Hướng dẫn sử dụng midas civil trong mô hình hóa cầu

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hóa cầu Sách chuyên đề hướng dẫn chung về cách sử dụng Midas. Đây là mô hình lý thuyết được Robert Mundell và Marcus Fleming phát triển một cách độc lập trong những năm 1960. Mô hình cho thấy mối quan hệ giữa sản lượng với tỷ giá hối đoái

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil

trong mô hình hóa cầu

1.Xõy dựng sơ đồ tớnh của kết cấu 3

1 Xõy dựng sơ đồ tớnh của kết cấu 4

1.1 Lựa chọn đơn vị tớnh 4

1.1.1 Tổng quan 4

1.1.2 Vớ dụ : 4

1.1.3 Cỏc cỏch lựa chọn đơn vị trong Midas/Civil 4

1.2 Mụ hỡnh hoỏ hỡnh học 5

1.2.1 Lựa chọn hệ toạ độ 6

1.2.1.1 Hệ trục toạ độ tổng thể (GCS :Global coordinate system) 6

1.2.1.2 Hệ trục toạ độ phần tử (ECS :Element Coordinate System) 7

1.2.1.3 Hệ toạ độ tại nỳt (NCS : Node coordinate system) 8

1.2.1.4 Hệ toạ độ tự định nghĩa (UCS : User coordinate system) 8

1.2.2 Xõy dựng hệ thống lưới (Grid) trong Midas/Civil 14

1.2.2.1 Hệ thống lưới điểm (Point Grid) 14

1.2.2.2 Hệ thống lưới dạng đường thẳng (Line Grid) 16

1.2.3 Mụ hỡnh hoỏ nỳt (Node modeling) 16

1.2.3.1 Tạo nỳt : Create node 17

1.2.3.2 Cỏc chức năng điểu chỉnh việc mụ hỡnh hoỏ nỳt khỏc 20

1.2.3.3 Quản lý hệ thống nỳt bằng bảng nỳt (Nodes table) 23

1.2.4 Mụ hỡnh hoỏ phần tử (Elements) 24

1.2.4.1 Cỏc loại phần tử được hỗ trợ bởi Midas 24

1.2.4.2 Cỏc lệnh mụ hỡnh phần tử 29

1.2.4.3 Bảng quản lý phần tử (Elements Table) 32

Bảng quản lý phần tử lưu giữ cỏc thụng số về 32

1.3 Khai bỏo về vật liệu 33

1.3.1 Trình tự mô hình đặc tr−ng vật liệu 33

1.3.2 Trình tự gán vật liệu cho các phần tử 36

1.3.3 Trình tự khai báo đặc tr−ng vật liệu thay đổi theo thời gian: 37

1.3.3.1 Định nghĩa thông số vật liệu về co ngót và từ biến 37

1.3.3.2 Định nghĩa hàm số của mô đun đàn hồi của bê tông 38

1.3.3.3 Gán đặc tr−ng vật liệu thay đổi theo thời gian cho các vật liệu đ7 đ−ợc định nghĩa trứơc đó: 39

1.4 Khai bỏo về mặt cắt 40

1.4.1 Nhập, quản lý đặc trưng mặt cắt cho cỏc phần tử dạng đường thẳng (Section) 40

1.4.1.1 Gọi chức năng nhập đặc trưng mặt cắt 40

1.4.1.2 Cỏc dạng mặt cắt được Midas/Civil hỗ trợ 41

1.4.2 Section Stiffness Scale : 51

1.4.3 Thay đổi mặt cắt theo nhúm phần tử (Tapered Section Group) 51

1.5 Khai bỏo về điều kiện biờn 53

1.5.1 Beam End Release 53

1.5.2 Rigid Link 56

1.5.3 Node Local Axis: 58

2 Mụ hỡnh hoỏ cỏc tỏc động lờn kết cấu (với kết cầu cầu) 61

2.1 Mụ hỡnh hoỏ cỏc giai đoạn thi cụng 61

2.2 Trình tự mô hình các giai đoạn thi công của một kết cấu tổng quát: 62

2.3 Mô hình các giai đoạn thi công cho một cầu đúc hẫng cụ thể 62

2.3.1 Phân chia các giai đoạn thi công 62

2.3.2 Mô hình hoá nhóm kết cấu 63

2.3.2.1 Định nghĩa nhóm kết cấu: 63

2.3.2.2 Định nghĩa nhóm điều kiện biên: 66

2.3.2.3 Định nghĩa nhóm tải trọng: 67

2.3.2.4 Định nghĩa các giai đoạn thi công 68

2.3.3 Khai báo các trường hợp tải trọng 77

2.3.4 Gán tải trọng thi công 78

2.3.4.1 Nhập trọng lượng bản thân: 78

2.3.5 Nhập tải trọng xe đúc 79

2.3.6 Nhập tải trọng bê tông ướt 81

2.3.7 Nhập tải trọng dự ứng lực: 85

2.3.7.1 Khai báo đặc trưng cáp dự ứng lực 85

2.3.7.2 Khai báo đường bố trí cáp 87

2.3.7.3 Gán tải trọng dự ứng lực 91

2.4 Mụ hỡnh hoỏ hoạt tải 92

2.4.1 Trình tự khai báo hoạt tải 92

2.4.1.1 Chọn tiêu chuẩn hoạt tải 92

2.4.1.2 Khai báo làn xe 93

2.4.1.3 Định nghĩa tải trọng xe 96

2.4.1.4 Định nghĩa nhóm xe 99

2.4.1.5 Định nghĩa trường hợp tải trọng hoạt tải: 100

2.5 Mụ hỡnh hoỏ tĩnh tải phần 2 103

3 Tổ hợp tải trọng 105

4 Đặt yờu cầu tớnh toỏn, chạy chương trỡnh 106

5 Quản lý kết quả thu được 106

5.1 Kiểm tra các thông số đầu vào: 106

5.1.1 Chức năng Display 106

5.1.2 Chức năng Display Option 107

5.2 Xem kết quả nội lực từng giai đoạn thi công 108

5.3 Xuất kết quả nội lực do hoạt tải 111

5.3.1 Kết quả đường ảnh hưởng tại một mặt cắt bất kỳ 111

5.4 Xuất kết quả nội lực do hoạt tải 112

5.4.1 Kết quả mụmen lớn nhất do hoạt tải gõy ra tại một mặt cắt như sau: 112

5.4.2 Kết qủa lực cắt nhỏ nhất tại một mặt cắt dưới tỏc dụng của HL 93M: 113

5.5 Một số phương pháp xuất file kết quả dưới dạng text hoặc hình vẽ (Bằng các lệnh Export, Print ) 113

Sơ đồ chung phân tích nội lực cầu bằng Midas/Civil

Tuỳ thuộc vào quy định trong

TC thiết kế sử dụng mà tiến hành tổ hợp các tải trọng Với 22TCN272-05 thì xét các

Tổ hợp tải trọng cho trạng thái giới hạn III

Thiết lập thông số cho

quá trình giải bài toán

Các giai đoạn thi công

Mô hình hoá nút

Mô hình hoá phần tử

Mô hình hoá điều kiện biên

Mô hình hoá vật liêu

Mô hình hoá mặt cắt

Mô hình các giai đoạn thi công

Tải trọng tĩnh -Khai báo tải trọng tĩnh -Khai báo các nhóm tải trọng tĩnh (trong các giai đoạn thi công)

-Gán tải trọng tĩnh lên kết cấu -Gán tải trọng tĩnh lên các giai đoạn thi công

Tải trọng di động (hoạt tải) -Khai báo làn xe

-Khai báo loại tải trọng -Khai báo trường hợp xe Tải trọng động

1 Xây dựng sơ đồ tính của kết cấu

Ứng với các đơn vị khối lượng là kg, tấn (ton), kg, tấn (ton), lb, kips/g

Tất cả các yếu tố khác chiếu dài và lực sẽ có đơn vị tính là tổ hợp của hai thứ nguyên cơ bản trên

Mô men quán tính (I) : [chiều dài]4 : m4, mm4, ft4

Các cách mô hình đơn vị tính trong Midas Civil:

1.1.3 Các cách lựa chọn đơn vị trong Midas/Civil

Cách 1 :

Chọn : Tool -> Unit System -> Xuất hiện bảng sau :

Cột “Length” : dùng chọn đơn vị chiều dài

Cột “Force(Mass)” : dùng chọn đơn vị lực

Đánh dầu vào “Set/Change Default Unit System” để mặc định sử dụng các đơn vị đã chọn

cho toàn bộ quá trình mô hình hoá kết cấu và tải trọng

Chọn xong

Nhấn “OK” để lưu kết quả chọn và trở về màn hình chung

Nhấn “Cancel” để huỷ quá trình chọn và trở về màn hình chung

Cách 2 :

Ta cũng có thể trực tiếp chọn đơn vị tính trên màn hình như sau:

Quan sát trên thanh Status ở góc phải, phía dưới màn hình chính Ta thấy có hai ô hiển thị các đơn vị hiện hành (trên hình là kN và m) Ta có thể thay đổi đơn vị trực tiếp trên màn hình bằng cách chọn vào nút thả (option buton) : Ta được bản cuộn lên như sau :

Tiến hành di chuột đến đơn vị mong muốn rồi click trái chuột để chọn

Chú ý : Ta hoàn toàn có thể thay đổi đơn vị trong quá trình mô hình hoá mà không làm ảnh

hưởng đến kết quả.tính

1.2 Mô hình hoá hình học

Lựa chọn hệ toạ độ -> Tạo lưới mô hình -> Mô hình các nút -> mô hình các phần tử

d Hệ trục toạ độ tự định nghĩa (UCS)

1.2.1.1 Hệ trục toạ độ tổng thể (GCS :Global coordinate system)

GCS là một hệ trục toạ độ Đề Các vuông góc bao gồm 3 trục X,Y,Z đôi một vuông góc với nhau, có chiều tuân theo quy tắc bàn tay phải Các trục ký hiệu bằng ba chữ

in hoa : X,Y,Z Điểm gốc được mặc định có toạ độ (0,0,0)

Chiều của GCS hiển thị trên màn hình ở góc phải, phía dưới :

Vị trí điểm gốc (0,0,0) được đánh dấu trên màn hình :

Trong màn hình chính của Midas Civil, trục Z của GCS mặc định trùng với trục thẳng đứng của màn hình, do vậy trong quá trình mô hình hoá, nên quy ước trục thẳng đứng của kết cấu trùng với trục Z của hệ toạ độ tổng thể

Mỗi điểm trên màn hình Midas đều tương ứng với một toạ độ nhất định trong hệ toạ

độ tổng thể, các giá trị (X,Y,Z) này được hiển thị ở thanh Status Bar

Theo hình trên, điểm hiện tại (vị trí chuột hiện tại) có toạ độ trong hệ toạ độ tổng thể

là X = -1.83 m, Y=-5.49 m, Z = 0 m

GCS được dùng để mô hình hoá kết cấu (vị trí nút (X,Y,Z) vị trí và, chiều của phần

tử) và tải trọng ( điểm đặt và chiều của tải trọng )

GCS cũng được dùng làm mốc để định nghĩa và xác định các hệ toạ độ khác (UCS, ECS, NCS)

1.2.1.2 Hệ trục toạ độ phần tử (ECS :Element Coordinate System)

Hệ trục toạ độ phần tử (ECS) cũng có dạng 3 trục đôi một vuông góc (hệ toạ độ Đề Các) Chiều dương của các trục được xác định theo quy tắc tam diện thuận (quy tắc bàn tay phải) Các trục của hệ toạ độ này được kí hiệu bởi các chữ cái thường : (x,y,z)

Chiều các trục được quy định như sau :

Trục x : dọc theo phân tử, có chiều trùng với chiều của phần tử

Trục z : vuông góc với x, có chiều tạo với Z của GCS một góc nhọn, thường

là trục “yếu” của mặt cắt (mômen quán tính của mặt cắt quay trục z thường

nhỏ hơn mômen quán tính quanh trục y)

Trục y : xác định từ x, y theo quy tắc tam diện thuận

Gốc của ECS lấy ở điểm giữa phần tử

ECS được dùng để hiển thị các kết quả, dữ liệu liên quan đến phần tử như nội lực trong phần tử, ứng suất

Ví dụ : Tính ra được nội lực dọc trục trong phần tử thứ k là – 9kN, ta biết rằng nội lực dọc đó có phương trùng với phương x, chiều ngược chiều x và có giá trị bằng 9kN

1.2.1.3 Hệ toạ độ tại nút (NCS : Node coordinate system)

Trong đồ giải bài toán kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn (lấy chuyển vị nút làm ẩn), ta chỉ cần sử dụng hệ toạ độ địa phương đặt tại phần tử và hệ toạ độ tổng thể của kết cấu để tính toán Như vậy, việc xuất hiện hệ toạ độ nút (NCS) thực chất là để thuận tiên cho việc mô hình hoá điều kiện biên tại nút và tải trọng, chuyển vị đặt tại nút

NCS cũng là một hệ toạ độ Đề Các vuông góc, kí hiệu (x,y,z) Gốc đặt tại nút NCS được dùng để mô hình các điều kiện biên và chuyển vị gối như sau:

o Gối cứng (Supports)

o Gối đàn hồi (Spring supports)

o Chuyển vị gối (Displacements of support)

1.2.1.4 Hệ toạ độ tự định nghĩa (UCS : User coordinate system)

Để thuận tiên cho việc mô hình hoá kết cấu ở những vị trí đặc biệt hoặc phần kết cấu có dạng đặc biệt (ví dụ mô hình các phần tử thuộc cùng một mặt phẳng trong kết cấu tổng thể là kết cấu không gian), ta có thể tự định nghĩa lấy hệ toạ độ cho phù hợp rồi từ đó mô hình kết cấu, tải trọng

UCS được thiết lập từ là mốc là GCS, UCS cũng là một hệ toạ độ Đề Các vuông góc Khi định nghĩa UCS, nói chung các yếu tố cần khai báo là :

Toạ độ gốc của UCS (Origin) Phương, chiều của các trục

Midas/Civil cung cấp 8 kiểu khai báo UCS như sau:

1 X-Y plane : Hệ toạ độ phẳng (x,y) trong mặt phẳng X-Y của GCS

Trình tự khai báo : Bước 1 : Gọi X-Y plane UCS

Cách 1 : Model –> User Coordinate System –> X-Y plane

Cách 2 : Trên màn hình chính nhấn chuột phải, chọn User Coordinate

System –> X-Y plane

Cách 3 : Tại cửa sổ Tree-menu ở bên trái màn hình, chọn Menu –>

Geometry-> User Coordinate System – >X-Y plane

Bước 2 : Nhập các thông số về X-Y plane UCS

Tại dòng “Coordinate – Origin” nhập toạ độ gốc của UCS trên hệ toạ độ

tổng thể

Tại dòng “Rotation Angle – Angle” nhập góc nghiêng (có dấu) tạo bởi chiều

dương của trục x trong X-Y plane UCS với chiều dương của trục X của hệ toạ độ tổng thể

Ví dụ như trong bảng nhập trên, gốc của hệ toạ độ tự định nghĩa (USC) sẽ có toạ độ X = 3m, Y = 1m, Z = 4m trong hệ toạ độ GCS, đồng thời, chiều dương của trục x của UCS nghiêng một góc bằng +450 so với chiều dương của trục

X trong hệ toạ độ tổng thể

2 X-Z plane UCS : Hệ toạ độ phẳng (x,y) trong mặt phẳng X-Z của hệ toạ độ tổng thể

Cách gọi và nhập dữ liệu hoàn toàn giống với X-Y plane UCS

3 Y-Z plane UCS : Hệ toạ độ phẳng (x,y) trong mặt phẳng Y-Z của hệ toạ độ tổng thể

Trình tự khai báo hoàn toán giống với X-Y plane UCS

4 Three – point USC : Hệ toạ độ không gian (x,y,z) được định nghĩa bởi ba điểm

Hệ toạ độ này được đinh nghĩa từ ba thông số là

b Toạ độ của một điểm thuộc trục x của hệ toạ độ này trên hệ toạ độ tổng thể

c Toạ độ của một điểm thuộc mặt phẳng x-y của hệ toạ độ này trên hệ toạ độ tổng thể

Các thông số trên được nhập qua bảng sau :

Tại dòng Coordinate – Origin : nhập vị trí của gốc hệ toạ độ địa phương

trong hệ toạ độ tổng thể (ví dụ (X,Y,Z) = (-3.05,-6.1,0)m)

Tại dòng Pt on x-Axis : nhập toạ độ của một điểm thuộc trục x của hệ toạ độ

địa phương trong hệ toạ độ tổng thể ( ví dụ X =1 m, Y=0 m, Z =0 m)

Tại dòng Pt.on x-y : Nhập toạ độ của một điểm thuộc mặt phẳng x-y của hệ

toạ địa phương trong hệ toạ độ tổng thể ( Ví dụ X =0 m, Y = 1 m, Z =0 m)

5 Three – angle (Ba góc)

Dạng Three - angle UCS là một hệ toạ độ Đề các 3 chiều trong không gian (x,y,z), được dựng lên từ hệ toạ độ tổng thể thông qua các phép biến hình lần lượt như sau :

a Tịnh tiến gốc của GCS về vị trí mới ( sẽ là vị trí gốc của UCS sau này)

b Quay hệ toạ độ đã tịnh tiến quanh trục song song với X một góc định trước

c Quay tiếp hệ toạ độ thu được quay trục song song với Y một góc định trước

d Quay tiếp hệ toạ độ thu được quay trục song song với Z một góc định trước

Các bước đó được thể hiện qua bảng trong Midas/Civil như sau :

Trong hình, gốc của hệ toạ độ mới có toạ độ (X,Y,Z) bằng (5,-3,-7) m trong

hệ toạ độ hệ toạ độ tổng thể Góc quay quay trục X là 450, quay trục Y là 100, quay trục Z là 250

6 Named Plane

7 USC by USC

8 Named UCS

Chú ý : Ta có thể định nghĩa nhiều UCS để tiện mô hình hoá, nhưng trong quá trình

mô hình hoá phải luôn nhớ mình đang mô hình trong hệ toạ độ nào

Toạ độ của điểm hiện hành trong UCS được ghi ở thanh Status bar phía dưới màn

hình

Chuyển đổi giữa GCS và UCS :

Trong quá trình mô hình hoá có lúc ta sử dụng GCS, có lúc lại dùng UCS Để chọn

một trong hai dạng hệ trục toạ độ này ta click và các biểu tượng: UCS icon và GCS icon trên thanh UCS/GSC bar:

1.2.2 Xây dựng hệ thống lưới (Grid) trong Midas/Civil

Midas civil cũng cấp hai dạng hệ thống lưới để tiện cho việc mô hình kết cấu bằng cách vẽ

trực tiếp trên màn hình chính, đó là Hệ thống lưới dạng điểm và hệ thống lưới dạng đường

thằng Chức năng này tương đối giống với chức năng Grids trong Auto Cad, tiện cho việc

mô hình các bài toán đơn giản

1.2.2.1 Hệ thống lưới điểm (Point Grid)

Hệ thống lưới dạng điểm có thể áp dụng trong hệ toạ độ tổng thể cũng như trong hệ trục toạ

độ tự định nghĩa Hệ thống lưới này được xây dưng từ 3 tham số là

a Khoảng cách giữa các điểm thuộc lưới theo phương X (x)

b Khoảng cách giữa các điểm thuộc lưới theo phương Y (y)

c Đường biên của lưới (có dạng hình chữ nhật trong hệ toạ độ 2 chiều X-Y)

Các cách khai báo hệ thống lưới điểm trong Midas/Civil như sau :

Bước 1 : Gọi bảng khai báo :

Cách 1: Model -> Grids -> Define Point Grid

Cách 2 : Chọn bằng cách click vào biểu tượng Define Point Grid trên thanh Grid and

Snap bar trên màn hình:

Bước 2 : Khai báo

Tại phần Grid Spaces (dx,dy), ta khai báo khoảng cách giữa các điểm thuộc hệ thống lưới

theo phưong x và phương y

Tai phần Model Boundary ta khai báo biên của hệ thống lưới theo thứ tự (x1,y1,x2,y2) với

(x1,y1) là toạ độ điểm đầu của biên hình chữ nhật, (x2,y2) là điểm cuối của biên hình chữ nhật)

Trong hình trên ta khai báo khoảng cách giữa các điểm liền nhau theo phương x là 0.5 m, khoảng cách giữa các điểm liền nhau theo phương y là 0.5 m Lưới được xây dựng nằm trong một biên bao hình chữ nhật có toạ độ điểm đấu là (0,0), điểm cuối là (10,10) m

Khai báo xong nhấn “OK” để lưu

1.2.2.2 Hệ thống lưới dạng đường thẳng (Line Grid)

Để khai báo hệ thống lưới dạng đường thẳng, ta cũng có thể làm theo hai cách

cách 1 : Click trục tiếp vào Define Line Grid icon trên thanh Grid bar

cách 2 : Chọn Model ->Grid ->Define Line Grid

Khi khai báo Line Grid, ta phải tiến hành khai báo từng nhóm đường thẳng một theo phương x và phương y Line Grid cho phép khoảng cách giữa các đường trong lưới được linh động hơn Point Grid, tuy nhiên, khai báo cũng tốn công hơn

1.2.3 Mô hình hoá nút (Node modeling)

Khái niệm cơ bán về nút đã được trình bày ở phần trên

Dưới đây chỉ trình bày các cách khai báo nút

Các thuộc tính trong mô hình hoá nút

 Tạo nút : Create node

 Xoá nút : Delete node

 Dịch chuyển nút : Translate node

 Quay nút : Rotate node

 Start number : chọn nút bắt đầu

1.2.3.1 Tạo nút : Create node

a Gọi chức năng tạo nút bằng một trong các cách sau:

 Chọn : Model -> Nodes -> Create Nodes

 Nhấn tổ hợp phím : Crl + Alt + 1

 Ở màn hình chính nhấn chuột phải, chọn Create Node trong bảng hiện ra

b Sau khi gọi, chức năng tạo nút xuất hiện ở bên trái màn hình như sau :

Dòng “Create Node” thể hiện chức năng hiện hành của chương trình là tạo nút, từ

đây, ta có thể đặt vị trí nút bằng 3 cách

 Nhấn chuột trực tiếp lên vị trí cần đặt nút trên màn hình

 Gõ toạ độ của nút cần đặt vào menu Coordinates (x,y,z) rồi nhần Enter

 Nhấn vào icon nằm bên phải dòng Create Node để nhập ví trí nút thông qua bảng nút (Node Table)

Bảng Entry của menu tạo nút còn cung cấp những chức năng hỗ trợ việc tạo nút như

 Start Node Number : Số thự tự của nút được tạo, Midas mặc định cho nút mới

tạo thành có số thứ tự bằng số thứ tự của nút có số thứ tự lớn nhất trước đó công thêm với 1 Để thay đổi mặc định này, ta có thể quy định cách đánh số thứ tự nút khác bằng cách nhấn vào icon bên phải dòng Start Node Number :

Trên bảng Node Numbering, ta lựa chọn 1 trong 3 giải pháp đánh số thứ tự nút

là :

Smallest Unused Number : Dùng số thứ tự bé nhất chưa dùng Largest Used Number +1: Dùng số thứ tự lớn nhất đã dùng công thêm 1 User- Defined Number : Tự đặt số nút

Chọn xong nhấn “OK” để lưu lại kết quả chọn và thoát, nhấn “Cancel” để thoát

mà không lưu lại kết quả chọn

 Copy : Cho phép đồng thời tạo nhiều nút cách nhau những khoảng định trước

Times of Copy : số lần copy nút Distances (dx, dy, dz) : Khoảng cách giữa các nút tạo thành theo phương

x,y,z

 Merge Duplicate Nodes

Chức năng cho phép tự động đồng nhất các nút cạnh nhau trong một khoảng đủ

bé nào đó thành một nút Midas mặc định khoảng đủ bé đó bằng 0.000914 m

Để thay đổi khoảng cách này ta nhấn vào icon bên phải chức năng Merge

Duplicate Nodes :

Tiến hành nhập giá trị khoảng cách mong muốn rồi nhấn “OK” để lưu lại và

thoát ra ngoài

 Intersect Frame Elements

Chức năng cho phép tự động phần chia các đường thẳng đang có ( ví dầm, thanh dàn ) thành 2 phần mới tại vị trí đặt nút

c Ví dụ về tạo nút thông qua bảng Entry :

Ta nhập các giá trị trong bảng Entry như sau :

Sau khi chọn “Apply”, kết quả tạo nút trên màn hình như sau:

Như vây, ta thấy, bên cạnh nút 1được tạo thành có toạ độ (-2,4,0), chức năng Copy đã

tự động tạo thêm 5 nút từ 2 đến 6, theo đó, nút 2 cách nút 1 theo phương x một khoảng bằng 1 m, theo phương y một khoảng băng 0 m, theo phương z một khoảng băng 0 m, nút 3 cách nút 2 tương tự

1.2.3.2 Các chức năng điểu chỉnh việc mô hình hoá nút khác

Trước khi tiến hành việc điều chỉnh một hai nhiều nút nào đó, ta phải tiến hành chọn nút hiện hành Có 2 cách làm sau :

Cách 1 : Nhấn vào icon Select Single trên thanh công cụ Selection, sau đó nhấn

chuột trái chọn các nút cần điều chỉnh trực tiếp trên màn hình Chú ý rằng công cụ Select Single cho phép chọn cả nút và phần tử, do đó, nếu chọn Nút riêng thì nên chọn theo cách thứ 2

Cách 2 : chọn nút thông qua số thứ tự của nút

Ta gõ trực tiếp số thứ tự các nút cần chọn lên dòng nhắc trắng bên trái icon Select node của thanh công cụ Selection :

Như ở hình trên, nút số 1 và các nút từ 3 đến 5 được lựa chọn

Sau khi tiến hành lựa chọn các nút cần xoá bằng các cách chọn nút hiện hành như trên, ta nhấn phím Delete trên bàn phím để xoá những nút đã chọn

Translate node là chức năng cho phép dịch chuyển hoặc copy một nút đã có tới một vị trí mới

Để gọi chức năng Translate node ta dung một trong các cách sau :

 Nhấn tổ hợp phím Alt + Crtl + 3

 Trên màn hình chính nhấn chuột phải, chọn Nodes -> Translate

 Model -> Nodes -> Translate Node

Bảng Translate Node hiện ra ở bên trái màn hình như sau :

Trong bảng, các option về Start Node Number, Merge Duplicate Nodes, Copy Node

Attributes, Intersect Frame Element có chức năng và cách nhập thông tin giống như đã

nói trong chức năng Create Node

Option Mode cung cấp 2 lựa chọn là

 Copy : tạo nút mới ở một vị trí được quy chiếu về nút hiện hành (giữ nguyên nút hiện hành)

 Move : Di chuyển nút hiện hành đến vị trí mới

Option Translation đòi hỏi nhập vào khoảng cách từ vị trí nút hiện hành đến vị trí nút mới,

có thể lựa chọn Equal Distance (khoảng cách giữa các nút được tạo thành là không đổi) hoặc Unequal Distance (khoảng cách giữa các nút mới tạo thành không bằng nhau)

1.2.3.3 Quản lý hệ thống nút bằng bảng nút (Nodes table)

Các thông số về hệ thống nút được thể hiện trực quan trên màn hình chính, bên canh đó, cũng được thể hiện qua một bảng ghi số thứ tư, toạ độ của các nút

Để xem bảng nút ta làm theo một trong số các cách sau :

 Nhấn tổ hợp phím “Alt + Crtl + N”

 Trên màn hình chính nhấn chuột phải, chọn Nodes -> Nodes Table

 Model -> Nodes -> Nodes Table

Bảng hệ thống nút có dạng :

Bảng hiển thị 4 thông số : Số thứ tự của nút ( Node) , toạ độ của nút theo 3 phương x,y,z Trong đó, toạ độ của nút theo 3 phương có thể được sửa chữa trực tiếp trong bảng nút

1.2.4 Mô hình hoá phần tử (Elements)

1.2.4.1 Các loại phần tử được hỗ trợ bởi Midas

Midas Civil hỗ trợ 9 loại phần tử thường dùng Dưới đây tiến hành phân tích từng loại phần

 Nút ở hai đầu phần tử (Nodal conectivity)

 hướng của mặt cắt (hay hướng của hệ trục toạ độ phần tử)

(Orientation)

Chú ý : Khi khai báo vật liệu và mặt cắt phải khai báo đủ số liệu để có thể tính ra được độ cứng chống kéo, nén của phần tử (E và A)

Áp dụng

Dùng mô hình các thanh trong hệ giàn và các thanh chỉ chịu kéo, uốn khác

b Tension-Only (Truss/Hook/Cable) ( Phần tử chỉ chịu néo: Dàn / Móc/ Cáp)

Định nghĩa

Là loại phần tử nối 2 nút, chỉ có khả năng chịu kéo, không chịu nén, uốn, cắt, xoắn

Phân loại

 Truss (Phần tử dàn chịu kéo)

Khi nhập các đặc trưng của phần tử dàn chỉ chịu kéo, ngoài các thông số về vật liệu, mặt cắt, 2 nút 2 đầu và hướng mặt cắt, ta còn phải nhập thêm giá trị

lực nén cho phép (Allow.Comp.)

 Hook (Phần tử móc)

Đối với phần tử dạng Tension only – Hook (phần tử móc), ngoài những đặc trưng về vật liệu, mặt cắt, 2 nút 2 đầu và hướng mặt cắt, ta phải nhập thêm chiều dài đoạn dãn tự do của phần tử (hook)

 Cable (Phần tử cáp)

Khi nhập phần tử dạng Cable, bên cạnh các đặc trưng về mặt cắt, vật liệu, nút, hướng mặt cắt, ta phải nhập thêm 2 thông số là

 tỷ số Lu/L (tỷ số giữa chiều dài thực của cáp Lu và khoảng cách giữa 2

nút L)

 lực căng trước trong cáp (Pretension)

Phần tử cáp sẽ được dùng để mô hình cáp treo, dây treo

c. Compression-only (Truss/Gap) (Phần tử chỉ chịu nén : giàn, gap)

Có thể dùng để mô tả các thành giàn bằng bê tông (chịu kéo rất kém) Khi nhập các đặc trưng của phần tử này, ngoài những đặc trưng như vật liệu, mặt cắt, nút

và chiều mặt cắt, ta phải nhập thêm thông số về lực kéo cho phép (Allow.Tens.)

 Gap

Là dạng phần tử chịu nén sau khi đã co lại một giá trị nhất định

Với phần tử dạng compression only-Gap, bên cạnh các thông số cơ bản của một phần tử chịu nén, ta còn phải nhập thêm giá trị Gap Giá trị Gap là khoảng chiều dài mà kết cấu co ngắn lại trước khi xuất hiện nội lực chống lại lực nén

d. General beam/Tapered Beam (phần tử dầm : dầm thông thường, dầm có mặt cắt

 Nút ở hai đầu phần tử (Nodal conectivity)

 hướng của mặt cắt (hay hướng của hệ trục toạ độ phần tử)

(Orientation)

Chú ý : Khi khai báo vật liệu và mặt cắt phải khai báo đủ số liệu để có thể tính ra được độ cứng chống kéo, nén(EA), độ cứng chống uốn (EI),

cắt (GA) và xoắn (GJ o )

o Trên màn hình chính click chuột phải -> Elements -> Create Element

Giải thích các thông số trên bảng Entry (bảng nhập)

o Start Node Number : Xem phần Create Node

o Start Element Number : Số thứ tự của phần tử sẽ được tạo thành ( Midas mặc định số thứ tự của phẩn tử mới tạo thành bằng số thứ tự lớn nhất đã dùng trước đó công thêm

1, nếu muốn thay đổi cách đánh STT ta nhấn vào icon ở bên phải dòng Start Element Number

o Element Type (Dạng của phần tử) : Chọn một trong 9 dạng phần tử liệt kê ở trên dạng phù hợp với kết cấu cần mô hình

o Material (Vật liệu) : Chọn loại vật liệu phần tử được tạo thành từ các vật liệu đã được định nghĩa thông qua số thứ

tự của loại vật liệu (No.) hoặc thông qua tên của loại vật liệu

đã được định nghĩa Nếu muốn định nghĩa loại vật liệu mới

thì nhấn vào icon

o Section (Mặt cắt) : Chọn loại mặt cắt đã định nghĩa thông qua số thứ tự của loại mặt cắt (No.) hoặc qua tên của mặt cắt (Name) Nếu muốn định nghĩa một mặt cắt mới cho phần tử thì nhấn vào

o Orientation : (Chiều các trục z,y của hệ trục toạ độ phần

tử ECS ) Được xác định bằng 1 trong 2 cách :

Xác định thông qua góc β (Beta Angle) : Góc β tạo bởi chiều dương của trục z trong ECS với chiều dương của trục Z’ đi qua nút thứ nhất và song song với trục Z trong GCS

(ví dụ với β=0 và β =60 0 )

Xác định thông qua điểm tham chiếu (Ref.point) Nhập vào toạ độ của điểm tham chiếu, Midas sẽ tự động tính hình chiếu trên mặt phẳng Y-Z của góc tạo bởi điểm đó, gốc tọa độ và trục Z của gốc toạ độ, lấy làm góc β

Chú ý : Khi quay trục của ECS thì mặt cắt cũng quay theo

o Nodal Connectivity : STT các nút giới hạn phần tử

o Intersect : chức năng cho phép tự động chia cắt phân tử tại các nút.

 Create Line Elements on Curve : Tạo các phân tử thẳng nằm theo một quỹ đạo cong

 Extrude : Tạo phần tử bằng cách di chuyển nút

 Devide : Chia tách phần tử

 Merge : Đồng nhất phần tử

 Intersect

 Change Element parameter : thay đổi các thông số của phần tử

 Compact element number

 Dạng phần tử (Cột Type và Sub Type)

 Vật liệu của phần tử ( cột Material)

 Dạng mặt cắt ( cột Property)

 Góc định hướng mặt cắt ( βββ Angle)

 Các nút giới hạn phần tử (Node1, Node2, Node8)

 Loại phần tử (Kind)

 Độ dãn dài/ độ co ngắn trước khi chịu lực (Hook/Gap)

 Lực kéo trước (Tension)

 Tỷ số giữa chiều dài thực và khoảng cỏch giữa 2 nỳt (Lu/L)

Bằng cỏch quản lý phần tử qua bảng như vậy, ta cú thể kiểm soỏt được cỏc đặc trưng của phần tử, cú thể thay đổi hoặc sửa chữa cỏc đặc trung phần tử một cỏch trực tiếp trờn Bảng

quản lý ( Element Table)

Xột một vớ dụ là phần tử cú số thứ tự 2006 lấy từ bảng phần tử trờn, ta thấy phần tử này cú cỏc đặc trưng là :

 Do cú dạng dầm nờn cỏc giỏ trị Hook, Gap, Lực kộo trước (tension) đều bằng 0

 Tỉ số giữa chiều dài thực và khoảng cỏch giữa 2 nỳt Lu/L =1

1.3 Khai bỏo về vật liệu

1.3.1 Trình tự mô hình đặc tr−ng vật liệu

Có 3 cách:

- Từ menu Model\ Properties\Material

- Nháy chuột phải, trong mục Properties chọn Material

- Trên Tree Menu ở bên trái màn hình, trong mục Geometry \ Properties\ Material

Hộp thoại Properties, chọn mục Material, nháy nút Add , xuất hiện hộp thoại sau:

- Tại dòng Material ID: nhập số hiệu của vật liệu (chương trình tự động đánh số theo thứ tự)

- Tại dòng Name: Nhập tên loại vật liệu

- Tại dòng Type of Design: chọn loại vật liệu và chọn các tiêu chuẩn kỹ thuật về vật liệu tương ứng ở mục bên phải (Ô Steel hoặc Concrete)

- Nháy OK

* Ví dụ khi khai báo một loại vật liệu là Thép, trình tự như sau:

 Model\ Properties\ Materials

 Materials ID> 1

 Name> A36

 Type of Design> Steel; Standard> ASTM; DB> A36

* Ví dụ khai báo vật liệu là Cáp (Tendon), như sau

 Model\ Properties\ Materials

 Materias ID> 2

 Name> Cap

 Type of Design> User Defined

 Type of Materials: Loại vật liệu> Isotropic (đẳng hướng)

 User Defined: Thông số do người sử dụng tự định nghĩa

- Modulus of Elasticity (Mô đun đàn hồi)> 2.108 (kN/m2)

- Poisson’s Ratio (Hệ số Poat xông)> 0.3

- Thermal Coefficient ( Hệ số gi7n nở nhiệt)> 10-5 (1/[T])

- Weight Density (Trọng lượng bản thân)>0

C¸ch nµy th−êng ®−îc dïng khi mµ sè l−îng lo¹i vËt liÖu trong kÕt cÊu nhá

Chương trình Midas còn hỗ trợ việc mô hình các vật liệu thay đổi theo thời gian

Đây là một tiện ích phục vụ việc phân tích các giai đoạn thi công của 1 cây cầu nhịp lớn khi xét đến co ngót và độ võng dài hạn, hay khi phân tích tích chất thuỷ nhiệt của một kết cấu có

đặc trưng vật liệu thay đổi theo thời gian (đặc biệt là vật liệu Bêtông)

1.3.3 Trình tự khai báo đặc trưng vật liệu thay đổi theo thời gian:

1.3.3.1 Định nghĩa thông số vật liệu về co ngót và từ biến

Model\ Properties\ Time Dependent Material (Creep \ Shrinkage)

 Name: tên loại vật liệu

- Notational size of member: >1 (m)

- Type of cement: loại ximăng

Rigid hardening high strength cement: Ximăng cường độ cao đông cứng nhanh > RC

Normal or rapid hardening cement: Ximăng thường hoặc ximăng đông cứng nhanh> N,R

Slow hardening cement: Ximăng đông cứng chậm > SL

- Age of concrete at the beginning of shrinkage> Tuổi của BT ở ngày bắt

đầu xét đến co ngót> 3 (ngày)

 Nhấn OK

1.3.3.2 Định nghĩa hàm số của mô đun đàn hồi của bê tông

Model\ Properties\ Time Dependent Material (Comp Strength)

 Nhập tên loại vật liệu tại dòng Name> C4000

 Tại dòng Type, chọn “Code”

 Development of strength: Sự phát triển cường độ

- Tại dòng Code, chọn CEB-FIP

- Concrete Compression strength at 28 days: Cường độ chịu nén ở tuổi

Model\ Properties\ Time Dependent Material Link

 Time Dependent Material Type: chọn loại vật liệu có tính chất thay đổi theo thời gian

- Creep/ Shrinkage: Co ngót/ từ biến> C4000

- Comp Strength: Cường độ chịu nén> C4000

 Select Material to Assign: chọn loại vật liệu cần gán

- Materials: chọn C4000, nhấn nút →

 Operation: Nhấn nút “Add/ Modify”

 Nhấn Close