Đây là Tài liệu hướng dẫn đầy đủ cách sử dụng Sap 2000 V12 - Hệ dầm ghép, hướng dẫn cụ thể chi tiết từng nút trên Sap 2000 V12 - hệ dầm ghép.
Trang 1CHƯƠNG II
NHỮNG ðỊNH NGHĨA CƠ SỞ
************************
I HỆ TRỤC TỌA ðỘ (Coordinate System)
1 Hệ trục tọa ñộ tổng thể (Global Coordinate System)
• Là hệ tọa ñộ vuông góc 3 chiều và tuân theo qui tắc bàn tay phải (ngón cái là
trục X, ngón trỏ là trục Y, ngón giữa là trục Z)
• Thông thường trục Z hướng lên trên Ta có thể thay thế trục hướng lên là trục
X, Y bằng cách vào Options\3D View Up Direction\X(Y) (chức năng này thường
ñược dùng khi chuyển mô hình kết cấu ñược tạo từ AutoCAD sang)
• Hệ trục tọa ñộ tổng thể là duy nhất trong một bài toán phân tích kết cấu
2 Hệ trục tọa ñộ phụ (Altermater Coordinate System)
• Là hệ tọa ñộ vuông góc 3 chiều và tuân theo qui tắc bàn tay phải
• Hệ trục tọa ñộ có thể do ta ñịnh nghĩa (Options\Set Coordinate) hoặc có
ñược khi ta thêm một kết cấu phụ từ những mẫu kết cấu (Add to Model From
Template)
• Vị trí và phương của nó ñược xác ñịnh theo trục tọa ñộ tổng thể
• ðối với kết cấu mà hệ trục tọa ñộ tổng (HTTðTT) ñi kèm thêm một số hệ trục tọa ñộ phụ (HTTðP) thì muốn chuyển sự làm việc từ HTTðTT sang HTTðP hoặc ngược lại thì vào Options\Set Coordinate
• Muốn tắt hoặc hiển thị hệ trục tọa ñộ ta vào View\Show Axes
3 Hệ trục tọa ñộ ñịa phương (Local Coordinate System)
3.1 Với nút:
• Các trục của hệ tọa ñộ ñịa phương ñược ñánh số thứ tự là 1, 2, 3 Với màu sắc qui ước: 1-ñỏ, 2-trắng, 3-xanh
• Hệ trục tọa ñộ ñịa phương của nút 123 thường có phương giống hệ trục tổng thể XYZ (tương ứng 1-X, 2-Y, 3-Z),tuân theo qui tắc bàn tay phải (ngón cái là trục
1, ngón trỏ là trục 2, ngón giữa là trục 3) và ta có thể thay ñổi phương của trục này
• Ngoài việc dùng ñể ñịnh nghĩa bậc tự do (Degrees of freedom), liên kết (Restrains), ñặc tính (Properties), lực tác dụng (Load) tại nút và làm rõ kết quả tọa ñộ nút (Joint output) thì hệ trục tọa ñộ ñịa phương của nút còn dùng cho các
trường hợp:
+ Tạo liên kết nghiêng (Skewed Restraints)
+ Tạo liên kết ràng buộc ñồng chuyển vị nút (Constraints)
+ Tạo trục làm việc cho khối tập trung (Joints mass)
+ Xác ñịnh rõ ràng thành phần theo trục tọa ñộ của kết quả chuyển vị và lực tại
nút ñược xuất ra (Joints displacement and force output)
Trang 2Ớ để hiển thị hệ trục tọa ựộ ựịa phương của nút ta vào View\Set Element, kắch chọn Local Axes ở Joints để tắt sự hiển thị ta vào lại ựể kắch bỏ sự chọn
3.2 Với phần tử Frame
Ớ Trục tọa ựộ phần tử Frame dùng ựể gán lực tác dụng, tải nhiệt ựộ, kết quả
xuất nội lực
Ớ Các trục
của hệ tọa ựộ
ựịa phương
ựược ựánh số
thứ tự là 1, 2, 3
Với màu sắc
quy ước: 1-ựỏ,
2-trắng,
3-xanh
Ớ Trục 1
nằm dọc theo
chiều dài của
phần tử (từ nút i
ựến nút j), trục
2, 3 ựược xác
ựịnh tùy thuộc
vào mối quan hệ giữa trục 1 và trục Z:
+ Mặt phẳng ựịa phương 1-2 luôn thẳng ựứng (song song với trục Z)
+ Khi phần tử nằm ngang thì trục 2 hướng lên (+Z) Khi phần tử thẳng ựứng thì trục 2 nằm ngang theo hướng +X
+ Trục 3 luôn nằm ngang (song song mặt phẳng X-Y)
Ớ để xác ựịnh tư thế làm việc của phần tử Frame còn có góc tọa ựộ
(Coordinate angle) đó là góc quay của trục 2, 3 quanh trục 1 Giá trị góc quay tuân theo quy tắc vặn nút chai (chiều tiến nút chai là chiều trục 1, chiều quay của nút chai là chiều dương của trục 2, 3 quay quanh trục 1)
Ớ để hiển thị hệ trục tọa ựộ ựịa phương của phần tử Frame ta vào View\Set Element, kắch chọn Local Axes ở Frames để tắt ta làm ngược lại
Ớ Thay ựổi tọa ựộ của phần tử (tư thế làm việc) ta vào Assign\Frame\Local Axes
3.3 Với phần tử Shell
Ớ Trục tọa ựộ phần tử Shell dùng ựể gán lực tác dụng, tải nhiệt ựộ, kết quả xuất
nội lực
Ớ Các trục của hệ tọa ựộ ựịa phương ựược ựánh số thứ tự là 1, 2, 3 Màu sắc quy ước: 1-ựỏ, 2-trắng, 3-xanh
Hệ trục tọa ựộ ựịa phương của phần tử Frame
X
Y
Z
Trục 2
Trục 3
Trục 1
điểm j
điểm i
Mặt phẳng 1-2
Mặt phẳng 1-3
Trang 3• Hệ tọa ñộ ñịa phương của phần tử Shell có trục 1, 2 nằm trong mặt phẳng phần tử còn trục 3 nằm vuông góc với mặt phẳng phần tử
• Chiều
dương của
trục 3 ñược
xác ñịnh
theo quy tắc
“vặn nút
chai” (quay
nút chai theo
chiều từ nút
1 sang 2
sang 3 thì
chiều tiến là
chiều của trục 3)
• Hướng mặc ñịnh của trục 1 và 2 ñược xác ñịnh bởi mối quan hệ giữa trục 3
và trục tổng thể Z như sau:
+ Mẳng phẳng 2-3 hướng thẳng ñứng (song song với trục Z)
+ Khi phần tử Shell hướng thẳng ñứng thì trục 2 hướng lên (hướng trục Z), khi phần tử Shell nằm ngang thì trục 2 nằm ngang theo hướng Y
+ Trục 1 nằm ngang (song song mặt phăng X-Y)
• Góc tọa ñộ của phần tử Shell (Coordinate Angle) dùng ñể ñịnh hướng phần
tử so với hướng mặc ñịnh bên trên, là góc quay của 1 và 2 quanh trục 3 so với
hướng mặc ñịnh Sự quay này tuân theo quy tắc vặn nút chai (chiều tiến nút chai là
chiều trục 3 thì chiều quay nút chai là chiều quay dương của trục 1 và 2)
• ðể hiển thị hệ trục tọa ñộ ñịa phương của phần tử tấm vỏ ta vào View\Set Element, kích chọn Local Axes ở Shells ðể tắt sự hiển thị ta vào lại ñể kích bỏ sự
chọn ñó
ðể xoay góc tọa ñộ của phần tử Shell ta vào Assign\Shell\Local Axes
II TỌA ðỘ MỘT ðIỂM (Joint Coordinates)
1 Hệ tọa ñộ vuông góc
Tọa ñộ của một ñiểm trong hệ tọa
ñộ vuông góc ñược ñịnh nghĩa:
M(x,y,z)
Hệ trục tọa ñộ ñịa phương của phần tử Shell
X
Y
Z
Z
3
2
1
1
Khi phần tử Shell ñứng
Khi phần tử Shell ngang
Hệ trục tọa ñộ vuông góc
X
Y
Z
z
x
y
M
Trang 4Hệ lưới hình lăng trụ Hệ lưới hình trụ
2 Hệ tọa ñộ trụ
Tọa ñộ của một ñiểm trong hệ tọa ñộ trụ ñươc ñịnh nghĩa: M(z,r,ϕϕϕ)
3.Tọa ñộ cầu
Tọa ñộ của một ñiểm trong hệ tọa ñộ cầu ñươc ñịnh nghĩa: M(r,ϕϕϕ,θθθ)
III HỆ LƯỚI (Grid System)
• Là hệ khung dây hình lăng trụ và hình trụ
• Nhiệm vụ của hệ lưới là giúp ta xác ñịnh chính xác vị trí của nút, phần tử, giúp ta tạo thêm nút, phần tử một cách nhanh chóng và chính xác
Hệ trục tọa ñộ trụ
Y
Z
z
j
r
M
X
Hệ trục tọa ñộ cầu
X
Y
Z
M
q
Trang 5• ðể tắt hay mở chế ñộ hiển thị hệ lưới ta vào View\Show Grid (hoặc F7)
• ðể hiệu chỉnh ñường lưới (thêm ñường lưới hay thay ñổi kích thước) ta vào
Draw\ Edit Grid (hoặc Shift+F7)
IV LIÊN KẾT (Restraints)
• Một nút trong liên kết có 6 thành
phần chuyển vị gồm: 3 chuyển vị tịnh
tiến theo 3 trục ñịa phương: U1, U2, U3
và 3 chuyển vị xoay quanh 3 trục ñịa
phương là R1, R2, R3 Những thành
phần chuyển vị này còn gọi là bậc tự do
của nút
• Bậc tự do của nút trong các dạng
kết cấu khác nhau (xem bảng)
LOẠI PHẦN TỬ Các thành phần chuyển vị
Trong ñó: 0_thành phần chuyển vị tự do
1_thành phần chuyển vị bị khống chế
• Việc khống chế các bậc tự do này còn ñược gọi là liên kết
6 bậc tự do của nút
R2
U2
U3
R3
Các dạng liên kết
Ngàm
Khớp
cố ñịnh
Khớp
di ñộng
Khớp
di ñộng
Khớp
cố ñịnh Ngàm
Trang 6V VẬT LIỆU (Materials)
• Vật liệu trong tính toán kết cấu bao gồm: vật liệu ñẳng hướng và vật liệu không ñẳng hướng
• Vật liệu bêtông, thép trong phân tích kết cấu ñược xem là ñẳng hướng
• Các tính chất ñược ñưa vào trong phân tích kết cấu là:
Bêtông cốt thép
• Analysis Property Data: Dữ liệu phân tích
+ Mass density: Khối lượng riêng quán tính, chỉ áp dụng cho bài toán
ñộng
+ Weight density: Trọng lượng riêng, dùng ñể tính toán trọng lượng bản
thân của kết cấu
+ Modulus of lasticity: Mô ñun ñàn hồi
+ Poisson , s ratio: Hệ số Poát-xông
+ Coeff of thermal espansion: Hệ số giãn nở vì nhiệt, dùng ñể phân tích
bài toán có tác dụng nhiệt
• Design Property Data: Dữ liệu thiết kế
+ Reinforcing yeild stress, fy: Cường ñộ chịu kéo của cốt thép
+ Conrecte strength, fc: Cường ñộ chịu nén của bêtông
+ Shear steel yield stress, fys: Cường ñộ chịu cắt của cốt thép
+ Concrete shear strength, fcs: Cường ñộ chịu cắt của bêtông
VI PHẦN TỬ
• Frame : có chiều dài lớn rất nhiều so với kích thước mặt cắt (dầm, cột, thanh)
• Shell : có kích thước các cạnh lớn rất nhiều so với ñộ dày của phần tử
• Plane : khối, chỉ xét ñến ứng suất phẳng và biến dạng phẳng của phần tử khối
• Solid : khối
VII DẠNG LỰC TÁC DỤNG
1 Nút
• Lực tập trung và mômen tập trung
• ðối với lực tập trung (Force), chiều
dương của lực trùng với chiều của trục tọa ñộ
ðược ký hiệu là vectơ 1 mũi tên (hình 1)
• ðối với mômen tập trung chiều dương
Trang 7mômen trùng với chiều quay của nút chai thì chiều tiến của nút chai là chiều dương
của mômen) ðược ký hiệu là vectơ 2 mũi tên (hình 2)
2 Phần tử Frame
• Lực tập trung (Point) tại phần tử
+ ðối với lực tập trung, chiều dương của
lực trùng với chiều của trục tọa ñộ ðược ký
hiệu là vectơ 1 mũi tên
+ ðối với mômen tập trung chiều dương
tuân theo qui tắc vặn nút chai ðược ký hiệu là
vectơ 2 mũi tên
• Lực phân bố ñều (Uniform) trên phần tử
• Lực phân bô không ñều (Trapexoidal)
3 Phần tử Shell
• Lực phân bố ñều (Uniform) là lực tác dụng trên toàn bộ phần tử Shell Phương của lực tác dụng có thể chọn theo phương của tọa ñộ tổng thể XYZ hoặc phương của tọa ñộ ñịa phương 1 2 3
• Ap lực (Pressure) là lực tác dụng trên toàn bộ phần tử Shell và luôn vuông góc với mặt phẳng 1-2 của phần tử
VIII CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI TĨNH – Static Load Case
• Một kết cấu làm việc trong thực tế thường chịu nhiều trường hợp tải trọng tác dụng khác nhau: trọng lượng bản thân, hoạt tải sử dụng, gió, ñộng ñất…
• Theo TCVN các trường hợp tải trọng ñược phân loại như sau:
+ Tải trọng thường xuyên: là gồm khối lượng kết cấu chịu lực và khối lượng kết cấu bao che Khối lượng và áp lực của ñất (ñất lấp và ñất ñắp)
+ Tải trọng tạm thời:
Tải trọng tạm thời dài hạn: khối lượng máy móc, thiết bị, vật dụng, các khối lượng ñặc biệt khác ñược dùng trong suốt quá trình sử dụng công trình
Tải trọng tạm thời ngắn hạn: gió, khối lượng người, thiết bị, vật liệu trong quá trình sửa chữa thiết bị ñang sử dụng trong công trình Khối lượng nảy sinh trong quá trình xây lắp
Tải trọng ñặc biệt: ñộng ñất, nổ…
• ðịnh nghĩa các trường hợp tải ta vào Define\Static Load Case
Moments
Trang 8• Những ký hiệu nhãn sai:
-0
000 A-03 123÷567 -05001 ABC.123
IX TỔ HỢP TẢI TRỌNG- Load Combination
• Ta biết rằng có nhiều trường hợp tải trọng tác dụng lên kết cấu nhưng không phải lần lượt hay ñồng loạt các trường hợp tải tác dụng lên kết cấu mà có khả năng: một trường hợp tải, hai trường hợp tải, ba trường hợp tải cùng tác dụng ngoài ra mỗi khả năng trên sẽ gây ra những nguy hiểm ở các vị trí khác nhau cho kết cấu
Nó giúp ích cho ta trong việc thiết kế một cách chính xác và an toàn Những khả năng ñó gọi là tổ hợp tải trọng
• Theo TCVN ta phân biệt hai dạng tổ hợp:
+ Tổ hợp cơ bản: gồm tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn, tải trọng tạm thời ngắn hạn
+ Tổ hợp ñặc biệt: gồm tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn,tải trọng tạm thời ngắn hạn va tải trọng ñặc biệt
• ðịnh nghĩa các trường hợp tải ta vào Define\Load Combination
X NHÃN - Label
• Nhãn là tên của các thực thể trong một kết cấu như nút, phần tử, lực
• ðây là chúc năng cực kỳ hay trong việc quản lý kết quả xuất ra của từng phân
tử
• Quy tắc ký hiệu tên nhãn:
+ Mỗi nhãn gồm một ñến bảy chữ /số
+ Không có khoảng trống hay ký hiệu trong nhãn (-,+,$,#,@ )
+ Chữ viết hoa hay viết thường ñều như nhau (A3 giống a3)
+ Nhãn không chứa toàn bộ là số 0
+ Số 0 ñứng trước nhãn thì cũng xem như không có (0A3 giống A3)
+ Có thể ñặt tên giống nhau cho các thực thể khác nhau
• Những ký hiệu nhãn ñúng:
I
A03
33B
123x567
Corner
STEEL
• Quy luật ñánh thứ tự tên nhãn:
Khung phẳng:
Nút
Thứ tự nhãn ñược ñánh từ dưới lên trên (+Z) rồi từ trái sang phải (+X)
Trang 9Qui luật ñánh thứ tự tên nhãn cho nút và phần tử của khung không gian
13
14
15
16
17
21
18
23
20
19
22
24
25
26
1
2
3
4
5
6
12
13
8
14
16
11
7
9
10
15
18
17
Phần Frame
Phần tử cột: Thứ tự nhãn ñược ñánh từ dưới lên trên (+Z), từ ngoài vào trong
(+Y), từ trái sang phải(+X)
Phần tử dầm:
- Dầm song song trục X: thứ tự nhãn ñược nối tiếp số thứ tự nhãn của phần tử cột và theo quy luật dưới lên trên (+Z), từ trái sang phải (+X), rồi từ ngoài vào trong (+Y)
- Dầm song song trục Y: thứ tự nhãn ñược nối tiếp số thứ tự nhãn của phần tử dầm song song trục X và theo quy luật dưới lên trên (+Z), từ ngoài vào trong (+Y) rồi từ trái sang phải (+X)
• Ta có thể thay ñổi ký tự trong nhãn và quy luật phát triển của nó Vào
Edit\Change Label
• Khi tạo thêm phần tử hay thêm kết cấu cho bài toán ta ñặt tên nhãn cho phần
thêm này thì vào Draw\New Label
XI ðẶC TRƯNG MẶT CẮT PHẦN TỬ – Section
1 Phần tử Frame
• ðặc trưng mặt cắt phần tử Frame gồm:
+ Tên (Section Name): ta biết nhãn là tên thứ tự của phẩn tử còn ở ñây tên ñặc
trưng mặt cắt là tên của một hay nhiều phần tử có cùng nhữn ñặc trưng, tính chất
+ Vật liệu (Material): bêtông, thép hay một loại vật liệu khác
+ Dạng mặt cắt (Type): tròn, chữ nhật, ống…
+ Kích thước (Dimensions): tùy theo dạng mặt cắt như thế nào mà ta phải khai
báo một số kích thước, ñể ñủ hình thành nên dạng mặt cắt
Trang 102 Phân tử Shell
• ðặc trưng mặt cắt phần tử Shell gồm:
+ Tên (Section Name): ta biết nhãn là tên thứ tự của phẩn tử còn ở ñây tên ñặc
trưng mặt cắt là tên của một hay nhiều phần tử có cùng nhữn ñặc trưng, tính chất
+ Vật liệu (Material): bêtông, thép hay một loại vật liệu khác
+ Dạng làm việc (Type): kiểu Shell, Plate, Membrane
+ Kích thước (Thickness): ñối với loại phần tử Shellta quan tâm ñến ñộ dày chịu uốn (Bending) và ñộ dày chịu căng (Membrace)
XII PHẢN LỰC TẠI LIÊN KẾT VÀ NỘI LỰC TRONG PHẦN TỬ
1 Phản lực tại nút
• F1, F2, F3: lực dọc theo các trục tọa ñộ ñịa phương của ñiểm, chiều dương
của lực trùng với chiều của trục tọa ñộ ðược ký hiệu là vectơ 1 mũi tên
• ðối với mômen tập trung chiều dương tuân theo quy tắc vặn nút chai
• M1, M2, M3: mô men quay quanh các trục tọa ñộ ñịa phương của ñiểm
Chiều của nó tuân theo qui tắc vặn nút chai ðược ký hiệu là vectơ 2 mũi tên
• Thông thường hệ tọa ñộ ñịa phương của nút có phương các trục trùng với
phương các trục của hệ tọa ñộ tổng thể nên F1, F2, F3, M1, M2, M3 tương ứng
FX, FY, FZ, MX, MY, MZ
2 Nội lực trong phần tử Frame
•
• P: lực dọc
•
• V2: lực cắt trong mặt phẳng 1-2
•
• V3: lực cắt trong mặt phẳng 1-3
•
• T: mô men xoắn
•
• M2: mô men uốn trong mặt phẳng 1-3 (quanh trục2)
•
• M3: mô men uốn trong mặt phẳng 1-2 (quanh trục3)
3 Nội lực trong phần tử Shell
•
• F11, F22: lực dọc trong mặt gây căng tương ứng trục 1, 2
•
• F12: lực cắt trong mặt gây căng
•
• M11, M22: mô men uốn quay quanh tương ứng trục 2, 1
•
• M12: mô men xoắn quanh trục 3
•
• V13, V12: lực cắt ngang
Lưu ý: những giá trị lực và mô men này là giá trị lực và mô men trên một ñơn
vị dài mặt phẳng
