#REF!

Dạng Tham chiếu: INDEX(reference,row_num,col_num,area_num)

+ Reference: là một tham chiếu đến một hoặc nhiều dãy ô liên tiếp

+ Row_num: là số chỉ dòng trong vùng tham chiếu được trả về

+ Col_num: là số chỉ cột trong vùng tham chiếu được trả về

+ Area_num: là số chỉ thứ tự của vùng trong tham chiếu được chọn Nếu để

Công thức trong ô tính B11:=INDEX(A4:J7;2;4) cho giá trị bằng 1470 Lý do: mảng

dò tìm A4:J7 sẽ có phần tử ở hàng 1 – cột 1 là ô tính A4; Hàng dò tìm khai báolà 2, cột dò tìm khai báo là 4 vì vậy phần tử cần tìm ở hàng 2 cột 4 của mảng chính là ô tính D5 của trang tính vàcó giá trị bằng 1470

Cách làm này không hay vì người dùng phải chỉ ra rõ phần tử ở hàng mấy, cột mấy – chẳng khác nào cách tra bảng bằng tay thông thường Song nếu kết hợp với hàm MATCH thì lập tức Excel sẽ tự động dò tìm Eyc theo 2 thông số : Loại mặt đườngngười dùng nhập ở ô tính B9, Lưu lượng trục xe tính toán ở ô tính B10 Cách làm như sau :

Nhập vào ô tính B12 công thức :=INDEX(A4:J7,MATCH(B9,A4:A7,0), MATCH(B10,A4:J4,0))

Công thức này cũng trả giá trị là 1470 Lý d :- Đối số thứ 2 của hàm INDEX trên là

MATCH(B10,A4:A7,0) – hàm này tìm B9 có giá trị là chuỗi “A1” trong dãy A4:A7 vì vậy nó trả giá trị bằng 2 ( phần tử thứ 2 trong dãy A4:A7 bằng đúng giá trị dò tìm là chuỗi “A1”;

- Đối số thứ 3 của hàm INDEX trên là MATCH(B10,A4:J4,0) – hàm này tìm B10 có giá trị là 50 trong dãy A4:J4 vì vậy nó trả giá trị bằng 3 ( phần tử thứ 3 trong dãyA4:J4 bằng đúng giá trị dò tìm là 50;Vì vậy, giá trị hàm INDEX trả về cũng giống như giá trị trong ô tính B11; Điểm khác biệt là ở chỗ : nếu người dùng thay đổi “Loại mặt đường” hoặc “Lưu lượng trục xe tính toán” ở 2 ô tính B9 & B10 thì lập tức hàm sẽ tự động tra lại Mô đun đàn hồi yêucầu theo bảng & điền giá trị vào ô tính B12

c) Hàm luận lý (Logical functions)

 Hàm IF

Hàm IF(), đây là một trong những hàm được dùng nhiều nhất trong các bảng tính

Excel

Cái lập luận: "Nếu tôi tôi đúng thì làm cho tôi cái này, nếu tôi sai thì làm cho tôi cái kia" Có lẽ trong chúng ta ai cũng hiểu

Một tình huống đơn giản nhất

Cú pháp: IF(logical_test, value_is_true, value_is_false)

logical_test: Một điều kiện sẽ được xét xem đúng (TRUE) hay sai (FALSE), Điều

kiện kiểm tra có thể là một đẳng thức hoặc bất đẳng thức;

value_is_true: giá trị trả về khi biểu thức logical_test được kiểm tra là đúng (TRUE).

Giá trị của hàm nếu điều kiện kiểm tra đúng, có thể là 1 giá trị, một công thức hoặc 1 hàm khác

value_is_false: giá trị của hàm nếu điều kiện kiểm tra sai, có thể là 1giá trị, một công thức hoặc 1 hàm khác

Ví dụ 1:

=IF(A1 >= 1000, "It’s big!")

Nghĩa là, nếu giá trị ở A1 lớn hơn hoặc bằng 1000, thì kết quả nhận được sẽ là "It's big!", còn không, nếu A1 nhỏ hơn 1000, kết quả sẽ là FALSE

Ví dụ 2: ứng dụng hàm IF lồng nhau để kiểm tra 1 số Ví dụ bên dưới cho thấy đối số thứ 3 của hàm IF lại là 1 hàm IF khác; Hàm IF có thể lồng nhau như vậy tối đa 7 lần ( tức là có thể

rẽ được 8 nhánh )

 Hàm SUMIF

Ý nghĩa của hàm : tính tổng các ô tính trong vùng cộng tổng khi các ô tính ở vùng

kiểm tra thoả mãn điều kiện kiểm tra, nằm trong nhóm hàm toán học & lượng giác

Cú pháp của hàm: SUMIF(range,criteria,sum_range)

+ Đối số thứ nhất : Range – vùng kiểm tra; Đây là vùng ô tính muốn kiểm tra giá trị,

thường được nhập dưới dạng 1 dãy ô, ví dụ : A1:A7, A1:M1, Sẽ là sai nếukhai báo đối

số này dưới dạng 1 vùng ô (1 mảng ), ví dụ : A1:C7

+ Đối số thứ hai : Criteria - điều kiện kiểm tra Đây là điều kiện để kiểm tra các ô tính trong vùng kiểm tra Đối số này có thể là 1 giá trị ( chuỗi, số ) hoặc cũng có

thể là 1 bất đẳng thức Khi là 1 bất đẳng thức thì phải đóng nó trong toán tử rào, ví dụ:

“>2” – kiểm tra xem các ô tính trong vùng kiểm tra có lớn hơn 2 hay không ?

+ Đối số thứ ba : Sum_range - vùng cộng tổng Đây là một đối số không bắtbuộc

Nếu người dùng không nhập đối số này Excel sẽ hiểu vùng kiểm tra chính là vùng cộng tổng Còn khi người dùng khai báo đối số nó phải có kiểu & kíchthước giống như Range

Hàm hoạt động như sau : Các giá trị trong Range sẽ được kiểm tra theo Criteria; nếu

kết quả kiểm tra cho giá trị TRUE thì ô tính tương ứng trong Sum_range sẽ được cộng

vào tổng

Ví dụ:

Nhập hàm SUMIF như ở ô A5 sẽ cho giá trị là 9 Hàm kiểmtra vùng A1:A4 nếu có phần tử nào trong vùng này bằng chuỗi“ Hai” như ở điều kiện kiểm tra thì phần tử tương ứng trong vùng cộng tổng B1:B4 sẽ được cộng vào tổng số ( ở đây là phần tử thứ nhất B1 & phần tử thứ

4 là B4 : B1+B4 = 9)

+ Nhập hàm SUMIF như ở ô B5 sẽ cho giá trị là 16 Hàm kiểm tra vùng B1:B4 nếu có phần

tử nào trong vùng này thoả mãn điều kiện kiểm tra ( >2 ) thì phần tử tương ứng trong vùng cộng tổng B1:B4( vì không khai báo vùng cộng tổng nên Excel hiểuvùng cộng tổng chính là B1:B4 ) sẽ được cộng vào tổng số ( ở đây là phần tử B2, B3 & phần tử thứ 4 là B4 : B2+B3+B4 = 16)

+ Nhập hàm SUMIF như ở ô C5 ( =SUMIF(B1:B4,”>=2”) sẽ cho giá trị là 18; Cách giải thích tương tự như trên

 Hàm COUNTIF

Ý ngh ĩa của hàm : đếm số lượng ô tính trong vùng kiểm tra thoả mãnđiều kiện kiểm

tra, nằm trong nhóm hàm toán học & lượng giác

Cú pháp của hàm : COUNTIF(range,criteria)

+ Đối số thứ nhất : Range – vùng kiểm tra, dùng tương tự như hàm SUMIF

+ Đối số thứ hai : Criteria - điều kiện kiểm tra, dùng tương tự như hàm SUMIF

Ví dụ:

Đếm số ô có chứ Hai trong dãy A1:A4 ta được 2, và số ô trong dãy B1:B4 có giá trị lớn hơn hoạc bằng 4 ta được 3

 Hàm COUNTIFS tương tự như hàm COUNTIF nó có cú pháp sau:

Cú pháp của hàm: COUNTIF(range1,criteria1,range2,criteria2, )

Ví dụ: đếm số ô trong dãy B1:B4 có giá trị lớn hơn 2 và nhỏ hơn 7 ta được 2 ô

Hàm Toán

ABS (number): Tính trị tuyệt đối của một số (giá trị tuyệt đối của một số là số luôn

luôn dương)

EVEN (number): Làm tròn một số đến số nguyên chẵn gần nhất

EXP (number): Tính lũy thừa cơ số e của một số

FACT (number) : Tính giai thừa của một số

FACTDOUBLE (number) : Tính giai thừa cấp hai của một số

INT (number) : Làm tròn một số xuống số nguyên gần nhất

LN (number) : Tính logarit tự nhiên của một số

LOG (number) : Tính logarit của một số

LOG10 (number) : Tính logarit cơ số 10 của một số

MOD (number, divisor) : Lấy phần dư của một phép chia

PI () : Trả về giá trị con số Pi

POWER (number, power) : Tính lũy thừa của một số

PRODUCT(number1, number2, ) : Tính tích các số

RAND () : Trả về một số ngẫu nhiên giữa 0 và 1

ROUND (number, num_digits) : Làm tròn một số theo sự chỉ định

SIGN (number) : Trả về dấu (đại số) của một số

SQRT (number) : Tính căn bậc hai của một số

SQRTPI (number) : Tính căn bậc hai của một số được nhân với Pi

Danh mục các Hàm Lượng Giác

ACOS (number) : Trả về một giá trị radian nằm trong khoảng từ 0 đến Pi, là

arccosine, hay nghịch đảo cosine của một số nằm trong khoảng từ -1 đến 1

ACOSH (number) : Trả về một giá trị radian, là nghịch đảo cosine-hyperbol của

một số lớn hơn hoặc bằng 1

ASIN (number) : Trả về một giá trị radian nằm trong đoạn từ -Pi/2 đến Pi/2, là

arcsine, hay nghịch đảo sine của một số nằm trong khoảng từ -1 đến 1

ASINH (number) : Trả về một giá trị radian, là nghịch đảo sine-hyperbol của một

số

ATAN (number) : Trả về một giá trị radian nằm trong khoảng từ -Pi/2 đến Pi/2, là

arctang, hay nghịch đảo tang của một số

ATANH (number) : Trả về một giá trị radian, là nghịch đảo tang-hyperbol của một

số nằm trong khoảng từ -1 đến 1

COS (number) : Trả về một giá trị radian, là cosine của một số

COSH (number) : Trả về một giá trị radian, là cosine-hyperbol của một số

DEGREES (angle) : Chuyển đổi số đo của một góc từ radian sang độ

RADIANS (angle) : Chuyển đổi số đo của một góc từ độ sang radian

SIN (number) : Trả về một giá trị radian là sine của một số

SINH (number) : Trả về một giá trị radian, là sine-hyperbol của một số

TAN (number) : Trả về một giá trị radian, là tang của một số

TANH (number) : Trả về một giá trị radian, là tang-hyperbol của một số

Bài tập thực hành:

1 Sử dụng phần mềm Excel để tính mô men uốn cho dầm giản đơn chịu lực

Cho một kết cấu nhịp cầu dầm giản đơn bê tông cốt thép mặt cắt chữ I có chiều dài nhịp tính toán Ltt=29,2m chịu tác dụng của tĩnh tải bản thân DC = 15,3kN/m, tĩnh tải của lớp phủ và tiện ích công công DW = 6,3kN/m và hoạt tải HL-93

Biết rằng hệ số điều chỉnh tải trọng = 1; các hệ số phân bố tải trọng của hoạt tải xe và tải trọng làn tính theo Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 bằng

c, Hãy xác định mô men uốn tính toán Mu tại mặt cắt cách gối một khoảng

CHƯƠNG III: SỬ DỤNG PHẦN MÊM MIDAS CIVIL TRONG

PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CẦU

3.1 Tổng Quan về Midas civil

 Giới thiệu chung về Midas civil

- MIDAS/Civil là một hệ thống tích hợp, được phát triển nhằm mục đích hỗ trợ phân tích kết cấu cầu cũng như các kết cấu phổ thông khác MIDAS/Civil được công ty MIDASIT, Hàn Quốc phát triển và đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam

3.1.2 Các bước tính toán bằng Midas civil

Bước 1: Khai báo vật liệu

Bước 2: Khai báo mặt cắt

Bước 3: Mô hình kết cấu

Bước 4: Khai báo điều kiện biên – liên kết

Bước 5: Khai báo tải trọng

Bước 6: Tổ hợp tải trọng và chạy chương trình

Bước 7: Xem và xuất kết quả

3.2 Giao diện của phần mềm và Các tính năng cơ bản của phần mềm

3.2.1 Giao diện phần mềm

Hình 3 1 Giao diện phần mềm

 Các thanh menu như File, Edit, View của phần mềm tương tự như các phần mềm văn phòng phổ biến hiện nay

 Model: Menu mô hình hóa kết cấu, bao gồm các lệnh

 Load: Menu chứa các công cụ khai báo tải trọng

 Analysis: Menu phân tích kết cấu

 Results: Menu kết quả phân tích

3.2.2 Các tính năng cơ bản của phần mềm:

- Khả năng phân tích: Khả năng tính toán của MIDAS/Civil là không hạn chế về số lượng phần tử và nút

- Dạng phần tử Để mô hình hóa kết cấu với MIDAS/Civil, người dùng có thể sử dụng

hầu hết các dạng phần tử từ phổ thông đến đặc biệt như:

Thanh dầm tổng quát (chịu kéo, nén, uốn, xoắn theo 3 phương trong không gian), Thanh chịu kéo, nén (phần tử dàn),

Thanh chỉ chịu kéo (cáp),

Thanh chỉ chịu nén,

Các phần tử tấm, vỏ, khối, v.v

Các dạng phần tử treo (hook)

- Mặt cắt của các phần tử có thể được lấy theo các tiêu chuẩn khác nhau như ASTM

(Mỹ), CSA (Canada), DIN (Đức), EN (Anh), v.v hoặc do người dùng tự định nghĩa

Ngoài ra, MIDAS/Civil còn cung cấp một công cụ, giúp thiết kế các dạng mặt cắt bất kỳ

và tính toán các đặc trưng hình học của chúng

- Dạng phân tích: Phần mềm Midas civil hỗ trợ hầu hết các dạng phân tích trong kỹ thuật

như Phân tích tĩnh, phân tích động, phân tích tuyến tính, phân tích phi tuyến, phân tích

biến dạng lớn, phân tích P-, Phân tích thủy nhiệt, phân tích quá trình thi công có xét tới

sự thay đổi Vật liệu, co ngót, từ biến theo thời gian

- Tốc độ tính toán: So với các chương trình khác tốc độ tính toán của Midas civil là rất

cao do chương trình áp dụng nhiều thuật toán tính toán hiện đại như giải đa ma trận

3.2.3 Các hệ tọa độ và các phần tử sử dụng trong mô hình

a, Hệ tọa độ:

Để làm việc với các kết cấu và mô hình kết cấu một cách chính xác

cần phải nắm vững kiến thức về hệ tọa độ sử dụng trong phần mềm

Midas civil:

Hệ tọa độ chung : hay gọi là hệ tọa độ tổng thể X-Y-Z hay còn

gọi là hệ tọa độ Đề - Các và các chiều của các trục tọa độ tuân

theo quy tắc bàn tay phải

Hệ tọa độ phần tử : sử dụng các chữ nhỏ x–y-z và chiều cũng xác định theo quy tắc

bàn tay phải Mỗi phần tử thanh đều có 1 hệ tọa độ phần tử riêng và chỉ áp dụng cho phần

tử đó

Trục x theo chiều từ điểm đầu “i” tới điểm cuối “j”

TRục z vuông góc với trục x và tạo 1 góc nhọn với trục Z

Trục y xác định theo quy tắc bàn tay phải

Trên mặt cắt ngang thì gốc thể hiện hệ tọa độ phần tử được lấy ở điểm

giữa phần tử để phân tích tính toán, tuy nhiên có thể mô hình tại các vị

trí 1,2,3,4 hoặc điểm giữa phía trên hoặc giữa phía dưới của phần tử chỉ

để phục vụ công tác mô hình

b, Các mô hình phần tử - nút:

Midas civil sử dụng phương pháp tính phần tử hữu hạn là chia kết

cấu thành hữu hạn các phần tử và nút Việc phân chia nút sao cho việc mô hình kết cấu

là dễ dàng, có nhiều cách mô hình kết cấu tùy thuộc vào thói quen của từng người

Việc lựa chọn nút thông thường tại các vị trí sau:

- Tại vị trí đặt lực tập trung

- Tại nơi mà mặt cắt, chiều dầy hoặc độ cứng thay đôi

- Tại nơi mà sự tập trung ứng suất

- Tại biên của kết cấu

Hình 3 3 Vị trí tham chiếu Hình 3 2 Trục tọa độ phần tử

- Tại các góc kết cấu

Ngoài việc lựa chọn vị trí các nút còn cần phải lựa chọn dạng phần tử cho phù hợp với sơ

đồ chịu lực của kết cấu, dưới đây sẽ trình bày các dạng phần tử sử dụng như:

chiều lớn hơn nhiều lần so với hai kích thước còn lại Theo sự làm việc có thể chia các phần tử thanh ra các loại sau:

 Thanh dàn(Truss): gồm hai nút và chỉ chịu lực dọc khi làm việc

 Thanh dầm(Beam): gồm hai nút và trên mặt cắt ngang có tất cả các thành phần nội lực

khi làm việc

 Các phần tử thanh đặc biệt: phần tử làm việc một chiều (chỉ chịu kéo hoặc chỉ chịu nén), các phần tử thanh bậc cao (có nút trung gian giữa hai nút), các phần tử thanh làm việc phi tuyến hình học

c, Các mô hình kết cấu mẫu của Midas civil:

Midas civil còn còn có chức năng Wizard hỗ trợ việc mô hình một số dạng kết cấu điển hình như:

Hình 3 4 Mô hình các kết cấu mẫu

Để sử dụng Wizard chọn: Modeling/Model/ Structure wizard rồi nhập đầy đủ các thông

Vật liệu trong mô hình cần những thuộc tính nào để có thể phản ánh được ứng xử của kết cấu thực khi chịu tải?

Giá trị các thuộc tính của vật liệu trong mô hình phải như thế nào?

3.1.7.1 Các thuộc tính cơ bản của vật liệu

- Mô-đun đàn hồi E: phản ánh quan hệ ứng suất - biến dạng trong vật liệu khi chịu tải

- Hệ số nở ngang (Poisson) µ: phản ánh sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa ứng suất, biến dạng của các phương khác nhau

- Hệ số dãn nở nhiệt α: phản ánh ứng xử của kết cấu khi nhiệt độ thay đổi

- Trọng lượng riêng γ: phản ánh trọng lực của kết cấu trên một đơn vị thể tích Trọng lượng riêng cho phép xác định ra tải trọng bản thân của kết cấu

- Cường độ: phản ánh giới hạn chịu lực của vật liệu

Trong một số bài toán, các số liệu không cần thiết sẽ được gán bằng 0

3.1.7.2 Các dạng vật liệu được sử dụng

Midas civil hỗ trợ mô hình nhiều loại vật liệu như thép, bê tông, Bê tông cốt thép-SRC,

do người dùng tự định nghĩa tương ứng với nhiều tiêu chuẩn khác nhau hiện nay Mô hình vật liệu trong Midas có thể mô hình mới hoặc lấy từ dự án cũ

3.2.5 Mô hình liên kết

3.1.7.3 Khái niệm và phân loại

Liên kết phản ánh sự ràng buộc của các bộ phận kết cấu với nhau hoặc với môi trường mà kết cấu tựa lên Sự ràng buộc này được thể hiện ở hai dạng: chuyển vị và lực

Với các liên kết ngoài (tức là các liên kết của các bộ phận công trình với môi trường): chuyển

vị tại các nút theo phương liên kết sẽ bị khống chế bởi theo chuyển vị tại môi trường Tại các nút

đó sẽ có tương tác giữa kết cấu với môi trường và xuất hiện phản lực liên kết tác dụng lên công trình

Hình 3 5 Mô hình liên kết với đất Với các liên kết trong (tức là các liên kết giữa các bộ phận kết cấu với nhau): chuyển vị giữa các nút tham gia liên kết sẽ bị ràng buộc với nhau Xét về mặt lực, các nội lực ứng với phương liên kết sẽ được truyền qua liên kết; ngược lại, các nội lực ứng với phương không tham gia liên kết sẽ không được truyền qua liên kết Vì vậy ứng với vị trí lân cận liên kết của các bộ phận, có thể xảy ra sự triệt tiêu về nội lực hay bước nhảy về chuyển vị