CHUONG 3

• Kiểm tra loại tải trọng • Kiểm tra hướng tải trọng theo trục nào của global hay Local • Kiểm tra trạng thái gán trong check box add, replace hay delete • Kiểm tra trường hợp của tải tr

CHƯƠNG 3 KẾT CẤU HỆ THANH

1 Thiết lập sơ đồ hình học

2 Khai báo vật liệu, tiết diện, gán

3 Vẽ sơ đồ hình học

4 Khai báo liên kết

5 Khai báo các trường hợp tải trọng

6 Gán tải trọng cho phần tử của từng trường hợp

tải trọng

7 Tổ hợp tải trọng

8 Kiểm tra mô hình

CHƯƠNG 3 KẾT CẤU HỆ THANH

II XEM KẾT QỦA

1 Trên đồ hoạ

2 Hiện các biểu đồ

3 Trên tệp văn bản và các cơ sở dữ liệu khác

4 Xuất kết quả ra AutoCAD

III CÁC PHẦN NÂNG CAO

1 Khai báo group

2 Khai báo thanh có tiết diện thay đổi

3 Một số cách biến đổi nâng cao Replicate

4 Phần tử thanh chịu ứng suất truớc (Prestress)

5 Hiệu ứng uốn dọc trong phần tử thanh (P-Delta Effective)

6 Giải phóng liên kết (Release)

7 Tính kết cấu trên nền đàn hồi

8 Khai báo Output Station cho Frame

9 Khai báo vị trí ngàm cho Frame

để tạo sẵn các kết cấu

hệ thanh, vỏ

2 Khai báo vật liệu, tiết diện

2.1 Khai báo vật liệu

2.2 Khai báo tiết diện

• Lấy từ thư viện mẫu trong SAP (các loại thép hình theo các

chuẩn khác nhau)

• Lấy tử chương trình Section Builder

• Tiết diện định nghĩa trong Sap

Chú ý :

• Khi khai báo tiết diện nên sử dụng ký tự đầu đặc trưng cho tiết

diện Ví dụ : C30x40 (tiết diện cột 300x300 CD60 (cột tròn đường kính 600) D20x20 (Dầm tiết diện 200x200)

• Sap tự động tính các đặc trưng tiết diện cho tiết diện khai báo.

CSI Section Designer:

CSI Section Designer:

Phần mềm tạo ra các mặt cắt tiết diện

: mặt cắt bê tông, thép hoặc vật liệu

tổ hợp cho Frame elements

3.1 Giới thiệu về các thanh công cụ vẽ

Trong menu Draw

• Phương pháp : Chọn phần tử cần biến đổi chọn phép biến đổi.

• Giới thiệu 3 phương pháp chọn phần tử : Intersecting line.

• Chọn và hủy chọn

• Một số cách biến đổi : Copy, Del, Move, Devide, Joint, Show

duplicates, Change label

• Di chuyển các dòng lưới : hiện từng mặt phẳng

• Xem các tham số : tên nút, thanh, trục, tiết diện

• Phóng to thu nhỏ, refresh, Pan, ẩn hiện lưới và trục

Thông tin chi tiết về phần tử

• Ấn phải chuột vào phần tử để biết thông tin chi tiết về phần tử đó

4 Khai báo liên kết

4.1 Liên kết nối đất – Restraint

• Chọn các nút cần gán liên kết nối đất

• Mở hộp thoại Assign  Joint 

Restraint, chọn loại liên kết cần gán

4.2 Liên kết đặc biệt trong kết cấu –

Release

Khái niệm :

• Cách khai báo : Menu Define → Load case

• Chú ý : Hệ số Selft Weight chỉ khai báo trong một trường hợp

tải trọng

• Ví dụ : Khai báo 4 trường hợp tải trọng :

– TT : type DEAD, hệ số trọng lực (bản thân )= 1,1.

– HT : type LIVE hệ số =0 – GioX : type WIND, hệ số = 0 – GioY : type WIND, hệ số = 0

• Kiểm tra loại tải trọng

• Kiểm tra hướng tải trọng (theo trục nào của global hay Local)

• Kiểm tra trạng thái gán trong check box (add, replace hay delete)

• Kiểm tra trường hợp của tải trọng đang gán

– Đưa vào giá trị của tải trọng

HỆ SỐ Selft -Weight VÀ TẢI GRAVITY

• Selft -Weight : là hệ số tính tải trọng bản thân áp dụng cho mọi phần tử trong kết cấu Nó tính trọng lượng bản thân theo phương -Z và luôn có giá trị dương

• Gravity : là hệ số tính tải trọng bản thân áp dụng cho một số phần

tử nhất định trong kết cấu đã chọn, có thể có các phương X,Y,Z Nếu theo phương -Z thì có giá trị âm Thương sử dụng khi mô hình hóa kết cấu trong môi trường trọng lực 3 phương là khác nhau (Tồn tại gx, gy, gx)

6.1 Tải trọng phân bố đều trên phần tử

• Phương pháp : Chọn phần tử cần gánAssign → Frame load →Point and Uniform)

• Chọn trường hợp tải

• Đưa giá trị vào trong ô Uniform Load

• Phương pháp : Chọn phần tử cần gánAssign → Frame load →

Trapezoidal)

• Chọn trường hợp tải cần gán

• Khi vào giá trị cho các khoảng cách có hai cách :

– Chọn Relative Distance from end I : thì các giá trị này là tỉ lệ

của khoảng cách tính từ điểm đặt lực đến đầu thanh /chiều dài cả thanh

– Chọn Absolute : là giá trị thực của độ dài điểm đặt lực đến

– Chọn phần tử Assign → Frame Static load → Point …

– Chọn trường hợp tải trọng (Load Case Name) – Chọn loại (momen hay lực), và hướng của tải trọng – Nhập vào khoảng cách và độ lớn của lực

• Xem các tải đã gán : Display → Show load Frame

– Chọn phần tử Assign → Frame load → Joint

– Chọn trường hợp tải trọng (Load Case Name) – Nhập vào độ lớn của lực và hướng của tải trọng

(Chú ý: phân biệt Lực và Momen)

• Xem các tải đã gán : Display → Show load Joint

• Phân loại : Gây biến dạng dọc trục và biến dạng uốn.

• Gradient nhiệt là sự thay đổi nhiệt độ trên một đơn vị chiều dài của phần tử, nó có giá trị dương nếu nhiệt độ giảm một cách tuyến tính theo chiều dương của trục tọa độ địa phương Gradient có giá trị zero tại trục trung hòa, do vậy biến dạng dọc trục sẽ không được kể đến

• Phương pháp khai báo :

– Chọn phần tửmenu Assignframe\Cable\Tendon LoadTemperature

– Temperature (gây biến dạng dọc trục)

KIỂM TRA MÔ HÌNH

8 Kiểm tra mô hình :

8.1 Sơ đồ hình học

– Trước khi hoàn cần kiểm tra lại sơ đồ hình học Các liên

kết nối đất để khẳng định hệ không biến hình Hiện sơ đồ tính toán theo từng loại tiết diện để đảm bảo tiết diện gán cho thanh là chuẩn.

8.2 Tải trọng

– Kiểm tra lại tải trọng trong từng trường hợp tải trọng.

– Menu Display  show load  Joint, Frame,…

1 Khai báo kết cấu

• Theo khung phẳng, hay khung không gian (Analyzeanalysis

options)

• Khai báo các giá trị nếu cần tính tần số dao động

2 Phân tích kết cấu

– Các loại phân tích :– Phân tích tĩnh : chỉ chịu tải trọng tĩnh – Tính dao động riêng : khai báo Mode shape– Phân tích P-Delta: bài toán ổn định (chọn P-Delta)

III Xem kết quả

• Kết quả của SAP2000 có thể xem bằng :

– Đồ hoạ (các biểu đồ, hình vẽ )– Qua các bảng chữa dữ liệu theo dạng Text hoặc cấu trúc

dựa trên các cơ sở dữ liệu của Excel, Access

1 Trên đồ hoạ

1.1 Xem sơ đồ hình học

– Phương pháp : Display → Undeformation Shape

1.2 Xem sơ đồ tải trọng tải trọng

– Display  Show Load Assign

1.3 Xem các đại lượng đã gán cho kết cấu

– Display  Show Misc Assign

• Display  Show deformed Shape

• Chọn kiểu hiện : (đối với Sap phiên bản trước 9.0)

– Wire : Hiện sơ đồ KC (mờ)và dạng chuyển vị – Cubic : Chỉ hiện dạng chuyển vị

1.5 Hiện các biểu đồ nội lực

• Display  Show Forces/Stress

• Option :

– Fill - tô màu – Show value - sợi -có giá trị

2 Xem trên tệp văn bản và các cơ sở dữ liệu khác

• File → Print Output Table

3 Xuất kết sơ đồ hình học sang AutoCAD

Be Tong mac 250

• Linear. Đây là loại thông dụng nhất Tải trọng được áp dụng

không bao gồm các ảnh hưởng của tác dụng động

• Nonlinear Gần giống như tải Linear, tải được áp dụng không bao gồm ảnh hưởng của tác dụng động Tải này thường áp dụng để phân tích cable, các trường hợp có kể đến các hiệu ứng (effective stiffness - hiệu ứng kể đến sự thay đổi hình dáng của kết cấu,

effective Damping - hiệu ứng tắt dần của dạo động…) Và các bài toán phi tuyến khác

• Tính các tần đố dao động của kết cấu (dynamic modes of the

structure) bằng cách sử dụng 2 phương pháp Eigenvector hoặc Ritz-vector (xem trong tiêu chuẩn Anh) Trong trường hợp

không chất tải, ta thường sử dụng phương pháp Ritz vectors

3 Response Spectrum (tải trọng phổ)

• Tính toán sự ảnh hưởng tới kết cấu gây nên bời acceleration

loads (tải trọng quán tính) Ảnh hưởng bởi hàm tải trọng phổ (response-spectrum functions)

– Linear Modal – Linear Direct Integration

• Nonlinear Time History  Dùng để phân tích tải thay đổi theo thời gian một cách phi tuyến Phụ thuộc vào time-history functions Bài toán cũng có thể được giải theo 2 phương pháp

– Linear Modal – Linear Direct Integration

PHÂN TÍCH KẾT CẤU – SAP 9.0

5 Moving Load Tính toán tải trọng động, thường là các tải trọng động của xe theo làn, dùng cho tính toán ảnh hưởng của tải trọng động đối với các công trình cầu

6 Buckling Kiểm tra mất ổn định (cục bộ và tổng thể) dưới ảnh hưởng của tải trọng tác dụng (Calculation of buckling modes under the

application of loads)

7 Steady State Phân tích trạng thái ổn định của kết cấu đưới ảnh

hưởng của tải trọng điều hòa, tải trọng có tính chu kỳ theo thời gian (cyclic (harmonic, sinusoidal) loading at one or more frequencies of interest)

8 Power Spectral Density A power spectral density (năng lượng mật

độ quang phổ)

IV Phần nâng cao

1 Khai báo group

• Khai báo

• Gán đối tượng cho Group

• Chú ý

– Các nhóm có thể nằm trong nhau – Dùng nhóm rất tiện lợi khi cần chọn hoặc loại bỏ một số

phần tử, đặc biệt tiện dụng trong việc phân loại các phần

tử

BIẾN ĐỔI NÂNG CAO REPLICATE

2 Biến đổi nâng cao : Replicate

• Đây là các lệnh sao chép đối tượng theo nhiều cách khác nhau.

BIẾN ĐỔI NÂNG CAO REPLICATE

• Các bước thực hiện với các lệnh này

– Chọn đối tượng gốc – Đưa vào các khoảng cách di chuyển theo các phương X,Y,Z

(với lệnh Linear) hoặc khai báo trục quay (trục đối xứng) với lệnh Radial và Mirror

– Khai báo số đối tượng muốn tạo thêm (Number )

• Vơí chức năng Radial :

– Có thể chọn trục sẵn có làm trục quay – Hoặc khai báo trục quay mới qua hai điểm trong không gian

(3D- Rotate), đưa vào toạ độ X,Y,Z của hai điểm này

– Hoặc đưa vào một điểm để xác định trục quay trong mặt

phẳng của hai trục kia (ví dụ để quay quanh trục X chọn

• Groups : chọn theo group

• Frame Sections : theo tiết diện Frame

• Cable Properties : Theo đặc tính của Cab

• Tendon Properties : theo đặc tính của tăngđơ

• Area Section : theo tiết diện phần tử shell

• Solid Properties : theo đặc tính của phần tử khối

• Label : theo Nhãn

• Phương pháp : menu EditChange labels

– Prefix : ký tự đứng trước số hiệu (tiền tố) – Next number : số thứ tự bắt đầu của đối tượng – Increment : bước gia của số hiệu

– Select Element : đối tượng được chỉ định – Relabel order : thứ tự ưu tiên đánh số lại

ĐIỀU KHIỂN HIỂN THỊ

5 Điều khiển hiển thị

• Option  References/Dimesnion:

– Line Thickness – Font size Option – Zoom factor

– Screen snap and selection

FRAME CÓ TIẾT DIỆN THAY ĐỔI

6 Thanh có tiết diện thay đổi

• Chỉ áp dụng cho phần tử thanh.

• Khai báo

• Chú ý : Chức năng Add Nonprimastic yêu cầu phải có ít nhất

hai loại tiết diện đã khai báo

FRAME CÓ TIẾT DIỆN THAY ĐỔI

• Các lựa chọn cho EI22 and EI33 :

– Linear: The value EI33 varies linearly along the length of the segment.

– Parabolic: The value varies linearly along the length of

FRAME TIẾT DIỆN GENERAL

7 Phần tử Frame tiết diện General

FRAME CÓ TIẾT DIỆN AUTO SECLECT

8 Phần tử Frame có tiết diện Auto Seclect

• Khái niệm :

• Khai báo :

• Chú ý :

GIẢI PHÓNG LIÊN KẾT (RELEASE)

9 Giải phóng liên kết (Release)

• Khái niệm

• Phân loại : Sap chia việc giải phóng liên kết làm 2 loại

– Unstable End Releases : Giải phóng liên kết không ổn

địnhgây ra hệ biến hình (thanh được tách ra khỏi hệ ở hoặc một số chuyển vị nào đó)

– Stable End Releases : Giải phóng liên kết vẫn đảm bảo hệ

bất biến hình

– Từ Sap v9.0 trở về đây, có thêm các lựa chọn Frame Partial

Fixity Springs (Bạn có thể thay liên kết cứng bằng liên kết đàn hồi tại đầu I và J của thanh) Đợn vị điền vào là

force/length hoặc moment/radian.

– Muốn gán liên kết đàn hồi vào đầu thanh, trước tiên phải

giải phóng liên kết tại đầu thanh đó

• Nếu Output Station càng lớn thì tốc độ tính toán càng chậm, nên

tùy theo tính chất của bài toàn mà ta đặt Output Station nhiều hay ít

• Các bước thực hiện : Chọn thanh Assign

frame\cable\tendon  Output Station

• Max Station Spacing : Khoảng cách lớn nhất giữa 2 điểm xuất

nội lực

• Min Number Stations : Số lượng điểm xuất nội lực.

KHAI BÁO VỊ TRÍ NGÀM CHO FRAME

12 Khai báo vị trí ngàm cho Frame

• Khái niệm

• Lc=L-Rigid(EndI+EndJ)

số này được dùng để thay đổi kích thước Ioff, Joff Nói cách khác : Joff=EndI*Rigid Joff=EndJ*Rigid

• Phương pháp

Thanh chịu ứng suất truớc (Prestress)

13 Phần tử thanh chịu ứng suất truớc (Prestress)

• Trong SAP ứng suất trước chỉ ứng dụng trong phần tử thanh

• Nó được tao ra do các lực căng trước đặt lên một hay nhiều sợi

cáp trong phần tử (tải trọng này luôn nằm trong mặt phẳng 1-2 của phần tử)

– Lực kéo (tension) là hằng số dọc theo chiều dài của thanh

và không thay đổi giá trị khi thanh bị biến dạng

– Vị trí của sợi cáp tại hai đầu của phần tử d i và d j được đo theo chiều dương và vị trí giữa phần tử được đo theo chiều

âm của trục 2.

– Trong Sap2000 coi ứng lực trước như là một đặc tính của

thanh Khi phần tử thanh chịu ứng suất trước, trong thanh

sẽ xuất hiện thêm một thành phần chuyển vị thứ cấp do hiệu ứng P-Delta gây lên

– Sap9.0 không còn chức năng này nữa Đối với những phiên

bản này, Sap yêu cầu người dùng vẽ các đường Tendon (song song với dầm) Gán các thông số tương tự như các phiên bản trước cho những Tendon này (Chi tiết mời đọc Problem I – Sap2000 v9.0).

Hiệu ứng uốn dọc (P-Delta Effective)

14 Hiệu ứng uốn dọc trong phần tử thanh (P-Delta Effective)

• Khái niệm

• Cách khai báo

• Khai báo P-Delta khi phân tích kết cấu

– Iterration Controls : điều khiển lặp

– Maximum Iterration : Số lần lặp tối đa.

– Relative Tolerance – dispalcement : Sai số tương đối cho phép

Tính kết cấu trên nền đàn hồi

15 Tính kết cấu trên nền đàn hồi

• Liên kết đàn hồi : Trong SAP2000 liên kết đàn hồi được mô hình

hóa bằng các liên kết lò xo đặt tại các nút Dưới tác dụng của lực ngoài lò xo bị biến dạng và phát sinh các thành phần phản lực bao gồm F1,F2,F3, M1, M2,M3 lần lượt là các phản lực thẳng và phản lực xoay

• Liên kết đàn hồi dùng trong các trường hợp như dầm liên tục có

gối tựa đàn hồi (mô hình hóa của dầm trên nền đàn hồi, mô hình winkler), tấm trên nền đàn hồi (Mô hình hóa của bản trên nền đàn hồi cụ thể là móng băng, móng bản trên nền đàn hồi) Độ chính xác của lời giải tỉ lệ thuận với mật độ của lưới lò xò

Tính kết cấu trên nền đàn hồi

• Liên kết đàn hồi - spring : là liên kết mềm có thể tác dụng theo 6

thành phần của 6 bậc tự do, tuy nhiên thông dụng nhất là theo phương Z

– Các thành phần độ cứng của lò xo có đơn vị (lực/đơn vị dài,

lực /đơn vị góc xoay

– Để khai báo độ cứng đàn hồi dùng Assign→ Joint→ Springs

• Để gán các độ cứng đàn hồi (lò xo), trước hết phải tính các giá trị

của độ cứng đàn hồi Trong mô hình nền Winkler đất nền coi như đàn hồi tuyến tính và được đặc trưng bởi một hệ số nền Trong trường hợp đơn giản SAP2000 đề xuất tính độ cứng của một gối

lò xo theo một phương bất kỳ như sau : Ki= Ks b.ls = Ks A (Ks

hệ số nền, b, ls chiều rộng và dài mà gối phải chịu)

Tính kết cấu trên nền đàn hồi

• Bảng giá trị hệ số nền một số loại đất thông dụng (Tham khảo cụ

thể trong quyền nền móng – GS Vũ Công Ngữ):

– Đất cát xốp : 4800-16000 (kN / m3 ) – Đất cát chặt vừa : 9600 - 80000 (kN / m3 )

– Móng bè - Tấm trên nền đàn hồi

Bài toán dao động riêng

14 Bài toán dao động riêng (Dynamic Analysis)

• Phân tích Eigenvector

• Gán khối luợng tập trung (Xem lại đơn vị khi tính theo phương

pháp Eigen thì khối lượng m=P/g)

– Khối lượng của các phần tử không phải tính, SAP tự qui

đổi

– Khối lượng còn lại tính qui đổi về nút (Thường tính khối

lượng của cả tầng rồi chia cho số nút chính (tại vị trí có cột, lõi)).

– Chỉ tính khối lượng của tĩnh tải và hoạt tải dài hạn (xem

TCVN2737-95)

– Chỉ nhập khối lượng gây lưc quán tính  Menu Assign 

Masses  Direction 1, 2 (bỏ phương 3(z)và không nhập moment quán tính)

Bài toán dao động riêng

• Để tìm các dạng dao động theo Eigenvector cần xác định các