download

HƯỚNG DẪN MÔ HÌNH HÓA KẾT CẤU CTBCĐ II BẰNG PHẦN MỀM SAP SAP2000- V14

GVHD: THS. BÙI THẾ ANH Page 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC X ÂY DỰNG BỘ MÔN KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

VÀ ĐƯỜNG ỐNG - BỂ CHỨA

HƯỚNG DẪN MÔ HÌNH HÓA BẰNG SAP

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

CÔNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH 2

GVHD: Ths. Bùi Thế Anh SVTH : Phạm Văn Ban – 53 CB3

Lê Anh Đức – 54KSCT

Năm học: 2013-2014



I. MÔ HÌNH HOÁ KẾT CẤU KCĐ.

Bước 1 : Chọn đơn vị (Tonf.m.C).

Bước 2: Tạo lưới grid.

Trên thanh menu chọn File → New model→ Storage Structures→OK→Chọn và xóa tất cả các phần tử của mô

hình sẵn có. Chỉ và kích đúp chuột trái vào “grid point” để lập lại lưới tọa độ

Taọ lưới grid trong hệ toạ độ trụ với các thành phần :

- R grid : Tọa độ bán kính tròn xoay của lưới.

- T grid : Góc quay quanh trục OZ của lưới ( cách đều nhau 1 góc 22.5°,không cần chú ý vì mô hình có sẵn đã

chia cho chúng ta rồi )

- Z grid data : Tọa độ lưới theo phương Z

Lưu lại (Save hoặc Ctrl+S)



GIỮ CHUỘT TRÁI KÉO QUÉT TẤT CẢ VÀ XÓA



CHỈ VÀO 1 ĐIỂM CỦA LƯỚI TỌA ĐỘ

KÍCH ĐÚP CHUỘT TRÁI ĐỂ SỬA TỌA ĐỘ THEO TỌA ĐỘ LƯỚI THEO CỦA ĐỒ ÁN

OK



Bước 3: Định nghĩa vật liệu.

Trên thanh Menu chọn Define → Material → Add new matireals

Điền vào bảng Material Propety Data

- Matierial Name …: Tên vật liệu

- Material type : Loại vật liệu ( steel : thép ; concrete : bê tông….)

- Weight per … : Trọng lượng riêng

- E : modun đàn hồi

- U : hệ số poission…





Bước 4: Định nghĩa các cấu kiện.

1. Cấu kiện dạng thanh

Các cấu kiện dạng thanh trong đồ án bao gồm các dầm và các cột.

Trên thanh Menu chọn Define →Section properties → Frame sections → Add new sections → Concrete

→ Rectangular (Với tiết diện hình chữ nhật )

Điền vào bảng Rectangular Section

- Section Name : Tên cấu kiện

- Material : Tên vật liệu ( Đã được định nghía ở bước 3)

- Depth (t3) : Chiều cao cấu kiện (m)

- Width (t2) : Chiều rộng cấu kiện (m)





CHỌN RECTANGULAR:



OK:

TIẾP TỤC KHAI BÁO TIẾP ADD NEW … LÀM TƯƠNG TỰ NHƯ TRÊN VỚI CÁC DẦM KHÁC.

KẾT QUẢ KHI ĐÃ KHAI BÁO HẾT CÁC DẦM:



2. Cấu kiện dạng bản

Các cấu kiện dạng bản trong đồ án gồm : bản thành, bản nắp, bản đáy, trụ trên, trụ dưới, vách, chân khay.

Trên thanh Menu chọn Define → Section properties → Area sections → Add new sections

Điền vào bảng Shell Section Data

- Section Name : Tên cấu kiện

- Material Name : Tên vật liệu ( Đã được định nghĩa ở bước 3)

- Thickness : Chiều dày cấu kiện (m)

BẤM ADD NEW SECTON:



KHAI BÁO TƯƠNG TỰ VỚI CÁC BẢN KHÁC TA ĐƯỢC :



Bước 5 : Vẽ sơ đồ kết cấu KCĐ

Sử dụng trực tiếp các lệnh có sẵn ở thanh tab bên trái hoặc trên thanh Menu chọn Draw → Draw

Frarme/Cable/Tendon để vẽ các cấu kiện dạng thanh (frame) và Draw → Draw Poly Area để vẽ các cấu kện

dạng bản (shell) .

Lưu ý:

1. Các cấu kiện dầm, cột, bản của KCĐ thường được bố trí dạng tròn xoay xung quanh trục thẳng đứng OZ

nên khi vẽ chúng ta chỉ cần vẽ một cấu kiện sau đó nhân lên bằng cách

Chọn cấu kiện, trên thanh Menu chọn Edit → Replicate… → Radial

- Rotate About Line : Trục quay ( Chọn Parallel to Z)

- Number : Số cấu kiện sau khi nhân.

- Angel : Góc hợp bởi 2 cấu kiện liên tiếp.

2. Để đơn giản chúng ta nên vẽ thứ tự các cấu kiện từ trong ra ngoài, từ dưới lên trên, các cấu kiện dạng

Frame trước các cấu kiện dạng Shell sau và vẽ đến đâu gán tên cho cấu kiện đên đó.

- VẼ DẦM CHÍNH DƯỚI:

CHỌN HIỂN THỊ RT ĐƯA VỀ MẶT PHẲNG Z= 0 ĐỂ DỄ THAO TÁC



KÍCH CHUỘT TRÁI VÀO ĐIỂM ĐẦU CỦA DẦM:



KÍCH ĐÚP CHUỘT VÀO ĐIỂM CUỐI CỦA DẦM:



NHẤN ESC

DÙNG CHUỘT TRÁI QUÉT VÀO 1 DẦM CHÍNH DƯỚI VỪA VẼ ĐC



SAU ĐÓ :

XUẤT HIỆN BẢNG HỘI THOẠI



OK:

DẦM CHÍNH TRÊN Z=7 m LÀM TƯƠNG TỰ



- VẼ DẦM VÒNG NGOÀI BẢN ĐÁY :

KÍCH CHUỘT VÀO ĐIỂM ĐẦU TIÊN CỦA DẦM



KÍCH ĐÚP VÀO ĐIỂM CUỐI:



NHẤN ESC :

QUÉT DẦM VỪA VẼ ,SAU ĐÓ COPY:



CHỌN RADIAL:



OK:

TƯƠNG TỰ DẦM VÒNG BẢN ĐÁY TRONG:



LÀM TƯƠNG TỰ VỚI DẦM VÒNG NGOÀI TRONG BẢN NẮP TA ĐƯỢC:

- VẼ BẢN ĐÁY:

KÍCH CHUỘT VÀO HÌNH NHƯ TRÊN HÌNH VẼ



CHỌN LOẠI BẢN CẦN VẼ VÀ NHẤN VÀO DIỂM ĐẦU TIÊN CỦA BẢN



VÀ TIẾP TỤC NHẤN VÀO CÁC ĐIỂM TIẾP THEO:



KÍCH ĐÚP VÀO VỊ TRÍ CUỐI:



VẼ TIẾP CÁC PHẦN TỬ TIẾP THEO



VÀ ĐẾN ĐÂY TA CÓ SỰ THAY ĐỔI TIẾT DIỆN ; BẢN ĐÁY TRONG TRỤ

NẾU KO CÓ SỰ THAY ĐỔI TIẾT DIỆN THÌ THÔI



VÀ TIẾP TỤC VẼ TIẾP;



SAU ĐÓ NHẤN ESC:

CHỌN CÁC PHẦN TỬ BẢN ĐÁY VỪA VẼ (KÍCH CHUỘT TRÁI HOẶC QUÉT VÀO CÁC PHẦN TỬ ĐÓ) :



NHÂN CÁC PHẦN TỬ VỪA VẼ THEO PHƯƠNG TRÒN XOAY VỚI TRỤC OZ

CHỌN RADIAL : NHÂN THEO GÓC 1 PHẦN TỬ



NHÂN PHẦN TỬ VÀ GIỮ NGUYÊN THUỘC TÍNH

OK:



THỰC HIỆN TƯƠNG TỰ CÁC BƯỚC NHƯ TRÊN ĐỂ VẼ BẢN NẮP:

THỰC HIỆN TƯƠNG TỰ BẢN ĐÁY XONG TA ĐƯỢC:

./



- BẢN THÀNH :

CHỌN HIỂN THỊ TZ , DI CHUYỂN ĐẾN MẶT PHẲNG R=13 ĐỂ DỄ THAO TÁC





CÓ THỂ ZOOM LẠI GẦN CHO DỄ VẼ



VẼ MỘT PHẦN TỬ CỦA BẢN THÀNH



KÍCH ĐÚP CHUỘT TRÁI VÀO ĐIỂM CUỐI PHẦN TỬ

NHẤN ESC:



NHÂN PHẦN TỬ VỪA VẼ THEO PHƯƠNG Z



OK:



NHÂN CÁC PHẦN TỬ VỪA VẼ THEO PHƯƠNG TRÒN XOAY VỚI TRỤC OZ





OK:



- VẼ CỘT

THEO KINH NGHIỆM CỦA MÌNH THÌ VẼ CỘT TỪ NGOÀI VÀO TRONG

THÌ PHƯƠNG LÀM VIỆC CỦA CỘT SẼ ĐÚNG

CỘT NGOÀI CŨNG DÙNG HIỂN THỊ TZ TẠI MP R=13 ĐỂ THAO TÁC





KÍCH ĐÚP CHUỘT TRÁI VÀO VỊ TRÍ CUỐI CỘT



NHẤN ESC

NHÂN CẤU KIỆN CỘT VỪA VẼ THEO PHƯƠNG TRÒN XOAY VỚI TRỤC OZ



OK:





VẼ CỘT TRONG CHỌN HIỂN THỊ TZ ĐƯA VỀ MP R=8 ĐỂ THAO

TÁC

VẼ TƯƠNG TỰ NHƯ VẼ CỘT NGOÀI:

SAU KHI VẼ XONG CÁC PHẦN TỬ Ở PHẦN ĐẾ MÓNG TA TIẾN HÀNH VẼ VÁCH VÀ TRỤ



- VẼ VÁCH

CHỌN HIỂN THỊ RT DI CHUYỂN ĐẾN MP Z=7 ĐỂ THAO TÁC







VẼ TƯƠNG TỰ CÁC PHẦN TỬ KHÁC TA ĐƯỢC:

NHẤN ESC



CHỌN CÁC PHẦN TỬ VÀ NHÂN THEO PHƯƠNG TRÒN XOAY TRỤC OZ

OK TA ĐƯỢC:

NHÂN CÁC PHẦN TỬ VỪA VẼ THEO PHƯƠNG Z



CHỌN CÁC PHẦN TỬ VỪA VẼ



TRONG ĐỒ ÁN TA CÓ 8 VÁCH CỨNG MỖI VÁCH CÁCH NHAU 5M, CHỌN DZ=5M, NUMBER=7



OK:

- VẼ TRỤ

CHỌN HIỂN THỊ TZ , ĐƯA VỀ MẶT PHẲNG R=3 ĐỂ THAO TÁC



VẼ TRỤ Ở ĐẾ MÓNG TRƯỚC



ZOOM LÊN CHO DỄ VẼ



NHẤN ESC:



CHỌN PHẦN TỬ VỪA VẼ



TRỤ ĐẾ CAO 7M NÊN CHỌN NUNBER=6 VÀ DZ=1

OK:



CHỌN TOÀN BỘ PHẦN TỬ VỪA VẼ





VẼ TRỤ ĐỠ TƯƠNG TỰ NHƯ TRỤ Ở ĐẾ MÓNG TA ĐƯỢC

VẼ DẦM ĐỠ THƯỢNG TẦNG TƯƠNG TỰ NHƯ VẼ DẦM CHÍNH



Như vậy chúng ta đã vẽ xong mô hình kết cấu KCĐ công trình.

Để đảm bảo cho mô hình kết cấu làm việc theo nút ta thực hiện các bước sau:

Chọn toàn bộ, Trên thanh Menu chọn Edit → Edit Lines → Divide Frames …



TÍCH VÀO DÒNG THỨ 2 NHƯ HÌNH VẼ

OK



NHẤN F7 ĐỂ TẮT LƯỚI GRID TA ĐƯỢC

Bước 6 : Gán đk biên

CHỌN HIỂN THỊ RT, ĐƯA VỀ MẶT PHẲNG Z=0 ĐỂ THAO TÁC



CHỌN TOÀN BỘ



OK:



KIỂM TRA PHƯƠNG LÀM VIỆC CỦA CÁC TIẾT DIỆN

OK:



XOAY VÀ KIỂM TRA PHƯƠNG LÀM VIỆC CỦA CÁC TIẾT DIỆN



KIỂM TRA CÁC CẤU KIỆN BÊN TRONG

OK:



XEM TOÀN BỘ

OK:



ĐƯA VỀ DẠNG THANH ĐÊ GÁN TẢI TRỌNG

OK



II. MÔ HÌNH HOÁ TẢI TRỌNG

Bước 1 : Định nghĩa tất cả các loại tải trọng tác dụng lên KCĐ

1. Định nghĩa các loại tải trọng tác dụng lên KCĐ : TT bản thân, TT gió, TTsóng + dòng chảy, TT hà bám,

TT thượng tầng, áp lực thủy tĩnh, TT nước kèm.

Trên thanh menu chọn Define → Load pattern

Nhập vào bảng Define Load Patten

- Load pattern name : Tên tải trọng.

- type : Loại tải trọng tĩnh ( DEAD ) hay động (LIVE)

- Self Weight Multiplier : Hệ số nhân tải trọng bản thân ( điền 1 đối với TT bản thân, 0 đối với các TT khác)

→ Add new Load patternt





NHẤN ADD NEW LOAD PATTERN

ĐỊNH NGHĨA CÁC TẢI TRỌNG KHÁC TƯƠNG TỰ TA ĐƯỢC

2. Định nghĩa tổ hợp tải trọng :

Trong đồ án chủ yếu ngiên cứu quy trình tính toán công trình trong trạng thái sử dụng chịu tác động của

trạng thái cực hạn. Do đó chỉ xét 1 tổ hợp tải trọng COMB1

Trên thanh Menu chọn Define → Load combinations → Add new combo

Nhập vào bảng Load Combonation Data

- Load Combonation Name : Tên tổ hợp COMB1

- Load combinations type : Loại tổ hợp ( Chọn Liner Envelope)

- Load Case Name : Các trường hợp TT tham gia vào tổ hợp

- Scale Factor : Hệ số tổ hợp ( Điền 0.9 đối với TT sóng+dòng chảy và TT gió, 1 đối với các TT khác)

→ Add → OK



CHỌN ADD NEW COMBO…



ĐIỀN VÀ NHẬP HỆ SỐ TỔ HỢP CHO CÁC LOẠI TẢI TRỌNG TA ĐƯỢC BẢNG NHƯ SAU :

Bước 2 : Mô hình hoá các loại tải trọng

Mô hình hoá lần lượt các toại tải trọng tác dụng lên KCĐ

1. Tải trọng gió

Tải trọng gió gồm TT gió tác dụng lên trụ và TT gió tác dụng lên thượng tầng và dầm đỡ thượng tầng.

- TT gió tác dụng lên trụ ta tính cho từng đoạn rồi chia đều cho số nút trong đoạn đó để nhập.

- TT gió tác dụng lên thượng tầng và dầm đỡ thượng tầng ta quy về tổng lực ngang và tổng môment

tác dụng lên mép trên của trụ. Tổng môment chúng ta biến đổi thành các ngẫu lực tác dụng lên 2 bên

thành trụ. Nhập giá trị tải trọng tác dụng lên nút bằng cách lấy tổng lực chia cho số nút.

Cụ thể :

Chọn toàn bộ các nút trên một chu vi trụ , trên thanh Menu chọn Assign → Joint load → Force

Điền vào bảng Joint Forces

- Load Pattern Name : Tên tải trọng ( Chọn GIÓ )

- Loads : Chọn phương của tải trọng và nhập giá trị của TT tác dụng lên nút ( Trong đồ án TT trọng

gió tác dụng theo phương X và giá trị TT được tính toán trong phần thuyết minh)

Luôn chọn Replace Existing Loads → OK







NHẬP GIÁ TRỊ TT TÁC DỤNG LÊN NÚT ( CHÚ Ý DẤU + HOẶC - )

OK:



TƯƠNG TỰ NHẬP CHO CÁC ĐOẠN KHÁC



2. Tải trọng sóng + dòng chảy

Tải trọng sóng và dòng chảy được tính toán theo công thức Morison gồm 2 thành phần Fx và Fy theo

phương X và phương Y. Dựa vào bảng giá trị tải trọng sóng và dòng chảy lên công trình theo độ sâu nước z

đã được tính toán trong thuyết minh, Ta nhập giá trị tải trọng lên các nút bằng cách lấy tổng tải trọng chia

cho số nút.

Cụ thể :



- Load Pattern Name : Tên tải trọng ( Chọn SONGDC )


sóng và dòng chảy gồm 2 thành phần theo phương X và phương Y và giá trị TT được tính toán trong

phần thuyết minh)


NHẬP TƯƠNG TỰ NHƯ TẢI TRỌNG GIÓ TA ĐƯỢC



3. Tải trọng hà bám

Tải trọng Hà Bám được tính toán theo từng đoạn phụ thuộc vào độ sâu nước. Sau đó chia đều giá trị tổng tải

trọng cho tổng số nút trong đoạn đó để nhập giá trị.

Cụ thể :



- Load Pattern Name : Tên tải trọng ( Chọn HABAM )

- Loads : Chọn phương của tải trọng và nhập giá trị của TT tác dụng lên nút ( Trong đồ án TT trọng hà

bám tác dụng lên công trình theo phương Z và giá trị TT được tính toán trong phần thuyết minh)


NHẬP TƯƠNG TỰ NHƯ CÁC TẢI TRỌNG KHÁC TA ĐƯỢC

( CHÚ Ý : GIÁ TRỊ TT HÀ BÁM THEO PHƯƠNG Z LÀ GIÁ TRỊ ÂM )



4. Tải trọng nước kèm

Tương tự như tải trọng hà bám, tải trọng nước kèm được tính toán theo từng đoạn phụ thuộc vào độ sâu

nước. Sau đó chia đều giá trị tổng tải trọng cho tổng số nút trong đoạn đó để nhập giá trị.

Cụ thể :



- Load Pattern Name : Tên tải trọng ( Chọn NCKEM )


nước kèm tác dụng lên công trình theo phương Z và giá trị TT được tính toán trong phần thuyết

minh)


NHẬP TƯƠNG TỰ NHƯ CÁC TẢI TRỌNG KHÁC TA ĐƯỢC

( CHÚ Ý : GIÁ TRỊ TT NƯỚC KÈM THEO PHƯƠNG Z LÀ GIÁ TRỊ ÂM )



5. Áp lực thuỷ tỉnh

Áp lực thuỷ tĩnh là tải trọng tác dụng lên các phần tử dạng bản, nên cách nhập khác với các loại tải trọng

khác. Giá trị áp lực thuỷ tĩnh phụ thuộc vào độ sâu nước được tính toán cụ thể trong phần thuyết minh.

Có 2 cách nhập APTT

- Nhập ALTT bằng tay

- Nhập ALTT tự động

Cách 1: Nhập bằng tay :

Chọn toàn bộ các bản ở cùng một độ sâu nước, trên thanh Menu chọn Assign → Area loads → Surface

pressure (All)…

Điền vào bảng Area Surface Pressure Load

- Load Pattern Name : Tên tải trọng ( Chọn AL THUY TINH )

- Presssure : Nhập giá trị ALTT


CHỌN TOÀN BỘ CÁC BẢN Ở CÙNG MỘT DỘ SÂU NƯỚC





ĐIỀN GIÁ TRỊ ALTT

OK:



LÀM TƯƠNG TỰ CHO CÁC PHẦN TỬ KHÁC CỦA BẢN THÀNH

NHẬP ALTT CHO BẢN NẮP VÀ TRỤ TƯƠNG TỰ NHƯ BẢN THÀNH TA ĐƯỢC

BẢN NẮP



BẢN TRỤ

Cách 2: Nhập tự động :

• Định nghĩa giá trị áp lực thuỷ tĩnh tính toán bằng cách :

Trên thanh Menu chọn Define → Joint Patterns (Pattern: Nhập tên ‘Gia tri”) → Add New

Pattern → OK

• Chọn toàn bộ các phần tử bản thành bản nắp và trụ trên nằm dưới độ sâu nước 43.5m

Trên thanh Menu chọn Assign → Joint Patterns…

Điền vào bảng Pattern Data

- Pattern Name : Chọn “giatri” - Pattern Value = Ax+By+Cz+D - Constant A : Nhập giá trị 0 - Constant B : Nhập giá trị 0 - Constant C : Nhập giá trị -1 - Constant D : Nhập giá trị -43,5 ( Độ sâu nước )


• Chọn toàn bộ các phần tử bản thành bản nắp và trụ trên nằm dưới độ sâu nước 43.5m

Trên thanh Menu chọn Assign → Area Loads → Surface pressure(All)…

Điền vào bảng Area Surface Pressure Load

- Load Pattern Name : Chọn ALTT

- By Joint Pattern → Pattern : Chọn giatri






VIEW TẤT CẢ CÁC PHẦN TỬ NẰM DƯỚI ĐỘ SÂU NƯỚC 43.5M

OK





CHỌN TẤT CẢ CÁC PHẦN TỬ BẢN THÀNH BẢN NẮP VÀ TRỤ

TRÊN

CHỈ VIEW CÁC PHẦM TỬ VỪA CHỌN



CHỌN TOÀN BỘ CÁC PHẦN TỬ



OK



CHỌN TẤT CẢ CÁC PHẦN TỬ



OK

TA NHẬP XONG ALTT



Cách show tải trọng để kiểm tra:

Tải trọng nhập vào nút:

CHỌN TẢI TRỌNG CẦN SHOW



OK

Tải trọng gán vào bản :



OK:

Đã nhập xong tất cả các tải trọng!!!!!!!



III. CHẠY CHƯƠNG TRÌNH VÀ XUẤT NỘI LỰC

1. Chạy chương trình

Nhấn f5 → Run Now



CHỜ KẾT QUẢ……

2. Show biểu đồ nội lực

Phần tử dầm :



LỰA CHỌN XEM LỰC, LỰC CẮT, MÔMENT TUỲ CHỌN TRONG BÀNG COMPONENT



Ví dụ xem lực cắt :

TẮT HIỂN THỊ CÁC PHẦN TỬ AREA ĐỂ DỄ NHÌN



OK:



Xem lực cắt :

Xem môment :



Phần tử bản:

VIEW PHẦN TỬ BẢN VÀ TẮT VIEW PHẦN TỬ DẦM



OK

Xem bản nắp:

CHỌN HIỂN THỊ RT , MẶT PHẲNG Z=7





CHỌN BIỂU ĐỒ CẦN SHOW → OK:

Ví dụ : Xem môment M22

LÀM TƯƠNG TỰ VỚI BẢN ĐÁY,BẢN THÀNH



3. Xuất nội lực :

Bước 1 : Chọn phần tử cần xuất :

- Phần tử dầm,cột : Select → Properties → Frame sections

- Phần tử bản : Select → Properties → Area sections

Bước 2 : Xuất nội lực :

Trên thanh Menu chọn Dislay → Show table → Chọn các nội lực cần xuất ( Select Load Cases :

COMB1)

- Phần tử dầm, cột : Chọn Element output → Frame output → Table : Element force – frame

- Phần tử bản : Element out put → Area output → Table : Element Force → Area Shells (đối với các

bản đáy, bản thành, bản nắp, vách cứng) (xem nội lực) hoặc Table : Element Stresses → Area

Shells ( đối với trụ đỡ ) (xem ứng suất )

Bước 3 : Lưu bảng tính excel :

Trên thanh Menu của bảng hội thoại chọn File → Export current table → To excel

Ví dụ dầm chính trên:



CHỌN DẦM

OK



CHỌN NỘI LỰC CẦN XUẤT

OK:



XUẤT KẾT QUẢ SANG EXCEL



VỚI CÁC DẦM KHÁC LÀM TƯƠNG TỰ.

Đối với bản nắp:



CHỌN PHẦN TỬ CẦN LẤY NỘI LỰC

OK



OK , SAU ĐÓ XUẤT NỘI LỰC SANG EXCEL NHƯ ĐỐI VỚI DẦM

Đối với trụ dưới :

CHỌN HIỂN THỊ TZ, MẶT PHẲNG R=3



CHỌN TẤT CẢ CÁC PHẦN TỬ CẦN LẤY ỨNG SUẤT



XUẤT NỘI LỰC SANG EXCEL TƯƠNG TỰ NHƯ CÁC PHẦN TỬ TRÊN



HƯỚNG DẪN MÔ HÌNH HÓA BẰNG SAP 2000-V14

(CHO CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU)

THEO TÀI LIỆU: Hồ Ngọc Tri Tân – BM. KTXD – K.CN – ĐHCT -2012

Thực hành SAP 2000 – V14 (chỉnh sửa 2012)

Biên soạn: Hồ Ngọc Tri Tân – BM. KTXD – K.CN – ĐHCT trang 9

D. HƯỚNG DẪN CÁC BÀI TẬP MẪU BÀI 1: giải nội lực cho dầm liên tục 2 nhịp. (nhịp 1 dài 4m, nhịp 2 dài 6m, tiết diện 20x40cm, chịu tải phân bố q=1000kg/m)

CÁC BƯỚC THỰC HIỆN:

Bước 1: tạo hình dáng kết cấu.

Tạo hình dáng kết cấu bằng cách lấy từ thư viện mẫu; click vào File/New Model, hộp thư viện mẫu hiện ra như hình dưới.

Chọn đơn vị sử dụng : kgf, m, C.

Thư viện mẫu cho ta rất nhiều dạng kết cấu: Dầm (Beam), Dàn phẳng (2D Trusses), Dàn không gian (3D Trusses), Khung phẳng (2D Frames), Khung không gian (3D Frames), Tường cứng (Wall), Tấm sàn (Flat Slab), Tấm vỏ (Shells), Cầu thang (Staircases), Tháp nước (Storage Structures), Khối móng (Underground Concrete), Kết cấu dạng khối (Solid Models), Cầu dây văng (Cable Bridges), …Blank cho hiện ra màn hình trống, Grid only chỉ hiện ra lưới.

chọn đơn vị



Chọn Beam, trong hộp thoại hiện ra, nhập các thông số kích thước dầm vào:

(1) Number of Spans (số nhịp): 2,

(2) Span Length (chiều dài nhịp) : 6,

(3) click chọn Restraints (cho hiện liên kết biên).

(4) Click chọn hộp Use Custom Grid Spacing…để chỉnh sửa lại lưới cũng như chiều dài nhịp, click vào Edit Grid, trong hộp thoại hiện ra sửa toạ độ A lại thành (- 4), ta được dầm 2 nhịp như đề yêu cầu – chú ý: SAP mặc định trục toạ độ nằm giữa kết cấu nên khi tạo dầm 2 nhịp thì toạ độ A= -6, B=0, C= 6.

Nếu ta chỉ mới nhập các thông số (1), (2), (3) mà đã OK, thoát ra thì dầm ta có là dầm 2 nhịp mỗi nhịp 6m, ta sẽ chỉnh sửa bằng cách để con trỏ ngay mắt lưới (sẽ hiện lên chữ Grid Point), nhấp double click, sau đó chỉnh sửa lại như mục (4), và nhớ click vào hộp Glue to Grid lines.

Bước 2: đặt thuộc tính cho kết cấu

Đặt thuộc tính vật liệu: vào Menu Define/Materials, chọn 4000Psi, click vào Modify/Show Material trong hộp thoại hiện ra, có các thông số như sau:

Mass per Unit Volume: khối lượng riêng vật liệu, yếu tố này chỉ quan tâm khi giải bài toán động lực học.

Weight per Unit Volume: trọng lượng riêng, cần nhập để chương trình tự tính toán trọng lượng bản thân kết cấu, ta nhập là 2500 kgf/m3.

Modulus of Elasticity: Modul đàn hồi của bêtông (không quan tâm với bài toán tĩnh định).

Poisson’s Ratio: hệ số poisson (hệ số nở hông).

…Thermal…: hệ số co giản nhiệt.

Shear Modulus: modul chống cắt.

Đặt thuộc tính tiết diện: vào Menu Define/Section Properties /Frame Sections, chọn Add New Properties, trong hộp thoại hiện ra chọn Concrete (như hình dưới),

chọn tiết diện chữ nhật (Rectangular), đặt tên tiết diện (Section Name) là D20x40, chỉnh kích thước tiết diện lại như sau:



Depth(t3) - chiều cao tiết diện : 0.4.

Width(t2) - chiều rộng tiết diện : 0.2

Đặt thuộc tính về tải trọng: vào Menu Define/Load Patterns, trong hộp Self weight Multiplier (hệ số trọng lượng bản thân) sửa lại thành 1.1, click Modify Load, OK.

Có thể xem nhãn (Label) của thanh và của nút bằng cách click vào biểu tượng ở dãy thanh công cụ, chọn như hình dưới:

Click bỏ chọn Invisible trong ô Joints để cho hiện dấu chấm hiển thị nút,

Click chọn Labels trong hộp Frames để cho hiển thị nhãn của thanh, OK.

Bước 3: Gán thuộc tính cho kết cấu

Gán tiết diện: chọn tất cả kết cấu bằng cách click vào biểu tượng có chữ All ở bên

trái màn hình, click vào biểu tượng ở trên (hoặc vào menu Assign/Frame/Frame Sections), trong hộp thoại hiện ra chọn tiết diện đã đặt ở phần trước (D20x40). OK.

Gán tải trọng: chọn tất cả (All), click vào biểu

tượng (hoặc vào Assign/ FrameLoads/Distributed), hộp thoại hiện ra như hình bên, nhập vào hộp Uniform Load giá trị 1000. Chú ý Direction là hướng tác dụng, ta chọn Gravity tức là tải tác dụng theo chiều trọng lực. Trong hộp Options : Add là



thêm tải vào tải hiện có, Replace : thay thế tải hiện có bằng tải mới, Delete : xoá tải hiện có.

Bước 4: Giải kết cấu

Click vào biểu tương hình tam giác (gần hình ổ khoá ở thanh công cụ bên trên) để chạy chương trình, trong hộp thoại hiện ra click Run Now.

Bước 5: xem kết quả

Click vào hình tam giác cạnh biểu tượng , chọn Frames/ Cables để xem biểu

đồ nội lực thanh, chọn Joints (hoặc click ngay vào hình biểu tượng để xem phản lực ở nút chân (Reaction), dưới đây là phần xem nội lực thanh:

Axial Force: lực dọc.

Shear 2-2: lực cắt theo phương 2.

Shear 3-3: lực cắt theo phương 3.

Torsion: lực xoắn.

Moment 2-2: moment theo phương 2.

Moment 3-3: moment theo phương 3 (chọn).

Trong hộp Options chọn Show Values on Diagram, OK, ta được biểu đồ như hình dưới.

Bái tập tương tự:

Giải dầm như hình bên (sơ đồ vận chuyển cọc BTCT tiết diện 30x30cm), trọng lương bản thân = 225 kgf/m, khai báo Self weight = 0 (trong menu Define/ Load Cases.

Moment M(3-3)

225 kG/m

0,294*L L=7000

2058



BÀI 2: giải nội lực cho dầm Limon cầu thang Chọn File/New Model, chọn đơn vị sử dụng là Kgf,m,C. Tạo hình dáng kết cấu bằng cách vẽ nên ta chọn Grid Only, trong hộp hiện ra nhập vào Number of Grid Lines (số mắt lưới theo từ phương X, Y, Z), Grid Spacing (khoảng cách lưới), ta nhập giá trị như hình a. Double Click vào mắt lưới, sửa lại C là 4.5,

OK. Ta được lưới đúng kích thước của kết cấu. Vẽ dầm Limon bằng cách chọn (hoặc menu

Draw/Draw Frame/… ), click các điểm trên màn hình theo thứ tự như hình b.

Hình b Gán liên kết biên: click chọn nút 1 rồi click vào

hộp biểu tượng chọn gối cố định , click

chọn nút 3 rồi click vào biểu tượng chọn

gối di động . Hình a

Vào menu Define/Materials đặt thuộc tính vật liệu, chọn 4000Psi sửa lại trọng lượng riêng là 2500 kg/m3 ….(giống bài tập 1).

Vào menu Define/Section Properties/ Frame sections đặt thuộc tính tiết diện (D20x40), ….(giống bài tập 1).

Vào menu Define/Load Patterns sửa lại hệ số nhân với trọng lượng bản thân selfweight=0.

Gán thuộc tính tiết diện cho toàn bộ dầm: chọn toàn bộ dầm bằng cách click vào

toolbar All, vào toolbar , chọn tiết diện đã được định nghĩa (D20x40), OK.

Click điểm 1

Click điểm 2 Click điểm 3



Gán tải lên dầm như hình vẽ. Click chọn ptử 1 (vế thang) rồi nhấp vào biểu tượng

, nhập vào tải Uniform Load = 1100 (xem lại BT1); tương tự chọn ptử 2 (chiếu nghỉ) rồi nhập vào tải Uniform Load = 800. Nhập tải tập trung vào nút bằng cách

chọn nút 2, rồi nhấp vào toolbar nhập giá trị trong hộp Force Global Z là -2700, OK.

Chạy chương trình so sánh kết quả momen M(3-3) với kết quả mẫu. Mở khóa, sửa lại nút 3 là gối cố định (giống nút 1), chạy lại chương trình, xem

momen, so sánh kết quả với trường hợp 1, giải thích kết quả sai khác!!! Bài tập tương tự: Giải dầm limon như hình bên với trọng lượng bản thân = 0, khai báo tiết diện như hình.

3600

3000

1500

3000 1500

1800

3000

1500

900

TIEÁT DIEÄN 20x40



BÀI 3: giải nội lực cho dầm 3 nhịp có 1 đầu consol, chịu lực như hình vẽ (Tiết diện dầm nhịp 3,5m là 20x30cm, các nhịp còn lại là 20x50cm) Vào File/New Model, chọn đơn vị sử dụng là Kgf,m,C. Chọn Beam từ thư viện mẫu, nhập các số liệu như sau: Number of Span - số nhịp: 4, Span Length - chiều dài nhịp: 6 ( ta sẽ sửa lưới toạ độ lại). Click vào Edit Grid , sửa lại toạ độ A = 0, B = 5.1, C = 8.6, D = 12.6, E = 14.6.

Chọn nút 5 (nút cuối cùng) bỏ liên kết biên, bằng cách click vào biểu tượng click chọn nút (hình dấu chấm, cuối cùng).

Vào menu Define/Materials đặt thuộc tính vật liệu. Vào menu Define/Section Properties/Frame sections đặt thuộc tính tiết diện . Vào menu Define/Load cases sửa lại hệ số nhân với trọng lượng bản thân

selfweight=1.1. Gán thuộc tính tiết diện cho toàn bộ dầm: chọn toàn bộ dầm bằng cách click vào

toolbar All, click vào biểu tượng , chọn tiết diện 20x50, OK, chọn nhịp 3,5m gán tiết diện D20x30.

Gán tải lên dầm:

Chọn thanh 1 (ptử 1), click vào biểu tượng , gán tải vào như hình (a). Chú ý: click vào Absolute Distance …để dùng chế độ giá trị tuyệt đối (đúng kích thước thật của dầm), OK.

Hình (b) Hình (a)



Chọn lại thanh 1 (ptử 1), click vào biểu tượng , gán tải tập trung lên thanh, như hình (b). Chú ý, click vào Relative Distance …để dùng chế độ quan hệ tỷ lệ đoạn thẳng, OK.

Tương tự như trên, chọn thanh 2 (ptử 2), click vào biểu tượng , gán tải vào như hình c (tải tam giác), OK.

Chọn lại thanh 2 (ptử 2), click vào biểu tượng , gán tải tập trung 2500 lên thanh, như đã làm cho p.tử 1, OK.

Chọn p.tử 3 gán tải phân bố đều như đã làm ở bài 1, 2.

Tương tự như trên, chọn thanh 4 (ptử 4), click vào biểu tượng , gán tải vào như hình d (tải tam giác), OK.

(Hình c) (Hình d)

Chọn nút tại đầu mút consol (có lực tập trung và moment), click vào

toolbar , gán tải vào như hình bên. Tải tập trung tác dụng theo hướng Z (Force Global Z) nhập giá trị: -1500, moment nhập tại Moment about Global Y có nghĩa là moment quay quanh trục Y của trục toạ độ tổng thể, chiều dương của momen cùng chiều kim đồng hồ. Ta không thể thấy sự hiển thị của momen trên màn hình trong mặt phẳng X-Z, vì đặc tính của chương trình hiển thị moment quay quanh trục Y bằng mũi tên đôi hướng theo trục Y, vì vậy ta chỉ có thể thấy nó khi hiển thị 3D.



Chạy chương trình so sánh kết quả moment với kết quả mẫu.

Bài tập tương tự: BT1 - Dầm 2 nhịp mỗi nhịp 5m, có đầu consol ra 1.5m, không cần khai báo tiết diện, cho hệ số selfweight = 0 (trong Define/Load Pattern).

BT2 - Giải dầm như hình bên, không cần khai báo tiết diện, cho hệ số selfweight = 0

1m 1m

500 500



BÀI 4: giải nội lực cho khung như hình vẽ, chịu tải trọng thẳng đứng và 1 chuyển vị thẳng. Vào File/New Model, chọn đơn vị sử dụng là Kgf,m,C. Tạo hình dáng kết cấu bằng cách vẽ, nên ta chọn Grid Only, chọn số lưới theo

phương X là 4, theo phương Z là 8, click Edit grid nhập lại các toạ độ A=0, B=3.5, C=5, D=7; z1=0, z2=2.5, z3=4.5, z4=6.3, z5=8.1, z6=9.9, z7=11.7, z8=13.7, OK.

Vẽ hình dáng kết cấu. Trong quá trình hoàn thiện hình dáng kết cấu, có thể cần đến các chức năng nối

phần tử (Edit/Join Frames); chia phần tử (Edit/Divide Frames) được trình bày dưới đây: o Chia phần tử thành nhiều đoạn: chọn phần tử rồi vào lệnh Edit/Edit

Lines/Divide Frames, hộp bên hiện ra: Divide into là số đoạn chia, Last/First ratio là tỷ lệ đoạn cuối trên đoạn đầu. Nếu click chọn vào nút Break at intersections… là chia phần tử thành

những đoạn định trước bằng các nút, hoặc chia phần tử tại các điểm giao nhau của các thanh.

o Nối nhiều đoạn thằng thành 1 phần tử: chọn các phần tử cần nối (các phần tử phải thẳng hàng nhau) rồi chọn Edit/ Edit Lines/Join Frames các phần tử sẽ được nối lại.

Đổi tên (nhãn) các phần tử sao cho các phần tử cột có thứ tự liên tục từ dưới lên trên, từ trái qua phải và dầm cũng vậy để dễ đọc kết quả sau này, bằng cách thực hiện như sau: Chọn tất cả các thanh cột dưới (trừ cột đỉnh nóc sẽ đổi sau).

1cm

2500

10001000

1500

1500

1500

1500

2500

D20X50

D20X40

D20X40

D20X50D20X50

D20X40

D20X50

D20X50

D20X50

C20

X20

35003500

3600

3600

4500

2000

1800

3600

3800

2500

20005000

COÄT COÙ TIEÁT DIEÄN ÑEÀU 20x30 Chuyeån vò



Vào menu Edit/Change Labels. Chọn Element Labels – Frame trong hộp

Item Type . Nhập vào hôp Prefix là C tượng trưng

cho “Cột” Next number - số tiếp theo : 1. Increment - số gia : 1. First Relabel Order – phương đầu tiên

đánh số lại : chọn X. Second Relabel Order – phương thứ hai

đánh số lại : chọn Z. Minimum Number Digits – số thập phân

nhỏ nhất (mặc định). Vào menu Edit/ Auto Relabel/ All in List

để thực hiện việc đổi nhãn tự động, ta sẽ thấy việc thay đổi ở hộp bên dưới, nếu đồng ý click OK.

Thực hiện như trên với cột đỉnh nóc (nhập Next number : 14).

Thực hiện tương tự với dầm. Gán điều kiện biên cho các chân cột (là ngàm). Vào menu Define/Material đặt thuộc tính vật liệu (như bài 1). Vào menu Define/Section Properties/Frame sections đặt thuộc tính tiết diện

(D20x50, D20x40, C20x20, C20x30).

Vào menu Define/Load Pattern đặt 2 trường hợp tải như hình dưới: trước hết sửa lại hệ số nhân với trọng lượng bản thân selfweight=1.1, click Modify Load, đặt thêm trường hợp chuyenvi bằng cách nhập tên vào hộp Load Name, chọn kiểu (Type) là Live, click Add New Load. Trường hợp chuyển vị xem như hoạt tải, hệ số selfweight=0.



Vào menu Define/Combinations, click chọn Add New Combo đặt 1 trường hợp tổ hợp có tên là COMB1, với kiểu tổ hợp (Load Combination Type) là Linear Add (cộng tác dụng), click vào hộp Load Case Name chọn DEAD, click Add, chọn chuyenvi, click Add. Scale Factor là hệ số tổ hợp, ta được như hình (a).

Gán thuộc tính tiết diện cho toàn bộ dầm, cột (nếu các p.tử có cùng tiết diện thì ta

chọn các p.tử đó cùng lúc và gán tiết diện cho nó). Gán tải trọng cho từng thanh dầm: Tất cả tải trọng gán vào trường hợp DEAD, chú ý thanh kèo mái xiên, phải

chọn trục toạ độ (Coord Sys) là Local, hướng tác dụng (Direction) là 2 (theo hướng trục 2 của trục toạ độ địa phương), xem hình (b).

Gán chuyển vị nút: Chọn nút chân có chuyển vị (gây ra do sự lún của móng); chọn biểu

tượng nhập vào giá trị chuyển vị như hình bên, nhớ chọn trường hợp tải (Load Pattern Name) là Chuyenvi.

Chạy chương trình so sánh kết quả moment với kết quả mẫu (là trường hợp COMB1). Chú ý số phân đoạn trên dầm là 9, để định số phân đoạn (Station) trên phần tử ta làm như

sau: chọn tất cả các thanh dầm chọn biểu tượng (hoặc vào menu Assign/Frames/Output Station)nhập vào hộp Min Number Stations giá trị là 9, OK.

Xem kết quả từng trường hợp, rút ra nhận xét (sự lún của móng ảnh hưởng như thế nào đến nội lực khung? )

Hình (a)

Hình (b)



M(3-3) - Trường hợp tổng tải (DEAD)

M(3-3) - Trường hợp chuyển vị

M(3-3) - Trường hợp tổ hợp (COMB1)



Bài tập 5:Tính nội lực cho dầm có sơ đồ và tải trọng như hình vẽ. (Tiết diện nhịp 5m và 4,5m là 20x40cm, nhịp 3m và 3,5m là 20x30cm; bêtông có cấp độ bền B20, modul đàn hồi = 27.000 MPa) Thực hiện theo các bước sau: Vào File/New Model, chọn đơn vị sử dụng là Kgf,m,C. Chọn Beam từ thư viện mẫu, lấy từ thư viện dầm 4 nhịp (Number of Span: 4), kích

thước nhịp là 5m (Span Length: 5), OK. Double Click vào mắt lưới, sửa lại toạ độ A = 0, B = 5, C = 8, D = 12.5, E = 16.

Vào menu Define/Materials đặt thuộc tính vật liệu: chọn 4000Psi, click Modify/Show Material sửa lại tên (Material Name and …) là B20, trọng lượng riêng 2500 (kgf/m3), modul đàn hồi E=2,7.109 (Kgf/m2)

Vào menu Define/Section Properties/Frame sections đặt thuộc tính tiết diện D20x40 và D20x30, nhớ chọn Material là B20.

Vào Define/Load Pattern đặt tên các trường hợp tải gồm có (DEAD; ht1; 2, 3, 4, 5, 6). Trong trường hợp DEAD chọn kiểu (Type) là Dead, hệ số trọng lượng bản thân Selfweight =1.1, các trường hợp hoạt tải kiểu là Live (sửa tên – Load Name, Type, sử dụng nút Add New Load để thêm vào, Modify load để thay đổi, Delete load để xoá), xem hình dưới.

Vào Define/Combinations để khai báo các trường hợp tổ hợp.

1800

20002000

10007001200

HOAÏT TAÛI 1 (ht1)

800

TÓNH TAÛI (tt)

3500450030005000

100012008001500



Nhấp nút Add new combo (thêm tổ hợp) trong hộp thoại hiện lên ta lần lượt nhập Load combination Name : COMB1; Load Combination Type: Linear Add; trong hộp Load Case Name bên dưới chọn DEAD rồi nhấp Add, chọn ht1/Add, hình (a). OK để thoát ra.

Lặp lại các bước trên cho đến Tổ hợp 6 (COMB6 = DEAD+ht6). Thêm trường hợp tổ hợp BAO, đặt tên là BAO, Load Combination Type:

Envelope; trong hộp Load Case Name bên dưới chọn COMB1 rồi nhấp Add, chọn COMB2/Add….đến Comb6, hình (b).

Các trường hợp tổ hợp gồm có:

COMB1 = Dead + ht1

COMB2 = Dead + ht2

…..

COMB6 = Dead + ht6.

Trường hợp Bao = Enve (COMB1,…., COMB6) Gán thuộc tính tiết diện (như đã làm ở các bài trước).

Hình (a) Hình (b)



TINHTAI = Dead Gán tải cho từng trường hợp (DEAD, ht1, ht2,…); Chú ý tên trong hộp Load

Pattern name là tên nào tức là gán tải cho trường hợp tải đó, xem các tr.hợp tải ở hình (c).

Chạy chương trình, chọn tải là BAO, xem moment 3-3.

TINHTAI

HOATTAI1

HOATTAI2

HOATTAI3

HOATTAI4

HOATTAI5

HOATTAI6

Hình (c)



Bài tập 6 : Giải kết cấu khung phẳng. Kích thước, tiết diện, tải trọng cho như hình vẽ.

SÔ ÑOÀ KHUNG

3000400040003000

3000400040003000

3000 4000 4000 3000

1200200020001200

3500450045003500

3500 4500 4500 3500

3500450045003500

3500 250035002500

COÄT DUØNG BEÂTOÂNG B20, Es = 27.000MPa

DAÀM DUØNG BEÂTOÂNG B15, Es = 23.000MPa

3200

3200

3200

5000

C20

x30

C20

x30

C20

x40

C20

x40

C20

x30

C20

x30

C20

x40

C20

x40

D20x55

D20x55

D20x55

D20x55

D20x55

D20x55

D20x55

C20

x30

C20

x30

C20

x30

C20

x40

C20

X40

C20

x40

C20

x30

C20

x40

D20x55

D20x30

D20x30

D20x30

D20x30

500028005200

HOAT TAI 2(TRÆÅÌNG HÅÜP CAÏCH NHËP LEÍ)

HOAT TAI 3(TRÆÅÌNG HÅÜP CAÏCH NHËP CHÀÓN)

HOAT TAI 1(TRÆÅÌNG HÅÜP CHÁÚT ÂÁÖY)

TINHTAI

400

20002800

1700

2800

1100

170020001500 1500

3000 2500 2500 3000

12001200 1500 1500

1500 1500

3000 2500 2500 3000

3000

1500 1500

250025003000

500500

40002500 1800 2200

2500 1800 22004000

1100

20002800

1700

1100

1000 900

28002000 1100 1700

1700110020002800

2000 11002800

1700

1000 400 90012008001500

22004000

18002500

5.2m 2.8m 5.0m

5.0m

3.

2m

3.2m

3.

2m



Thực hiện theo các bước sau:

Vào File/New Model, chọn đơn vị sử dụng là Kgf,m,C.

Chọn 2D Frames từ thư viện mẫu, nhập các thông số: o Number of Stories: số tầng 4 o Number of Bays: số nhịp 3 o Story Height: chiều cao tầng 5 o Bay Width: chiều rộng nhịp 5

Click vào Edit Grid , sửa lại toạ độ A=0, B=5.2, C=8, D=13; z1=0, z2=5, z3=8.2, z4=11.4, z5=14.6, OK.

Chọn tất cả chân cột gán ngàm (điều kiện biên: Restraint).

1100

1000

1100

1100

2000

HOAT TAI 5(TRÆÅÌNG HÅÜP 2 NHËP LIÃN TUÛC LEÍ)

40004000

4000

4000

280

320

310

380

310

380

280

GIO PHAI

320

GIO TRAI

900400

28001700

1100

1100

11002000

HOAT TAI 4(TRÆÅÌNG HÅÜP 2 NHËP LIÃN TUÛC CHÀÓN)

20002800

1700

28001700

400

1500

1500

1500

500500

1500

1500

1500

150015002000 2000

3000

3000

3000

3000

3000

3000 4000

4000



Định nghĩa vật liệu (Define/Material) bêtông cột B20, Eb=2.7.109 kG/m2; dầm B15, Eb= 2.3.109 kG/m2, khống lượng riêng là 2500 kG/m3 (các dữ kiện khác không quan tâm – không ảnh hưởng đến bài toán chỉ giải nội lực).

Định nghĩa tiết diện, có 4 loại tiết diện: Cột C20x40 và C20x30 chọn vật liệu là B20, Dầm D20x55 và D20x30 chọn vật liệu là B15; chú ý: cột và dầm đều có qui ước tiết diện giống nhau về chiều cao h và bề rộng b; cột C20x30 và dầm D20x30 giống nhau, nhưng khác mác BT nên định nghĩa khác nhau.

Định nghĩa tải trọng, vào Define/Load Patterns đặt tên các trường hợp tải DEAD, ht1,...., ht5, gt (gió trái), gp (gió phải). Hệ số Selfweight cho trường hợp DEAD là 1.1, sau cùng ta được như hình dưới:

Định nghĩa tổ hợp, như đã làm ở bài 5. Tổ hợp tải cho khung theo nguyên tắc như

sau: o Tổ hợp chính : COMB1=DEAD + gt; COMB2=DEAD+gp, xem hình (a). o Tổ hợp phụ: COMB3=DEAD + 0,9*ht1 + 0,9*gp; COMB4=DEAD +

0,9*ht1 + 0,9*gt, …..có 10 trường hợp tổ hợp phụ, từ COMB3 đến COMB12, xem hình (b). Như vậy ta có tổng cộng là 12 trường hợp tổ hợp thành phần và 1 trường hợp BAO, xem hình (c).

Hình (a) Hình (b)



Gán tiết diện (đã làm ở các bài trước).

Gán tải cho từng trường hợp, làm cẩn thận từng trường hợp, tải ở nút nên nhập ở nút (không nên nhập ở 2 đầu thanh). Thanh và nút nào có tải giống nhau nên chọn và nhập cùng lúc. Trường hợp gió nhập tải lên thanh cột có hướng tải (Direction) là X.

Khi nhập tải xong ta có thể kiểm tra lại từng trường hợp bằng cách click vào biểu

tượng chọn từng trường hợp tải trong hộp Load Name, OK.

Chạy chương trình: xem kết quả trường hợp BAO, như hình dưới.

Hình (c)



Bài tập 7a: Tính nội lực cho dàn phẳng có sơ đồ và tải trọng như hình vẽ. Thực hiện theo các bước sau: Vào File/New Model, chọn đơn vị sử dụng là Kgf,m,C. Chọn Grid Only , nhập số lưới theo phương X là 7, phương Y = 1, phương Z = 2;

khoảng cách lưới theo phương X = 2, phương Y = 1, phương Z = 2.5, OK.

Vẽ thanh dàn: Nhấp vào biểu tượng toolbar vẽ thanh cánh dưới bằng cách

nhấp chuột vào từng điểm lưới hoặc dùng biểu tựơng (vẽ nhanh thanh) thì chỉ cần click vào giữa 2 điểm lưới là vẽ được 1 thanh.

Vẽ thanh cánh trên bằng cách vẽ cả 2 thanh xiên (giao nhau ở đỉnh) sau đó chia mỗi thanh thành 3 phần tử bằng nhau bằng cách chọn cả 2 thanh rồi vào menu Edit/Edit Lines/Divide Frames bảng bên hiện ra ta chọn : Divide into là 3 (chia thành 3 đoạn). Last/First ratio là 1 (tỷ lệ đoạn sau trên đoạn trước).OK.

Tiếp tục vẽ các thanh đứng và thanh xiên để được dàn như hình trên. Tạo điều kiện biên, như những bài trước. Giải phóng liên kết: các nút

dàn được xem là khớp nên ta phải giải phóng (Releases) liên kết 2 đầu các thanh để tạo thành khớp, trước hết ta chọn All (tất cả các thanh),

rồi chọn biểu tượng (hoặc vào menu Assign/Frame/Releases…), click chọn như trong hình bên để giải phóng moment cả 2 đầu (Start/End) của phần tử.

TAÛI TROÏNG ÑEÀU 1500kg



Đặt các thuộc tính tiết diện, ở bài toán này ta chỉ cần giải ra nội lực nên không cần

quan tâm đến tiết diện và vật liệu. Cần chú ý, khi giải kết cấu dàn không kể đến trọng lượng bản thân cấu kiện, nên

ta cho hệ số trọng lượng bản thân (sefl weight) = 0. Đặt tải trọng lên dàn. Ta chỉ có các tải tập trung tại nút dàn nên chỉ cần khai báo 1

trường hợp tải và gán tải này vào. Chạy chương trình. Xem kết quả nội lực, chọn Axial Force (lực dọc thanh).



Bài tập 7b: Tính nội lực, kiểm tra tiết diện cho khung thép kiểu Zamil như hình vẽ. Vật liệu là STEEL (lấy trong SAP tất cả các thuộc tính). Tải trọng bản thân vẫn giữ nguyên hệ số là 1, tải ngoài là tải phân bố tác dụng lên thanh xiên theo phương Global Z, giá trị là 500 kG/m. Tải tập trung tại nút khung có giá trị bên đấy là 5000kG, bên hút là 3000kG.

200

300

15

1515

1515

15

500

200

3500

1000

0

20000

500

300

300

500

5000kG 3000kG

Thực hiện theo các bước sau: Tạo dáng kết cấu: vào File/New Model, chọn đơn vị sử dụng là Kgf,m,C. Chọn Grid Only , nhập số lưới theo phương X là 3, phương Y = 1, phương Z = 3;

khoảng cách lưới theo phương X = 10, phương Y = 1, phương Z = 10, OK. Click Edit Grid sửa lạị lưới theo phương Z : z3 = 13,5. OK.

Vẽ thanh: nhấp vào biểu tượng toolbar vẽ các thanh khung thép theo thứ tự từ dưới lên: thanh cột trái dầm trái dầm phải cột phải.

Tạo điều kiện biên, như những bài trước.

Giải phóng liên kết: đầu trên của các thanh xiên là khớp nên ta phải giải phóng (Releases) liên kết 1 đầu các thanh để tạo thành khớp (như đã làm ở bài 7a), chọn 1 thanh, rồi chọn biểu

tượng , click chọn như trong hình bên để giải phóng moment



1 đầu Start hoặc End tuỳ theo thứ tự ta đã vẽ các thanh xiên - nếu thực hiện sai thì ta UNDO làm lại.

Đặt thuộc tính tiết diện: ở bài toán này ta có tiết diện không đều, ta thực hiện theo các bước sau:

o Khai báo 2 loại tiết diện như hình ở đầu bài, tiết diện chữ I: vào Define/Section Properties/ Frame Sections chọn Add New Property, chọn tiết diện chữ I, sửa tên tiết diện là I30, nhập các thông số như sau: t3 - chiều cao ngoài tiết diện: 0.3, t2 - chiều rộng cánh trên: 0.2, tf - chiều dày cánh trên: 0.015, tw - chiều dày của sườn: 0.015, t2b - chiều rộng cánh dưới: 0.2, tfb - chiều dày cánh dưới: 0.015.

o Tương tự khai báo cho tiết diện I50. o Khai báo tiết diện không đều:

Vào Define/ Section Properties/Frame Sections chọn Add New Property, trong hộp thả xuống chọn Other, chọn Add Nonprismatic sửa tên tiết diện là 30-50, ở ô Start Section ta chọn tiết diện I30, ở ô End Section ta chọn tiết diện I50, Length – là chiều dài đoạn chia có tiết diện thay đổi, Linear – thay đổi dạng tuyến tính (theo phương 3-3 và 2-2), chọn xong ta click vào hộp Modify, ta có như hình dưới:

Gán tiết diện cho khung: chọn thanh tất cả cột và dầm gán tiết diện 30-50, vậy

cột trái và dầm phải là đúng đầu, còn dầm trái và cột phải chưa đúng, ta sẽ đảo đầu 2 thanh này bằng cách: chọn thanh (dầm trái, cột phải), vào menu Assign/Frames.../Reverse Connectivity.



Vào Define/ Load Cases : cho hệ số trọng lượng bản thân (sefl weight) = 1 (giữ nguyên mặc định).

Gán tải trọng lên khung, như đã làm ở các bài trước. Chạy chương trình. Xem kết quả nội lực, chọn Moment 3-3.

Vấn đề có liên quan: Tạo cột có vai đỡ có kích thước như hình bên

Tạo 3 loại tiết diện: 25x50, 25x110, 25x30.

Vào khai báo tiết diện không đều như trên (Non Prismatic), gán vào như hình dưới, với kiểu Length Type là Absolute và chiều dài trong ô Length là kích thước thật (giá trị tuyệt đối):

250

300

300

500

500

6000

300

300



Bài tập BT1 – Cho hệ dầm ghép như hình trên, nhịp giữa có khớp 2 đầu chịu tải phân bố đều. Cho trọng lượng bản thân = 0, không quan tâm đến tiết diện .

40002000400020004000

2000 kG/m

Moment dầm trường hợp có khớp

Moment dầm trường hợp không có khớp

BT2 – Cho khung có thanh căng như hình dưới, sử dụng vật liệu là CONC (bêtông), tiết diện thay đổi (xem hình), hệ số selfweight=1.1 (thanh căng không tính trọng lượng bản thân và không cần khai báo tiết diện); giải lại với trường hợp không có thanh căng.



BT3 – Cho hệ dầm ghép, cho trọng lượng bản thân = 0, không quan tâm đến tiết diện.

Có thanh căng

Không có thanh căng



Bài tập 8: Giải khung không gian như hình.

Chiều cao cột tầng trệt là 5m, tầng lầu là 3,6m.

Tiết diện cột là 20x20cm, tiết diện dầm nhịp 6m là 20x60, nhịp 4m là 20x40.

Bêtông cột là B20, dầm, sàn là B15.

Tĩnh tải gồm trọng lượng bản thân và tải trọng tường, tường tác dụng lên dầm tầng lầu là 650 kG/m, tường tác dụng lên dầm tầng mái (chỉ các dầm ở chu vi công trình) là 180 kG/m.

Hoạt tải tác dụng lên sàn tầng lầu là 440 kG/m2, sàn tầng mái là 150 kG/m2.

Hoạt tải gió : thành phần gió đẩy là 200kG/m và thành phần gió hút là 150kG/m.

MB lầu

MB mái không có dầm phụ

MP Khung Y-Z MP Khung X-Z

4m 2m 4m

4m

4m

4m



Tạo dáng hình học: Chọn đơn vị sử dụng là kgf, m, C, chọn từ thư viện mẫu kiểu khung không gian (3D Frames) và nhập các thông số:

Number of Stories (số tầng) : 2

Number of Bays, X (số nhịp phương X) : 2

Number of Bays, Y (số nhịp phương Y) : 3

Story Height (chiều cao tầng) : 3

Bay Width, X (chiều rộng nhịp phương X): 6

Bay Width, Y (chiều rộng nhịp phương Y): 4

Click vào Edit Grid sửa lưới như sau: Lưới A=0, B=6, C=10; Lưới 1=0, 2=4, 3=8, 4=12; Lưới z1=0, z2=5, z3=8.6. OK.

Ta nên giữ 2 cửa sổ màn hình để dễ thao tác.

Tạo điều kiện biên (ngàm ở chân cột): vào mp X-Y dùng nút để di chuyển mp xuống dưới chân cột, chọn tất cả các nút chân cột, gán ngàm.

Tạo thêm dầm phụ để được như hình của đầu bài.

Vẽ tấm shell: có thể tạo nhanh tấm bằng cách click vào rồi nhấp chuột vào khoảng giữa ô lưới tạo thành tấm, những tấm sàn không nằm giữa ô lưới ta tạo bằng cách

chọn rồi click vào 2 góc chéo ô cần tạo tấm sàn.

Đặt tên và gán tiết diện:

Đối với thanh (cột, dầm) làm như các bài tập trước.

Đặt tên và gán chiều dày cho tấm shell: vào menu Define/Section Properties/ Area Sections, click vào Modify/Show Section hộp bên hiện ra, ta đặt tên cho tấm là San8, nhập vào như hình;

Gán tiết diện cho tấm bằng cách chọn tất cả tấm

(hoặc chọn All), click chọn , chọn San8, OK.

Đặt tên các trường hợp tải gồm: DEAD, HT, GX, GX1, GY, GY1; trong trường hợp DEAD cho hệ số Self Weight =1,1.

Tổ hợp tải: ta đặt các trường hợp tổ hợp sau:

TH1=DEAD+HT TH2=DEAD+GX TH3=DEAD+GX1



TH4=DEAD+GY TH5=DEAD+GY1 TH6=DEAD+0,9HT+0,9GX TH7=DEAD+0,9HT+0,9GX1 TH8=DEAD+0,9HT+0,9GY. TH9=DEAD+0,9HT+0,9GY1 BAO=ENVE (TH1. . . . . .TH9)

Gán tải:

Trường hợp tĩnh tải (DEAD) có trọng lượng bản thân do chương trình tự tính, ta chỉ nhập thêm tải tường tác dụng lên các thanh dầm, giá trị là 650kG/m cho tầng lầu và 180kG/m cho tầng mái (các dầm ở chu vi) – xem hình dưới.

Tĩnh tải tường tác dụng lên dầm

Trường hợp hoạt tải (HT) ta nhập vào tấm shell giá trị là 440kG/m2 cho sàn tầng lầu, và 150 kG/m2 cho sàn tầng mái. Thực hiện như sau: chọn các tấm sàn tầng lầu

click chọn (hoặc vào menu Assign/ Area Loads/ Uniform) nhập vào ô Load giá trị là 440, tương tự nhập tải cho sàn tầng mái – xem hình dưới.

Trường hợp gió ta có : gió theo phương X và X1 theo hướng ngược nhau, tương tự theo phương Y và Y1. Giá trị tải gió là 200kG/m cho thành phần đẩy, 150kG/m cho thành phần hút. Chú ý ta chỉ nhập gió vào các thanh biên theo từng hướng – xem hình.



Gió trái (GX) Gió phải (GX1)

Gió trước (GY) Gió sau (GY1)

Hoạt tải sàn



Chia các tấm sàn: Ta phải chia tấm sàn ra thành những ô nhỏ để việc truyền tải sàn vào dầm được chính xác, ta chia sao cho số ô chia theo mỗi cạnh phải ≥ 3; mỗi đoạn có k.thước ≤1m. Cụ thể ta chia như sau:

Các ô tầng mái cạnh 4m ta chia thành 4, cạnh 6m ta chia thành 6 đoạn.

Các ô tầng lầu : cạnh 4m cũng chia thành 4, cạnh 2m có thể chia thành 3 đoạn.

Chọn ô sàn cần chia, vào menu Edit/ Edit Areas/Divide Areas trong hộp thoại hiện ra nhập vào hộp Along edge from Point 1 to 2: 6; Along edge from Point 1 to 3: 4

Sau khi chia sàn ta được như hình dưới.

Sàn tầng lầu Sàn tầng mái

Chạy chương trình: xem kết quả, chú ý cột có moment cả 2 phương 2-2 và 3-3.

Moment 3-3( tr.hợp BAO) Mp X-Z Khung giữa



Chú ý:

Khi thao tác với kết cấu không gian cần dùng đến một số chức năng trợ giúp hiển thị hữu ích sau:

Hiển thị 3D: vào menu View/ Set 3D view (Shift F3) để xoay khung nhìn trong

không gian 3D, hoặc click vào biểu tượng phía trên rồi click giữ và rê chuột trên màn hình.

Giới hạn khung nhìn: đôi khi hình dáng toàn bộ kết cấu quá phức tạp, nhưng ta muốn nhìn một góc nào đó của kết cấu, ta vào menu View/ Set Limits… định toạ độ của vùng muốn thấy vào các ô Set X Axis Limits …

Nhìn dạng phối cảnh của kết cấu: hiển thị kết cấu ở dạng 2D (mp XY, XZ, hay

YZ), click vào biểu tượng ta sẽ thấy hình dáng kết cấu theo kiểu hình phối cảnh chính diện, với chức năng này ta dễ dàng chọn cùng lúc nhiều đối tượng trong kết cấu.

Cho hiển thị hoặc không hiển thị tấm sàn: đôi khi các tấm sàn che khuất các thanh làm cho ta khó thao tác và khó thấy, ta có thể không cho hiển thị tấm sàn bằng

cách click vào biểu tượng rồi click chọn Not in view trong mục Areas.

Moment 3-3( tr.hợp BAO)



Bài tập 9a : Giải kết cấu cầu thang phẳng dạng bản chịu lực, kiểu 2 vế gấp khúc song song, có các thông số như hình vẽ dưới:

chieá

u ng

hæ

chie

áu ñe

án

coät

chie

áu ñi

(ñe

án)

chieá

u ng

hæ

veá 2

veá 1

1000

coät

3,60

01,

800

500

1000

150025001000 veá 1

veá 2

daàm khung

daàm ch.nghæ

daàm ch.ñeán

o Chiều dày bản sàn là 10cm, dùng bêtông B20 cho cả dầm và sàn.

o Tĩnh tải sàn chương trình tự tính, hoạt tải sàn là 400kG/m2. Tĩnh tải tường tác dụng lên dầm chiếu nghỉ và chiếu đến là 300 kG/m.

o Dầm chiếu nghỉ và chiếu đến (nối giữa 2 cột) có tiết diện 20x30cm, dầm khung tiết diện 20x40cm, cột tiết diện 20x20cm.

THỰC HIỆN THEO CÁC BƯỚC SAU:

Tạo mô hình kết cấu: lấy từ thư viện mẫu dạng cầu thang (StairCases), trong hộp thoại hiện ra chọn Staircase Type (góc trái bên trên hộp thoại) là: Staircase Type 2, nhập các thông số như hình dưới:



o Number of Stories - số tầng : 2. o Story Height - chiều cao tầng : 3.6. o Left Level Width, -X:bề rộng chiếu nghỉ trái (chiếu đến theo đầu bài): 1. o Right Level Width,+X:bề rộng chiếu nghỉ phải (chiếu nghỉ theo đầu bài): 1.5. o Stair Projected Length - chiều dài vế thang : 2.5. o Opening Btw. Stairs - khoảng hở giữa 2 vế thang: 0.5. o Stair Width 1, -Y - chiều rộng vế thang 1: 1. o Stair Width 2, +Y - chiều rộng vế thang 2: 1. o Max Mesh Spacing - mắt lưới tối đa: 0.5. o Click bỏ Restraints, Ok.

Vẽ thêm các thanh cột, dầm, gán ngàm ở chân cột, thêm dầm và gối ở chân vế thang dưới cùng, ta được mô hình như hình dưới. Đặt thuộc tính vật liệu (bêtông B20). Đặt tiết diện dầm, sàn, cột, gán tiết diện. Tĩnh tải và hoạt tải nhập chung nên ta không cần khai báo thêm trường hợp tải,

sửa hệ số SelfWeight = 1.1. Gán tải vào sàn, dầm. Chạy chương trình, xem kết quả moment (M3-3) trên dầm chiếu nghỉ. Chú ý: để hiển thị chính xác kết quả trên tấm shell cần xem lại trục toạ độ địa

phương của các tấm shell (chiếu nghỉ, chiếu đến, vế thang) có cùng chiều hay không

(bằng cách chọn All rồi click vào , hoặc vào menu Assign/ Area/ Local Axis), nếu không cùng chiều phải quay hệ toạ độ lại (bằng cách nhập góc xoay vào bảng hiện ra).



Bài tập 9b : Giải kết cấu cầu thang xoắn bán nguyệt (giải dạng thanh xoắn) có bán kính là 2m, chiều cao tầng là 3.3m, chia thành 20 bậc, chịu tải phân bố 1000kG/m.

Tạo dáng kết cấu:

o Chọn New Modal, chọn Grid Only, chọn hộp Cylindrical bảng dưới hiện ra, nhập các thông số như hình dưới.

o Number of Grid Lines: số lưới theo các hướng.

o Along Radius: số lưới theo hướng bán kính.

o Along Theta: số lưới theo hướng góc.

o Along Z: số lưới theo hướng Z.

o Grid Spacing: khoảng cách mắt lưới theo các hướng tương ứng.

Tạo một nút ở chân thang, chọn nút vừa tạo, vào menu Edit/ Extrude/ Extrude Points to Frames click chọn Radial, trong hộp thoại hiện ra chọn trục quay bằng cách click chọn nút Z trong mục Rotate About Axis, nhập các thông số như hình bên.

Tạo điều kiện biên: chọn 2 nút trên và dưới gán là ngàm.

Định nghĩa và gán các thuộc tính vật liệu, tiết diện (dầm có tiết diện 25x60cm), chọn All rồi gán tiết diện cho cấu kiện (bước này không làm vẫn cho kết quả đúng).

Tạo nút này



Hiệu chỉnh trọng lương bản thân dầm : trong menu Define/Load Patterns – cho Self Weight = 0.

Gán tải trọng cho dầm: chọn All gán tải lên thanh là 1000kG/m.

Chạy chương trình và xem kết quả.

Bài tập tự làm:

1. Tạo một thanh xoắn có góc xoắn là 210o, chiều cao 4m, bán kính 3m (cũng chia thành 20 đoạn), tải tác dụng là 800kG/m, kể cả trọng lượng bản thân (Self Weight = 0).

Moment 2-2 Hướng nhìn r-t,

rồi click vào biểu tượng .

Moment 3-3 (moment uốn) Hướng nhìn t-Z,


Moment xoắn (Torsion) Hướng nhìn t-z,




2. Tạo một thanh xoắn có góc xoắn là 270o, chiều cao 4m, bán kính 4m (chia thành 15 đoạn, tải tác dụng là 800kG/m, kể cả trọng lượng bản thân (Self Weight = 0). 3 đoạn giữa dầm nằm ngang (chiếu nghỉ).

Moment uốn (M3-3)



Bài tập 9c : Giải kết cấu cầu thang xoắn bán nguyệt (giải dạng bản xoắn) như hình.

Bản có bề rộng 1m, bán kính trong 2m, BK ngoài 3m, ch.cao tầng 3.3m, góc xoắn 180o.

Tạo dáng kết cấu.

Chọn New Model chọn hộp Cylindrical bảng bên hiện ra, nhập các thông số như hình bên (đã giảng giải ở BT9b).

Vẽ 1 thanh như hình a, chọn thanh vừa tạo, vào menu Edit/ Extrude/ Extrude Lines to Areas click chọn Radial nhập như hình b.

Tạo thêm thanh ở điểm đến của thang, tạo điều kiện biên cho kết cấu là ngàm ở 2 nút trên và 2 nút dưới.

Vẽ thanh này

Hình a



Đặt thuộc tính cho shell: như đã làm cho bài toán không gian có tấm shell (BT8), đặt tên shell là SAN12, chiều dày tấm là 12cm.

Gán thuộc tính tiết diện cho tấm shell.

Điều chỉnh lại hệ số Self Weight = 0.

Nhập tải cho tấm shell (tổng tải) = 600kG/m2.

Chạy chương trình và xem kết quả: kết quả nội lực trên tấm biểu diễn dưới dạng màu như hình dưới.

Cách khác để tạo mô hình cầu thang xoắn: lấy từ thư viện mẫu hình cầu thang, kiểu (Staircase Type): Spiral Staircase, nhập các thông số như hình dưới:

Moment Mmax

Lực cắt Vmax

Hình b



o Start Angel, T1 – góc bắt đầu : 0 (độ).

o End Angel, T2 – góc kết thúc : 180 (độ).

o Num of Divisions, Angular - Số đoạn chia, theo phương góc: 20.

o Num of Divisions, Radial - Số đoạn chia, theo phương bánh kính: 4.

o Inner Radius – bán kính trong: 2.

o Outer Radius – bán kính ngoài: 3.

o Total Height – tổng chiều cao: 3.3.

Nhập các thông số như đã làm ở trên, chạy chương trình xem thử với việc chia tấm theo phương ngang và không chia như trên kết quả có sai khác?

Thông thường khi giải cầu thang xoắn ta chỉ nên giải dạng thanh (BT9b), lấy moment tính thép (chủ yếu theo phương dài), còn chạy mô hình không gian dạng bản xoắn chủ yếu để thấy được sự làm việc của kết cấu như thế nào phục vụ việc bố trí thép.



Bài tập 10 : Giải kết cấu hồ nước, có các thông số như hình vẽ dưới:

1500

6000

daàm ñaùy

coätbaûn thaønh

baûn ñaùy

baûn naép

daàm naép

coät

o Chiều dài 6m, ngang 4m, cao (chứa nước) 1.5m, có cột đỡ, dầm bao quanh.

o Chiều dày bản đáy là 12cm, bản nắp là 8cm, bản thành là 10cm, dùng bêtông B20 cho cả dầm và bản.

o Dầm đáy xung quanh là 20x40cm, dầm giữa bản đáy và dầm nắp 20x30, cột 20x20.

o Tĩnh tải bản chương trình tự tính, hoạt tải là áp lực nước, tác dụng lên bản đáy 1.5m*1000kG/m3 = 1500kG/m2, tác dụng lên bản thành theo hình tam giác từ trong ra. Hoạt tải tác dụng lên bản nắp là 150kG/m2.


Tạo mô hình kết cấu: chọn Grid Only, nhập các thông số như hình bên (đã làm ở các bài trước):

Vẽ thêm các thanh cột, dầm xung quanh, dầm giữa bản đáy, bản đáy, bản thành, bản nắp; gán ngàm ở 4 chân cột.

Đặt thuộc tính vật liệu (bêtông B20).

Đặt tiết diện dầm, cột, bản thành, bản nắp, bản đáy, gán tiết diện cột, dầm, bản.

Tĩnh tải và hoạt tải nhập chung nên ta không cần khai báo thêm trường hợp tải, sửa hệ số SelfWeight = 1.1.

Gán tải vào bản đáy (1500), bản nắp (150).

Chia 2 ô bản đáy : 1 cạnh chia thành 6 (cạnh 3m), 1 cạnh chia thành 8 (cạnh 4m); chia bản nắp: 1 cạnh chia thành 12 (cạnh 6m), 1 cạnh chia thành 8 (cạnh 4m). Tư tượng như thế ta chia bản thành hồ nước thành các ô nhỏ mỗi ô kích thước 0.5x0.5m (chia càng nhỏ càng chính xác-có thể chia với kích thước 0.2m cho 1 ô đối với bài này).

Tải áp lực nước tác dụng vào bản thành dạng phân bố tam giác nên ta nhập dạng Pattern như sau:



o Vào Define/ Joint Patterns sửa lại tên Pattern là APLUCNUOC.

o Chọn tất cả các tấm, kể cả nút (có thể chọn All), vào Assign/ Joint Pattern nhập các thông số như hình bên:

o Giải thích các thông số như sau: giá trị tung độ của lực sẽ biến thiên theo các hướng X, Y, Z nên trong phương trình biểu diễn giá trị áp lực có cả 3 yếu tố X, Y, Z. Trong trường hợp này ta thấy áp lực nước chỉ biến thiên theo phương Z nên các yếu tố còn lại (X, Y) không quan tâm (bằng 0), phương trình còn lại là V = Cz + D; ta chú ý các điều kiện biên như sau:

Nếu Z=0 thì V=1.5D = 1.5,

Nếu Z=1.5 thì V=0 C = -1.

o Nhập tải áp lực nước theo nguyên tắc như sau: Tải nước tác dụng từ trong đẩy ra, tác dụng vào mặt 5 hoặc mặt 6 của tấm thành (cần xác định mặt bên trong là mặt 5(màu đỏ) hay 6 (màu vàng)bằng

cách chọn icon , chọn Fill Objects trong hộp General sẽ thấy các tấm hiển thị bằng màu). Nhập tải bằng cách chọn tấm thành (kể cả nút), vào menu Assign/Area Loads/Surface Pressure, nếu tải tác dụng theo hướng đi ra khỏi mặt nào thì tải đó là dương, như hình bên là trường hợp tấm thành ta đã chọn có mặt 5 là mặt ngoài, vậy ta sẽ chọn hộp Face là 5, nhập giá trị là dương, ta đang sử dụng đơn vị kgf nên nhập vào ô Multiplier giá trị là 1000.

Chạy chương trình, xem kết quả (M3-3) trên dầm đáy hồ nước (dầm 6m). M1-1, M2-2 trên các tấm shell.

Chú ý: để hiển thị chính xác kết quả trên tấm shell cần xem lại trục toạ độ địa phương của các tấm shell (đặc biệt là tấm thành).

M3-3 các dầm, cột



Bài tập 11: Giải dầm trên nền đàn hồi (móng mềm)

3K=300T/m

30T

1,5T.m

80T

2T.m

1000 3500 4000 1000

5T.m

50T

DAÀM COÙ TIEÁT DIEÄN ÑEÀU 30x60cm

Chọn từ thư viện mẫu kiểu dầm, có số nhịp là 1, chiều dài nhịp là 9.5m. Chọn đơn vị sử dụng: Ton.m.C. Click bỏ chọn Restraints. Ok.

Chia nhỏ dầm thành từng đoạn 0.5m, bằng cách vào lệnh Edit/Edite Lines/Divide Frames, chọn số đoạn chia là 19 (Divide into), hệ số là 1 (Last/First Ratio).

Định nghĩa vật liệu: trọng lượng riêng là 2,5T/m3, BT B25 Eb= 3,0*106 T/m2.

Định nghĩa tiết diện. Đối với dạng bài toán này các thông số về đặc trưng vật liệu và tiết diện là rất quan trọng vì sẽ ảnh hưởng đến kết quả.

Định nghĩa tải trọng, sửa Selfweight = 1,1.

Gán tiết diện, gán tải trọng đúng vị trí như đầu bài.

Gán liên kết lò xo: chọn tất cả (All), vào lệnh Assign/Joint/Springs gán như hình bên, hệ số k (độ cứng của là xo) là 300T/m3, theo phương 3 (phương đứng). Có thể cần nhập thêm hệ số k cho phương 1 và 2 !!!!

Chạy chương trình, xem moment 3-3, như hình dưới.




Giải khung 2 tầng (mỗi tầng cao 4m), 2 nhịp (nhịp 6m và nhịp 2m), chịu tải phân bố đều là 1000kG/m (tác dụng lên các thanh dầm), liên kết với nền là liên kết đàn hồi (lò xo) có độ cứng là k = 500T/m3. Tiết diện dầm là 20x50 (nhịp 6m) và 20x30 (nhịp 2m), tiết diện cột là 20x20cm, bêtông B20 cho cả dầm, cột (để chương tình tự động tính trọng lượng bản thân – hệ số SelfWeight = 1,1).

Moment M3-3, liên kết đàn hồi (đơn vị T, m) Moment M3-3, liên kết cứng

Ta hãy thử thay đổi tiết diện dầm, cột, chất tải một bên….xem kết quả của 2 trường hợp trên để thấy được sự lún của móng sẽ ảnh hưởng như thế nào đến kết cấu bên trên.



Bài tập 12: Giải cầu thang có chiếu nghỉ tròn (như hình)

Chiều dày sàn là 10cm,

Dầm chiếu nghỉ (DCN), dầm chiếu đi, đến (DCĐ) có tiết diện 20x40cm.

Bêtông B20, hoạt tải là 400 kG/m2.


Tạo hệ lưới phẳng: chọn đơn vị sử dụng là kgf,m,C; Chọn New model/ Grid only tạo 2 lưới theo phương X, 4 lưới theo phương Y, 3 lưới theo phương Z, sửa lại lưới A=0, B=3; 1=0, 2=1.5, 3=2, 4=3.5; z1=0, z2=1.8, z3=3.6, OK.

Vẽ 2 vế thang: hiện 2 cửa sổ, 1 cửa sổ 3D và 1 cửa sổ X-Y; chọn MP X-Y di chuyển lưới xuống MP chân, tạo 2 nút 1, 2; chuyển lưới lên MP chiếu nghỉ tạo 4 nút 3, 4, 5, 6; chuyển lưới lên MP trên cùng tạo 2 nút 7, 8. Chọn MP X-Y, click vào hình mắt kính, tạo tấm trên 4 nút 1, 2, 3, 4 và 5, 6, 7, 8 (có thể vẽ vế thang trên cửa sổ 3D mà không cần tạo trước các nút – nhưng có thể dễ click nhầm mắt lưới).

Vẽ các thanh chiếu đến, thanh chiếu nghỉ thẳng vẽ bằng cách click từ nút 3 đến nút 6, sau đó chia thanh này thành 6 đoạn bằng nhau.

Tạo phần chiếu nghỉ: chọn 3 thanh như hình bên, vào lệnh Edit/ Extrude/ Extrude Lines to Areas click vào hộp Radial, nhập các thông số như hình dưới.

DC

N

DC

N

DCĐ

DCĐ

7

8

5

6

3

4

1

2

3000

3600

1800

1750

500

1500

1500

chọn các thanh này để tạo tấm

Tấm chiếu nghỉ sau khi tạo bằng lệnh Edit/Extrude



Vẽ thanh dầm chiếu nghỉ cong theo chu vi tấm bán nguyệt.

Định nghĩa vật liệu bêtông B20. Định nghĩa tiết diện tấm, thanh. Gán tiết diện.

Gán gối tựa ở các nút 1, 2, 3, 6, 7, 8.

Chỉnh lại hệ số Self Weight = 1,1. Gán tải cho tấm = 400.

Chia tấm vế thang thành 3 phần theo chiều ngang và 6 phần theo chiều dài.

Chạy chương trình. Xem moment M 3-3 và Torsion (moment xoắn) của chiếu nghỉ.


Giải khung không gian có ban công tròn, 3 tầng, tầng trệt cao 4m, 2 tầng lầu cao 3.5m; 1 nhịp theo phương X dài 4.5m, tiết diện dầm 20x50, 2 nhịp theo phương Y dài 4m, tiết diện dầm 20x40; ban công có bán kính 1.5m, tiết diện dầm 20x30; tiết diện cột 20x20, sàn dày 8cm (kể cả sàn ban công).

Tải trọng tác dụng lên sàn gồm tĩnh tải (chương trình tự động tính, hệ số selfWeight = 1.1), hoạt tải 400 kG/m2, tải tường tác dụng lên tất cả dầm tầng lầu là 650 kG/m, các dầm theo chu vi tầng mái là 150 kG/m. Gộp tất cả tải giải chung.

Bêtông sử dụng loại B20.

Một số Chú ý:

Ô sàn tầng chia thành các ô nhỏ (0.5x0.5m).

Ban công chia theo phương góc làm 10 phần.

M 3-3



Tải tường tác dụng trên dầm Moment M3-3

Khung có ban công



Bài tập 13: Tính tháp nước bêtông cốt thép.

Chiều cao chân tháp 9m (chia làm 3 đoạn), có 6 chân cột, dầm giằng chéo và giằng xung quanh (như hình bên).

Chiều cao bể chứa : 2,5m; đường kính bể (tháp) : 3m.

Dầm, cột tiết diện 20x30cm; sàn, tấm thành dày 15cm.

Bêtông B20. Tải gió tác dụng vào đầu cột = 1T (đẩy) và 0,8T (hút).

Tạo dáng kết cấu: chọn đơn vị sử dụng là kgf,m,C; lấy từ thư viện mẫu kiểu Shell, nhập các thông số :

o Cylinder Height - chiều cao trụ : 9 (m) o Num. of Divisions, Z - số đoạn chia theo phương Z: 3, o Radius – bán kính trụ: 1.5, o Num. of Divisions, Angular : 18. o Click bỏ chọn Restraints.

Xoá phần tấm thành (hoặc UNDO). Vẽ thanh cột, dầm, giằng.

Định nghĩa vật liệu bêtông B20. Định nghĩa tiết diện tấm, thanh. Gán tiết diện.

Gán ngàm ở các nút chân cột. Chỉnh lại hệ số Self Weight = 1,1. Gán tải cho tấm =

2500kG/m2. Xoay tiết diện cột cho đúng chiều, sau khi ta vẽ các cột

thì tiết diện có vị trí như hình (a), ta phải quay trục toạ độ địa phương của các cột 2, 3, 5, 6 để được như hình (b), ta chọn các cột 2, 5, vào Assign/ Frame/Local Axes nhập vào góc xoay là 60o, tương tự như thế ta chọn các cột 3,6 nhập vào góc xoay -60o.

Ghép thêm phần bể chứa cao 2,5m:

Vào menu Edit/ Add to Model from Template click chọn Shell, nhập các thông số như sau:

o Cylinder Height : 2.5, o Num. of Divisions, Z : 4, o Radius : 1.5, o Num. of Divisions, Angular : 18. o Click bỏ chọn Restraints. o Click chọn Locate Origin, trong hộp thoại hiện ra click chọn 3D, nhập các

thông số trong hộp Origin Location như sau: Global X = 0, Global Y = 0, Global Z = 9. OK, OK.

6 5

4

32

1

6 5

4

32

1Hình (a)

Hình (b)



Ta được thêm phần thân bể chứa.

Tạo phần đáy bể như đã tạo chiếu nghỉ tròn trong bài 12.

Gán áp lực nước tác dụng trong bể dạng Pattern như đã làm ở bài tập 10

Nhập tải gió vào đầu cột: chọn các nút đỉnh cột theo phương (-X) gán lực đẩy = 1000kG, chọn các nút đỉnh cột theo phương (+X) nhập lực hút 800kG.

Chạy chương trình, xem nội lực moment M 3-3 của khung trên mặt phẳng X-Z (đơn vị : T.m)

Để tạo hình dáng tháp nước như trên, ngoài cách đã hướng dẫn, còn nhiều cách khác có thể thực hiện nhanh hơn, sẽ được hướng dẫn trên lớp.

Bài tập 14: Design (thiết kế BTCT và Kết cấu thép) các cấu kiện.

Chương trình Sap2000 cho phép thiết kế kết cấu BTCT theo các tiêu chuẩn ACI318-99 (của Mỹ), BS 8110-89 (Anh), Europe Code 2 - 1992 (của Cộng đồng Châu Aâu).. . . .nhưng không có tiêu chuẩn Việt Nam. Nên ta thường chỉ lấy giá trị nội lực sau đó tính thép bằng các phần mềm khác (Excel chẳng hạn). Nếu ta thiết kế theo tiêu chuẩn ACI của Mỹ thì giá trị tiết diện cốt thép có được thường lớn hơn từ 1,0 - 1,2 lần cho dầm và 1,2-1,5 (cho cột). Có một số sách tác giả đã nghiên cứu nhân các hệ số cho tổ hợp tải trọng để có sự tương quan giửa tiêu chuẩn Việt Nam và các tiêu chuẩn khác, nhưng nhìn chung cũng còn mang tính cục bộ. Nói chung ta cũng có thể sử dụng các tiêu chuẩn này cho việc thiết kế thép (bằng cách nhân hệ số cho tổ hợp), nhưng không mang tính pháp lý cao!!!!

Trong bài toán thiết kế thép, ngoài những bước ta đã thực hiện trong những bài tập trước, còn cần khai báo thêm một số vấn đề sau (có thể thực hiện trước hoặc sau cũng được): A. THIẾT KẾ BÊTÔNG CỐT THÉP.

Lấy bài tập 6 (khung phẳng) làm ví dụ Khai báo vật liệu: trước hết nên chọn đơn vị sử dụng lại là kgf,cm,C, vào menu

Define/Material, chọn vật liệu bêtông B15, click chọn Modify/ Show Material, ngoài những thông số ta đã khai báo trong trong bài 6, ta cần khai báo thêm thông số Specified Concrete Compressive Strength (f’c) – cường độ của bêtông (khối lăng trụ): 150kgf/cm2 (B15 tương đương mác bêtông 200, có cường độ lăng trụ là



150kgf/cm2), cần tham khảo thêm tiêu chuẩn ACI để hiểu rõ hơn về cách tính toán, nói chung sự khác biệt so với TCVN là khá lớn.

Khai báo đặt trưng tiết diện: vào menu Define/Section Properties/ Frame Sections, ngoài việc khai báo tiết diện cho thanh ta cần click vào hộp Concrete Reinforcement (bên dưới) để khai báo thanh là cột (Column) hay dầm (Beam), bằng cách click vào ô tương ứng (hình dưới):

Đối với cột (mục Design Type chọn Column):

Mục Reinforcement Configuration : định dạng tiết diện Rectangular : tiết diện chữ nhật. Circular : tiết diện tròn.

Mục Confinement Bars: dạng cốt ngang

Tie : dạng thanh.

Spiral : dạng xoắn lò xo. Mục Longitudinal Bars – Rectangular Configuration : Các thông số th.kế khác

Clear Cover for Confinement Bars (lớp bảo vệ cốt ngang): 1.5 (cm)

Number of …3-dir Face (số thanh thép theo hướng trục 3): 3

Number of …2-dir Face (số thanh thép theo hướng trục 2): 3

Longitudinal Bar size : cỡ thép dọc (theo phân loại của Mỹ - xem thêm). Mục Confinement Bars : thông số về cốt ngang

Confinement Bar size : cỡ cốt ngang

Longitudinal spacing of Confinement Bar : khoảng cách giũa các cốt ngang

Number of Confinement Bars in 3-Dir: số cốt ngang theo phương 3

Number of Confinement Bars in 2-Dir: số cốt ngang theo phương 2 Mục Check / Design : dạng bài toán

Reinforcement to be Checked :bài toán kiểm tra.

Reinforcement to be Designed :bài toán thiết kế (chọn). Đối với dầm ((mục Design Type chọn Beam)): Concrete Cover to Longitudinal Rebar Center (lớp bảo vệ cho cốt thép):

Top : lớp thép trên.

Bottom : lớp thép dưới. Reinforcement Overrides for Ductile Beams: diện tích thép cần tăng cường cho

hai đầu dầm (Left - Right) ở trên và dưới gối (Top - Bottom), nếu để là 0 thì chương trình tự phân tích.

Ta phải khai báo cho tất cả các tiết diện đã định nghĩa.



Khai báo tiêu chuẩn thiết kế: vào menu Design /Concrete Frame Design /View/Revise Preferences, chọn tiêu chuẩn thiết kế là ACI 318-05, nếu thay đổi tiêu chuẩn ta click vào ô có chữ ACI 318 – 05 trong bảng liệt kê ta chọn tiêu chuẩn cần chọn. Các thông số khác nên để mặc định.

Ta có thể định nghĩa thêm loại đường kính thép bằng cách vào Define /Section Properties/ Reinforcement Bar Sizes, nhập các thông số, OK.

Chạy chương trình phân tích nội lực.

Chọn các tổ hợp dùng để thiết kế thép: vào menu Design / Concrete Frame Design / Select Design Combos… click chọn các tổ hợp dùng để thiết kế bên hộp List of Load Combinations nhấp nút Add chuyển vào hộp Design Load Combinations, nếu bỏ lực nào bên hộp Design Load Combinations thì chọn lực đó rồi nhấp Remove. Muốn xem kiểu tổ hộp thì nhấp vào Show.

Chạy thiết kế thép: vào menu Design/Concrete Frame Design /Star Design/Check of Structure, chương trình chạy tính toán thép, để xem kết quả nên chuyển đơn vị thành Kgf,cm,C, vì để đơn vị m giá trị hiển thị quá nhỏ chương trình sẽ cho là giá trị 0.

Nhận xét: ta thấy rằng kết quả tính thép đối với dầm là tương đối giống với TCVN – 356, nhưng đối với cột thì chỉ một vài thanh ở trên được tính, còn các thanh dưới hiện O/S tức là tiết diện chưa hợp lý (nhỏ), các thanh có màu đỏ hoặc màu cam chứng tỏ tiết diện không đủ hoặc rất gần với giới hạn phá hoại.



B. THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP: (Lấy bài tập 7a – dàn phẳng – làm ví dụ)

Khai báo vật liệu: vào menu Define/Material, chọn vật liệu A992Fy50 nhấp vào hộp Modify / show Material, ta có thể đổi tên vật liệu này thành Thep CI, các thông số khác không quan tâm, ta chỉ cần nhập cường độ của thép vào ô:

Minimum Yield Stress (fy) – c.độ chảy dẻo của thép: 2000 kG/cm2;

Minimum Tensile Stress (fu) – c.độ chịu kéo cực hạn (phá hoại): 3200 kG/cm2.

Effective Yield Stress (fye) – c.độ chảy dẻo hữu hiệu của thép: 2200 kG/cm2;

Effective Tensile Stress (fue) – c.độ chịu kéo cực hạn hữu hiệu: 3600 kG/cm2.

Khai báo tiết diện: chương trình sẽ phân tích theo kiểu tự chọn tiết diện thích hợp cho từng thanh theo nội lực tính toán (kiểu bài toán kiểm tra), ta phải thực hiện các bước sau:

Đặt các tiết diện ta dự định sẽ thiết kế cho dàn, ví dụ như tiết diện thép góc (Angle

hoặc Double Angle):

Vào Define/ Properties Section/Frame Sections chọn Add New Property, chọn hộp Angle, nhập tên V8 và các thông số tiết diện 80x80x8.

Tương tự ta nhập các tiết diện V7 (70x70x7); V6 (60x60x6); V5 (50x50x5). . . . Các loại tiết diện này là tác giả tự đặt, cần tìm hiểu thêm về qui cách thép góc trên thị trường.

Chọn Add New Property, chọn Auto Select List trong hộp thoại hiện ra chọn các tiết diện vừa đặt Add vào hộp Auto Selections, ta được như hình bên, OK. (ta được 1 tiết diện có tên là Auto1).

Ta cũng có thể lấy các kiểu tiết diện thép góc mà chương trình cho sẵn để gán cho tiết diện Auto1 này, như sau:

Vào Define/Section Properties/ Frame Sections / Import New Property chọn Angle, chọn file Sections.pro (hình dưới).

Chọn các dạng tiết diện mong muốn, OK.



Bước còn lại làm như phần tạo tiết diện Auto1.

Gán tiết diện Auto1 cho tất cả các thanh dàn: chọn All rồi gán cho Auto1.

Chạy chương trình.

Chạy thiết kế thép: vào menu Design / Steel Frame Design / Star Design/ Check of Structure, xem kết quả thiết kế.

Bài tập 15: Xuất và đọc kết quả.

Lấy bài tập 8 làm ví dụ, ngoài việc đọc kết quả trên biểu đồ ta còn cần có số liệu nội lực, đặc biệt là cho cột để phục vụ cho việc tính cốt thép bằng các phần mềm khác, ta thực hiện như sau, sau khi chạy chương trình:

Chọn các thanh cột cần xuất kết quả, có thể chọn theo cách vào Select/ Select/ Properties/Frame Sections chọn các tiết diện ta đã gán cho cột.

Vào menu Display/ Show Tables (hoặc Shift F12) trong bảng hiện ra click vào dấu cộng ở Element Output, tiếp tục click vào dấu cộng ở Frame Output click chọn Table: Element Forces – Frames để xuất kết quả nội lực trên phần tử (Element).

Chọn hộp Select Load Patterns, click Clear All, OK. Trong hộp Select Load Cases, chọn các COMB1 COMB9, để lấy kết quả nội lực của trường hợp tổ hợp từ 1 đến 9, OK. Bảng kết quả hiện ra màn hình, vào menu File/ Export Current Table/ to Excel ta thấy kết quả nội lực được chuyển ra Excel.

Việc xuất biểu đồ ta có thể in trực tiếp từ SAP, bằng cách cho hiển thị biểu đồ cần in, vào menu File/ Print Graphics (không cần đổi màu nền…), nhưng trước đó phải hiệu chỉnh máy in và khổ giấy trước (vào File/ Print Setup for Graphics).



Nếu ta in như trên thì mỗi biểu đồ được in trên 1 tờ giấy, ta có thể chụp hình biểu đồ và Insert vào Word, nhưng trước hết phải đổi màu nền …, bằng cách vào menu Option/ Colors/ Display, đổi màu nền (Background) thành màu trắng, các màu khác thành màu đen, vào hộp Output đổi các màu hiển thị biểu đồ thành màu đen. Chụp ảnh bằng nút Print Screen trên bàn phím, có thể Paste trực tiếp vào Word rồi Drop lại hoặc Paste vào tiện ích vẽ “Paint” của Window, cắt biểu đồ, Copy và Paste vào Word.

Nút (đổi màu đen) Thanh (đổi màu đen)

L.kết biên (đổi màu đen)

Trục toạ độ (đổi màu đen) Chữ số (đổi màu đen)

Màn hình nền (đổi màu trắng)

(đổi màu đen)

Documents

download