Đề tài Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/civil trong phân tích kết cấu và cầu

tính toán khác nhau. MIDAS/Civil hỗ trợ mô hình hóa các tải trọng di động theo các tiêu chuẩn kỹ thuật. Tiêu chuẩn Các đoàn xe tiêu chuẩn AASHTO Standard H15-44, HS15-44, H15-44L, HS15-44L, H20-44, HS20-44, H20-44L, HS20-44L, AML AASHTO LRFD H15-44, HS15-44, H15-44L, HS15-44L H20-44, HS20-44, H20-44L, HS20-44L, AML Caltrans Standard P5, P7, P9, P11, P13 KS Standard Load (Specification for Roadway Bridges) DB-24, DB-18, DB-13.5, DL-24, DL-18, DL-13.5 Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 65 KS Standard Train Loads L-25, L-22, L-18, L-15,S-25, S-22, S-18, S-15, EL-25, EL-22, EL-18 & HL Đặt tải trực tiếp theo người dùng định nghĩa hoặc lấy từ Cơ sở dữ liệu của chương trình a.3. Tải trọng động (Dynamic Loads): Dùng để thực hiện phân tích phổ phản lực hoặc phân tích theo thời gian. Response Spectrum Function: Hàm phổ phản lực. Ground Acceleration: Động đất Dynamic Nodal Loads: Tải trọng nút động Time Varying Static Loads: Tải trọng không ổn định theo thời gian b. Hệ số tải trọng Trong tính toán người ta phải xét đến tác dụng của nhiều tải trọng một lúc do đó phải xét đến các tổ hợp tải trọng tương ứng với các tải trọng có hệ số tải trọng riêng. Hệ số tải trọng có thể lớn hơn1 hay nhỏ hơn 1 tùy thuộc tải trọng đó gây ra nguy hiểm cho công trình hay không. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to rem ov e i t. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 66 2.7 Mô hình hóa tổ hợp tải trọng. Trong thực tế phân tích nội lực của kết cấu, thường xuyên gặp phải yêu cầu việc tìm các vị trí chịu lực bất lợi nhất gây ra bởi một hay nhiều tổ hợp tải trọng nào đó. Nội lực trương ứng với tổ hợp các tải trọng này là cơ sở sử dụng trong thiết kế. Trường hợp tải trọng: Là tập hợp các lực tải trọng tác dụng lên kết cấu trong một phương án đặt tải trọng. Các phương án tải xác định theo sự làm việc của kết cấu, trong một số trường hợp tải có thể có nhiều tải trọng tham gia làm việc. Ví dụ: Tải trọng do trọng lượng bản thân (tĩnh tải), tải trọng đứng, tải trọng gió, tải trọng xe chạy... Tổ hợp tải trọng: Là sự kết hợp các trường hợp tải trọng có thể xảy ra đồng thời. tổ hợp tải trọng nhằm tìm ra một tổ hợp nội lực nghuy hiểm nhất tại một vị trí nào đó trong kết cấu. Nếu kết cấu được phân tích trong miền đàn hồi có thể sử dụng nguyên lý cộng tác dụng thì tổ hợp tải trọng cũng chình là tổ hợp nội lực. Tùy theo phương pháp tổ hợp tải mà ta sẽ thu được các kết quả khác nhau. Tổ hợp tải trọng được áp dụng để tìm biểu đồ bao nội lực. Khi tiến hành các tổ hợp acanf chú ý đến điều kiện xảy ra đồng thời của các trường hợp tải, tránh nhầm lẫn cộng chồng nhiều tải trọng lên cùng một vị trí. Tổ hợp tải trọng phụ thuộc vào các tiêu chuẩn kỹ thuật và theo yêu cầu của người dùng, để khai báo tổ hợp tải trọng chọn Results > Combinations. Bước tổ hợp tải trọng chỉ được thực hiện khi đã định nghĩa các trường hợp tải, nhưng nó cũng có thể khai báo trước khi các dữ liệu tải trọn cho từng trường hợp được khai báo. Midas/Civil có 4 phương pháp tổ hợp tải trọng được nhập trong phần Type là Add, Envelope, ABS, SRSS: - Phương pháp cộng tác dụng Add: Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 67 Kết quả nội lực của tất cả các trường hợp tải đựoc nhân với hệ số của chúng và cộng đại số lại với nhau. Kiểu tổ hợp này thường áp dụng cho tải trọng tĩnh. Tổ hợp tuyến tính: L1 + L2 +... + M1 + M2 +... + S1 + S2 +...+ (R1 + R2 +...) + T + LCB1 + LCB2 +... + ENV1 + ENV2 +... - Phương pháp biểu đồ bào Envelope: Nội lực tại các mặt cắt từng phân đoạn phần tử và phản lực nút tại hai đầu được tính bằng giá trị lớn nhất (max) và nhỏ nhất (min) của một trong số tất cả các trường hợp tải trong tổ hợp với hệ số nhân của nó. Giá trị lớn nhất và nhỏ nhất vẫn có thể mang dấu dương hoặc âm. Kiểu tổ hợp này có thể áp dụng cho các loại tải trọng tĩnh, tải trọng di động, khi cần tìm các giá trị nội lực nguy hiểm (Max và min). Phạm vi áp dụng cho các phần tử thanh. CBmax: Max (L1, L2,..., M1, M2,..., S1, S2,...,R1, R2,..., T, LCB1, LCB2,..., ENV1, ENV2,...) CBmin: Min (L1, L2,..., M1, M2,..., S1, S2,...,R1, R2,..., T, LCB1, LCB2,..., ENV1, ENV2,...) CBall: Max (|L1|, |L2|,..., |M1|, |M2|,..., |S1|, |S2|,..., |R1|, |R2|,..., |T|, |LCB1|, |LCB2|,..., |ENV1|, |ENV2|,...) - Phương pháp trị tuyệt đối ABS: Giá trị tuyệt đối của kết quả phân tích từng trường hợp tải được cộng lại với nhau, các giá trị dương và âm sẽ được tự động tính. |L1| + |L2| +... + |M1| + |M2| +... + |S1| + |S2| +...+ (|R1| + |R2| +...) + |T| + |LCB1| + |LCB2| +... + |ENV1| + |ENV2| +... - Phương pháp bình phương cực tiểu SRSS: Giá trị của tổ hợp là căn bậc hai của tổng các bình phương của các trường hợp tải, laọi tổ hợp này sẽ cho 2 giá trị dương và âm đối với mỗi phân đọn phần tử hay tại các nút. [L12 + L22 +... + M12 + M22 +... + S12 + S22 +...+(R12 + R22 +...) + T2 + LCB12 + LCB22 +... + ENV12 + ENV22 +...]½ Giải thích các ký hiệu: L: Tĩnh tải × hệ số M: Tải trọng di động × hệ số S: Tải trọng gối lún × hệ số R: Kết quả phân tích động phổ phản ứng × hệ số T: Kết quả phân tích lịch sử thời gian × hệ số Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 68 LCB: Kết quả phân tích tổ hợp tải trọng xác định trước × hệ số ENV: Kết quả phân tích điều kiện bao xác định trước × hệ số 3. Phân tích kết cấu và đánh giá kết quả Các bước để phân tích kết cấu cầu Bước 1: Xây dựng sơ đồ tính - Lựa chọn đơn vị tính toán - Mô hình hóa hình học - Vật liệu - Mặt cắt của các phần tử - Điều kiện biên Bước 2: Khai báo các trường hợp tải trọng tĩnh Bước 3: Định nghĩa các làn xe - lane Bước 4: Định nghĩa các loại hoạt tải xe - vehicle Bước 5: Định nghĩa các nhóm hoạt tải xe – vehicle class Bước 6: Định nghĩa các trường hợp hoạt tải xe chạy – moving load case Bước 7: Tổ hợp tải trọng Trình tự của bài toán phân tích kết cấu Thiết kế, định nghĩa kết cấu theo tiêu chuẩn Dựng mô hình phân tích. Điều kiện biên Định nghĩa hình học ban đầu Kết quả là các thành phần nội lực, chuyển vị & phản lực Phân tích các giai đoạn thi công Định nghĩa các giai đoạn thi công Định nghĩa tải trọng thi công Thực hiện phân tích các giai đoạn thi công (Phân tích các quá trình tháo dỡ) Phân tích tĩnh Phân tích tải trọng di động (Phân tích đường ảnh hưởng) Phân tích tải trọng không đổi (Nhiệt độ, Gối lún & Dung sai Chế tạo / xây lắp) Phân tích động Phân tích động đất Phân tích tải trọng gió (Phân tích trị riêng) Kiểm tra gió trong đường hầm Phân tích ổn định Kiểm tra lại thay thế cáp Phân tích trị riêng cho mất ổn định của dầm & cột • Phân tích tĩnh Phân tích tải trọng di động Phân tích tĩnh tải • Phân tích động Phân tích trị riêng Phân tích động đất Phân tích gió Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to rem ov e i t. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 69 Bước 8: Chỉ định các đáp ứng cần tính toán Bước 9: Chạy chương trình Bước 10: Xem và đánh giá kết quả tính 3.1 Phân tích tĩnh Việc phân tích tĩnh học của một kết cấu chính là việc giải hệ các phương trình sau: [K][U]=[R] trong đó [K]: Ma trận độ cứng [U]: Ma trận chuyển vị [R]: Ma trận tải trọng tĩnh tác dụng tại nút Vậy kết quả của phân tích tĩnh sẽ cho ta nội lực và chuyển vị của kết cấu. 3.2 Phân tích động - Phân tích dao động tự do của kết cấu (Tìm chu kì dao động riêng) - Phân tích theo phổ động đất. - Phân tích tải trọng tác dụng theo lịch sử thời gian. 3.3 Phân tích phi tuyến Ứng dụng trong phân tích kết cấu hệ dây: Cầu treo dây văng, dây võng... 3.4 Phân tích P-Delta Đối với nhiều kết cấu mà các thanh có độ mảnh lớn, khi chịu lực nén hay uốn nén, tỏng thanh sẽ xuất hiện hiệu ứng uốn dọc (hiệu ứng P-Delta) làm tăng thêm độ võng của thanh. Đặc biệt nó có thể gây ra hiện tượng mất ổn định cục bộ trong thanh hoặc mất ổn định tổng thể cho kết cấu. Phân tích P-Delta nhằm tìm ra lực nén tới hạn của kết cấu. 3.5 Phân tích các giai đoạn thi công MIDAS/Civil cho phép chúng ta chỉ rõ những giai đoạn thi công và sự hợp thành của chúng một cách chi tiết bằng sự lắp ghép các trình tự của việc thi công. Chức năng mô hình các giai đoạn thi công MIDAS/Civil chia các giai đoạn thành 3 loại: Base Stage, Construction Stage và Post- construction Stage. Ý nghĩa của chúng như sau: Base Stage Đây là phân tích mặc định của chương trình trong trường hợp các giai đoạn thi công không được định nghĩa. Nếu các giai đoạn thi công được định nghĩa đầy đủ (nhóm kết cấu, Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 70 nhóm điều kiện biên và nhóm tải trọng) thì chương trình sẽ không phân tích giai đoạn Base Stage. Construction Stage Các giai đoạn thi công thực tế thi công do người dùng định nghĩa. Post construction Stage Giai đoạn cuối cùng của các giai đoạn thi công, rất quan trọng trong việc phân tích về môi trường, tải trọng di động... Các giai đoạn thi công (Construction Stages) gồm có các nhóm kết cấu, các nhóm điều kiện biên và các nhóm tải trọng được kích hoạt hoặc không kích hoạt theo lựa chọn của người sử dụng. 3.5.1 Cách thiết lập các giai đoạn thi công Để định nghĩa các giai đoạn thi công trong Midas/Civil ta làm theo cách sau: 1. Chuẩn bị kết cấu đã được mô hình hóa. Prepare a structural model except for the boundary and load conditions. 2. Định nghĩa nhóm kết cấu (Structure Groups) trong Model>Group>Define Structure Group, sau đó gán các phần tử, nút cho từng nhóm kết cấu 3. Định nghĩa nhóm điều kiện biên (Boundary Groups) trong Model>Group>Define Boundary Group. 4. Định nghĩa nhóm tải trọng (Load Groups) trong Model>Group>Define Load Group. 5. Xây dựng các giai đoạn thi công (Construction Stages) bằng cách chọn trong Load>Construction Stage Analysis Data>Define Construction Stage. 6. Chỉ rõ khoảng thời gian thi công (Duration), thời gian các bứớc tính toán. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 71 7. Từ Group List của thẻ Element, chọn các nhóm phần tử thêm vào hoặc loại bỏ trong các giai đoạn thông qua kích hoạt và không kích hoạt. Age là ngày mà nhóm phần tử được kích hoạt 8. Từ Group List của thẻ Boundary, chọn các nhóm điều kiện biên thêm vào hoặc loại bỏ trong các giai đoạn thông qua kích hoạt và không kích hoạt. 9. Từ Group List của thẻ Load, chọn các nhóm tải trọng thêm vào hoặc loại bỏ trong các giai đoạn thông qua kích hoạt và không kích hoạt. Active Day và Inactive Day là số ngày mà tải trọng tác dụng hoặc dỡ bỏ từng nhóm tải trọng. 10. Làm như trên một giai đoạn thi công đã được tạo ra. 3.5.2 Đặc tính của vật liệu phụ thuộc thời gian Để định nghĩa vật liệu phụ thuộc thời gian của bê tông ta tiến hành theo các thủ tục sau: 1. Định nghĩa thuộc tính co ngót từ biến của bê tông, trong Model>Properties>Time Dependent Material (Creep/Shrinkage). MIDAS/Civil có sẵn các tiêu chuẩn ACI và CEB-FIP cho việc định nghĩa thuộc tính co ngót từ biến của bê tông, cho phép người dùng nhập trực tiếp và kiểm tra dữ liệu. 2. Định nghĩa tính chất cơ bản của vật liệu chịu nén: Model>Properties>Time Dependent Material (Comp. Strength). Người dùng có thể nhập theo các tiêu chuẩn có sẵn. 3. Liên kết của vật liệu phụ thuộc thời gian tới các vật liệu liên quan đã được định nghĩa. Model>Properties>Time Dependent Material Link. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 72 Khi 2 loại vật liệu được liên kết thuộc tính vật liệu phụ thuộc thời gian sẽ được sử dụng cho phân tích các giai đoạn thi công, còn vật liệu thường sẽ được dùng cho các phân tích chung. 3.5.3 Tải trọng dự ứng lực. MIDAS/Civil cho phép phân tích hiệu ứng ứng suất trước của cáp dự ứng lực sử dụng trong kết cấu. Nó còn tính toán trực tiếp được sự mất mát ứng suất do nhiều nguyên nhân như ma sát giữa cáp và vỏ, tụt neo, sự co ngắn đàn hồi, do co ngót từ biến của bê tông và sự chùng ứng suất của cáp dự ứng lực trong các giai đoạn thi công và giai đoạn sử dụng. Dưới đây là cách nhập ứng suất trước cho kết cấu 1. Khai báo thuộc tính của cáp dự ứng lực trong Model>Properties>Material. MIDAS/Civil không tính toán cáp dự ứng lực giống như một phần tử. 2. Nhập các thông số cho cáp dự ứng lực như: diện tích mặt cắt, hệ số trùng ứng suất, đường kính ống ghen, cường độ cáp... trong Load>Prestress Loads >Tendon Property. 3. Khải báo hình học cho cáp Load>Prestress Loads>Tendon Profile. Midas/Civil hỗ trợ nhập cáp dự ứng lực bằng cách bố trí cáp trong kết cấu theo hệ trục tọa độ cáp, thông qua các điểm xác định trên cáp được nhập vào theo 2 mặt phẳng xy và xz. Các điểm này có thể nằm trên đường cong hoặc đường thẳng và được giới hạn bởi các phần tử. 4. Khai báo quá trình căng cáp: Load>Prestress Loads>Tendon Prestress Loads. Tải trọng dự ứng lực. Cụ thể lực căng và phương pháp căng kéo được giới thiệu trong chương 4. 3.5.4 Tính toán mất mát ứng suất. MIDAS/Civil dựa theo sự mất mát sức kéo sau để phân tích ứng suất trước của kết cấu bê tông. Mất mát xảy ra ngay sau khi căng cáp (Mất mát ngắn hạn) 1. Mất mát do tụt neo. 2. Mất mát do ma sát giữa cáp dự ứng lực và ống cáp 3. Do co ngót, từ biến, co ngắn đàn hồi của bê tông. Mất mát dài hạn trong giai đoạn sử dụng 1. Từ biến của bê tông. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 73 2. Co ngót. 3. Mất mát do tự trùng của cáp dự ứng lực. 3.5.5 Tính toán co ngót – từ biến. MIDAS/Civil cho phép chúng ta xác định được hệ số từ biến hoặc co ngót được tính bởi các hàm giới thiệu trong CEB-FIP, ACI... hoặc chúng ta có thể xác định trực tiếp các giá trị từ các thí nghiệm. Dữ liệu thuộc tính do người dùng định nghĩa có thể nhập vào qua các mẫu nhập hệ số từ biến, hàm từ biến hoặc đặc trưng từ biến. - Cách tính toán từ biến trong Midas - Sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông 3.6 Xem và đánh giá kết quả Việc đánh giá kết quả của các chương trình phân tích kết cấu cầu đòi hỏi người kỹ sư phải thực sự am hiểu về kết cấu cầu và quá trình mô hình hóa kết cấu. Vì chương trình tính chỉ là công cụ phục vụ cho việc tính toán. Kết quả phân tích đúng hay sai phụ thuộc số liệu đầu vào trong quá trình mô hình hóa. Kết quả nội lực của phần tử thanh dầm có thể là phản lực nút 2 đầu phần tử hoặc nội lực, hai kết quả này vể cơ bản là khác nhau. Để sử dụng cho các mục đích tính toán thiết kế người ta thường dùng nội lực. Phản lực nút: Là thành phần phản lực liên kết tác dụng lên 2 đầu của phần tử. Nội lực: Là thành phần ứng lực bên trong phần tử tại từng mặt cắt. Tổng quát cho thanh dầm trong không gian tại một mặt cắt của phần tử có 6 thành phần nội lực ký kiệu như sau: Fx: Lực dọc Fy: Lực cắt trong mặt phẳng XY Fz: Lực cắt trong mặt phẳng XZ Mx: Mô men xoắn My: Mô men uốn trong mặt phẳng XZ Mz: Mô men uốn trong mặt phẳng XY Qui ước dấu của các thành phần nội lực: Lực dọc: Dương khi phần tử chịu kéo có chiều hướng ra ngoài mặt cắt. Mô men xoắn: Dương khi quay ngược chiều kim đồng hồ nhìn từ ngoài vào mặt cắt. Lực cắt: Dương theo chiều qua của lực dọc một góc 90o ngược chiều kim đồng hồ trong mặt phẳng đang xét. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 74 Qui ước vẽ biểu đồ mô men: Vẽ theo thớ chịu kéo hoặc vẽ theo thớ chịu nén (mặc định vẽ theo thớ chịu kéo). Người dùng có thể đặt thông số này. Đường ảnh hưởng: Sau khi định nghĩa các làn và chạy chương trình, các đường ảnh hưởng sau sẽ được tính toán ứng với mỗi làn xe: + Nội lực tại các điểm tính toán của các phần tử Frame + Chuyển vị nút + Phản lực + Lực đàn hồi tại các gối đàn hồi Đường bao nội lực: Đường bao là một tổ hợp các kết quả của các trường hợp tải trọng tĩnh, trường hợp tải trọng di động, các trường hợp tải trọng động và các đường bao khác. Mỗi đương bao tạo ra một cặp giá trị: Một lớn nhất và một nhỏ nhất, hai giá trị đó có thẻ bằng nhau tùy thuộc vào loại đường bao. Có 4 loại đường bao: + Kiểu cộng: Giá trị max, min của đường bao là tổ hợp tuyến tính các giá trị max, min tương ứng của các trường hợp tải trọng. + Kiểu trị tuyệt đối: Giá trị max của đường bao bằng căn bậc hai của tổng các bình phương giá trị tuyệt đối lớn hơn trong hai giá trị max và min của từng trường hợp tải trọng, giá trị min của đường bao bằng –max. + Kiểu bao: Giá trị max, min của đường bao là giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của các giá trị max, min tương ứng của các trường hợp tải trọng. Đây là kiểu đừong bao thường dùng. Kết quả phân tích còn có: Ứng suất, chuyển vị, dao động riêng... Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se t re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 75 Chương 4: Tính bài toán cầu bê tông dự ứng lực thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng 1. Giới thiệu bài toán Bài toán ví dụ được mô hình hóa theo bản vẽ cầu Cái Môn bắc qua sông Vàm Cỏ Tây thuộc xã Vĩnh Thuận huyện Vĩnh Hưng tỉnh Long An, trên tuyến đường Vĩnh Hưng – Tân Hưng. Sơ đồ tính: 152 64 11 4. 3 Don vi: m Vật liệu: Dầm: Bê tông cốt thép mác 500 Trụ: Bê tông cốt thép mác 400 Cáp dự ứng lực. Mặt cắt: Gồm các mặt cắt K0 gần trụ, K9 gần gối, mặt cắt gối trụ, mặt cắt trụ, các mặt cắt khác là mặt cắt thay đổi. Dầm có cấu tạo là dầm hộp, trụ là trụ đặc. Tải trọng: - Tải trọng bản thân. - Tải trọng gối lún - Tải trọng xe đúc - Tải trọng dự ứng lực - Tải trọng nhiệt độ - Tải trọng di động 2. Chuẩn bị số liệu Đặt tên phần tử, nút: - Nút: Nửa trái: 1000 → 1031 Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 76 Nửa phải: 2000 → 2031 Trụ P1: 3000 → 3006 Trụ P1: 4000 → 4006 -Phần tử: Nửa trái: 1001 → 1031 Nửa phải: 2001 → 2031 Trụ P1: 3001 → 3006 Trụ P2: 4001 → 4006 Điều kiện biên: Gồm các gối như hình vẽ, riêng phần đúc trên đà giáo tại 2 gối điều kiện biên cần được mô hình như sau: Các nhóm kết cấu: Nhóm 1: Trụ P1, P2 Nhóm 2: Đoạn dầm đúc trên đà giáo tại trụ P1 và P2, đoạn dầm tại 2 mố trên đà giáo. Nhóm 3: Đoạn dầm đúc hẫng K1 trên trụ P1 và P2. .... Nhóm 10: Đoạn dầm đúc hẫng K8 trên trụ P1 và P2. Nhóm 11: Đoạn dầm hợp long nhịp bên trái. Nhóm 12: Đoạn dầm hợp long nhịp bên phải. Nhóm 13: Đoạn dầm hợp long giữa cầu. 3. Nhập số liệu 3.1 Phát sinh phần tử nút - Đặt tên nút và tên phần tử khởi đầu. Việc đặt này hết sức quan trọng vì giúp chúng ta dễ giàng quản lý và nhập liệu hơn. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 77 Model > Nodes > Start Number - Chia kết cấu thành nhiều phần tử, nên chia theo các giai đoạn thi công. Với cầu này ta có thể chia như sau: Nhịp trái: 2x0.5+6x2+3.5+8x3+2+1.5 Nhịp giữa: 1.5+2+8x3+3.5+2+3.5+8x3+2+1.5 Nhịp phải: 1.5+2+8x3+3.5+6x2+2x0.5 Trụ: 5x(-2)+(-1) Tọa độ nút đầu tiên của trụ là (44,0,-4.3) - Tạo nút đầu tiên nhịp bên trái tại gốc tọa độ (0,0,0). Model > Nodes > Create Nodes Coordinate (x, y, z) ( 0, 0, 0 ) ↵ - Dùng Extrude để tạo các phần tử thanh theo 1 đường thẳng. Model > Elements > Extrude Extrude Type>Node → Line Element Element Type>Beam ; Material>1: M500 Section>2: MCK0 ; Generation Type>Translate Translation>Unequal Distance ; Axis>x Distances ( 2@0.5, 6@2, 3.5, 8@3, 2, 2@1.5, 4, 2, 8@3, 3.5, 1 ) ↵ Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 78 Sử dụng phương thức đối xứng để mô hình hóa phần còn lại: Mode>Copy ; Reflection>y-z plane x : (152) Reverse Element Local (on) ↵ Làm tương tự với trụ ta có kết quả mô hình kết cấu: 3.2 Định nghĩa mặt cắt và gán mặt cắt - Dựa vào bản vẽ định nghĩa các loại mặt cắt ngang có trong kết cấu. Để định nghĩa các mặt cắt chọn: Model > Properties > Section. Chọn Add để thêm các mặt cắt và khai báo theo hướng dẫn. Mặt cắt trụ: Chọn thẻ DB/User Name (MCTru) Section Shape>Solid Track ; User>H (3), B(5) ↵ Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 79 Cách định nghĩa mặt cắt cho nhịp chính: Mặt cắt K0 (gần trụ) Chọn thẻ PSC Name (MCK0) Section Type>1 Cell Joint On/Off>JO2 (on), JI2 (on), JI4 (on) Offset>Center-Top Outer HO1 (0.25) ; HO2 (0.313) ; HO2-2 (0) ; HO3 (3.237) BO1 (1.85) ; BO1-2 (1) ; BO2 (0) ; BO3 (2.5) Inner HI1 (0.25) ; HI2 (0.313) ; HI2-2 (0); HI3 (2.137) HI4 (0.3) ; HI4-2 (0); HI5 (0.8) BI1 (2) ; BI1-2 (1) BI3 (2) ; BI3-2 (1.7) ↵ Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 80 Mặt cắt K9 (Gần mố) Chọn thẻ PSC Name (MCK9) Section Type>1 Cell Joint On/Off>JO2 (on), JI2 (on), JI4 (on) Offset>Center-Top Outer HO1 (0.25) ; HO2 (0.313) ; HO2-2 (0) ; HO3 (1.437) BO1 (1.85) ; BO1-2 (1) ; BO2 (0) ; BO3 (2.5) Inner HI1 (0.25) ; HI2 (0.313) ; HI2-2 (0); HI3 (0.887) HI4 (0.3) ; HI4-2 (0); HI5 (0.25) BI1 (2) ; BI1-2 (1) BI3 (2) ; BI3-2 (1.7) ↵ Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lice ns e t o r em ov e i t. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 81 Khai báo các mặt cắt thay đổi: Span1st, Span2st, Span2nd, Span3st Chọn thẻ Tapered Name (Span1st); Section Type>PSC-1 Cell; Size-I> (MCK9); Size-J> (MCK0); y Axis Variation>Linear ; z Axis Variation>Linear; Offset>Center-Top Name (Span2st ); Section Type>PSC-1 Cell; Size-I> (MCK0); Size-J> (MCK9) y Axis Variation>Linear ; z Axis Variation>Linear; Offset>Center-Top ↵ Name (Span2nd ); Section Type>PSC-1 Cell; Size-I> (MCK9); Size-J> (MCK0) y Axis Variation>Linear ; z Axis Variation>Linear; Offset>Center-Top ↵ Name (Span3st); Section Type>PSC-1 Cell; Size-I> (MCK0); Size-J> (MCK9) y Axis Variation>Linear ; z Axis Variation>Linear; Offset>Center-Top ↵ Pro c sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 82 Khi đã có các mặt cắt ta tiến hành gán mặt cắt cho kết cấu. Rất đơn giản vì Midas/Civil hỗ trợ chức năng kéo thả. Chọn các phần tử cần gán mặt cắt, dùng chuột kéo mặt cắt cần gán vào vùng Model View. Sau khi đã gán hết các mặt cắt ta chọn Model > Properties > Tapered Section Group để hiệu chỉnh lại mặt cắt thay đổi, nguyên nhân hiệu chỉnh là do mặt cắt thay đổi chưa biết khai báo điểm bắt đầu và điểm kết thúc. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 83 Nhập thông số danh sách phần tử (Gồm những phần tử nào), mặt cắt thay đổi theo đường gấp khúc hay đường cong. Nhập xong chọn Add. Sau khi nhập chọn View > Remove Hidden Lines ta sẽ kiểm tra được hình dạng phối cảnh của kết cấu: Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 84 3.3 Định nghĩa vật liệu Để định nghĩa các loại vật liệu ta chọn: Model > Properties > Material Chọn Add để thêm các loại vật liệu, khai báo theo hướng dẫn. Có thể sử dụng những vật liệu có sẵn trong chương trình theo các qui trình như AASHTO hoặc tự định nghĩa một kiểu vật liệu bằng cách nhập vào các thông số. Name> M400; Type>User Defined; Modulus of Elasticity (2.944e7); Thermal Coefficient (1.08e-5); Poisson’s Ratio (0.2) ↵ Name> M500; Type>User Defined; Modulus of Elasticity (3.1799e7); Thermal Coefficient (1.08e-5); Poisson’s Ratio (0.2) ↵ Name> Tendon; Type>User Defined; Modulus of Elasticity (1.9500); Thermal Coefficient (1.08e-5); Poisson’s Ratio (0.2) ↵ Ví dụ bê tông trụ M400 và cáp dự ứng lực định nghĩa theo người dùng. Sau khi đã có các loại vật liệu tương tự như đối với mặt cắt ta gán vật liệu bằng cách kéo và thả. 3.4 Điều kiện biên - Để việc tính toán được chính xác ta định nghĩa các nhóm điều kiện biên: Pro ce sse d b y W e B tch PD F U nlo cke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 85 Model > Group > Define Boundary Group. Các nhóm gồm: BG1: Trụ BG2: Trên trụ BG3: Mố BG4: Đà giáo - Tại trụ liên kết với dầm bằng liên kết đàn hồi (Elastic Link), tại mố cũng liên kết với các gối bằng liên kết đàn hồi. Trong quá trình đúc dầm, đoạn ở đầu mố được đúc trên đà giáo sau đó mới hợp long với dầm đúc hẫng. Và đà giáo cũng được liên kết với gối cố định bằng liên kết đàn hồi. - Gán điều kiện biên: Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 86 Chọn Model > Boundaries > Supports - Chọn nhóm điều kiện biên. - Chọn nút cần gán điều kiện biên. - Tại trụ là liên kết ngàm ta chọn D-all và R- All. Thuộc nhóm điều kiện biên BG1. - Tại mố là nhóm BG3, gối di động. -Tại đà giáo phía mố là nhóm BG4, gối cố định. -Tại nơi liên kết trụ và dầm là BG2. Sau mỗi lần chọn ta nhấn Apply. 3.5 Chia các giai đoạn thi công Dựa theo quá trình thi công trong thực tế ta chia kết cấu thành các giai đoạn thi công: CS1: Thi công trụ P1, P2 CS2: Đúc đốt K0 tại trụ P1 và P2 trên đà giáo, đúc dầm tại 2 mố trên đà giáo. CS3: Đức đốt K1 trên trụ P1, P2 .... CS10: Đúc đốt K8 trên trụ P1, P2 CS11: Hợp long nhịp bên trái CS12: Hợp long nhịp bên phải CS13: Hợp long nhịp bên giữa CS14: Tĩnh tải giai đoạn II và khai thác 30 năm (Co ngót – Từ biến) Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 87 Để định nghĩa nhóm các giai đoạn thi công chọn: Model > Group > Define Structure Group Ở trên chúng ta mới chỉ định nghĩa các giai đoạn thi công, chưa biết quá trình thi công diễn ra như thế nào? Vì thế ta cần tiến hành gán kết cấu cho các giai đoạn thi công. Gán kết cấu cho các nhóm tải trọng bằng cách chọn nhóm nút và phần tử cùng một nhóm bằng công cụ Selection, kéo và thả giai đoạn thi công cần gán ở Tree Menu tới cửa sổ Model. Số lượng nút và phần tử sẽ được thông báo trong các giai đoạn thiết kế. Có thể kết hợp sử dụng file MCT để nhập nhanh hơn. Khai báo các giai đoạn thi công. Giai đoạn 1: Thời gian 30 ngày Giai đoạn 2: Thời gian 45 ngày Giai đoạn 3 => 13: Thời gian 14 ngày Giai đoạn khai thác 14 : Thời gian 10000 ngày Load > Construction Stage Analysis Data > Define Construction Stage > Add Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 88 Nhập tên, thời gian thi công, bước phân tích, kích hoạt những phần tử nào, gối nào được kích hoạt, dỡ bỏ... Nhập cho tất cả các giai đoạn ta có: Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 89 3.6 Khai báo các trường hợp tải trọng, nhóm tải trọng Khai báo các trường hợp tải trọng giúp chúng ta dễ quản lý việc nhập tải trọng cũng như dễ giàng sử lý kết quả tính toán. Các trường hợp tải trọng gồm - Giai đoạn thi công: Tải trọng bản thân(SW), Tải trọng bê tông ướt (WC), Tải trọng xe đúc (FT), Tải trọng DƯL (PS). - Giai đoạn khai thác: Tĩnh tải giai đoạn II (GII), Gối lún (SE), Nhiệt độ (GE), Co ngót từ biến (CS). Để khai báo chọn: Load > Static Load Cases Nhập tên tải trọng, loại tải trọng, và mô tả. Để có thể nhâp tải trọng một cách chính xác ta tiến hành định nghĩa các nhóm tải trọng bao gồm: PSP1K1 to PSP1K9, PSP2K1 to PSP2K9,: Tải trọng dự ứng lực. FTP1K1 to FTP1K9, FTP2K1 to FTP2K9: Tải trọng xe đúc từng giai đoạn. WCP1K1 to WCP1K9, WCP2K1 to WCP2K9: Tải trọng bê tông ướt từng giai đoạn. FSM1, FSM2: Đốt trên đà giáo mố 1,2. PierTableP1, PierTableP2: Đốt K0 trên P1, P2. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 90 Để khai báo chọn: Model > Group > Define Load Group 3.7 Nhập tải trọng và xem kết quả a. Tải trọng bê tông ướt và tải trọng xe đúc Nhập cho từng giai đoạn thi công. Tải trọng bê tông ướt và xe đúc chỉ xuất hiện ở giai đoạn CS2 trở đi. Bảng số liệu: Tải trọng bê tông ướt: Section (m2) Element I J Length (m) Volume (m3) Weight (KN) Moment 101 5.5841 5.6404 3 16.836609 387.24 580.86 102 5.6404 5.7782 3 17.1279045 393.94 590.91 103 5.7782 5.9989 3 17.66568 406.31 609.47 104 5.9989 6.3022 3 18.4516605 424.39 636.58 105 6.3022 6.6883 3 19.485846 448.17 672.26 106 6.6883 7.1572 3 20.7682365 477.67 716.50 107 7.1572 7.7087 3 22.298832 512.87 769.31 108 7.7087 8.3430 3 24.077631 553.79 830.68 109 8.3430 9.0601 3 26.104635 600.41 900.61 110 9.0601 9.5841 3 27.9661695 643.22 964.83 Tải trọng xe đúc: Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 91 Weight (KN) Moment 800 1100 Chọn giai đoạn thi công, chọn nút cần nhập tải trọng: Để nhập tải trọng chọn: Load > Nodal Loads. Chọn loại tải trọng, nhóm tải trọng, nút đặt tải trọng, các giá trị của tải trọng. Tiến hành nhập theo từng giai đoạng và từng nút, từng loại tải trọng. b. Tải trọng bản thân. Chọn Load > Self Weight. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 92 Nhập tên tải trọng, nhóm tải trọng. X, Y, Z là hệ số, ví dụ tải trọng bản thân hướng xuống dưới => Z=-1, chọn Add. c. Tải trọng nhiệt độ và gradient nhiệt độ. Gồm 2 loại, nhiệt độ biến đổi đều và nhiệt độ gradient Nhiệt độ thi công: Ttc=25oC Cao nhất khu vực: 47oC Thấp nhất khu vực: 5oC Chênh nhiệt (+): T+c=22oC Chênh nhiệt (-): T-c=20oC Gradient nhiệt 0.1m A=0.3m 0.2m Hdam T+T- T1 T2 T3 Thông số T1 +23 -7 T2 +6 -1 Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 93 T3 +3 0 Khai báo trong Midas/Civil: - Nhiệt độ biến đổi đều chọn: Load > Temperature Loads > Element Temperatures. - Nhiệt độ gradient chọn: Load > Temperature Loads > Beam Section Temperature Nhập xong các tải trọng cơ bản trên chúng ta có thể tiến hành tính toán để kiểm tra việc nhập. Để tính toán nhấn F5. Sau khi tính toán để xem biểu đồ chọn: Results > Forces > Beam Diagrams Tiến hành lựa chọn các kết quả muốn thể hiện rồi chọn Apply ta được kết quả. Ví dụ kết quả biểu đồ moment của kết cấu trong giai đoạn CS5. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 94 d. Cáp dự ứng lực - Khai báo tên của phần tử cáp: Load > Prestress Loads > Tendon Property >Add. Thêm các loại bó cáp theo bảng số liệu sau. Cáp 25T13 Cáp 19T13 Loại ống ghen: đường kính trong 100mm đường kính ngoài 107mm đường kính trong 90mm đường kính ngoài 97mm Hệ số ma sát giữa cáp và ống: 0.2 0.2 Hệ số ma sát cong: 0.001 o/m 0.001 o/m Tụt neo max 6mm 6mm Lực kéo kích cho bó cáp 3444kN 2618kN Giới hạn bền 1860000 1860000 Giới hạn chảy 1670000 1670000 Tendon Name ( 19T23 ) ; Tendon Type>Internal Material>3: tendon Total Tendon Area (0.00187549) Duct Diameter (0.097) ; Curvature Friction Factor (0.2) ; Wobble Friction Factor (0.001) Ultimate Strength (1860000) ; Yield Strength (1670000) Load Type>Post-Tension Anchorage Slip>Begin (0.006) ; End (0.006) ↵ Tendon Name (25T23 ) ; Tendon Type>Internal Material>3: tendon Total Tendon Area (0.00246775) Duct Diameter (0.107) ; Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lice ns e t o r em ov e i t. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 95 Curvature Friction Factor (0.2) ; Wobble Friction Factor (0.001) Ultimate Strength (1860000) ; Yield Strength (1670000) Load Type>Post-Tension Anchorage Slip>Begin (0.006) ; End (0.006) ↵ -Khai báo hình học của cáp Load > Prestress Loads > Tendon Profile > Add. Dựa vào bản vẽ nhập dữ liệu hình học của cáp. Cần lưu ý khi nhập số điểm trên mặt phẳng xz bằng số điểm trên mặt phẳng xy. Bảng số liệu hình học cáp rút ra từ bản vẽ: Tên x y R x z R TC1 4.119 2.56 4.119 -0.125 5.15 2.56 15 5.15 -0.16 15 6.45 2.56 6.45 -0.25 -4.119 2.56 -4.119 -0.125 -5.15 2.56 15 -5.15 -0.16 15 -6.45 2.56 -6.45 -0.25 TC2 4.119 1.94 4.119 -0.125 5.15 1.94 15 5.15 -0.16 15 6.45 1.94 6.45 -0.25 -4.119 1.94 -4.119 -0.125 -5.15 1.94 15 -5.15 -0.16 15 Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 96 -6.45 1.94 -6.45 -0.25 TC3 7.394 2.79 7.119 -0.125 8.229 2.732 15 8.15 -0.16 15 9.45 2.56 9.45 -0.25 -7.394 2.56 -7.119 -0.125 -8.229 2.732 15 -8.15 -0.16 15 -9.45 2.79 -9.45 -0.25 TC4 10.394 1.71 10.119 -0.125 11.229 1.768 15 11.15 -0.16 15 12.45 1.94 12.45 -0.25 -10.394 1.71 -10.119 -0.125 -11.229 1.768 15 -11.15 -0.16 15 -12.45 1.94 -12.45 -0.25 TC5 13.348 2.874 15 13.119 -0.125 15 15.45 2.56 14.15 -0.16 15.45 -0.25 -13.348 2.874 15 -13.119 -0.125 15 -15.45 2.56 -14.15 -0.16 -15.45 -0.25 TC6 16.348 1.626 15 16.119 -0.125 15 18.45 1.94 17.15 -0.16 18.45 -0.25 -16.348 1.626 15 -16.119 -0.125 15 -18.45 1.94 -17.15 -0.16 -18.45 -0.25 TC7 17.458 3.09 19.119 -0.125 18.345 3.024 15 20.15 -0.16 15 21.45 2.56 21.45 -0.25 -17.458 3.09 -19.119 -0.125 -18.345 3.024 15 -20.15 -0.16 15 -21.45 2.56 -21.45 -0.25 TC8 20.458 1.41 22.119 -0.125 21.345 1.476 15 23.15 -0.16 15 24.45 1.94 24.45 -0.25 -20.458 1.41 -22.119 -0.125 -21.345 1.476 15 -23.15 -0.16 15 -24.45 1.94 -24.45 -0.25 TC9 22.684 3.24 25.119 -0.125 23.623 3.166 15 26.15 -0.16 15 27.45 2.56 27.45 -0.25 -22.684 3.24 -25.119 -0.125 -23.623 3.166 15 -26.15 -0.16 15 -27.45 2.56 -27.45 -0.25 TC10 26.184 1.26 28.619 -0.125 27.123 1.334 29.65 -0.16 30.95 1.94 15 30.95 -0.25 15 -26.184 1.26 -28.619 -0.125 -27.123 1.334 -29.65 -0.16 Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 97 -30.95 1.94 15 -30.95 -0.25 15 TC10R 25.237 3.39 28.619 -0.125 26.176 3.316 15 29.65 -0.16 15 30.95 2.56 30.95 -0.25 -25.237 3.39 -28.619 -0.125 -26.176 3.316 15 -29.65 -0.16 15 -30.95 2.56 -30.95 -0.25 Nhâp các bó cáp theo các trường trên form Sau khi căng cáp ta có thể xem chương trình thể hiện: Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 98 - Khai báo tổ hợp tải trọng dự ứng lực cho các giai đoạn thi công. Gán tải trọng Load > Prestress Loads > Tendon Prestress Loads Nhập theo từng nhóm cáp DƯL. Chọn cách kéo cáp theolực, lực căng là 3444 kN. Cáp 1 căng đầu cáp (Begin), cáp 2 căng cuối cáp(End). Các cáp còn lại căng cả 2 đầu (Both). Chọn Add để khai báo, kết thúc chọn close. - Tiếp theo gán các tải trọng dự ứng lực vào các giai đoạn thi công (CS) Gán xong tiến hành tính toán và chúng ta được các kết quả Mất mát ứng suất cho từng cáp theo các giai đoạn. Results > Tendon Time-dependent Loss Graph. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 99 Tính độ giãn dài của cáp. - Kết quả là độ giãn dài của phần tử và cáp theo từng giai đoạn. Results > Result Tables > Tendon > Tendon Elongation Tọa độ cáp Results > Result Tables > Tendon > Tendon Coordinates Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 100 e. Co ngót từ biến. - Khai báo vật liệu cho tính toán co ngót, từ biến Model > Properties > Time Dependent Material (Creep/Shrinkage) > Add. Name (M400) ; Code>CEB-FIP Compressive strength of concrete at the age of 28 days (35000) Relative Humidity of ambient environment (40 ~ 99) (70) Notational size of member (1) Type of cement>Normal or rapid hardening cement (N, R) Age of concrete at the beginning of shrinkage (3) ↵ Name (M500) ; Code>CEB-FIP Compressive strength of concrete at the age of 28 days (40000) Relative Humidity of ambient environment (40 ~ 99) (70) Notational size of member (1) Type of cement>Normal or rapid hardening cement (N, R) Age of concrete at the beginning of shrinkage (3) ↵ Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo v it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 101 - Khai báo vật liệu cho tính toán sự biến đổi của modun đàn hồi (Comp. Strength) theo thời gian. Model > Properties > Time Dependent Material (Comp. Strength) > Add Name (M400) ; Type>Code Development of Strength>Code>CEB-FIP Concrete Compressive Strength at 28 Days (S28) (35000) Cement Type(a) (N, R : 0.25) ↵ Name (M500) ; Type>Code Development of Strength>Code>CEB-FIP Concrete Compressive Strength at 28 Days (S28) (40000) Cement Type(a) (N, R : 0.25) ↵ - Liên kết vật liệu phụ thuộc thời gian với vật liệu đã khai báo cho kết cấu. Model > Properties > Time Dependent Material Link Time Dependent Material Type Creep/Shrinkage>M400 Comp. Strength> M400 Select Material for Assign>Materials> 1: Grade M400 Selected Materials Time Dependent Material Type Creep/Shrinkage>M500 Comp. Strength> M500 Select Material for Assign>Materials> 1: Grade M500 Selected Materials Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 102 Chọn vật liệu tính co ngót, từ biến, vật liệu tính mô đun đàn hồi (Comp. Strength). Chọn vật liệu cần liên kết. Nhấn Add. Nhập xong chọn close. f. Gối lún - Khai báo các gối lún: Load > Settlement Analysis Data > Settlement Group. Nhập tên gối lún, độ lún, các nút bị lún (Các gối). - Khai báo các trường hợp tải do gối lún. Load > Settlement Analysis Data > Settlement Load Cases Thêm các trường hợp xảy ra gối lún, hệ số tỉ lệ. Ví dụ trường hợp GL3 có gối G2, G1 bị lún. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 103 g. Hoạt tải. - Chọn tiêu chuẩn tính hoạt tải. Load > Moving Load Analysis Data > Moving Load Code > AASHTO LRFD - Định nghĩa làn xe Load > Moving Load Analysis Data > Traffic Line Lanes Chọn tên làn, độ lệch tâm(Eccentricity) là 2m, hướng di chuyển, vị trí làn. - Định nghĩa xe tải Load > Moving Load Analysis Data > Vehicles Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 104 Đối với xe 2 trục, 3 trục theo tiêu chuẩn AASHTO, chọn Add Standard ta chỉ cần khai báo tên, chương trình sẽ lấy số liệu từ cơ sở dữ liệu. Riêng với các xe theo tiêu chuẩn 22TCN18-1979 như H30, XB80 ta phải khai báo thủ công, dùng chức năng Add User Defined. - Định nghĩa nhóm xe Load > Moving Load Analysis Data > Vehicles Classes > Add Định nghĩa các nhóm xe cần tính toán. Định nghĩa trường hợp xe Load > Moving Load Analysis Data > Moving Load Cases Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 105 Sau khi tính toán ta có thể xem các kết quả của chương trình, ví dụ như đường ành hưởng mô men ở giai đoạn khai thác tại nút 1017. Results > Influence Lines > Beam Forces/Moments. h. Tính độ vồng trong thi công. Xây dựng nhóm kết cấu cho tính độ vồng, điều kiện biên, hợp long. Model > Group > Define Structure Group Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 106 Khi chưong trình tính toán xong chọn Results > FCM Camber > FCM Camber Control Để xem biểu đồ độ vồng chọn Results > FCM Camber > FCM Camber Graph View Xem bảng kết quả chọn Results > FCM Camber > FCM Camber Table Ngoài các kết quả trên chương trình còn cung cấp rất nhiều loại kết quả với các định dạng khác nhau. Việc xuất kết quả ở trong Midas/Civil là hết sức dễ giàng và nhanh chóng. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 107 PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau quá trình thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu” đã thu được một số kết quả là tài liệu chi tiết với các nội dung chính sau: - Tổng quan về Midas/Civil - Phương pháp phần tử hữu hạn và ứng dụng trong Midas/Civil - Giới thiệu và hướng dẫn sử dụng chương trình Midas/Civil - Hướng dẫn Tính bài toán cầu bê tông dự ứng lực thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng sử dụng chương trình Midas/Civil. Thông qua tài liệu này sẽ giúp chúng ta hiểu những vấn đề cơ bản của quá trình phân tích kết cấu bằng máy tính cũng như phần mềm Midas/Civil. Ngoài ra đây có thể là tài liệu tham khảo có ích cho các bạn sinh viên, các kỹ sư ngành xây dựng cầu đường trong quá trình học tập và làm việc. Tài liệu được trình bày rõ ràng, trực quan với nhiều hình ảnh minh họa, giúp người đọc có thể hình dung và áp dụng nhanh chóng, hiệu quả. Để đảm bảo tính thực tiễn cũng hiệu quả của một đề tài khoa học nhóm nghiên cứu đưa ra một số kiến nghị: - Midas/Civil là chương trình phân tích và tính toán kết cấu sử dụng phương pháp PTHH vì vậy để sử dụng chương trình hiệu quả cần phải hiểu về kết cấu, cách mô hình hóa kết cấu, phương pháp PTHH - Midas/Civil là một công cụ tính toán mạnh, có độ tin cậy cao do đó từng bước ứng dụng vào công tác phân tích thiết kế và trong học tập nghiên cứu. Trong việc học tập chương trình là một công cụ hữu hiệu, nó cung cấp những khái niệm và phương pháp tính cơ bản từ đó dễ dàng tiếp cận với các phần mềm tính toán kết cấu khác. Đặc biệt đối với sinh viên chuyên nghành TĐHTKCĐ, chương trình là một ví dụ tiêu biểu cho môn học “Mô hình hóa và phương pháp số ứng dụng” - Tập trung nghiên cứu ứng dụng Midas/Civil cho các bài toán chuyên dụng riêng biệt. Tạo lập các mô đun hỗ trợ nhập liệu cho Midas theo từng bài toán cụ thể. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it. Nghiên cứu ứng dụng chương trình Midas/Civil trong phân tích kết cấu và cầu Lê Đắc Hiền – Bùi Văn Sáng – Đào Quang Huy – Trần Quang Thức – TĐHTKCĐ 42 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Phương pháp Phần tử hữu hạn – Nguyễn Xuân Lựu – ĐH GTVT – 2000 2. Phương pháp số trong cơ học kết cấu – Nguyễn Mạnh Yên – NXB Khoa học kỹ thuật – 2000 3. Phân tích và thiết kế kết cấu bằng phần mềm Sap2000 – Bùi Đức Vinh – NXB Thống kê - 2001 4. Cầu bê tông cốt thép – Nguyễn Viết Trung – NXB Giao thông vận tải - 2001 5. Analysis for Civil Structures – MIDASoft, Inc. 6. Getting Started - MIDASoft, Inc. 7. Midas/Civil online Manual - MIDASoft, Inc. Pro ce sse d b y W e B atc h P DF Un loc ke r Bu y a lic en se to re mo ve it.