Hướng dẫn mô hình hóa dầm I căng sau

Ví dụ tính toán mô hình hóa kết cấu dầm I dự ứng lực căng sau trong thiết kế cầu BTCT bằng midas Civil. Ví dự chi tiết để các bạn học viên mới tiếp xúc với phần mềm midas dễ hình dung và thực hành dễ dàng hơn

Trọng lượng lan can: qlp = 2.35 N/mm (tính cho toàn mặt cắt)

Trọng lượng lan can: qlc = 6.75 N/mm (tính cho mỗi bên)

Cáp DƯL kéo sau, bố trí 5 bó, mỗi bó gồm 12 tao 12.7mm

Với lực kéo là 1658 kN (fpj=0.75fpu)

Tải trọng xe HL-93

Bước1: Khai báo vật liệu:

Gọi menu Model/………/……

(Hình 1) (Hình 2)

Bấm nút ……….… trong giao diện ……… (hình 2)

Sau đó nhập các thông số tương ứng của dầm chính, dầm ngang, bản, cáp DƯL trong bảng Material Data (hình 3)

* Cáp DƯL: nhập số liệu như hình 4, nhấn Apply để chấp nhận

Tương tự ta nhập số liệu cho bê tông dầm chính, dầm ngang, bản Kết quả sau khi khai báo vật liệu như hình 5

(Hình 5)

-Bước2: Khai báo thuộc tính của vật liệu theo thời gian

Làm tương tự cho bêtông C4000, chỉ thay đổi tên và cường độ bê tông ……

b) Sự thay đổi cường độ theo thời gian:

Gọi menu Model/………./………

(Hình 10) (Hình 9)

Trong giao diện hình 10, bấm nút Add, xuất hiện giao diện như hình 11, sau đó

nhập các số liệu cho hai loại bê tông như trên hình Kết thúc bằng lệnh OK

(Hình 11)

c) Gán các thuộc tính phụ thuộc vào thời gian cho bê tông

Gọi menu Model/……… /………

Bước3: Mô hình hóa mặt cắt:

Gọi menu Model/………… /…………., xuất hiện giao diện ………… (hình15)với trang Section, bấm nút Add, xuất hiện giao diện Section Data (hình16), chọn trang

Dòng Name : đặt tên cho tiết diện ( Gider)

Trên dòng ……… chọn ……… (hình 18), sau đó sẽ xuất hiện giao diện mới

như hình 19

Do tiết diện đối xứng nên trên dòng ………… ta click chọn

Tiết diện đối xứng qua điểm J1, nên ta cũng click chọn trên dòng J1 (hình 20)

(Hình 20)

Sau đó nhập các kích thước của mặt cắt dầm, kết quả thể hiện ở hình 21

(Hình 22)

(Hình 21a) (Hình 21)

Lưu ý: Khi khai báo mặt cắt dầm ta đều chọn điểm là việc là Center – Bottom, => Bấm nút Change Offset… rồi chọn ………… như hình vẽ

Bấm vào nút ……… để chọn vật liệu cho dầm và bản mặt cầu, kết quả như

hình 22, ô tỷ số Dgd/Dsb = 0 Bấm Apply để lưu kết quả

Tiếp theo ta khai báo mặt cắt dầm ngang, trên giao diện ……… chọn trang

…………, rồi chọn Solid Rectangel (hình 23) Đặt tên rồi khai báo mặt cắt H= 1300, B=

300, nhấn nút ……

(Hình 23)

( Hình 24)

Bước 4: Mô hình hóa kết cấu

a) Khởi tạo phần tử

Trước hết tạo 5 nút xuất phát cho từng dầm

Gọi menu Model/………./………… (hình 25) Nhập số liệu như hình 26, nhấn Apply, kết quả hiển thị trên hình 27

(Hình 27)

Thực hiện lệnh ……… để tạo phần tử dầm dài 33m với các điểm nối dầm ngang

tương ứng từ 5 điẻm vừa tạo Chọn 5 điểm vừa tạo, sau đó:

Gọi menu Model/…………/…… (hình 28), xuất hiện giao diện như hình 29

+ Gọi menu Model/………… /Change ……… (hình 32)

+ Chọn ……… và ………, bấm nút Apply trong giao diện Change

Element Dependent Material Properties.(hình 33)

(Hình 33)

(Hình 32)

c) Mô hình hóađiều kiện biên

Gọi menu Model/……… /……… (hình 34)

(Hình 34)

Lựa chọn thông số cho gối cố định ………

Chọn các nút kê gối bên trái ………

Nhấn nút Apply để gán gối cố định ……

Lựa chọn thông số cho gối di động ……… (Hình 38)

Chọn các nút kê gối bên phải

Nhấn Apply để gán gối di động ………

(Hình 39)

(Hình 39.1)

Bước 5: Mô hình hóa tải trọng

a) Tạo các nhóm tải trọng và các trường hợp tải trọng

Trên thanh Tree menu chọn trang Group (hình 40), bấm chuột phải vào Load

Group và chọn “ New…” Tạo các nhóm tải trọng như trong giao diện Define ………, kết

quả sau khi khai báo nhóm tải trọng được thể hiện trên hình 41

(Hình 40) (Hình 41)

Nhập tên các nhóm tải trọng trong ô Name rồi bấm nút Add Sau khi nhập xong bấm nút

Close để đóng giao diện

b) Tạo các trường hợp tải trọng:

Gọi menu Load/ Static Load Cases (hình 42)

Type: Dead Load of Component and Attachments (DC)

Description: Tinh tai dam

+ Tỉnh tải bản

Name: Deck

Type: Dead Load of Component and Attachments (DC)

Description: Tinh tai ban

+ Tỉnh tải lớp phủ

Name: Wearing surface

Type: Dead Load of Wearing surface and Utilities (DW)

Description: Tinh tai lớp phủ

+ Tỉnh tải lan can

Name: Barrier

Type: Dead Load of Component and Attachments (DC)

Description: Tinh tai lan can

Description: Hieu ung co ngot

Kết quả khai báo tải trọng được thể hiện trên hình 43

c) Tỉnh tải

* Tĩnh tải bản thân dầm

Gọi menu L…./…… (hình 44), nhập dữ liệu vào giaodiện trong trang Load của cửa sổ

Model Entilies

Load Case Name :Beam

Load Group Name : Beam

Self Weight Factor Z : -1

Sau đó bấm nút Add.(Kết quả trên hình 45)

(Hình 45) (Hình 44)

* Tĩnh tải bản của bản

Giá trị của tải trọng phân bố này là:

qban = 2,4m x 0,2m x 23,56 KN/m3 = 11,31 KN/m = 11,31 N/mm

Gán tải trọng của bản lên dầm chính

Chọn tất cả các dầm chủ

Gọi menu Load/ ……… sẽ xuất hiện giao diện trong hình 47

(Hình 46)

(Hình 47)

Nhập dữ liệu vào trang Load của cửa sổ Model Entities

Load Case Name : …………

Load Group Name: …………

* Tĩnh tải lớp phủ

Trọng lượng lớp phủ là qlp = 2,35/5 (N/mm) tính cho mỗi dầm

Chọn toàn bộ dầm chủ

Gọi menu Load/ …………

Nhập dữ liệu vào trang Load của cửa sổ Model Entities

Load Case Name : ………

Load Group Name: ………

* Tĩnh tải lan can

Tải trọng lan can tính cho một bên qlc =6,75 (N/mm) Ta dời lực này về điểm làm việc của dầm biên thành hai lực sau:

Lực phân bố: qlc =6,75 (N/mm)

Momen phân bố: mlc = 6,75 x 1200 = 8100 (Nmm/mm)

Khai báo tải trọng phân bố:

Chọn dầm biên trái và dàm biên phải

Gọi menu Load/ ………

Nhập dữ liệu vào trang Load của cửa sổ Model Entities

Load Case Name : ………

Load Group Name: ………

Gọi menu Load/ ………

Nhập dữ liệu vào trang Load của cửa sổ Model Entities

Load Case Name : ………

Load Group Name: ………

Chọn dàm biên phải

Gọi menu Load/ ………

Nhập dữ liệu vào trang Load của cửa sổ Model Entities

Load Case Name : …………

Load Group Name: …………

d) Khai báo các thuộc tính của cáp DƯL:

Cáp DƯL được sử dụng là loại bó 12x12,7 mm Quá trình khai báo gồm:

Gọi menu :Load/………/ ……… (hình 50)

Nhập các thông số như sau (hình 51)

+ Tendon Name: TP (tên thuộc tính cáp)

+ Tendon Type: Internal (Post – Tension) (kiểu DƯL – căng trong)

+ Material: Tendon (vật liệu chế tạo cáp)

+Total Area: chọn , giao diện Tendon area hiện ra

- Strand Diameter: 12.7 mm (đường kính tạo cáp)

- Number of Strands: 12 (số tao cáp trong một bó) Bấm nút OK để nhập

dữ liệu

+ Duct Diameter: 80 (đường kính ống gen của bó cáp 12x12.7mm)

+Relaxation Coefficient: 45 (hệ số liên quan đến chùng cốt thép)

+Curvature Friction Factor: 0.15 (hệ số ma sát tại chỗ uốn)

+Wobble Friction Factor : 6.6e-006 (hệ số ma sát lắc)

+Anchorage Slip

- Begin : 2; End: 2 (các khoảng tụt neo ở hai đầu cáp)

- Bond Type : Unbonded

1 2

4 3 5

215 220 215 650

5

325 325 650

Nhập dữ liệu hình học cho cáp và gán cho các phần tử (Tendon Profile)

Hình 52:Sơ đồ bố trí cáp trên mặt cắt ngang

Bảng tọa độ cáp với gốc tọa độ là điểm giữa cạnh đáy của dầm giữa tại vị trí giữa nhịp Tọa độ cáp cho nửa bên phải của dầm được thể hiện trên hình 53 Nửa còn lại được lấy đối xứng

Bấm nút Add trong giao diện Tendon Profile để nhập tọa độ cáp mới trong giao diện Add/

Modify Tendon Profile

Curve Type: Round

Trong phần Profile : Nhập các tọa độ, hoặc dán từ excel

Tendon Shape: Straight

Profile Insection Point: 16500,-4800,0

Bấm nút OK để kết thúc quá trình (hình 56), kết quả thể hiện trên hình 57

(Hình 57)

Tạo nhanh các cáp khác:

Gọi menu Load/………./ ……… Giao diện Tendon Profile xuất hiện

Chọn cáp vừa mới định nghĩa (Cable)

Chọn Copy , Suffix: 1, sau đó bấm nút Copy/Move

Làm tương tự như vậy cho đến cáp thứ 5 (hình 58)

Profile: giữ nguyên

Point of Sym: First

Bấm nút ……… để lấy đối xứng và bấm nút OK Kết quả được thể hiện trên

hình 59

(Hình 59)

Thực hiện tương tự đối với các cáp còn lại, nhưng phải nhập lại tọa độ của từng cáp sau đó mới lấy đối xứng Sau khi hiệu chỉnh cả 5 cáp thì kết quả dược thể hiện trên hình 60

(Hình 60)

Nhập số liệu về cáp cho các dầm còn lại:

* Tọa độ cáp:

Do ta chọn dầm có nội lực lớn nhất để thiết kế thép nên thép của 5 dầm đều giống nhau,

do đó ta có thể sử dụng tính năng Copy để tạo nhanh các số liệu cáp cho các dầm còn lại

Trong giao diện Tendon Profile ta chọn tất các cáp

Prefix : P1 Distance : 0, -2400,0

Bấm nút Copy/Move (hình 59) Kết quả thu được là các cáp của dầm phải thứ nhất

(Hình 61)

Thực hiện tương tự với dầm phải thứ 2 và các dầm bên trái với các dữ liệu trong bảng sau:

Dầm Prefix Distance Dầm phải thứ 2 P2 0,-4800,0 Dầm trái thứ 1 T1 0,2400,0 Dầm trái thứ 2 T2 0,4800,0

* Gán lại các cáp cho các phần tử:

Mặc dù các cáp đã được tạo ra nhưng vẫn được gán cho dầm giữa, do đó ta phải gán lại cho các dầm tương ứng

Gọi menu File/Export/(MIDAS/Civil MCT file), trong giao diện Save as chọn lệnh

Save và ghi thành fie (.mct)

Gán lại cáp cho dầm phải thứ nhất: mở file (.mct) vừa được tạo Tìm tới phần định

nghĩa cáp của dầm phải thứ 1, sau đó tô đen những phần 3to28by5 (dầm giữa) rồi nhấn

tổ hợp nút Ctrl-H, sau đó nhập lại trên dòng Replace With với 4to29by5 (dầm phải thứ1) Nhấn nút Replace

(Hình 62)

Thực hiện tương tự như trên cho dầm phải thứ 2 và các dầm trái

Dầm phải thứ 2 : Thay 3to28by5 bằng 5to30by5

Dầm trái thứ 1 : Thay 3to28by5 bằng 2to27by5

Dầm trái thứ 2 : Thay 3to28by5 bằng 1to26by5

đã được sửa đổi Kết

quả được thể hiện

trên hình 61

(Hình 63)

Nhập dữ liệu ứng suất trước cho cáp (Tendon Prestress Loads)

Cáp DƯL được kéo 2 đầu với lực kéo là 1658 KN

Gọi menu Load/Prestress Loads/Tendon Prestress Loads (hình 62)

(Hình 62)

Nhập dữ liệu trên giao diện Model Entities (hình 63)

Load Case Name : Prestress

Load Group Name: Prestress

Trong mục Select Tendon for Loading

Chọn toàn bộ cáp trong list rồi bấm nút >

Stress Value: chọn Force

2400 2400 2400 2400

3500 3500

3x3500

* Khai báo hoạt tải:

a) Khai báo tiêu chuẩn:

Gọi menu Load/Moving Load Analysis Data/Moving Load Code, trong giao

diện Select Moving Load Code chọn ASSHTO LRFD

Từ cách bố trí làn xe trên mặt cắt ngang, ta có thể coi xe tác dụng len dầm giữa rồi thông qua các dầm ngang truyền lên các dầm bên cạnh

Còn làn trái và làn phải thì tác dụng lên các dầm ngang rồi mới phân phối lên các dầm chính

Trong trường này ta phải định nghĩa nhóm các dầm ngang (Crossbeam)

* Tạo các nhóm:

Chọn Group Tab trong Tree Menu

Chọn Structure Group đồng thời kích chuột phải và chọn New…

Lần lượt gán tên (Name ): L CrossBeam ( hệ liên kết ngang ngoài cùng bên trái)

và R CrossBeam ( hệ liên kết ngang ngoài cùng bên phải)

Bấm nút Add, sau đó bấm nút Close

(Hình 66)

(Hình 67) (Hình 68)

Gán các dầm ngang vào nhóm tương ứng:

Chọn các dầm ngang ngoài cùng bên trái

Kích chuột phải vào L CrossBeam và chọn Assign

LÀm tương tự với các dầm ngang ngoài cùng bên phải để đưa vào nhóm R CrossBeam

Định nghĩa làn xe :

Gọi menu Load/Moving Load Analysis Data/Traffic Line Lanes và bấm nút Add trong giao diện Traffic Line Lanes

(Hình 69)

Nhập dữ liệu vào giao diện Define Design Traffic Line Lane:

Khai báo làn giữa (CLane):

Lane Name : Clane

Eccentricity: 0

Vehicular Load Distribution: Line Lane

Moving Direction: Both

Selection by: 2 Points

Chọn điểm đầu và cuối dầm giữa và bấm nút OK để khẳng định nhập dữ liệu

Khai báo làn trái (LLane):

Lane Name : Llane

Eccentricity: -3500

Vehicular Load Distribution: Cross Beam

Cross Beam Group: L CrossBeam

Moving Direction: Both

Selection by: 2 Points

Chọn điểm đầu và cuối dầm giữa và bấm nút OK để khẳng định nhập dữ liệu

Khai báo làn phải (RLane):

Lane Name : Rlane

Eccentricity: 3500

Vehicular Load Distribution: Cross Beam

Cross Beam Group: R CrossBeam

Moving Direction: Both

Selection by: 2 Points

Chọn điểm đầu và cuối dầm giữa và bấm nút OK để khẳng định nhập dữ liệu

Kết quả việc khai báo làn xe được thể hiện trên hình 70

(Hình 70)

Khai báo xe :

Gọi menu Load/Moving Load Analysis Data/Vehicles, giao diện Vehicles xuất hiện Chọn nút Add Standard để nhập đoàn xe tiêu chuẩn

Trong giao diện Define Standard Vehicles Load nhập các dữ liệu sau:

Standard Name : AASHTO LRFD Load

Vehicular Load Type: HL-93TRK

Dynamic Load Allowance: 75% ( lực xung kích tính bằng %, tùy theo TTGH mà ta đang

tính toán thì nó sẽ có giá trị khác nhau)

Kết thúc bằng nút bấm OK

(Hình 71)

Khai báo trường hợp tải trọng di động:

Gọi menu Load/Moving Load Analysis Data/ Moving Load Cases, giao diện

Moving Load Cases xuất hiện, chọn nút Add để nhập trường hợp tải trọng di động mới

Trong giao diện Define Moving Load Case, nhập các dữ liệu sau:

(Hình 72)

-Load Case Name: MV

-Description: Tai trong di dong

-Trong phần Sub-Load Case, nhập:

+ Loading Effect: Independent

+Bấm nút Add, giao diện Sub – Load Case hiện ra

- Nhập các dữ liệu sau cho giao diện Sub-Load Case

+ Vehicle Class: VL: HL-93TRK

+Min.Number of Loaded Lanes: 1

+Max.Number of Loaded Lanes: 3

+List of Lanes : Chọn tất cả các làn và bấm nút “->”

Bấm OK để kết thúc

Bước 6: Mô hình hóa quá trình thi công

Tạo các nhóm kết cấu và điều kiện biên:

Tạo nhóm kết cấu:

Chọn tât cả các phần tử

Chọn Group Tab, chọn và kích chuột phải vào Structure Group, chọn New… Đặt tên là Name : SAll Bấm nút Add và nút Close kết thúc việc khai báo

Kích chuột phải vào nhóm SAll và chọn Assign

Tạo nhóm điều kiện biên

Kích chuột phải vào Boundary Group trên Group Tab và chọn New…, xuất hiện

giao diện Define Boundary Group, đặt tên là Ball trong ô Name Nhấn Add rồi Close để kết thúc

Sau đó kích chuột phải vào nhóm Ball trên Boundary Group, rồi chọn Assign,

Nhấn OK

(Hình 73)

(Hình 74)

Mô hình hóa các giai đoạn thi công:

Giai đoạn thi công 1

- Gọi menu Load/Construction Stage Analysis Data/Define Construction Stage Giao diện Construction Stage xuất hiện, chọn nút Add

+ Nhập các dữ liệu sau vào giao diện Compose Construction Stage:

Trong khung Stage:

Name : CS1 Duration: 28

Trong khung Save Result chọn cả Stage và Additional Steps

Trong khung Additional Steps

Day: 21

Trong trang Element chọn SAll trong Group List

Trong khung Activation nhập Age :7(days) Sau đó bấm nút Add Trong trang Boundary, chọn Ball trong Group List sau đó chọn Add trong khung Activation

Trong trang Load, chọn Beam và Prestress trong Group List Chọn Active

Day là First, sau đó chọn nút Add trong khung Activation Với nhóm tải trọng Deck nhập Active Day :21

Cuối cùng chọn nút OK Kết quả giai đoạn thi công CS1 được tạo ra

(Hình 75)

Giai đoạn thi công 2:

Giai đoạn thi công CS2 được khai báo tương tự giai đoạn 1 Kết quả trên hình 76

(Hình 76)

Xác định tiết diện làm việc trong từng giai đoạn thi công:

Gọi menu Load/Construction Stage Analysis Data/Composite Section for

Construction Stage, chọn nút Add, khi đó sẽ xuất hiện giao diện Add/ Modify Composite Section for Construction Stage

Nhập số liệu như trên hình 77

(Hình 77)

Phân tích và biểu diễn kết quả:

Gọi menu Analysis/Construction Stage Analysis Control và nhập các thông số

điều khiển như tren hình 78 Sau đó bấm F5 để phân tích

(Hình 78)