Phân tích cầu dầm đúc trên đà giáo cố định mô hình thư viện Wizrad Hiếm

Khai báo đặc tính vật liệu và mặt cắt 4Mô hình kết cấu 9 Mô hình dầm hộp bê tông dự ứng lực trước 10 Mô hình trụ 16 Khai báo nhóm kết cấu 17 Khai báo nhóm biên và nhập điều kiện biên 21

Hướng dẫn nâng cao 5

Phân tích thi công cầu FCM

sử dụng chức năng cơ bản

Civil

Khai báo đặc tính vật liệu và mặt cắt 4

Mô hình kết cấu 9

Mô hình dầm hộp bê tông dự ứng lực trước 10

Mô hình trụ 16

Khai báo nhóm kết cấu 17

Khai báo nhóm biên và nhập điều kiện biên 21

Gán nhóm tải trọng 24

Khai báo và sắp xếp các bước thi công 26

Khai báo các bước thi công 26

Sắp xếp các giai đoạn thi công 31

Nhập tải trọng 34

Quy trình thi công và phân tích thi công dạng cầu FCM

Trong bài hướng dẫn này, quy trình bài toán phân tích thi công được trình bày dưới dạng outline Lấy ví dụ phân tích là cầu bê tông dự ứng lực trước dầm hộp sử dụng phương pháp thi công đúc hẫng cân bằng_Free Cantilever Method (FCM) Sử dụng công cụ mô hình có sẵn “FCM Wizard” cho bài phân tích thi công này

Chú ý: Bài hướng dẫn lấy ví dụ là cầu 3 nhịp đúc hẫng thi công với 4 khuôn trượt_Form Travelers (FT)

Substructure completion

Pier table construction and fixity device set

Set the form traveler on the pier table

Form work assembly, reinforcement bar and tendon placing (7 days)

Pour concrete, curing concrete, and jack

tendons (5 days)

Move Form traveler to next segment

Side span construction (FSM)

Key segment construction

Set bearings, then jacking bottom tendon

Pave structure

Finishing

Trong phân tích thi công, trình tự thi công đưa ra dưới đây phải được thực hiện chính xác Tính năng phân tích thi công của MIDAS/Civil bao gồm việc kích hoạt/ ngưng kích hoạt các nhóm kết cấu, nhóm điều kiên biên và nhóm tải trọng Quy trình phân tích thi công dạng cầu FCM như sau:

1 Khai báo vật liệu và mặt cắt

2 Mô hình kết cấu

3 Khai báo nhóm kết cấu_Structure Group

4 Khai báo nhóm điều kiện biên_Boundary Group

5 Khai báo nhóm tải trọng_Load Group

6 Nhập tải trọng

7 Bố trí cáp

8 Cáp dự ứng lực trước

9 Khai báo đặc tính vật liệu theo thời gian

10 Thực hiện phân tích kết cấu

11 Kiểm tra kết quả phân tích

“Phân tích thi công sử dụng FCM Wizard” được mô phỏng từ bước 2 tới bước 8 Trong bài hướng dẫn này, quy trình phân tích dạng cầu đúc hẫng cân bằng sử dụng các chức năng chung được trình bày từ bước 1 tới bước 8 Các bước từ 9 tới 11 giống hệt với quy trinhg được đưa ra trong bài hướng dẫn “ Phân tích thi công sử dụng chức năng FCM Wizard”,và nó không được nhắc lại trong bài hướng dẫn này

Cài đặt môi trường làm việc

Để thực hiện một bài toán phân tích thi công cho cầu FCM, mở một file mới (

New Project) và lưu file với tên ‘FCM General.mcb’ ( Save)

Sau đó, đưa hệ đơn vị về ‘kN’ và ‘m’ người dùng có thể thay đổi hệ đơn vị trong

suốt quá trình mô hình sao cho thuận tiện

Khai báo đặc tính vật liệu và mặt cắt

Khai báo thông số vật liệu cho dầm, trụ và cáp

Properties Tab / Material Properties

Type>Concrete ; Standard>ASTM (RC) DB>Grade C5000 

Type>Concrete ; Standard> ASTM (RC) DB>Grade C4000 

Name>Tendon ; Type>User Defined Modulus of Elasticity (2.0e8)

Thermal Coefficient (1.0e-5) 

Hình 2 Hộp thoại nhập thông số vật liệu

Đầu tiên, khai báo mặt cắt trụ dạng người dùng tự định nghĩa_User Type và sau đó khai báo mặt cắt hộp Sử dụng chức năng Tapered Section Group, các thoog số của mặt cắt thay đổi được tính toán dễ dàng khi sử dụng tính năng section properties for

a variable section range can easily be calculated using the definition of a variable section range (by Group) together with the input of dimensions at both ends While using the Tapered Section Group function, it is unnecessary to define all the dimensions for each segment - only the section properties for pier and center span segment are needed

Khai báo mặt cắt trụ

Properties Tab / Section Properties

DB/User tab Section ID (1) ; Name (Pier) Section Shape>Solid Rectangle ; User>H (1.8), B(8.1) 

Hình 3 Hộp thoại khai báo mặt cắt

Khai báo thông số mặt cắt dầm hộp tại giữa nhịp

Properties Tab / Section Properties

PSC tab Section ID (2) ; Name (Span) Section Type>1 Cell

Joint On/Off>JO1 (on) , JI1 (on), JI5 (on)

Web Thick > Check all boxes marked Auto

Hình 4 Khai báo mặt cắt giữa nhịp

1.850 1.250 450

1.350 1.750 450 1.750 1.050

Khai báo thông số mặt cắt hộp tại trụ/ mố

Properties Tab / Section Properties

PSC tab Section ID (3) ; Name (Support) Section Type>1 Cell

Joint On/Off>JO1 (on) , JI1 (on), JI5 (on) Offset>Center-Top

Hình 5 Khai báo mặt cắt hộp tại trụ

Sau khi hoàn thành việc nhập thông số mặt cắt, Mặt cắt thay đổi được định nghĩa với

1.350 1.750 450 1.750 1.050

y Axis Variation>Linear ; z Axis Variation>LinearOffset>Center-Top

Section ID (5) ; Name (Support-Span) Section Type>PSC-1 Cell ; Joint On/Off>JO1 (on)

Mô hình kết cấu

Mô hình cầu FCM sử dụng các chức năng cơ bản trong phần mềm MIDAS/Civil

Để thực hiện phân tích thi công, đầu tiên phải khai báo các giai đoạn thi công Trong MIDAS/Civil, có hai chế độ làm việc - Base Stage và Construction Stage

Tất cả các công tác mô hình kết cấu, khai báo tải trọng và điều kiện biên đều được khai báo ở chế độ làm việc cơ sở_Base Stage mode, tuy nhiên việc phân tích kết cấu chưa được thực hiện ở đây Với chế độ thi công_Construction Stage mode, phân tích kết cấu được thực hiện, tuy nhiên việc chỉnh sửa hoặc xóa bỏ các dữ liệu đầu vào lại không được thực hiện ngoại trừ tải trọng và điều kiện biên

Giai đoạn thi công không cho phép kích hoạt/ ngưng kích hoạt các phần tử, tải trọng, biên riêng biệt mà nó có lệnh kích hoat/ ngưng kích hoạt cho nhóm kết cấu nhóm tải trọng và nhóm biên Trong chế độ chương trình làm việc ở giai đoạn thi công, điều kiện biên và điều kiện tải trọng có trong nhóm biên và nhóm tải trọng có thể được chỉnh sửa hoặc xóa bỏ

Trong phân tích cầu FCM, tải trọng tác dụng trong suốt quá trình thi công (cáp dự ứng suất trước, khuôn trượt và tải trọng bản thân của đốt đúc) rất phức tạp Do đó, tải trọng trong thi công phải được khai báo ở từng phân đoạn thi công trước đó Còn

hệ kết cấu và điều kiện biên thì được khai báo trong chế độ Base Stage

Quy trình mô hình như sau:

1 Mô hình dầm hộp bê tông dự ứng lực trước

Mô hình dầm hộp bê tông dự ứng lực trước

Mô hình dầm hộp bê tông dự ứng lực trước Mô hình đốt đúc như một phần tử dầm

và phân chia xà mũ (đốt đỉnh trụ) ở điểm giao với trụ và điểm tâm Trong vùng đúc trên đà giáo cố định, chia vị trí của từng điểm neo cáp dưới

Hình 7 Phân chia đốt đúc

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2

P2

65.000 1.000

12 @ 4.750 = 57.000 Segment 1

Đầu tiên là tạo nút, sau đó mô hình phần tử dầm hộp bê tông dự ứng lực sang trái

sử dụng chức năng Extrude Element( Extrude Elements)

Front View, Auto Fitting (on),

View Tab >Snap> Point Grid Snap (off) , Line Grid Snap (off), Node Snap (on), Element Snap (on)

Node/Element Tab > Create Nodes

Hình 8 Mô hình nửa bên trái kết cấu cầu với các phần tử beam

Sao chép đối xứng toàn bộ phần tử đã tạo phía bên trái sang bên phải sử dụng chức

năng Mirror Element ( Mirror Elements) Kích chọn Reverse Element Local để

hệ trục địa phương của các phần tử bên trái trùng khớp với hệ địa phương của các phần tử bên phải

Model / Elements / Mirror Elements Select all

Mode>Copy ; Reflection>y-z plane x : ( 150 ) 

Reverse Element Local (on) 

Hình 9 Sao chép đối xứng các phần tử dầm

(150)

Để thay đổi đặc tính mặt cắt cho các đốt có tiết diện thay đổi và các đốt đỉnh trụ,

chọn chức năng Select Identify Element ( Select Identity-Elements) và Works

Tree Đốt đúc 12 nối với đốt hợp long và được thi công như một mặt cắt chuẩn trùng

khớp với kích thước ván khuôn của đốt hợp long Thay đổi kích thước các đốt đúc từ

1 tới 11, và đốt đúc trên đỉnh trụ với tiết diện thay đổi Các đốt đúc ở phía bên trái cầu được chuyển và hiểu là “mặt cắt từ nhịp tới biên”, còn các đốt đúc phía bên phải cầu được chuyển và hiểu là “mặt cắt từ biên tới nhịp” và các đốt đúc trên đỉnh trụ được gọi là “mặt cắt trụ”

Tree Menu>Works tab

Select Identity-Elements ( 22 to 27, 63 to 68 )  Works>Properties>Section>3: Support Drag&Drop

Select Identity-Elements ( 10 to 21, 69 to 80 )  Works>Properties>Section>4: Span-Support Drag&Drop Select Identity-Elements ( 28 to 39, 51 to 62 )  Works>Properties>Section>5: Support-Span Drag&Drop

Hình 10 Thay đổi mặt cắt

Drag & Drop

Xác định các phần tử dầm trong nhóm mặt cắt thay đổi sử dụng chức năng Tapered

Section Group ( Tapered Section Group). Properties Tab / Tapered Section Group

Iso View, Hidden (on)

Group Name (1stspan) ; Element List ( 10 to 21 ) Section Shape Variation>z-Axis>Polynomial ( 2.0) Symmetric Plane>From>i ; Distance ( 0 )  Group Name (2ndspan1) ; Element List ( 28 to 39 ) Section Shape Variation>z-Axis>Polynomial ( 2.0) Symmetric Plane>From>j ; Distance ( 0 ) Group Name (2ndspan2) ; Element List ( 69 to 80 ) Section Shape Variation>z-Axis>Polynomial ( 2.0) Symmetric Plane>From>i ; Distance ( 0 ) Group Name (3rdspan) ; Element List ( 51 to 62 ) Section Shape Variation>z-Axis>Polynomial ( 2.0) Symmetric Plane>From> j ; Distance ( 0 )

Select all the 4 Group Names Click

New Start Section Number>1

Use New Section Name Suffix>(on)

Start Suffix Number>1 

Click

tapered members can be

from the defined section

properties at each end of

the tapered section by

Group, hàm parabol được

xác định thông qua tọa độ

của hai điểm trên đường

parabol và điểm tâm Vị trí

đầu j của đốt 12 là tâm của

đường cong parabol, lựa

chọn đầu I và nhập khoảng

cách nằng không

Hình 11 Xác định nhóm mặt cắt thay đổi

Mô hình trụ

Sau khi sao chép các nút của dầm hộp, người dùng mô hình trụ cầu sử dụng chức năng Extrude Element ( Extrude Elements) Để mô hình 40m chiều cao trụ, chia

chiều dài trụ thành 6 phần tử có độ dài bằng nhau

Hidden (off), Front View Node/Element Tab / Translate Nodes Select Identity-Nodes ( 23, 27, 65, 69 ) 

Mode>Copy ; Translation>Equal Distance

dx, dy, dz ( 0, 0, -7 )  ; Number of Times ( 1 ) 

Model / Elements / Extrude Elements

Select Recent Entities

Extrude Type>Node → Line Element Element Type>Beam ; Material>2: Grade C4000 Section>1: Pier ; Generation Type>Translate Translation>Equal Distance

dx, dy, dz ( 0, 0, -40/6 ) ; Number of Times ( 6 ) 

Hình 12 Mô hình chung của trụ

mặt cắt hộp được coi

như là tâm của dầm hộp,

sao chép các node đi

một khoảng – 7m theo

phương Z ( là chiều cao

của mặt cắt biên)

Khai báo nhóm kết cấu

Hình 13 mô phỏng quy trình thi công và thời gian dự kiến của từng giai đoạn đó Như

ta thấy trong hình, công tác thi công trụ 1 và 2 có sự khác biệt trong quảng thời gian

60 ngày Đi theo đó, cũng có sự khác biệt về phần tử dầm trog 60 ngày, khi từng ngày các đốt dầm được đúc cho tới khi hợp long

Giả thiết rằng các trụ được xây dựng cùng một lúc và quy trình đúc hẫng các đốt dầm được thi công giống nhau trước khi tiến hành hợp long Và ngay cả trước hợp long, tuổi của mỗi đốt đúc hẫng cũng tăng. Khai báo các phần tử thi công ở cùng một thời điểm thông qua việc khai báo Nhóm kết cấu, các phần tử trong nhóm có thể chỉnh sửa trong quá trình thi công và được kích hoạt/ ngưng kích hoạt ở mỗi bước thông qua chức năng Construction Stage

HÌnh 13 Quy trình thi công

11

12 10 9 7 5 4 2 1 1 2 4 5 7 9 10 12 12 10 9 7 6 4 3 1 1 2 4 6 8 9 10 12

A1

SEG (12D AY/SEG ) FSM PAR T

SEG (12D A Y/SEG ) SEG (12D A Y/SEG )

PIER TA BLE

PIER

FO O TIN G F/T SETTIN G

Time Load để gia tăng tuổi

của các phần tử dầm/ đốt

đúc Chi tiết phần giải thích

cho chức năng này, người

dùng có thể tìm trong mục

hướng dẫn online “Time

Define and Composition of

Construction Stages in the

Structures”

Tạo nhóm kết cấu

Tree Menu > Group Tab Structure Group / Define Structure Group ( Right Click > New… )

Name ( Pier ) ; Suffix ( 1to2 ) 

Name ( PierTable ) ; Suffix ( 1to2 ) Name ( P1Seg ) ; Suffix ( 1to12 ) Name ( P2Seg ) ; Suffix ( 1to12 ) Name ( KeySeg ) ; Suffix ( 1to3 ) Name ( FSM ) ; Suffix ( 1to2 )

Gán các phần tử dầm vào nhóm kết cấu sử dụng chức năng Select Element ( Select Identity-Elements) và Works Tree

Identity-Tree Menu>Group tab

Select Identity-Elements ( 83to103by4 84to104by4 ) 

Group>Structure Group>Pier1 Drag&Drop Select Identity-Elements ( 85to105by4 86to106by4 )  Group>Structure Group>Pier2 Drag&Drop

Select Identity-Elements ( 21to28 )  Group>Structure Group>PierTable1 Drag&Drop Select Identity-Elements ( 62to69 ) 

Group>Structure Group>PierTable2 Drag&Drop



Hình 15 Sắp xếp các nhóm kết cấu

Drag & Drop

Gán các phần tử dầm với các nhóm kết cấu tương ứng bằng cách tham khảo Bảng

1

Bảng 1 Sắp xếp các nhóm phần tử

Nhóm phần tử Số thứ tự phần tử Nhóm phần tử Số thứ tự phần tử P1Seg1 20, 29 P2Seg4 58, 73 P1Seg2 19, 30 P2Seg5 57, 74 P1Seg3 18, 31 P2Seg6 56, 75 P1Seg4 17, 32 P2Seg7 55, 76 P1Seg5 16, 33 P2Seg8 54, 77 P1Seg6 15, 34 P2Seg9 53, 78 P1Seg7 14, 35 P2Seg10 52, 79 P1Seg8 13, 36 P2Seg11 51, 80 P1Seg9 12, 37 P2Seg12 50, 81 P1Seg10 11, 38 KeySeg1 7, 8 P1Seg11 10, 39 KeySeg2 41, 82 P1Seg12 9, 40 KeySeg3 48, 49 P2Seg1 61, 70 FSM1 1~6 P2Seg2 60, 71 FSM2 42~47 P2Seg3 59, 72

Khai báo nhóm biên và nhập điều kiện biên

Sau khi hoàn thiện mô hình, xác định nhóm kết cấu cho từng phần tử/ đốt đúc.

Nhập điều kiện biên cho mô hinh chung Trong phân tích thi công, tất cả thông tin cần thiết trong phân tích kết cấu, như phần tử, tải trọng, điều kiện biên đều được kích hoạt/ ngưng kích hoạt bằng cách sử dụng khái niệm Group Để nhập được điều kiện kiên, cần khai báo các Nhóm biên

Group tab Group>Boundary Group>New ( BC_Pier ) Group>Boundary Group>New ( BC_FsmLeft ) Group>Boundary Group>New ( BC_FsmRight )

Hình 16 Khai báo nhóm điều kiện biên

Khai báo điều kiện biên Khai báo gối cố định tại chân trụ và gối di động tại vị trí hai đầu dầm hộp

Boundary Tab / Define Supports

Select Single (Nodes : 1 )

Boundary Group Name> BC_FsmLeft Support Type>Dy (on), Dz (on), Rx (on) and Rz (on) 

Select Single (Nodes : 43 )

Boundary Group Name> BC_FsmRight Support Type>Dy (on), Dz (on), Rx (on) and Rz (on) 

Select Window (Nodes : 108 ~ 111 )

Boundary Group Name> BC_Pier Support Type>D-All (on) and R-All (on) 

Hình17 Khai báo điều kiện biên

Node 108 ~ 111