Tài liệu Ví dụ tính toán hệ dầm liên tục bằng phần mềm Sap2000 pdf

Yêu cầu : - Xác định nội lực trong hệ khi chịu các trường hợp tải trọng cần phân tích hoạt tải thành các trường hợp để tổ hợp nội lực.. Đối với hệ dầm đã cho, ta đã tính trọng lượng bả

VÍ DỤ TÍNH TOÁ N HỆ DẦM LIÊN TỤC BẰNG PHẦN MỀM SAP2000

I/ Số liệu :

1 Cho hệ dầm liên tục bằng bê tông B20 có :

- Modulus đàn hồi : E = 2.650.000 T/m2;

- Hệ số Poisson : µ = 0,2;

- Cường độ chịu nén : Rn = 115 kG/cm2 ;

- Cường độ chịu kéo : Rk = 9 kG/cm2 ;

Cốt thép dọc loại AII có cường độ : Rs = R’s = 2700 kG/cm2 ;

Cốt đai loại AI có cường độ : Rsw = 1700 kG/cm2

2 Tải trọng tác dụng vào dầm gồm có :

* Tĩnh tải : (đã kể đến trọng lượng bản thân của dầm)

0,6T/m 1,8T/m 1,5T/m 2,0T/m 1,2T/m 1,5T/m 0,6T/m

T

1,2

T 4,0

T 1,2

B

(Số liệu bên dưới là kích thước tiết diện dầm : hình chữ nhật b x h)

* Hoạt tải :

3600

0,6 0,8T/m

T/m

0,3

4000 1500

T

0,3T/m 0,6T/m

0,5T/m 1,0T/m

T/m

3600 2400

0,6

3 Yêu cầu :

- Xác định nội lực trong hệ khi chịu các trường hợp tải trọng (cần phân tích hoạt tải thành các trường hợp để tổ hợp nội lực)

- Tổ hợp nội lực và vẽ biểu đồ bao nội lực

- Tính cốt thép dọc trong dầm

II/ Các bước tiến hành :

1 Phân tích hoạt tải thành các trường hợp tác dụng riêng lẻ trên từng nhịp :

Từ số liệu hoạt tải đã cho ta phân tích được 6 trường hợp hoạt tải như sau :

* Hoạt tải 1 :

T

0,3

0,6

T/m

* Hoạt tải 2 :

T/m 0,8

* Hoạt tải 3 :

0,6T/m

* Hoạt tải 4 :

T/m 1,0

* Hoạt tải 5 :

2,0

T 0,6

* Hoạt tải 6 :

T/m 0,3

T 0,6

2 Lập sơ đồ hình học :

3 Khai báo các thuộc tính của hệ :

a Khai báo thuộc tính vật liệu : vào menu Define Ư Materials ( )

Hệ dầm tính toán bằng bê tông nên chọn loại vật liệu là CONC Ư Modify/Show

Material để sửa lại các giá trị :

1 Chọn loại vật liệu để

chỉnh sửa các thông số :

CONC : Bê tông

STEEL : Thép

2 Sửa đổi các thông số mặc định của vật liệu

* Khối lượng riêng : chỉ dùng trong bài toán dao động

* Trọng lượng riêng : để tính tải trọng do trọng lượng bản thân của hệ kết cấu

* Modulus đàn hồi : dùng tính độ cứng kết cấu, tính/kiểm tra biến dạng - độ võng

* Hệ số Poisson : hệ số biến dạng ngang, có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả đối với kết cấu tấm - vỏ hoặc khối

* Hệ số dãn nở nhiệt : dùng tính biến dạng, nội lực do sự thay đổi nhiệt độ

* Cường độ cốt thép và cường độ bê tông : dùng để tính toán, thiết kế lượng cốt thép cần dùng trong cấu kiện bê tông cốt thép

Đối với hệ dầm đã cho, ta đã tính trọng lượng bản thân của hệ vào trong trường hợp Tĩnh tải, nên ở đây ta không quan tâm đến trọng lượng riêng Như vậy thường ta chỉ quan tâm đến các giá trị E ; µ, nếu dùng Sap2000 để tính cốt thép thì phải nhập f’c; fy; fys; Hệ dùng: Bê tông M.250# có : E = 2.650.000 T/m2; µ = 0,2

Cốt thép AII có: fy = fys = 3176.47 T/m2

Do Sap2000 tính toán cốt thép theo các tiêu chuẩn nước ngoài nên có 1 cách được đề nghị ở đây là sử dụng tiêu chuẩn Canada nhưng nhập các giá trị cường độ bê tông và cường độ cốt thép tương ứng với TCVN theo bảng sau:

Bảng 1 : Giâ trị f tương ứng với mâc bí tông theo TCVN c'

Khối lượng riíng ρ

Trọng lượng riíng w

Môdun đăn hồi E

Hệ số Poisson µ

Hệ số giên nỡ nhiệt α

Môdun đăn hồi trược G

Cường độ chịu kĩo cốt thĩp Cường độ bítông

Cường độ chịu cắt côt thĩp

Mâc Bí tông B12.5 150 B15 200 B20 250 B22.5 300 B25 350 B30 400 B40 500 B45 600

R n (kG/cm 2

f' c (kG/cm 2

) 130.39 182.22 224.40 267.26 321.85 355.16 457.85 540.81

f' c (T/m 2

) 1303.9 1822.2 2244.0 2672.6 3218.5 3551.6 4578.5 5408.1 Bảng 2 : Giâ trị f tương ứng với loại cốt thĩp theo TCVN y

R a (kG/cm 2

f y (kG/cm 2

) 2470.59 3176.47 4235.29 2352.94 3058.82 4000.00

f y (T/m 2

Chọn để chấp nhận các giá trị thông số của vật liệu đã nhập, chọn

tiếp để thoát khỏi lệnh khai báo thuộc tính vật liệu

b Khai báo hình dạng và kích thước tiết diện :

c Khai báo các trường hợp tải trọng :

Để phục vụ việc tổ hợp nội lực trong dầm ta cần phân tích Hoạt tải thành 6 trường hợp như đã trình bày ở phần trên (HT1, , HT6) và trường hợp Tĩnh tải

Do tải trọng của phần Tĩnh tải đã tính đến trọng lượng bản thân của hệ, nên ở đây ta không khai báo cho Sap2000 tự động cộng thêm trọng lượng bản thân của hệ nữa

Để khai báo các trường hợp tải trọng : vào menu Define Ư Load Cases

+ Đối với trường hợp Tĩnh tải :

* Tên : TinhTai * Loại : DEAD * Hệ số TLBT : 0

+ Đối với trường hợp Hoạt tải 1,2,3,4,5,6 :

* Tên : HT1 (hoặc 2,3,4,5,6) * Loại : LIVE * Hệ số TLBT : 0

Sau khi sửa giá trị Î chọn Add New Load ( )

Kết quả được bảng các trường hợp tải trọng như hình sau:

d Khai báo các trường hợp phân tích :

Bình thường nếu không xét dao động thì mỗi trường hợp phân tích sẽ tương ứng với một trường hợp tải trọng và nên xoá trường hợp phân tích động (MODAL) để khi tính toán được nhanh hơn

e Khai báo tổ hợp tải trọng (tổ hợp nội lực) :

Trong dầm ta cần tổ hợp nội lực theo công thức :

( ) max

( ) min

+

−

∑

( ) max

( ) min

+

−

∑

∑

Để có được tổ hợp này :

+ Trước tiên ta khai báo các Tổ hợp Hoạt tải biến đổi :

HT1 Ư HTBD1 = ENVE (HT1; 0*TT) v.v

Nếu HT1 có dấu "+" thì HTBD1 sẽ có giá trị Max = HT1 ; giá trị Min = 0

Nếu HT1 có dấu "-" thì HTBD1 sẽ có giá trị Max = 0 ; giá trị Min = HT1 v.v + Sau đó ta khai báo Tổ hợp Bao :

Bao = ADD (TT; HTBD1; HTBD2; ; HTBD6)

Như vậy giá trị Max của Tổ hợp Bao sẽ là giá trị tổng của Tĩnh tải với các giá trị Hoạt tải nếu "+" , còn những giá trị Hoạt tải "-" sẽ được thay bằng giá trị 0 Tương tự giá trị Min của Tổ hợp Bao sẽ là giá trị tổng của Tĩnh tải với các giá trị Hoạt tải nếu "-" , còn những giá trị Hoạt tải "+" sẽ được thay bằng giá trị 0 Đây chính là Tổ hợp cần tìm, và sẽ là tổ hợp để tính cốt thép

Để khai báo các tổ hợp tải trọng : vào menu Define Ư Combinations

Để khai báo tổ hợp HTBD1 là tổ hợp kiểu ENVE của HT1 và 0*TT :

* Đặt tên tổ hợp : HTBD1;

* Chọn thành phần : TinhTai (DEAD); Sửa hệ số nhân : 0,00001Ưbấm

Nếu hệ số nhân được nhập bằng 0 thì Sap2000 sẽ bỏ qua thành phần đó (xem như không có thành phần đó trong tổ hợp, do đó ta phải nhập vào 1 số vô cùng bé nào đó, ví dụ như 0,00001)

* Chọn thành phần : HT1; Sửa hệ số nhân : 1Ư bấm

Chọn để chấp nhận

HTBD5, HTBD6, cách tiến hành tương tự nhưng thay thành phần HT1 bằng thành phần hoạt tải tương ứng (HT2; HT3; HT4; HT5; HT6)

Khai báo tổ hợp BAO

* Đặt tên tổ hợp : BAO;

* Chọn kiểu tổ hợp : Linear Add;

* Chọn thành phần : TinhTai (DEAD); Hệ số nhân : 1Ư bấm nút

* Chọn thành phần : HTBD1 ; Hệ số nhân : 1Ư bấm nút

* Chọn thành phần : HTBD6 ; Hệ số nhân : 1Ư bấm nút

Chọn để chấp nhận Ta được các tổ hợp như sau:

4 Gán các đặc trưng cho các phần tử trong hệ :

Như vậy M3-3 # moment M; V2-2 # lực cắt Q nhưng trong thanh ngang (dầm) thì V2-2 ngược chiều Q, trong thanh đứng V2-2 cùng chiều Q; P # lực dọc N

8 In kết quả phản lực, nội lực :

- In biểu đồ đang hiển thị trên màn hình : vào menu File Ư Print Graphics

- In giá trị phản lực và nội lực ra file Excel để xử lý số liệu tính: vào menu Display

Ư Show Table

a Chọn dữ liệu để xuất kết quả:

Reactions

Output Ư Table: Element Forces - Frames

1 Chọn dữ liệu để xuất sang Excel Bấm vào dấu + để mở rộng “cây” kết quả

2 Chọn các trường hợp hoặc tổ hợp tải trọng để xuất kết quả

3 Bỏ chọn mục này

b Chọn Trường hợp tải trọng hoặc tổ hợp tải trọng để xuất kết quả ( )

Chọn các trường hợp tải trọng: Tĩnh Tải (DEAD), Hoạt Tải từ 1-6 (HT1, HT2, , HT6) (Giữ phím Crtl khi nhấn chuột để chọn được nhiều trường hợp), chọn OK để chấp nhận

Chọn OK để xuất kết quả

kết quả sang Excel Chọn Done ( ) để trở về màn hình Sap2000

9 Thiết kế cốt thép :

- Chọn tiêu chuẩn thiết kế: như đã trình bày ở phần trước, do Sap2000 tính cốt thép theo các tiêu chuẩn nước ngoài nên có thể sử dụng cách dùng tiêu chuẩn của Canada nhưng nhập cường độ theo bảng số 1 và bảng số 2 (quy đổi cường độ bê tông và cốt thép theo TCVN)

- Chọn các tổ hợp nội lực dùng để tính cốt thép : vào menu Design Ư Concrete

Chọn tiêu chuẩn CSA-A23.3-94

Khai báo tổ hợp BAO là tổ hợp dùng thiết kế cốt thép

Chọn tổ hợp DCON1, DCON2 bên phải Ư

Chọn tổ hợp BAO bên trái Ư

- Tính cốt thép : vào menu Design Ư Concrete Frame Design Ư Start

Trên màn hình sẽ hiển thị giá trị cốt thép dọc tính toán ở mặt trên và mặt dưới của dầm tại các tiết diện trên hệ với đơn vị m2 nên rất khó xem:

Do đó nên đổi hệ đơn vị sang để diện cốt thép thể hiện với đơn vị cm2

Kết quả tính cốt thép dọc

Các tổ hợp mặc định của Sap2000

(không dùng)

Các tổ hợp do

ta khai báo

Như vậy :

- Tại tiết diện trên gối A cốt thép tính toán : = 2

4, 91

tr a

- Tại tiết diện giữa nhịp AB cốt thép tính toán : F a d=3, 6cm2 v.v

Ta có thể kiểm tra kết quả bố trí cốt thép bằng Sap2000 với kết quả tính toán cốt thép

"thủ công" dựa vào biểu đồ bao moment của dầm:

BIỂU ĐỒ BAO MOMENT (đơn vị T.m)