Tài liệu hướng dẫn Tính toán và thiết kế kết cầu bằng SAP 200

160 trang hoanguyen 3491

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tài liệu hướng dẫn Tính toán và thiết kế kết cầu bằng SAP 200", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

tai_lieu_huong_dan_tinh_toan_va_thiet_ke_ket_cau_bang_sap_20.pdf

Nội dung text: Tài liệu hướng dẫn Tính toán và thiết kế kết cầu bằng SAP 200

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA XÂY DỰNG DD&CN –&— TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN Đà Nẵng 2006
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU (SAP2000 - BASIC ANALYSIS REFERENCE) Người sử dụng các phần mềm nói chung và Sap2000 nói riêng cần phải hiểu một cách tường tận bản chất của các phần mềm và phải kiểm tra một cách độc lập kết quả tính toán để đảm bảo tính chính xác. Quyết định cuối cùng vẫn phải là của con người bằng các kiến thức tổng hợp. I. Phương pháp phần tử hữu hạn 1. Khái niệm chung: Phương pháp PTHH được ứng dụng tính kết cấu với sự trợ giúp của máy tính, ra đời vào năm 1970. Phương pháp này dùng mô hình rời rạc để lý tưởng hoá kết cấu thực. Thực hiện rời rạc hoá kết cấu bằng cách chia kết cấu liên tục thành hữu hạn các miền hoặc các kết cấu con gọi là phần tử hữu hạn. * Đối với hệ thanh : phần tử hữu hạn là thanh. * Đối với kết cấu tấm : phần tử hữu hạn là tấm tam giác, chữ nhật .v.v. Sau khi rời rạc hoá, giả thiết các phần tử hữu hạn chỉ nối với nhau tại một số điểm quy định (thường là các đầu hoặc góc của phần tử) gọi là nút. Toàn bộ tập hợp các phần tử hữu hạn gọi là lưới phần tử. Số lượng phần tử ảnh hưởng đến số ẩn số của bài toán. 2. Trình tự giải bài toán kết cấu bằng phần mềm PTHH: a. Bước 1 : Chuyển từ sơ đồ kết cấu sang sơ đồ tính : Xác định yêu cầu tính toán, các kết quả cần tìm. Xác định dạng hình học của kết cấu. Xác định tải trọng, các đặc trưng của vật liệu b. Bước 2 : Rời rạc hoá kết cấu, chọn loại phần tử thích hợp : Đánh số các điểm nút, các phần tử. Phân chia các trường hợp tải trọng (các phương án của hoạt tải). Nhập dữ liệu. c. Bước 3 : Thực hiện giải bài toán : Khai báo các thông số tính toán, các bậc tự do hoạt động Kiểm tra độ chính xác của kết quả. Hiệu chỉnh lại dữ liệu nếu cần. d. Bước 4 : Biểu diễn kết quả bằng hình vẽ. In kết quả hoặc xuất ra file, xử lý các file kết quả nếu cần. Sử dụng kết quả. - Trang 1 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Khi giải một bài toán bằng phương pháp Phần tử hữu hạn, việc nhập dữ liệu tốn rất nhiều thời gian và công sức, nếu có sai sót rất khó phát hiện, nên cần chuẩn bị số liệu thật kỹ, sơ đồ tính phải vẽ một cách rõ ràng, việc nhập số liệu phải cẩn thận. Bước 1 Xác định các yếu tố đầu vào Bước 2 Thực hiện bước nhập số liệu. Nhập : - Dữ liệu điều khiển - Dữ liệu nút - Dữ liệu phần tử - Dữ liệu tải trọng Bước 3 Thực hiện giải và kiểm tra kết quả Bước 4 Biểu diễn xuất kết quả II. Phần mềm phân tích và thiết kế kết cấu Sap2000 1. Lịch sử hình thành : Phiên bản đầu tiên của chương trình được mang tên SAP (Structural Analysis Program: Chương trình phân tích kết cấu) vào năm 1970, sau đó xuất hiện SAP3, SAP-IV, SAP86, SAP90 và gần đây nhất là SAP2000 V10. SAP2000 tích hợp chức năng phân tích kết cấu (tính phản lực, nội lực, chuyển vị, dao động ) bằng phương pháp PTHH với chức năng thiết kế kết cấu (tính toán cốt thép đối với kết cấu bê tông cốt thép và chọn tiết diện đối với kết cấu thép), SAP2000 cũng đã bổ sung thêm các loại kết cấu mẫu để việc vào số liệu cho bài toán được nhanh hơn. Giao diện của SAP2000 rất trực quan và được thực hiện hoàn toàn trên môi trường Windows (SAP86 thực hiện việc nhập dữ liệu trên Dos, SAP90 nhập số liệu trên Windows nhưng tính toán và xem kết quả nội lực trên Dos) 2. Khả năng của phần mềm SAP2000 : Sap2000 cung cấp nhiều tính năng mạnh để mô hình và tính toán nhiều kết cấu thường gặp trong thực tế : Dầm, Khung phẳng, Khung không gian, Sàn, Dàn phẳng, Dàn không gian, Dầm trên nền đàn hồi (dầm móng băng), kết cấu vỏ mỏng (mái che, bể nước, xilô ), kết cấu khối (đê, đập ) Vật liệu có thể tuyến tính đẳng hướng hoặc trực hướng, hoặc phi tuyến. Tải trọng bao gồm lực tập trung tại nút, lực phân bố đều hoặc phân bố dạng hình thang trên thanh, tải trọng do áp lực của chất lỏng hoặc khí. Tải trọng có thể tác dụng tĩnh hoặc tác dụng động, có vị trí bất động hoặc di động - Trang 2 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Mô hình tính không hạn chế số nút và số phần tử nếu dung lượng trống ổ cứng còn nhiều. Các phân tích cho bài toán bao gồm : phân tích tĩnh, phân tích động (tính tần số dao động, tính nội lực động ) SAP2000 có 4 phiên bản : + Bản phi tuyến (Nonlinear) : đầy đủ các chức năng + Bản nâng cao (Advanced) : Thiếu chức năng phân tích phi tuyến. + Bản chuẩn (Standard) : Thiếu chức năng phân tích phi tuyến, mô hình tính giới hạn số nút <1500. + Bản học tập (Education) : miễn phí, mô hình tính giới hạn tối đa 30 nút. File dữ liệu của SAP2000 có phần mở rộng là *.SDB (file gốc dạng nhị phân) hoặc *.S2K và *.S$K (file dữ liệu dạng tập tin văn bản), các file khác có cùng tên với file dữ liệu nhưng có phần mở rộng khác do SAP tạo ra trong quá trình tính toán. III. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Sap2000 : (Đối với bài toán Phân tích - Thiết kế hệ thanh) Vẽ điểm Đầu các Vẽ đường Chia nhỏ Ứng suất trước phần tử (Line) phần tử (Pre-stress) Vật liệu Giải phóng liên kết (Release) Nút (Joint) (Material) T.độ (x,y,z) Tiết diện (Section) Số điểm xuất kết quả (Output Stations) Liên kết gối (Restraint - Spring) P.tử Thanh Trục địa phương (Local Axes) (Frame) Tải trọng (Load) Thư viện Phép kết cấu biến đổi mẫu Trọng lượng b.thân (Self weight) Tổ hợp Mô hình (Combination) Ch.vị cưỡng bức (Displacement) Phân tích (Analysis) Nhiệt độ (Thermal) Phản lực, Nội lực (Reaction, Frame force) Chọn tiêu chuẩn Thiết kế (Design) Kết cấu BTCT Kết quả (Result) Kết cấu Thép - Trang 3 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 IV. Hệ toạ độ sử dụng trong Sap2000 : 1. Hệ toạ độ tổng thể (Global System): Tất cả toạ độ của các phần tử trong mô hình đều được xác định thông qua một hệ toạ độ chung gọi là hệ toạ độ tổng thể XYZ. Ngoài hệ toạ độ tổng thể, người sử dụng có thể định nghĩa thêm các hệ toạ độ phụ để phục vụ cho công việc xây dựng hình dạng hình học của mô hình, các toạ độ của hệ toạ độ phụ cuối cùng cũng được quy đổi sang toạ độ của hệ toạ độ tổng thể. Trục Z luôn là trục thẳng đứng, hướng lên, như vậy mặt phẳng XY là mặt bằng và thường nên chọn mặt phẳng XZ là mặt phẳng làm việc chính của hệ (ví dụ như phương ngang của hệ khung không gian hoặc mặt phẳng làm việc của hệ khung phẳng). Toạ độ của một vị trí được xác định bằng 3 toạ độ x, y, z của vị trí đó. Phương của hệ toạ độ được ký hiệu là ±X, ±Y, ±Z (hướng + là cùng chiều, - là ngược chiều). 2. Hệ toạ độ địa phương (Local System): Mỗi đối tượng trong mô hình đều có hệ toạ độ riêng của nó gọi là hệ toạ độ địa phương của đối tượng đó (ví dụ hệ toạ độ địa phương của nút, của thanh ), hệ toạ độ địa phương được sử dụng để xác định các tính chất, tải trọng, nội lực của đối tượng đó. Hệ toạ độ địa phương được ký hiệu là 123. Nói chung, hệ toạ độ địa phương của mỗi đối tượng là có thể khác nhau, nút này khác nút kia, thanh này khác thanh kia Mặc định các đối tượng cùng loại (nút, thanh, tấm) có một hệ toạ độ địa phương 123 theo một quy luật chung giống nhau, ví dụ như : đối với nút, hệ toạ độ 123 mặc định có phương trùng với hệ toạ độ tổng thể XYZ. Nếu hệ toạ độ của đối tượng thực tế khác với hệ toạ độ mặc định, người sử dụng cần khai báo các thông số góc xoay để xác định phương của hệ toạ độ địa phương thực tế. V. Phần tử Thanh (Frame): 1. Tổng quan: Phần tử thanh dùng để mô hình các cấu kiện dầm, cột, dàn trong mặt phẳng cũng như trong không gian, ngoài phần tử thanh còn có phần tử cáp (cable, chỉ chịu kéo) và phần tử dây căng (tendon) cũng có dạng đường thẳng (line). Phần tử thanh tổng quát trong không gian chịu các thành phần moment uốn theo 2 phương, lực cắt theo 2 phương, lực dọc và moment xoắn. Phần tử thanh được mô hình bằng đường thẳng nối giữa 2 điểm, đối với thanh cong người sử dụng có thể chia nhỏ thành tập hợp nhiều thanh thẳng để xấp xỉ được đường cong. Mỗi phần tử thanh có thể chịu tải trọng do trọng lượng bản thân (sefl-weight), các lực tập trung (concentrated loads), các lực phân bố (distributed loads) Các điểm chèn (insertion point) và các vùng cứng đầu thanh (end offsets) cũng được xét đến để xác định độ lệch tâm và độ cứng tại vị trí giao nhau của các phần tử. Giải phóng liên kết tại đầu thanh (end release) giúp mô hình các dạng liên kết khác nhau tại hai đầu thanh. Nội lực trong thanh có thể được xuất ra tại 2 đầu thanh và tại các điểm cách đều nhau (output station) trên thanh. 2. Vùng cứng đầu thanh (End offset) Trong sơ đồ tính, thanh được mô hình bằng một đường thẳng trục thanh, nối 2 điểm đầu thanh gọi là nút i (nút đầu) và nút j (nút cuối). Thường 2 đầu thanh được nối với các phần tử khác, do đó tại nút xuất hiện những vùng giao nhau giữa các thanh (xem hình), khoảng cách chồng lên các phần tử khác của thanh gọi là i_off và j_off được đo từ nút đến biên vùng giao nhau giữa thanh đang xét với các thanh khác. - Trang 4 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 End offset là một phần của chiều dài thanh, có thể cứng tuyệt đối hoặc mềm tuyệt đối, hoặc cứng 1 phần (tương đối). Tải trọng tác dụng lên thanh vẫn xét đến các khoảng cách end offset. Chiều dài uốn của thanh (dùng để xác định độ cứng của thanh) được xác định như sau: Lb = L - r.(i_off + j_off) Trong đó : Lb : chiều dài uốn của thanh L : chiều dài của thanh trên mô hình i_off, j_off : các khoảng cách end offset tại 2 đầu thanh : i (đầu), j (cuối) r : độ cứng tương đối của vùng end offset, có giá trị từ 0 ÷ 1 (mềm tuyệt đối ÷ cứng tuyệt đối). Nên lấy giá trị r <0,5. Ảnh hưởng đến kết quả nội lực : Kết quả nội lực được xuất tại vị trí end offset và tại một số điểm cách đều nhau trong đoạn chiều dài trống giữa thanh . Nội lực không được xuất trên đoạn end offset kể cả tại vị trí nút. 3. Hệ toạ độ địa phương của thanh Mỗi phần tử thanh đều có một hệ toạ độ địa phương riêng của phần tử đó và được ký hiệu là 123. Một điều rất quan trọng là cần phải nắm vững cách xác định hệ toạ độ địa phương để xác định đúng đặc trưng tiết diện, tải trọng và kết quả nội lực. Hệ trục địa phương của thanh được xác định từ hệ trục địa phương mặc định và góc xoay hệ trục (coordinate angle). Trục 1 của hệ toạ độ địa phương luôn là trục dọc trục thanh, có chiều đi từ đầu thanh đến cuối thanh (nút i đến nút j). Mặt phẳng 1-2 thường là mặt phẳng làm việc chính của thanh. Hệ trục mặc định : + Mặt phẳng 1-2 là mặt phẳng thẳng đứng (mặt phẳng Z-1). + Trục 2 có chiều hướng lên, trừ trường hợp thanh thẳng đứng, lúc đó trục 2 có chiều +X + Trục 3 được xác định từ trục 1&2, có phương nằm ngang (nằm trong mặt phẳng XY) Góc xoay hệ trục (tính bằng độ) Nếu trục 2&3 thực tế không đúng theo phương mặc định, người sử dụng cần khai báo góc xoay của hệ trục 2&3 quanh trục 1 để xoay hệ trục mặc định đến hệ trục thực tế. - Trang 5 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 4. Đặc trưng tiết diện thanh (frame section) Tiết diện thanh là một tổ hợp của vật liệu và hình học, dùng để mô tả mặt cắt ngang của một hay nhiều thanh. Mặt cắt được khai báo độc lập và sau đó dùng để gán cho thanh. a. Đặc trưng vật liệu Vật liệu có thể được khai báo bằng các thông số đặc trưng : + Modul đàn hồi (modulus of elasticity) E : dùng xác định độ cứng dọc trục và độ cứng uốn. + Modul đàn hồi trượt (shear modulus) G : dùng để xác định độ cứng chống cắt và độ cứng E xoắn. G có thể được xác định thông qua E và µ: G = . 2(1+ m) + Hệ số nở ngang (Poisson's ratio) µ : là tỷ số giữa biến dạng ngang so với biến dạng dọc trục khi chịu kéo - nén dọc trục. + Khối lượng riêng (mass density) r : dùng để xác định khối lượng của phần tử. + Trọng lượng riêng (weight density) w : dùng để xác định trọng lượng của phần tử. + Chỉ số thiết kế: để xác định loại thiết kế kết cấu (bê tông cốt thép, thép, nhôm) hoặc loại vật liệu khác. Nếu vật liệu thuộc loại thiết kế là bê tông cốt thép thì chương trình sẽ tính toán lượng cốt thép cần thiết của tiết diện dựa vào cường độ bê tông, cường độ cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế bê tông được sử dụng. Nếu vật liệu thuộc loại thiết kế là thép hoặc nhôm thì chương trình sẽ tìm loại tiết diện có diện tích nhỏ nhất trong số tiết diện được khai báo mà đảm bảo khả năng chịu lực dựa trên cường độ thép hoặc nhôm theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép hoặc nhôm. b. Đặc trưng hình học Sáu đặc trưng hình học cùng các đặc trưng vật liệu được dùng để xác định các độ cứng của tiết diện + Diện tích tiết diện A : dùng để xác định độ cứng dọc trục = E.A + Moment quán tính I33 (chính) và I22 (phụ) : dùng để xác định độ cứng chống uốn E.I33 và E.I22 + Hằng số xoắn J : dùng để xác định độ cứng chống xoắn G.J. Lưu ý hằng số xoắn không phải là moment quán tính độc cực, trừ phi tiết diện thanh là tròn. + Diện tích chống cắt AS2, AS3 : dùng để xác định độ cứng chống cắt G.AS2 và G.AS3 Đối với tiết diện chữ nhật : AS2 = AS3 = 5/6 b.h 2 Đối với tiết diện tròn : AS2 = AS3 = 0,9π.r Đối với tiết diện chữ I : AS2 = tw.d AS3 = 5/3.tf.bf Đối với tiết diện vành khăn AS2 = AS3 = π.r.δ (r : bán kính trong, δ : chiều dày vành khăn) Khai báo A, I22, I33, J bằng 0 có nghĩa độ cứng tương ứng sẽ bằng 0. Ví dụ phần tử dàn có thể khai báo J = I22 = I33 = 0; phần tử thanh phẳng trong mặt phẳng 1-2 có thể khai báo J = I22 = 0 Khai báo AS2, AS3 bằng 0 có nghĩa là biến dạng trượt = 0 (bỏ qua biến dạng trượt trong thanh) Sáu giá trị đặc trưng hình học có thể được khai báo trực tiếp hoặc được chương trình tính toán từ các kích thước và hình dạng tiết diện hoặc được đọc từ file cơ sở dữ liệu về tiết diện thanh (Sap cung cấp các file cơ sở dữ liệu về thép hình của một số nước). Các dạng tiết diện có thể tính toán được các đặc trưng hình học thông qua các kích thước tiết diện trong Sap bao gồm : + Hình chữ nhật (Rectangular) : nhập kích thước chiều cao và chiều rộng. + Hình tròn (Circle) : nhập kích thước đường kính. + Hình ống (Pipe) : nhập đường kính ngoài và chiều dày. + Hình hộp rỗng (Box) : nhập chiều cao tổng, chiều rộng tổng, chiều dày cánh ngang, chiều dày thành đứng. + Chữ I (I/Wide flange) : nhập chiều cao tổng, chiều rộng cánh trên, chiều dày cánh trên, chiều dày bản bụng, chiều rộng cánh dưới, chiều dày cánh dưới. + Chữ C (Channel) : nhập chiều cao tổng, chiều rộng cánh, chiều dày cánh và chiều dày bản bụng. + Chữ T (Tee) : nhập chiều cao tổng, chiều rộng cánh, chiều dày cánh và chiều dày bản bụng. - Trang 6 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 + Chữ L (Angle) : nhập chiều cao tổng, chiều rộng tổng, chiều dày cánh ngang, chiều dày cánh đứng. + 2L (Double Angle) : nhập chiều cao tổng, chiều rộng tổng (bằng 2 lần chiều rộng L + khoảng hở giữa 2L), chiều dày cánh ngang, chiều dày cánh đứng, khoảng hở giữa 2 sống L. - Trang 7 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 5. Điểm chèn (insertion point) Mặc định trục 1 của thanh sẽ trùng với trục thanh đi qua trọng tâm của tiết diện ở 2 đầu thanh, trong một số trường hợp để thuận tiện, ta có thể khai báo để trục 1 đi qua một vị trí khác tại 2 đầu thanh gọi là điểm chèn. Để khai báo điểm chèn ta phải khai báo điểm định vị (cardinal point) và khoảng cách từ điểm định vị đến điểm chèn. Số hiệu các điểm định vị được thể hiện trên hình (mặc định là 10) + Điểm 1 : Góc trái cạnh đáy. + Điểm 2 : Trung điểm cạnh đáy + Điểm 3 : Góc phải cạnh đáy + Điểm 4 : Biên trái cạnh giữa thanh (cạnh giữa thanh đi qua trung điểm của chiều cao thanh) + Điểm 5 : Trung điểm cạnh giữa thanh + Điểm 6 : Biên phải cạnh giữa thanh + Điểm 7 : Góc trái cạnh trên + Điểm 8 : Trung điểm cạnh trên + Điểm 9 : Góc phải cạnh trên + Điểm 10 : Trọng tâm tiết diện + Điểm 11 : Trọng tâm cắt Trường hợp tiết diện có 2 trục đối xứng thì điểm 5 ≡ 10 ≡ 11. Khoảng cách từ điểm chèn đến điểm định vị (Joint offset) : là các khoảng cách theo các trục 1, 2, 3 hoặc X, Y, Z nếu điểm chèn lệch vị trí so với điểm định vị . 6. Giải phóng liên kết tại đầu thanh (End Release) Bình thường các thành phần chuyển vị thẳng và xoay tại 2 đầu thanh cũng bằng chuyển vị tại nút và cũng bằng với các đầu thanh khác cùng quy tụ tại nút đó. Tuy nhiên có thể giải phóng một hoặc một số thành phần chuyển vị của thanh so với nút, khi điều này xảy ra thì nội lực tương ứng với thành phần chuyển vị được giải phóng tại đầu thanh đó sẽ bằng 0. Điểm liên tục Trong ví dụ như hình bên : thanh chéo có liên kết cứng tại đầu i và khớp tại đầu j, hai thanh khác (thanh Điểm khớp đứng và thanh ngang) nối cứng tại nút j. Để khai báo liên kết khớp tại nút j Điểm liên tục như vậy ta phải khai báo thanh chéo giải phóng liên kết ngăn cản chuyển vị xoay theo phương trục 3, có nghĩa là moment M33 tại nút j = 0. Ta cũng có thể giải phóng nhiều liên kết theo các phương khác nhau, tuy nhiên phải không làm hệ trở nên biến hình. Nếu thanh có khai báo End offset thì liên kết giải phóng tại vị trí mặt thanh chứ không phải tại nút. Nếu giải phóng liên kết xoay hoặc trượt cùng với có khai báo end offset chương trình sẽ xem đoạn end offset là cứng tuyệt đối theo phương tương ứng với liên kết giải phóng. 7. Khối lượng (mass) Trong các bài toán phân tích động, khối lượng được sử dụng để xác định các dạng dao động riêng của hệ và lực quán tính. Khối lượng phân bố trên thanh được dồn về 2 đầu thanh thành khối lượng tập trung, do đó khi phân tích sẽ không còn khối lượng phân bố nữa (hệ hữu hạn bậc tự do). Giá trị khối lượng dồn về 2 đầu thanh được xác định tương tự như phản lực tại 2 gối tựa nếu xem thanh là dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố vuông góc có giá trị bằng giá trị khối lượng phân bố. - Trang 8 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 8. Trọng lượng bản thân (Sefl-weight load) Trọng lượng bản thân có thể được áp dụng vào bất cứ trường hợp tải trọng nào trong hệ và tác động đến tất cả các phần tử trong hệ. Đối với phần tử thanh, tải trọng do trọng lượng bản thân là tải trọng phân bố có chiều hướng xuống, có giá trị bằng trọng lượng riêng của vật liệu (w) * diện tích tiết diện (A) * hệ số trọng lượng bản thân. Trong mỗi trường hợp tải trọng, hệ số trọng lượng bản thân là một hệ số chung cho tất cả các phần tử của hệ. Trọng lượng bản thân sẽ được cộng tác dụng với tải trọng ngoài cùng tác động lên hệ. 9. Tải trọng tập trung trên thanh (Concentrate span load) Dùng để khai báo lực hoặc moment tập trung tác dụng tại một vị trí bất kỳ trên thanh. Phương của tải trọng tập trung có thể theo phương của hệ toạ độ tổng thể hoặc theo phương của hệ toạ độ địa phương của thanh. Tải trọng khai báo tác dụng theo hệ toạ độ tổng thể sẽ được biến đổi thành tải trọng tác dụng theo phương hệ toạ độ địa phương trước khi tính toán phân tích. Số lượng tải trọng tập trung tác dụng trên một thanh là không giới hạn, tuy nhiên trong 1 lần khai báo ta chỉ có thể đặt tối đa 4 tải trọng tập trung vào thanh, nếu 2 tải trọng tập trung tác dụng vào cùng một vị trí sẽ được cộng với nhau. Lực theo phương Z Moment theo phương Z Tất cả tải trọng tác dụng tại vị trí có khoảng cách tương đối = 0,5 Lực theo phương 2 Moment theo phương 2 10. Tải trọng phân bố trên thanh (Distributed span load) Dùng để khai báo lực hoặc moment phân bố tác dụng trên thanh. Tải trọng có thể có dạng phân bố đều (uniform) hoặc dạng phân bố 4 điểm (trapezoidal). Phương của tải trọng phân bố có thể theo phương của hệ toạ độ tổng thể hoặc theo phương của hệ toạ độ địa phương của thanh. Tải trọng dạng phân bố đều tác dụng suốt chiều dài với cùng một giá trị, tải trọng phân bố dạng 4 điểm tác dụng theo dạng đường gãy khúc đi qua 4 điểm xác định bằng 4 khoảng cách và 4 cường độ tải trọng phân bố tương ứng tại 4 vị trí đó. Nếu các tải trọng chồng lên nhau sẽ được cộng với nhau. Ví dụ về tải trọng dạng 4 điểm Cường độ của tải trọng là lực hoặc moment trên một đơn vị chiều dài. Nếu tải trọng phân bỉntên chiều dài chiếu (project) thì giá trị sẽ được nhân với sinθ hoặc cosθ. - Trang 9 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Lực phân bố theo Moment phân bố theo phương Z trên chiều dài phương Z trên chiều dài Project : nhân với sinθ Project : nhân với cosθ 11. Nội lực, xuất kết quả nội lực (Internal force output) Nội lực thanh là các thành phần lực và moment được tích phân từ các thành phần ứng suất trên toàn bộ tiết diện thanh. Các thành phần nội lực bao gồm : + Lực dọc (axial) : P + Lực cắt (chính) trong mặt phẳng 1-2 (shear force) : V22 + Lực cắt (phụ) trong mặt phẳng 1-3 (shear force) : V33 + Moment xoắn (axial torque) : T + Moment uốn (phụ) trong mặt phẳng 1-3 (bending moment) : M2 (xoay quanh trục 2) + Moment uốn (chính) trong mặt phẳng 1-2 (bending moment) : M3 (xoay quanh trục 3) Các thành phần nội lực này xuất hiện tại tất cả các tiết diện dọc trên chiều dài thanh. Chiều dương của nội lực được quy ước như trên hình sau : Lực dọc và moment xoắn Moment và lực cắt chính Thớ nén Moment và lực cắt phụ Thớ căng Thớ nén Thớ căng Nội lực của thanh được tính toán trong tất cả các trường hợp tải trọng và được xuất ra kết quả tại 2 đầu thanh cùng các điểm cách đều nhau trên thanh. Nếu thanh có khai báo End offset thì nội lực được xuất ra tại 2 mặt thanh và tại các điểm cách đều nhau trên chiều dài trống của thanh. VI. Phần tử Tấm (Shell): 1. Tổng quan Phần tử tấm được sử dụng để mô hình các kết cấu vỏ mỏng, tường, sàn trong hệ phẳng cũng như không gian. Phần tử tấm là một dạng của phần tử mặt (area, gồm cả phần tử ứng suất phẳng, biến dạng phẳng và đối xứng trục). Phần tử tấm có thể có 3 hoặc 4 nút, 4 nút có thể không nằm trong cùng một mặt phẳng. - Trang 10 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Với phần tử tấm, có thể có dạng hoàn toàn làm việc trong mặt phẳng gọi là phần tử màng (membrane, các nút có 3 bậc tự do), ví dụ như tấm tường, hoặc có thể có dạng hoàn toàn làm việc theo phương ngoài mặt mẳng gọi là tấm sàn (plate, các nút có 3 bậc tự do). Phần tử tấm tổng quát (shell, các nút có 6 bậc tự do) bao gồm tổng hợp của 2 dạng trên (người ta khuyên dùng phần tử tấm tổng quát dù đó là tấm tường hay tấm sàn, nhưng điều này sẽ làm tăng số ẩn số trong hệ. Các dạng của phần tử tấm được mô tả như hình sau : Tấm tứ giác (4 nút) Tấm tam giác (3 nút) + Tấm tứ giác : được khai báo bởi 4 nút j1, j2, j3, j4 + Tấm tam giác : được khai báo bởi 3 nút j1, j2, j3 Dùng phần tử tấm tứ giác để mô hình kết cấu sẽ cho kết quả chính xác hơn phần tử tam giác. Việc mô hình các kết cấu bằng phần tử tấm tứ giác được diễn tả như trong các ví dụ sau : Kết cấu dạng tam giác Dạng tròn Mặt rộng vô hạn Mặt chuyển tiếp Vị trí các nút trong hệ cần đảm bảo các điều kiện sau : + Các góc trong của phần tử tấm phải nhỏ hơn 180o, tốt nhất là gần 90o, hoặc ít ra là từ 45o đến 135o. + Tỷ số chiều dài giữa 2 cạnh (đối với tấm tam giác đó là tỷ số của cạnh dài nhất/cạnh ngắn nhất, đối với tấm tứ giác đó là tỷ số của 2 đường thẳng đi qua trung điểm 2 cạnh đối diện nhau) không được quá lớn, tốt nhất là gần bằng 1 hoặc ít ra cũng phải 10. + Đối với tấm tứ giác, 4 nút có thể không đồng phẳng, tuy nhiên như vậy sẽ có hiện tượng xoắn, do đó nên chọn các tấm sao cho có 4 nút đồng phẳng hoặc lệch mặt phẳng không nhiều lắm. 2. Hệ toạ độ địa phương (Local coordinate system) Mỗi phần tử tấm đều có một hệ toạ độ địa phương của nó, dược dùng để xác định phương của tải trọng, vật liệu và nội lực, gọi là 123. Trục 3 vuông góc với mặt phẳng phần tử, còn trục 1&2 nằm trong mặt phẳng phần tử. Cần phải nắm vững quy tắc hệ toạ độ địa phương của phần tử để tránh nhầm lẫn trong việc nhập số liệu và việc sử dụng kết quả nội lực. Để khai báo hệ toạ độ địa phương của phần tử tấm, ta sử dụng hệ toạ độ địa phương mặc định và góc xoay hệ trục. Hệ trục mặc định của phần tử tấm : + Mặt phẳng 2-3 là mặt phẳng thẳng đứng, song song với trục Z. - Trang 11 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 + Trục 2 có chiều hướng lên, trừ trường hợp đối với phần tử nằm ngang, lúc đó trục 2 sẽ có chiều +Y. + Trục 1 được xác định từ trục 2&3, luôn có phương nằm ngang, thuộc mặt phẳng XY. Góc xoay hệ trục được sử dụng trong trường hợp hệ trục thực tế của phần tử không giống với hệ trục mặc định, đó là góc xoay (tính bằng độ) của trục 1&2 quanh trục 3 từ hệ trục mặc định đến hệ trục thực tế. Các ví dụ về góc xoay xem minh hoạ trên hình sau : Hàng 1 : Góc hệ trục = 45o Hàng 2 : Góc hệ trục = 90o Hàng 3 : Góc hệ trục = 0o Hàng 4 : Góc hệ trục = -90o Trục 3 vuông góc mặt phẳng và có chiều hướng ra, về phía người quan sát 3. Đặc trưng tiết diện (Section) Đặc trưng tiết diện của tấm là một tập hợp của vật liệu và hình học, dùng để diễn tả mặt cắt ngang của một hay nhiều phần tử tấm. Tiết diện tấm được khai báo độc lập với tấm, và sau đó dùng để gán cho phần tử mặt (area object). a. Loại phần tử (type) : phần tử mặt gồm có các loại sau + Tấm (shell) : được phân tích ở đây, mỗi nút sẽ có 6 bậc tự do gồm 3 chuyển vị thẳng và 3 chuyển vị xoay, có khả năng chịu lực và moment. + Phẳng (plane) : là dạng phần tử khối 2 chiều, có khả năng chịu lực nhưng không chịu moment, có 2 loại là phần tử biến dạng phẳng và phần tử ứng suất phẳng. + Phần tử khối đối xứng (Asolid) : mỗi nút có 3 bậc tự do là 3 chuyển vị thẳng, có khả năng chịu lực nhưng không có khả năng chịu moment. Trong giáo trình này không xét 2 loại phần tử sau. Đối với phần tử tấm cũng chia làm 3 dạng : + Phần tử màng (membrane) : chỉ chịu lực và moment (xoắn) trong mặt phẳng. + Phần tử sàn (plate) : chịu lực vuông góc mặt phẳng và các moment uốn. + Phần tử tấm tổng quát (shell) : là tổng hợp của 2 loại trên. b. Các loại chiều dày Có 2 loại công thức tấm phụ thuộc theo chiều dày tấm. + Tấm dày (thick-plate) : có kể đến ảnh hưởng do biến dạng cắt theo chiều dày tấm. + Tấm mỏng (thin-plate) : không kể đến ảnh hưởng do biến dạng cắt theo chiều dày tấm. Biến dạng cắt có ảnh hưởng rất lớn nếu chiều dày tấm lớn hơn từ 1/10 đến 1/5 chiều dài nhịp của tấm, cũng như đối với những vùng tập trung ứng suất ví dụ như những vị trí thay đổi chiều dày đột ngột hoặc vị trí lỗ sàn. Sử dụng công thức sàn dày sẽ chính xác hơn tuy nhiên độ chính xác của sàn dày phụ thuộc nhiều vào hình dạng và cách chia ô sàn. Công thức sàn dày không ảnh hưởng đến kết cấu màng. Mỗi phần tử tấm có 2 loại chiều dày : chiều dày màng (membrane) và chiều dày uốn (bending). - Trang 12 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 + Chiều dày màng được sử dụng để xác định trọng lượng và khối lượng bản thân của phần tử cũng như xác định độ cứng trong mặt phẳng của tấm + Chiều dày uốn được sử dụng để xác định độ cứng chống uốn của tấm Thông thường thì 2 loại chiều dày này bằng nhau, trừ một số trường hợp đặc biệt ví dụ như đối với tấm có tiết diện lượn sóng. 4. Khối lượng (mass) Trong các bài toán phân tích động, khối lượng của kết cấu được sử dụng để xác định các lực quán tính. Khối lượng phân bố trên tấm đều được dồn về các nút thành các khối lượng tập trung trước khi tính toán phân tích. 5. Trọng lượng bản thân (sefl-weight load) Tải trọng do trọng lượng bản thân của tấm có thể được áp dụng vào một trường hợp tải trọng bất kỳ và sẽ tác động đến mọi pần tử trong hệ. Đối với phần tử tấm, tải trọng do trọng lượng bản thân là lực phân bố trên toàn diện tích tấm có chiều hướng xuống, cường độ lực bằng trọng lượng riêng của vật liệu * chiều dày màng * hệ số trọng lượng bản thân Hệ số trọng lượng bản thân là một hệ số chung cho tất cả các phần tử của hệ trong một trường hợp tải trọng. Trọng lượng bản thân sẽ cùng với tải trọng ngoài tác dụng lên hệ trong trường hợp tải trọng đó sẽ gây ra nội lực, chuyển vị trong hệ. 6. Tải trọng phân bố đều (uniform load) Tải trọng phân bố đều là lực phân bố tác dụng lên mặt trung tâm của phần tử, có giá trị bằng nhau trên suốt diện tích mặt tấm. Phương của lực có thể được khai báo theo phương của hệ toạ độ tổng thể hoặc theo phương của hệ toạ độ địa phương, và cuối cùng quy đổi theo hệ toạ độ địa phương và được cộng dồn lại với nhau. Cường độ lực có đơn vị là lực/1 đơn vị diện tích. 7. Áp lực tác dụng trên bề mặt (surface pressure load) Áp lực trên bề mặt tấm được dùng để khai báo áp lực bên ngoài tác dụng lên bất kỳ mặt nào trong 6 mặt của tấm (quy ước tên mặt tấm xem hình trang 10, mặt dưới là 5, mặt trên là 6, các mặt bên là 1-4). Áp lực luôn tác dụng theo phương vuông góc với mặt tấm và có chiều dương hướng vào phía trong tấm. Cường độ áp lực có thể là hằng số trên bề mặt tấm hoặc được nội suy từ những giá trị cho tại các nút. Những giá trị cho tại các nút thường được xác định từ mẫu giá trị nút (Joint Patern). Joint patern là cách dễ dàng nhất để nhập số liệu áp lực nước (thay đổi tuyến tính theo 1 phương nào đó). 8. Nội lực và ứng suất (internal force, stress) Ứng suất của phần tử tấm là lực trên một đơn vị diện tích xuất hiện bên trong thể tích phần tử để chống lại tải trọng ngoài. Các ứng suất này gồm : + Ứng suất pháp trong mặt phẳng : S11, S22 + Ứng suất tiếp trong mặt phẳng : S12 + Ứng suất tiếp vuông góc mặt phần tử : S13, S23 + Ứng suất pháp vuông góc mặt phần tử : S33 (thường cho bằng 0) Ba loại ứng suất trong mặt phẳng là hằng số hoặc biến thiên bậc nhất dọc theo chiều dày tấm. Hai loại ứng suất tiếp vuông góc được cho là hằng số dọc theo chiều dày tấm dù thực tế ứng suất tiếp phân bố dạng parabol, bằng 0 ở 2 mép trên và dưới và đạt giá trị lớn nhất tại mặt trung tâm. Nội lực của phần tử tấm là lực và moment trên một đơn vị chiều dài trong mặt phẳng tấm, đó là tích phân của các thành phần ứng suất trên chiều dày phần tử. Các nội lực này bao gồm : + Lực dọc trục trong mặt phẳng : F11, F22 + Lực cắt trong mặt phẳng : F12 + Moment uốn : M11, M22 + Moment xoắn : M12 + Lực cắt vuông góc mặt phẳng : V13, V23 Cần nắm vững quy ước của nội lực : Chiều dương được thể hiện trên hình sau - Trang 13 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Đơn vị : lực, moment trên 1 đơn vị chiều dài trong mp Lực cắt vuông góc mặt phẳng không thể hiện Lực dọc trục và lực cắt trong mặt phẳng Moment uốn và moment xoắn F-min, F-max, M-min, M-max là các lực và moment theo các phương chính (phương có lực cắt F12 và moment M12 = 0), chiều dương của góc biểu diễn phương chính như trên hình vẽ. Các thành phần ứng suất và nội lực của tấm được tính toán trong tất cả các trường hợp phân tích do tải trọng, do dao động gây ra. VII. Nút và bậc tự do (Joint, degree of freedom): 1. Tổng quan Nút là đối tượng cơ bản nhất trong việc phân tích kết cấu, nút là điểm liên kết giữa các phần tử. Tại vị trí gối tựa, chuyển vị của nút theo phương gối tựa đã được biết, các chuyển vị còn lại sẽ là ẩn số của bài toán và được xác định khi phân tích hệ (phương pháp chuyển vị). Chuyển vị theo các phương của 1 nút gọi là bậc tự do. Nút có nhiều chức năng: + Tất cả các phần tử được nối với nhau tại các điểm nút tạo thành hệ kết cấu. + Hệ kết cấu nối với đất bằng các liên kết gối (restraint) hoặc các liên kết đàn hồi (spring) tại các nút. + Các ràng buộc như ràng buộc cứng hoặc ràng buộc đối xứng được áp dụng thông qua việc khai báo sự ràng buộc (constraint) của các nút. + Nút được sử dụng như là một vị trí có thể đặt tải trọng tậo trung. + Các khối lượng phân bố trên thanh hay tấm được dồn về các điểm nút. + Tất cả tải trọng tác dụng và thanh hoặc tấm đều được đưa về nút để thiết lập phương trình cân bằng. + Chuyển vị của nút chính là ẩn số của bài toán. Khi nhập số liệu trong Sap2000, nút được tự động tạo ra tại các đầu thanh và tại các góc của phần tử tấm, nút cũng có thể được thêm vào bằng cách khai báo độc lập. Sử dụng tính năng tự phân chia (auto meshing) của phần tử thanh hoặc tấm sẽ tạo ra thêm những điểm nút trong quá trình phân tích. Bản thân nút cũng có thể được xem như là một phần tử, mỗi nút đều có một hệ toạ độ địa phương riêng của nó dùng để khai báo bậc tự do, liên kết và tải trọng. Trong nhiều trường hợp, ta có thể không cần thay đổi hệ toạ độ địa phương mặc định của nút. Có 6 thành phần chuyển vị tại mỗi nút: 3 thành phần chuyển vị thẳng và 3 thành phần chuyển vị xoay, các chuyển vị này được xác định theo phương của hệ toạ độ địa phương của nút. Các chuyển vị của tất cả các nút (các ẩn số của bài toán) sẽ được xác định khi thực hiện tính toán phân tích hệ. Nút có thể chịu lực tác dụng trực tiếp bởi tải trọng tập trung tại nút hoặc gián tiếp bởi phản lực xuất hiện trong các liên kết gối hoặc liên kết đàn hồi. Vị trí của nút và phần tử đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định độ chính xác của hệ kết cấu, một vài yếu tố cần lưu ý khi khai báo các phần tử (đồng thời với khai báo nút) : + Số lượng phần tử đủ để miêu tả hình dạng của kết cấu, đối với những cấu kiện có dạng thẳng thì một phần tử là đủ, đối với những thanh cong hoặc mặt cong sử dụng nhiều phần tử thẳng xấp xỉ đường cong, mối đoạn thẳng ứng với một cung 15o hoặc nhỏ hơn. - Trang 14 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 + Biên của phần tử cũng như là vị trí các nút cần phải đặt tại những vị trí (điểm, đường thẳng, mặt phẳng) có sự gián đoạn về vật liệu, chiều dày tiết diện và các đặc trưng hình học khác, vị trí có liên kết nối đất, những vị trí có lực tập trung (trừ phần tử thanh có thể đặt lực tập trung trên thanh), biên của hệ kết cấu. + Tại những vùng có sự thay đổi lớn về ứng suất (hoặc ứng suất thay đổi đột ngột), các phần tử tấm cần được chia dày hơn, khoảng cách giữa các điểm chia gần hơn. + Trong bài toán phân tích động, nếu cần xét sự dao động trên chiều dài nhịp của thanh cần phải chia nhỏ thanh thành các đoạn nhỏ vì khối lượng trên thanh được dồn về nút và không còn khối lượng phân bố dọc chiều dài thanh nữa. 2. Hệ toạ độ địa phương của nút Mỗi nút đều có hệ toạ độ địa phương riêng của nó được sử dụng để khai báo bậc tự do, liên kết gối và tải trọng tác dụng tại nút ngoài ra còn dùng để xác định các kết quả lực tại nút. Hệ trục toạ độ địa phương của nút cũng được gọi là 123, mặc định trùng với hệ trục XYZ của hệ toạ độ tổng thể. Phương mặc định này gần như là không cần thay đổi trong đa số các trường hợp, tuy nhiên vì một mục đích nào đó (thường là khi khai báo liên kết gối xiên) ta có thể thay đổi phương của hệ trục 123 bằng cách xoay hệ trục 123 từ phương mặc định đến phương thực tế. Có 3 góc xoay a, b, c để xác định phương của hệ trục toạ độ địa phương 123 : + Đầu tiên hệ trục X Y Z xoay quanh trục Z một góc là a à hệ trục X' Y' Z + Tiếp theo hệ trục X' Y' Z xoay quanh trục Y' một góc là b à hệ trục X'' Y' Z' + Cuối cùng hệ trục X'' Y' Z' xoay quanh trục X'' một góc là c à hệ trục X'' Y'' Z'' trùng với hệ trục 123 thực tế cần khai báo. Z'' Z' Z' Y'' Y' Y' Y' X' X' X'' X'' 3. Bậc tự do (degree of freedom) Biến dạng của hệ kết cấu được xác định từ chuyển vị của các nút. Mỗi nút trong hệ đều có 6 thành phần chuyển vị : + Ba thành phần chuyển vị thẳng theo phương hệ toạ độ địa phương gọi là U1, U2, U3 + Ba thành phần chuyển vị xoay theo phương hệ toạ độ địa phương gọi là R1, R2, R3 Sáu thành phần chuyển vị này gọi là bậc tự do (DOF) của nút, các thành phần chuyển vị của nút được diễn tả như trên hình vẽ. Mỗi bậc tự do trong mô hình kết cấu có thể có một trong các dạng sau : + Hoạt động (active) : giá trị chuyển vị của nút theo phương bậc tự do đó là ẩn số của bài toán và sẽ được xác định trong quá trình tính toán phân tích. + Liên kết (restrained) : giá trị chuyển vị được cho trước (bằng 0 hoặc bằng chuyển vị cưỡng bức), phản lực tương ứng theo phương liên kết được xác định trong quá trình tính toán phân tích. + Ràng buộc (constrained) : giá trị chuyển vị được xác định thông qua chuyển vị của nút khác. - Trang 15 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 + Rỗng (null) : chuyển vị không ảnh hưởng đến kết cấu và được bỏ qua trong quá trình phân tích. + Không kích hoạt (unavailable) : những thành phần chuyển vị không xét đến trong quá trình phân tích. a. Bậc tự do kích hoạt và không kích hoạt : Người sử dụng có thể khai báo số bậc tự do được kích hoạt của nút trong mô hình kết cấu. Mặc định, tất cả 6 bậc tự do đều được kích hoạt. Đối với những kết cấu phẳng, cần khống chế số bậc tự do được kích hoạt, ví dụ trong mặt phẳng XZ hệ dàn phẳng chỉ cần kích hoạt 2 bậc tự do là UX và UZ, hệ khung phẳng cần kích hoạt 3 bậc tự do là UX, UZ và RY. Bất kỳ các độ cứng, tải trọng, khối lượng, liên kết theo phương những bậc tự do không được kích hoạt đều bị bỏ qua trong quá trình phân tích Bậc tự do được kích hoạt có thể là bậc tự do hoạt động, liên kết, ràng buộc hoặc rỗng. b. Liên kết (restrained) và phản lực (reaction): Nếu chuyển vị của nút theo một phương nào đó trong số các bậc tự do được kích hoạt đã biết được giá trị ví dụ như tại các vị trí gối tựa thì bậc tự do đó gọi là đã có liên kết. Giá trị chuyển vị của gối có thể bằng 0 hoặc khác 0 (trong trường hợp gối tựa chịu chuyển vị cưỡng bức). Lực tác dụng theo phương liên kết gối để ngăn cản chuyển vị của nút được gọi là phản lực (reaction), giá trị phản lực được xác định từ việc phân tích tính toán hệ. Các bậc tự do không được kích hoạt cũng có thể xem như là các bậc tự do có liên kết gối, tuy nhiên những bậc tự do đó không được xét trong quá trình phân tích kết cấu. Nút Liên kết Tất cả U2, R1, R3 1 U3 2 U1, U3, R2 3 U1, U3 Gối di động Ngàm Gối cố định Hệ khung phẳng XZ Hệ khung không gian Nút Liên kết 1 U1, U2, U3 2 U3 3 U1, U2, U3, R1, R2, R3 Ngàm 4 Tự do Khớp cầu Gối đàn hồi Gối di động Ngoài liên kết gối cứng, các nút trong hệ còn có thể có liên kết đàn hồi (spring) theo các phương khác nhau, chuyển vị của các gối đàn hồi sẽ tỷ lệ thuận với phản lực trong liên kết ( = phản lực / độ - Trang 16 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 cứng gối). Tuy nhiên bậc tự do của các gối này không phải là loại restrained mà thuộc loại hoạt động (active) c. Ràng buộc (constrained): Một nút nào đó có các bậc tự do có mối liên hệ với những bậc tự do của một nút khác được gọi là ràng buộc. Trong một nhóm nút bị ràng buộc với nhau, chương trình sẽ tự động xác định nút chủ và từ đó chuyển vị của các nút bị phụ thuộc sẽ được xác định từ chuyển vị của nút chủ. Nếu bậc tự do bị ràng buộc cũng là liên kết gối thì liên kết gối đó cũng sẽ áp dụng cho toàn bộ nút trong nhóm ràng buộc.Có 2 dạng ràng buộc thường sử dụng : Cứng (body) và tấm (diaphragm) c.1 Cứng (body) : Các nút trong nhóm ràng buộc sẽ chuyển vị cùng nhau như trong một khối tuyệt đối cứng 3 chiều. Ràng buộc này dùng để: + Khai báo một mối nối cứng giữ các thanh không đồng quy. + Nối những phần hệ không chung điểm nút với nhau + Nối những thanh có độ lệch tâm vào phần tử tấm Nếu nút i là nút chủ và j là nút phụ thuộc, thì 6 bậc tự do của điểm j đều được xác định từ các bậc tự do của điểm i : u1j = u1i + r2i * Δx3 - r3i * Δx2 r1i = r1j u2j = u2i + r3i * Δx1 - r1i * Δ x3 r2i = r2j u3j = u3i + r1i * Δx2 - r2i * Δx1 r3i = r3j Như vậy toàn bộ 6 bậc tự do của các nút phụ thuộc đều bị ràng buộc với các bậc tự do của nút chủ c.2 Tấm (diaphragm) : Các nút trong nhóm ràng buộc sẽ chuyển vị cùng nhau như trong một tấm có độ cứng trong mặt phẳng rất lớn, có nghĩa là những nút bị ràng buộc sẽ được nối với nhau bằng những liên kết có độ cứng trong mặt phẳng là vô cùng nhưng không ảnh hưởng đến biến dạng ngoài mặt phẳng. Ràng buộc này sử dụng để mô hình các nút thuộc một mặt phẳng sàn bằng bê tông, thường có độ cứng trong mặt phẳng là rất lớn. Sử dụng ràng buộc kiểu này cũng có một lợi ích lớn trong những bài toán phân tích dao động theo phương ngang, giúp làm giảm nhiều kích thước bài toán tìm giá trị riêng. Nút phụ thuộc Dầm Nút phụ thuộc Nút chủ Các liên Nút phụ thuộc kết cứng Nút phụ thuộc Sử dụng ràng buộc kiểu diaphragm để mô hình các nút thuộc sàn cứng - Trang 17 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Nếu nút i là nút chủ và j là nút phụ thuộc, thì 3 bậc tự do của điểm j được xác định từ các bậc tự do của điểm i như sau: u 1j = u1i – r3i * Δx2 u2j = u2i + r3i * Δx1 r3i = r3j d. Hoạt động (active): Tất cả các bậc tự do được kích hoạt mà không phải liên kết cũng không phải ràng buộc thì thuộc loại hoạt động hoặc rỗng (null). Chương trình sẽ tự động xác định bậc tự do nào hoạt động dựa trên các đặc tính sau : + Nếu có lực tác dụng hoặc hệ có độ cứng theo phương chuyển vị thẳng nào đó của nút thì toàn bộ các bậc tự do chuyển vị thẳng của nút đó được cho là hoạt động (trừ những bậc tự do không kích hoạt hoặc có liên kết, ràng buộc) + Nếu có moment tác dụng hoặc hệ có độ cứng theo phương chuyển vị xoay nào đó của nút thì toàn bộ các bậc tự do chuyển vị xoay của nút đó được cho là hoạt động (trừ những bậc tự do không kích hoạt hoặc có liên kết, ràng buộc) + Tất cả các bậc tự do của nút chủ trong nhóm nút ràng buộc đều là hoạt động Một nút nối với một phần tử thanh hoặc tấm sẽ có các bậc tự do của nó là hoạt động, một ngoại lệ là đối với phần tử thanh dàn những bậc tự do chuyển vị xoay là không hoạt động. Khi tính toán kết cấu, với N bậc tự do hoạt động sẽ có N phương trình cân bằng với các ẩn số là chuyển vị của các bậc tự do hoạt động. Khối lượng tính toán phụ thuộc vào giá trị của N. Nếu theo phương bậc tự do nào đó mà không có độ cứng thì bậc tự do đó phải được khai báo là liên kết hoặc không kích hoạt, nếu không hệ kết cấu sẽ biến hình và chương trình sẽ báo lỗi. e. Rỗng (null): Những bậc tự do được kích hoạt mà không phải liên kết, ràng buộc hay hoạt động thì là bậc tự do rỗng. Vì không có lực tác dụng, không có độ cứng theo phương bậc tự do, chuyển vị và phản lực bằng 0 và không ảnh hưởng gì đến hệ. Chương trình sẽ tự động loại ra trong quá trình phân tích 4. Khối lượng (mass) Trong các bài toán phân tích động, khối lượng của kết cấu được sử dụng để xác định các lực quán tính. Khối lượng phân bố trên các phần tử đều được dồn về các nút thành các khối lượng tập trung trước khi tính toán phân tích. Các khối lượng theo 3 phương chuyển vị thẳng thường là bằng nhau và moment quán tính của khối lượng thường bằng 0. Nếu cần thiết phải khai báo thêm khối lượng tập trung tại nút, ta có thể thực hiện lệnh gán khối lượng cho nút theo các phương của bậc tự do, những khối lượng theo phương có liên kết được bỏ qua. Khối lượng = Trọng lượng / gia tốc trọng trường (g) Moment quán tính khối lượng = Trọng lượng * (bán kính quán tính)2 / gia tốc trọng trường (g) 5. Tải trọng tập trung (force) Được sử dụng đế khai báo lực và moment tập trung tại nút, phương của tải trọng tập trung có thể theo các phương của hệ toạ độ tổng thể hoặc hệ toạ độ địa phương của nút. Giá trị của tải trọng có thể khác nhau trong các trường hợp tải. Lực hoặc moment dọc theo phương của bậc tự do có liên kết sẽ làm tăng thêm phản lực trong gối nhưng không ảnh hưởng đến kết cấu. * Chuyển vị cưỡng bức 6. Chuyển vị cưỡng bức của gối tựa (displacement) tại gối khai báo là : Được sử dụng đế khai báo các chuyển vị UZ = -1.000 * Chuyển vị quy đổi thẳng hoặc xoay cưỡng bức của gối tựa theo theo phương của hệ toạ các phương của hệ toạ độ tổng thể hoặc hệ độ địa phương là : toạ độ địa phương của nút. Giá trị của chuyển U1= -0,5; U3= -0,866 vị cưỡng bức theo phương của hệ toạ độ tổng * Chỉ có chuyển vị U3 thể sẽ được chuyển đổi thành các giá trị mới ảnh hưởng đến hệ, còn chuyển vị U1 vẫn chuyển vị theo phương hệ toạ độ địa phương, sẽ được xác định trong và chỉ những chuyển vị cưỡng bức dọc theo phân tích, tính toán phương bậc tự do có liên kết mới là nguyên nhân gây ảnh hưởng đến kết cấu. - Trang 18 -
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 LÀM QUEN SAP2000 (GETTING STARTED) I. Mô hình kết cấu : Sap2000 phân tích và thiết kế kết cấu bằng cách sử dụng mô hình do người dùng xây dựng trên nền giao diện của chương trình. Mô hình thường bao gồm các thành phần chính sau đây : - Đơn vị (Unit) - Đối tượng (Object) - Hệ toạ độ và hệ lưới (Coordinate system and grid) - Đặc trưng, đặc tính (Property) - Trường hợp tải trọng (Load case) - Trường hợp phân tích (Analysis case) - Tổ hợp (Combination) - Tham số thiết kế (Design setting) - Tham số thể hiện hình ảnh và kết quả (Output and display definition) Giao diện chương trình Sap2000 cung cấp rất nhiều tính năng mạnh để xây dựng mô hình, người sử dụng có thể bắt đầu với một mô hình sơ bộ (có thể được tạo từ các mô hình mẫu trong Sap2000, hoặc từ các phần mềm khác như Autocad, Excel ), sau đó sử dụng các lệnh để hoàn thiện mô hình một cách nhanh chóng. 1. Đơn vị : Sap2000 làm việc với 4 loại đơn vị chính : Lực, Chiều dài, Nhiệt độ, và thời gian. Chương trình có sẵn nhiều nhóm đơn vị để chọn như là "Kip, in, F" (Lực = kilopound, chiều dài = inch, nhiệt độ = OF) hoặc "kgf, m, C" (Lực = kilogam lực, chiều dài = mét, nhiệt độ = OC). Thời gian luôn luôn tính bằng giây (sec). Một điều quan trọng cần phải lưu ý đó là sự khác nhau giữa Khối lượng (mass) và Trọng lượng (weight). Khối lượng chỉ được sử dụng để phân tích động và tính lực do gia tốc gây ra. Trọng lượng là lực và có thể tác dụng vào kết cấu như bất kỳ các lực khác (lực phân bố). Phải chắc chắn sử dụng đơn vị của lực để khai báo giá trị của trọng lượng (vd : kgf, ton ), và sử dụng đơn vị khối lượng (=lực*giây2/chiều dài) để khai báo giá trị của khối lượng. (Trong trường hợp thông thường : khối lượng = trọng lượng / gia tốc trọng trường (g) - tương ứng với đơn vị đang sử dụng) Khi bắt đầu một mô hình mới, người sử dụng cần nên khai báo hệ đơn vị sử dụng chính, gọi là hệ đơn vị gốc (base units) của mô hình. Tuy nhiên bất cứ lúc nào, người sử dụng cũng có thể thay đổi hệ đơn vị sử dụng để tiện cho việc nhập số liệu hoặc việc xem kết quả, lúc đó các giá trị theo hệ đơn vị cũ sẽ tự động quy đổi theo hệ đơn vị mới, và được lưu giữ trong file số liệu theo hệ đơn vị gốc. Đơn vị đo góc được sử dụng như sau : - Hình học : như góc hệ trục toạ độ luôn luôn dùng đơn vị độ. - Chuyển vị góc xoay : luôn luôn dùng đơn vị radian. - Tần số góc : luôn luôn dùng đơn vị vòng/giây (Hz) 2. Đối tượng : Các thành phần thực của công trình được mô hình bằng các đối tượng, sử dụng giao diện chương trình Sap2000, người sử dụng có thể "vẽ" (draw) hình dạng hình học của đối tượng, sau đó "gán" (assign) các đặc tính và tải trọng vào đối tượng để hoàn tất việc mô hình cấu kiện thực của công trình. Đối tượng thường gồm các loại sau : - Đối tượng điểm (Point object) : thường sử dụng là nút (Joint), nút được tự động tạo ra tại các góc hoặc tại các đầu của các phần tử, liên kết chỉ có thể xuất hiện tại các nút. - Đối tượng đường (Line object) : thường sử dụng là thanh/dây căng (Frame/cable), dùng để mô hình các cấu kiện như dầm, cột, giằng, dàn và dây căng. - Đối tượng mặt (Area object) : dùng để mô hình kết cấu tường, sàn cũng như các kết cấu khối có ứng suất phẳng hoặc biến dạng phẳng. Trang 19
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 - Đối tượng khối (Solid object) : dùng để mô hình kết cấu khối 3 chiều. Theo quy tắc chung, hình dạng của đối tượng phải tương ứng với hình dạng thực của cấu kiện. Trong các phần mềm phần tử hữu hạn khác, hoặc trong các version trước đây của Sap2000, đôi khi cần phải chia các phần tử thành các phần tử nhỏ hơn để tính toán, trong version 9 của Sap2000, điều này không cần thiết nếu dùng tính năng tự động chia nhỏ, do đó đối tượng trong mô hình cũng tương ứng với cấu kiện thực tế. Người sử dụng có thể khai báo các thông số của việc chia nhỏ như là số lượng, chiều dài lớn nhất của phần tử con 3. Hệ toạ độ và hệ lưới Mỗi mô hình đều được xây dựng trên một hệ toạ độ chung, gọi là hệ toạ độ tổng thể (Global) XYZ, có trục Z thẳng đứng hướng lên, trọng lực (gravity) mặc định sẽ theo phương -Z. Người sử dụng cũng có thể khai báo thêm nhiều hệ toạ độ bằng các tham số toạ độ XYZ của gốc toạ độ cần thêm và các góc xoay Z, Y', X''. Với mỗi hệ toạ độ (tổng thể hoặc thêm), người sử dụng có thể khai báo một hệ lưới (grid) 3 chiều được sử dụng như những đường trục dùng để định vị các đối tượng trong mô hình. Mỗi hệ lưới có thể theo hệ toạ độ vuông góc (Cartesian) hoặc theo hệ toạ độ trụ (Cylindrical). Khi vẽ các đối tượng, điểm nút sẽ tự động bắt dính (snap) vào giao điểm của hệ lưới (trừ khi người sử dụng tắt chức năng bắt dính). Khi di chuyển các đường lưới, người sử dụng có thể lựa chọn để các điểm nút cũng di chuyển theo hoặc không. Ngoài ra, mỗi đối tượng trong mô hình đều có một hệ toạ độ địa phương (Local) của nó gọi là 123. Hệ toạ độ địa phương thì không có hệ lưới. 4. Đặc trưng, đặc tính : Các đặc trưng được sử dụng để gán vào các đối tượng để khai báo tính chất cơ học của đối tượng trong mô hình. Một số đặc trưng như tính chất vật liệu, đặc trưng tiết diện phải được khai báo trước khi gán cho đối tượng. Ví dụ, trong một mô hình có : - Một đặc trưng vật liệu có tên là BETONG. - Một đặc trưng tiết diện có tên là CN20x30, một đặc trưng tiết diện có tên là TRON30, cả hai đều sử dụng vật liệu BETONG. Nếu người sử dụng gán đặc trưng tiết diện CN20x30 cho một phần tử thanh, thì bất kỳ những thay đổi nào của đặc trưng vật liệu BETONG hoặc đặc trưng tiết diện CN20x30 đều được tự động áp dụng làm thay đổi tính chất của thanh đó. Nếu một đặc trưng không được gán cho đối tượng thì không ảnh hưởng đến mô hình. Một số đặc tính như giải phóng liên kết tại đầu phần tử (Release) hoặc liên kết nối đất được gán trực tiếp cho đối tượng. Những đặc tính này chỉ có thể thay đổi bằng việc gán một đặc tính khác cho cùng đối tượng, những đặc tính này không có tên và không tồn tại độc lập với đối tượng. 5. Trường hợp tải trọng Tải trọng nói chung là những tác động vào kết cấu như lực, áp lực, chuyển vị cưỡng bức, thay đổi nhiệt độ, gia tốc nền Một tập hợp những tải trọng do cùng một nguyên nhân gây ra gọi là trường hợp tải trọng. Người sử dụng có thể khai báo nhiều trường hợp tải trọng nếu cần, thường là tĩnh tải, hoạt tải đứng, gió, nhiệt, động đất Sau khi khai báo các trường hợp tải trọng, người sử dụng cần khai báo giá trị tải trọng và đối tượng chịu tác động thuộc trường hợp tải trọng đó. Giá trị tải trọng gồm các thông số : loại tải trọng (lực phân bố, lực tập trung, chuyển vị cưỡng bức, thay đổi nhiệt độ ), cường độ tải trọng, phương tải trọng. Để tính toán tác động của tải trọng vào kết cấu, người sử dụng phải khai báo và chạy các trường hợp phân tích (analysis case) . Các trường hợp phân tích dùng để khai báo các trường hợp tải trọng tác dụng như thế nào (ví dụ : tĩnh, động ) và kết cấu sẽ được phân tích như thế nào (tuyến tính, phi tuyến ). Trang 20
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 6. Trường hợp phân tích : Có nhiều kiểu của trường hợp phân tích - Tuyến tính : gồm bài toán tĩnh, bài toán động, bài toán ổn định, tính toán tải trọng di động. - Phi tuyến : gồm phân tích phi tuyến tĩnh như phân tích theo sơ đồ dẻo và phân tích phi tuyến theo thời gian. 7. Tổ hợp : Tổ hợp thường gọi là "combo", là tổ hợp các kết quả của một hoặc nhiều trường hợp phân tích hoặc của những tổ hợp khác, tất cả các kết quả của tất cả các đối tượng trong một tổ hợp đều được tổ hợp theo cách giống nhau. Có 4 kiểu tổ hợp : ADD, ABS, SRSS, ENVE Nội lực dùng cho bài toán thiết kế trong Sap2000 phải được lấy từ kết quả tổ hợp, do đó nếu chỉ có 1 trường hợp tải trọng thì cũng phải khai báo 1 tổ hợp chỉ gồm có 1 trường hợp tải trọng đó. Mỗi bài toán thiết kế đều có quy luật tổ hợp tương ứng, do đó người sử dụng phải nắm vững nguyên tắc tổ hợp và khai báo tổ hợp dùng để thiết kế dựa trên 4 kiểu tổ hợp cơ bản trên. 8. Tham số thiết kế : Tính năng thiết kế chỉ áp dụng được đối với phần tử thanh bằng vật liệu bê tông cốt thép, thép hoặc nhôm theo các tiêu chuẩn của Mỹ, Anh Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép là đi xác định diện tích cốt thép của tiết diện thanh gồm cốt dọc và cốt ngang. Khi thiết kế, tiết diện được tính toán theo 2 trường hợp : - Cấu kiện chịu uốn : gọi là Dầm (Beam), nội lực tại tiết diện chỉ có moment và lực cắt. Đồng thời cốt thép dọc chỉ tính chịu moment M33, do đó với những tiết diện có M22 tương đối lớn cần phải kiểm tra lại khả năng chịu lực của tiết diện. - Cấu kiện chịu nén lệch tâm : gọi là Cột (Column), nội lực trong tiết diện gồm lực dọc, moment theo 2 phương M22, M33 và lực cắt. Cốt dọc được tính toán từ lực dọc và 2 moment, đây là bài toán nén lệch tâm xiên. Các tham số thiết kế gồm : các tham số của từng tiêu chuẩn, tổ hợp tải trọng dùng để tính toán - kiểm tra, các giá trị tuỳ chọn được áp dụng đối với một vài phần tử riêng lẻ dùng thay cho những giá trị mặc định như hệ số chiều dài tính toán Để ứng dụng được tiêu chuẩn thiết kế có trong Sap2000 để thiết kế kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn Việt Nam là một việc làm khó khăn và kết quả đôi khi ít chính xác. Sau đây là một cách mới được đề xuất và có kết quả tương đối khả quan : sử dụng tiêu chuẩn Canada CSA-A23.3-94 làm nền tảng, sau đó khai báo các thông số thiết kế để phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam - Khai báo cường độ bê tông f'c tương ứng với mác bê tông theo TCVN như sau : Mác Bê tông 150 200 250 300 350 400 500 600 2 Rn (kg/cm ) 65 90 110 130 155 170 215 250 2 f'c (kg/cm ) 130.39 182.22 224.40 267.26 321.85 355.16 457.85 540.81 - Khai báo cường độ cốt thép fy tương ứng với mác thép theo TCVN như sau : Loại thép AI AII AIII CI CII CIII 2 Ra (kg/cm ) 2100 2700 3600 2000 2600 3400 2 fy (kg/cm ) 2470.59 3176.47 4235.29 2352.94 3058.82 4000.00 - Trong cấu kiện chịu nén lệch tâm (cột), cần khai báo lại hệ số chiều dài tính toán k tương ứng với mác bê tông và hàm lượng cốt thép (giả thiết) như sau: Trang 21
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Mác bê tông 150 200 250 300 350 400 500 600 Hàm lượng mgt 1.0% 0.73 0.75 0.77 0.79 0.80 0.81 0.82 0.83 1.5% 0.64 0.67 0.69 0.71 0.72 0.73 0.75 0.76 2.0% 0.58 0.61 0.63 0.65 0.66 0.68 0.69 0.71 2.5% 0.54 0.56 0.59 0.60 0.62 0.63 0.65 0.66 3.0% 0.50 0.53 0.55 0.57 0.58 0.59 0.61 0.62 3.5% 0.47 0.50 0.52 0.53 0.55 0.56 0.58 0.59 4.0% 0.45 0.47 0.49 0.51 0.52 0.53 0.55 0.56 4.5% 0.43 0.45 0.47 0.49 0.50 0.51 0.53 0.54 5.0% 0.41 0.43 0.46 0.47 0.48 0.49 0.51 0.52 5.5% 0.39 0.41 0.43 0.45 0.46 0.47 0.49 0.50 6.0% 0.38 0.40 0.42 0.43 0.44 0.46 0.47 0.48 Cũng có một cách đơn giản hơn là sử dụng tiêu chuẩn thiết kế bê tông Mỹ ACI 318-99 làm nền tảng, đặt các hệ số giảm cường độ bằng 1. Cường độ bê tông f'c lấy bằng cường độ Rn/0,85; cường độ cốt thép fy lấy bằng cường độ Ra, hệ số k lấy bằng 0,7. 9. Tham số thể hiện hình ảnh và kết quả Các thông số và kết quả của bài toán có thể xem theo nhiều cách thể hiện khác nhau : - Thể hiện kết quả bằng hình ảnh 2 hoặc 3 chiều (biểu đồ, sơ đồ biến dạng ). - Thể hiện kết quả bằng bảng biểu dưới dạng văn bản Word hoặc dạng bảng tính Excel, hoặc dạng cơ sở dữ liệu Access. Người sử dụng có thể lưu lại các tham số thể hiện để tiện cho việc xem lại kết quả sau này. II. Giao diện chương trình: 1. Màn hình Sap2000: bao gồm - Cửa sổ chính (Main Windows) : thể hiện toàn bộ giao diện đồ hoạ của chương trình. Cửa sổ này có thể di chuyển, thay đổi kích cỡ, đóng như các cửa sổ chương trình khác sử dụng hệ điều hành Windows. Dòng tiêu đề chính phía trên cùng thể hiện tên chương trình và tên của mô hình hiện tại. - Dãy menu : gồm tất cả các lệnh được dùng trong Sap2000, mỗi menu tương ứng với một tập hợp các lệnh cùng tính chất cơ bản. - Thanh công cụ (Toolbar) các nút lệnh trên thanh công cụ giúp truy cập nhanh đến lệnh tương ứng - Cửa sổ hiển thị (Display Windows) : thể hiện hình ảnh đồ hoạ của mô hình, có thể thể hiện cả các đặc trưng, tải trọng, kết quả nội lực, chuyển vị Số cửa sổ từ 1 đến 4, mặc định là 2. Mỗi cửa sổ có nội dung, góc nhìn, cách thể hiện riêng. Chỉ có 1 cửa sổ là hiện hành (active) tại 1 thời điểm, các thay đổi về cách thể hiện chỉ ảnh hưởng đến cửa sổ hiện hành. Có thể kích hoạt cho một cửa sổ là hiện hành bằng cách kích chuột vào dòng tiêu đề của cửa sổ hoặc vào bên trong cửa sổ. - Dòng trạng thái (Status Line) : thể hiện các thông tin + Chương trình đang thực hiện hoặc số lượng các đối tượng được chọn + Toạ độ của con trỏ chuột + Hộp đơn vị để xem hoặc thay đổi hệ đơn vị hiện hành + Hộp toạ độ để xem hoặc thay đổi hệ toạ độ hiện hành Trang 22
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 + Hộp điều khiển để xem kết quả dao động. Dãy Menu Thanh công cụ Cửa sổ hiển thị: số cửa sổ = 1 ÷ 4 Cửa sổ có màu sáng là cửa sổ hiện hành Dòng trạng thái Hộp đơn vị Cửa sổ chính của chương trình 2. Các nút lệnh trên thanh công cụ: Các nút lệnh được tập hợp theo nhóm, các nhóm nút lệnh có thể được thể hiện trên màn hình hoặc không thể hiện trên màn hình. Muốn thay đổi trạng thái hiện/ẩn nhóm nút lệnh nào đó thì kích chuột phải vào thanh công cụ và chọn hoặc hủy chọn nhóm nút lệnh tương ứng, riêng nhóm nút cơ bản không ẩn được. a. Các nút lệnh thuộc nhóm Cơ bản (Standard) New Model (Mô hình mới): Tạo mô hình để tính toán một kết cấu mới. Open (Mở): Mở mô hình kết cấu đã được lưu trên máy. Save (Lưu): Lưu mô hình kết cấu vào máy. Print Graphic (In hình): In hình ảnh đang thể hiện trên cửa sổ hiện hành ra máy in. Undo: Hủy tác vụ vừa thực hiện. Redo: Khôi phục lại tác vụ vừa hủy bằng lệnh Undo. Refresh Windows (Làm tươi màn hình): Thường sau khi thực hiện lệnh, màn hình sẽ cập nhật lại những thông tin mới và thể hiện lại mô hình, tuy nhiên có vài trường hợp màn hình không tự động thể hiện việc cập nhật nên cần phải refresh để màn hình thể hiện lại mô hình với các thuộc tính đã thay đổi. Trang 23
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 / Lock/Unlock Model (Khóa/Mở khóa): Sau khi tính toán nội lực, Sap tự động khóa mô hình để đề phòng các thay đổi dẫn đến kết quả tính không còn phù hợp với sơ đồ tính. Nếu muốn chỉnh sửa cần phải mở khóa. Run Analysis (Chạy chương trình): Sau khi nhập đầy đủ dữ liệu, cần chạy chương trình để máy phân tích và tính toán hệ. Rubber Band Zoom (Phóng to 1 khu vực) Kéo chuột quanh một khu vực nào đó để phóng to khu vực đó lên. Restore Full View (Xem toàn hệ) Khi đang ở chế độ phóng to muốn trở lại Zoom toàn bộ hệ. Restore Previous Zoom (Trở lại chế độ Zoom trước đó) Zoom In One Step (Phóng to hình ảnh lên từng cấp) Zoom Out One Step (Thu nhỏ hình ảnh xuống từng cấp) Pan (Di chuyển khung nhìn) Set Default 3D View (Xem hình ảnh hệ dưới dạng 3 chiều theo góc nhìn mặc định) Set XY View (Xem hình ảnh hệ theo từng cốt mặt bằng) Các cốt chính là các đường lưới, tọa độ các đường lưới phải được khai báo trước. Set XZ View (Xem hình ảnh mặt đứng chính XZ của hệ theo từng lưới trục Y) Set YZ View (Xem hình ảnh mặt đứng bên YZ của hệ theo từng lưới trục X) Xem hình ảnh 2D theo mặt bằng XY Xem hình ảnh 2D theo mặt phẳng XZ tại cốt Z = 15m tại lưới Y = 5,7m Rotate 3D View (Xoay góc nhìn của hình ảnh 3 chiều) Perspective Toggle (Chuyển đổi qua lại giữa hình chiếu phối cảnh và hình chiếu trục đo) Object Shrink Toggle (Chuyển đổi qua lại giữa cách thể hiện thu ngắn phần tử hoặc không thu ngắn phần tử) Trang 24
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Hình chiếu 3D phối cảnh Hình chiếu 3D trục đo Set Display Option (Đặt các tùy chọn hiển thị): Dùng để kiểm soát những loại đối tượng nào, và những tính chất nào của đối tượng được thể hiện Các tuỳ chọn này chỉ ảnh hưởng đến cửa sổ hiện hành. Nút P. tử Thanh Tổng quát chung Tên nút Tên thanh Gối tựa Tiết diện Gối tựa đ.hồi LK đ.thanh T.độ riêng T.độ riêng Ẩn Không thể hiện Không thể hiện P.Tử Tấm P.Tử Khối Tên tấm Tiết diện T.độ riêng Không thể hiện Thuộc tính của các đối tượng (Nút, Thanh ) nếu muốn thể hiện trên màn hình thì chọn dòng tương ứng. Phần Tổng quát chung: - Shrink Object: Các phần tử trong hệ khi thể hiện trên màn hình được thu ngắn lại còn 70%. - Extrude View: Hình dạng của tiết diện cũng được thể hiện đầy đủ trên màn hình (mặc định phần tử thanh chỉ được thể hiện bằng 1 đoạn thẳng, nếu dùng tùy chọn này, phần tử thanh sẽ được thể hiện theo kích thước thực). - Fill Object và Show Edges: Tô màu các phần tử tấm (mặc định phần tử tấm chỉ được thể hiện bằng biên của tấm nếu chọn Show Edges, nếu bỏ chọn luôn Show Edges thì phần tử tấm giống như là không có trên màn hình). Trang 25
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 - Show Bouding Box: gần giống Extrude View nhưng hình dạng thanh thể hiện bằng đường viền. Chọn xem tên nút, tên phần tử thanh Chọn xem tên tiết diện thanh và bỏ chọn trạng thái ẩn của nút Thu ngắn chiều dài phần tử khi Chọn tô màu (Fill) phần tử tấm thể hiện trên hình Trang 26
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Chọn Extrude View Chọn Show Bouding Box b. Các nút lệnh thuộc nhóm Hiển thị (Display) Show Undeformed Shape (Thể hiện hình dạng chưa biến dạng của hệ), lệnh này còn được dùng để hiển thị lại hệ với các đặc tính được chọn trong phần Display Option. Show Deformed Shape (Thể hiện hình dạng khi biến dạng của hệ), xem biến dạng của hệ tương ứng với trường hợp tải trọng được chọn hoặc xem biến dạng tương ứng với các dạng dao động riêng. Show Forces/Stresses (Thể hiện phản lực, biểu đồ nội lực hoặc biểu đồ ứng suất) Bấm mũi tên nhỏ bên cạnh sẽ trải xuống để chọn đối tượng: - Joints: thể hiện phản lực tại các nút - Frames/Cables: Thể hiện nội lực trong thanh. - Shells: Thể hiện nội lực trong tấm * Joints: Chọn Trường hợp tải trọng cần thể hiện phản lực Chọn Show as Arrows: Thể hiện phản lực dạng mũi tên lực Bỏ chọn Show as Arrows: Thể hiện phản lực dạng ký hiệu Trang 27
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 * Frames/Cables: Chọn Trường hợp tải trọng cần thể hiện nội lực Chọn Thành phần nội lực cần thể hiện - Axial Force: Lực dọc - Torsion: Moment xoắn - Shear 2-2: Lực cắt (chính) - Moment 2-2: Moment uốn (chính) - Shear 3-3: Lực cắt (phụ) - Moment 3-3: Moment uốn (phụ) Chọn Tỷ lệ vẽ biểu đồ - Auto: tỷ lệ tự động - Scale Factor: nhập tỷ lệ vẽ nếu tỷ lệ tự động không như ý muốn. Các tùy chọn thể hiện - Fill Diagram: tô màu (kín) biểu đồ, nếu bỏ chọn biểu đồ thể hiện bằng các tung độ (cách vẽ quen thuộc) - Show Values: thể hiện giá trị tung độ (phải bỏ chọn Fill Diagram) Biểu đồ Lực dọc trong hệ Biểu đồ Lực dọc trong hệ 0 trường hợp tải trọng Gió 900 phương X trường hợp tải trọng Gió 90 phương Y (Fill Diagram) (Bỏ Fill Diagram, chọn Show Values) c. Các nút lệnh thuộc nhóm Vẽ (Draw) Set Select Mode (Chuyển về trạng thái Chọn), trạng thái Chọn là trạng thái mặc định của Sap, ở trạng thái này ta dùng chuột để nhấn chọn 1 hoặc 1 số đối tượng trước khi thực hiện các lệnh trên các đối tượng đó. Có 3 cách chọn đối tượng: + Dùng chuột kích ngay vào vị trí đối tượng cần chọn, nếu muốn chọn thêm đối tượng khác nữa thì kích tiếp vào đối tượng cần chọn thêm. + Dùng chuột kéo từ trái sang phải tạo thành 1 hình chữ nhật bao quanh các đối tượng cần chọn, những đối tượng (nút, thanh ) nằm hoàn toàn trong hình chữ nhật đó sẽ được chọn. + Dùng chuột kéo từ phải sang trái tạo thành 1 hình chữ nhật bao quanh các đối tượng cần chọn, những đối tượng (nút, thanh ) nằm trong hoặc cắt qua hình chữ nhật đó sẽ được chọn. Trang 28
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Kéo chuột từ trái sang phải: Kéo chuột từ phải sang trái: Các thanh 1321, 1240, 1344 và các Các thanh 1321, 1322, 1240, 1241, nút 1450, 1460, 1191, 1255 sẽ được chọn 1344 và các nút 1450, 1460, 1191, 1255 sẽ được chọn Set Reshape Element Mode (Chuyển sang chế độ điều chỉnh hình dạng của phần tử): khi ở trong chế độ này, dùng chuột nhấn chọn phần tử cần thay đổi, sau đó dùng chuột kéo các đầu phần tử đến vị trí mới. Kéo đầu thanh từ nút 1450 đến nút 1191 Chọn phần tử 1321 Draw Special Joint (Vẽ điểm): Khi ở chế độ vẽ này, ta có thể dùng chuột kích vào 1 hoặc 1 số vị trí nào đó để có thêm các điểm nút. Trong hệ bình thường, ta ít khi cần phải vẽ điểm, vì khi vẽ phần tử sẽ tự động có được các điểm nút tại các đầu của phần tử đó. Trang 29
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Draw Frame/Cable Element (Vẽ phần tử thanh): ở chế độ vẽ này, ta có thể vẽ thêm vào hệ các phần tử thanh bằng cách nhấn chuột vào điểm đầu và điểm cuối thanh, nếu vẽ nhiều thanh liên tục thì tiếp tục nhấn vào các điểm tiếp theo. Kết thúc lệnh vẽ bằng phím Enter hoặc kích chuột phải. Quick Draw Frame/Cable Element (Vẽ nhanh phần tử thanh): tương tự như lệnh vẽ thanh, nhưng ta vẽ nhanh 1 thanh bằng cách kích chuột vào 1 đường lưới (tạo từ trước) sẽ được 1 phần tử thanh nằm tại lưới đó và giới hạn bằng các mắt lưới ở hai đầu, nếu dùng chuột kéo thành 1 hình chữ nhật thì sẽ được các phần tử thanh nằm trong hình chữ nhật đó. Có thể chọn loại tiết diện cho p.tử cần vẽ Kích chuột tại đường lưới Kích chuột bao quanh các đường lưới sẽ được 1 p.tử thanh sẽ được những p.tử thanh trong hình chữ nhật Quick Draw Braces (Vẽ nhanh các thanh giằng chéo): Khi chọn lệnh sẽ xuất hiện 1 hộp thoại để khai báo dạng hệ giằng (giằng X, V, V ngược ), kích thước và loại phần tử thanh giằng. Quick Draw Secondary Beams (Vẽ nhanh hệ dầm phụ): thường sử dụng trong hệ sàn bê tông - dầm thép. Draw Quad Area Element (Vẽ phần tử tấm tứ giác): ở chế độ vẽ này, dùng chuột kích vào 4 góc của phần tử cần vẽ (thứ tự của 4 điểm góc nên theo ngược chiều đồng hồ và hướng của nút 1 đến nút 2 nên từ trái sang phải) Draw Rectangular Area Element (Vẽ phần tử tấm chữ nhật): ở chế độ vẽ này, dùng chuột kích vào 2 góc chéo của phần tử chữ nhật cần vẽ. Quick Draw Area Element (Vẽ nhanh phần tử tấm): ở chế độ vẽ này, dùng chuột kích vào 1 điểm nằm giữa các đường lưới sẽ được 1 phần tử tấm giới hạn trong các đường lưới đó hoặc kéo chuột bao quanh các đường lưới tạo thành hình chữ nhật sẽ vẽ được những phần tử tấm trong hình chữ nhật đó. Trang 30
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Kích chuột vào giữa ô lưới Kéo chuột bao quanh các ô lưới vẽ được 1 phần tử tấm vẽ được các phần tử tấm trong các o lưới đó d. Các nút lệnh thuộc nhóm Chọn (Select) Ngoài cách chọn các đối tượng đã trình bày ở trên, ta có một số cách để chọn đối tượng như sau: Select All: Chọn tất cả các đối tượng có trong hệ. Get Previous Selection: Chọn lại các đối tượng trong lần chọn ở lệnh ngay trước đó. Clear Selection: Hủy chọn tất cả các đối tượng đang chọn. Cần lưu ý rằng các đối tượng được chọn có tính tích lũy (ví dụ: tại 1 thời điểm nào đó, ta đang chọn phần tử 1, ta chọn tiếp phần tử 2, thì cả 1 và 2 đều đang được chọn), do đó nếu ta muốn chọn mới 1 số đối tượng và bỏ chọn những phần tử đang được chọn thì cần chọn trước khi chọn đối tượng mới (ví dụ muốn chọn phần tử 2 thay cho phần tử 1, thì phải hủy chọn phần tử 1 trước, sau đó mới chọn phần tử 2) Select using Intersecting Line (Chọn các đối tượng bằng cách vẽ 1 đường cắt): những phần tử bị cắt qua sẽ được chọn. e. Các nút lệnh thuộc nhóm Bắt dính (Snap) Để tăng độ chính xác khi vẽ, ta thường dùng tính năng bắt dính, nghĩa là khi đưa chuột đến gần điểm bắt dính (tùy chế độ bắt dính đang bật) con trỏ chuột bắt vào điểm đó và sẽ định vị được điểm cần vẽ một cách chính xác. Points and Grid Intersections (Các điểm nút và mắt lưới): khi di chuyển chuột đến gần các điểm nút hoặc các mắt lưới, con trỏ chuột sẽ bắt dính vào điểm nút hoặc mắt lưới đó (thể hiện qua chấm đỏ). Đây là chế độ bắt dính mặc định. Ends and Midpoints (Các điểm đầu và điểm giữa phần tử) Intersections (Giao điểm các phần tử) Trang 31
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Perpendicular Projections (Hướng vuông góc với phần tử) Lines and Edges (Điểm bắt dính sẽ nằm trên biên phần tử - không có điểm chính xác) Fine Grid (Mắt lưới của hệ lưới con - cần khai báo trước hệ lưới con) Ngoài các nhóm nút lệnh trên, Sap còn có các nhóm nút lệnh khác nữa, để hiện hoặc ẩn các nhóm nút lệnh ta kích chuột phải vào 1 vị trí nào đó trên thanh công cụ và chọn ẩn hoặc hiện nhóm nút lệnh tương ứng. Chuột phải f. Các nút lệnh thuộc nhóm Gán thuộc tính cho nút (Point and Joint Assigns) Cần chọn nút trước khi thực hiện lệnh. Assign Joint Restraints (Gán liên kết gối cho nút): Dùng để đặt các liên kết gối (gối ngàm, gối cố định ) vào hệ hoặc bỏ liên kết gối (đầu tự do). Assign Joint Springs (Gán liên kết gối đàn hồi cho nút): Dùng trong các bài toán hệ trên gối đàn hồi. Assign Joint Masses (Gán khối lượng tập trung cho nút): Trong các bài toán phân tích động lực, ta cần quy khối lượng của hệ về đặt tại các nút. Lệnh này để khai báo khối lượng tập trung tại các nút trong hệ. Assign Joint Panel Zones (Gán vùng đàn hồi cho nút): Thường các phần tử được xem là nối cứng vào nút, lệnh này dùng để khai báo một vùng đàn hồi tại nút đó. Trang 32
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Assign Joint Forces (Gán tải trọng tập trung tại nút): Dùng để đặt các lực và moment tập trung vào các nút trong các trường hợp tải trọng. Assign Ground Displacements (Gán chuyển vị nền): Dùng để khai báo nguyên nhân chuyển vị cưỡng bức (ví dụ: do lún không đều) tác dụng vào các nút trong các trường hợp tải trọng. g. Các nút lệnh thuộc nhóm Gán thuộc tính cho thanh (Frame and Line Assigns) Cần chọn thanh trước khi thực hiện lệnh. Assign Frame Sections (Gán tiết diện cho thanh): Dùng để gán loại tiết diện đã khai báo vào các thanh trong hệ (tiết diện thanh bao gồm loại vật liệu và hình dạng - kích thước tiết diện) Assign Frame Releases/Partial Fixity (Giải phóng liên kết tại đầu thanh): Mặc định các phần tử liên kết cứng (liên kết hàn) vào nút, trong các trường hợp đặc biệt (ví dụ: thanh giằng, thanh dàn ) các phần tử có thể không liên kết cứng với nút nên dùng lệnh này để giải phóng liên kết tại đầu thanh, nội lực theo phương liên kết được giải phóng sẽ bằng không (ví dụ: các thanh dàn cần phải giải phóng liên kết moment tại 2 đầu thanh, nghĩa là moment tại 2 đầu thanh dàn bằng không). Xem thêm trang mục 6 trang 8. Assign Frame End (Length) Offsets (Gán chiều dài biên cứng ở đầu thanh): Mặc định các phần tử được mô hình bằng đường trục thanh, điểm nút được xem như có kích thước bằng không, tuy nhiên thực tế các thanh có kích thước tiết diện nên tại điểm nút có các đoạn giao nhau giữa các phần tử, lệnh này dùng để khai báo chiều dài phần giao nhau của thanh tại hai đầu với các phần tử khác (chiều dài này cũng có thể được Sap tự tính toán từ kích thước tiết diện thanh). Xem thêm trang mục 2 trang 4. Assign Frame Output Stations (Khai báo số mặt cắt xuất kết quả nội lực): Khi xuất kết quả nội lực sang file số liệu, Sap sẽ xuất kết quả nội lực tại hai đầu thanh, tại các vị trí có tải trọng tập trung trên thanh đồng thời tại 1 số điểm cách đều nhau trên thanh, lệnh này dùng để khai báo số tiết diện cách đều nhau trên thanh khi xuất kết quả nội lực. Assign Frame Local Axes (Gán góc xoay hệ trục địa phương): Mỗi phần tử thanh trong hệ sẽ có một hệ tọa độ riêng dùng để xác định đặc trưng tiết diện cũng như phương của các thành phần nội lực, lệnh này dùng để khai báo góc xoay hệ tọa độ địa phương của thanh nếu hệ tọa độ địa phương của thanh không trùng hệ tọa độ do Sap quy định. Xem thêm trang mục 3 trang 5. Assign Line Springs (Gán liên kết đàn hồi cho thanh): Dùng để khai báo độ cứng của liên kết đàn hồi tiếp xúc dọc theo chiều dài thanh (trong bài toán dầm trên nền đàn hồi). Assign Line Mass (Gán khối lượng phân bố trên thanh): Dùng để khai báo cường độ của khối lượng phân bố trên thanh (dùng trong bài toán phân tích động lực). Assign Point Loads (Gán tải trọng tập trung trên thanh): Dùng để khai báo lực hoặc moment tập trung tác dụng trên thanh trong các trường hợp tải trọng. Assign Frame Distributed Loads (Gán tải trọng phân bố đều trên thanh): Dùng để khai báo lực hoặc moment phân bố (phân bố đều hoặc phân bố 4 điểm) tác dụng trên thanh trong các trường hợp tải trọng. Assign Frame Temperature Loads (Gán tải trọng nhiệt): Dùng để khai báo nguyên nhân thay đổi nhiệt độ trong thanh. Trang 33
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 h. Các nút lệnh thuộc nhóm Gán thuộc tính cho tấm (Shell and Area Assigns) Cần chọn tấm trước khi thực hiện lệnh. Assign Area Sections (Gán tiết diện cho tấm) Assign Area Stiffness Modifiers (Thay đổi hệ số độ cứng của tấm) Assign Local Axes (Gán góc xoay hệ trục địa phương): Khi cần thay đổi hệ trục địa phương khác với phương mặc định. Assign Area Springs (Gán liên kết tiếp xúc đàn hồi trên bề mặt diện tích tấm) Assign Area Mass (Đặt khối lượng phân bố vào tấm) Assign Area Uniform Loads (Đặt tải trọng phân bố đều vào tấm) Assign Area Temperateurs (Khai báo nguyên nhân do thay đổi nhiệt độ trong tấm) 3. Sử dụng chuột: Nút chuột trái và chuột phải có những chức năng khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí con trỏ chuột trên màn hình. - Trong khu vực menu lệnh hoặc thanh công cụ : + Nút trái chuột : dùng để chọn lệnh từ menu hoặc thanh công cụ, di chuyển thanh công cụ. + Nút phải chuột : dùng để tuỳ biến (customize) thanh công cụ - Trong cửa sổ hiện hành : + Nút trái chuột : phụ thuộc vào chế độ đang sử dụng là chọn (select mode) hay vẽ (draw mode), nút trái được sử dụng để vẽ đối tượng, chọn các đối tượng, thực hiện các lệnh đồ hoạ như di chuyển (pan), phóng to - thu nhỏ (zoom), xoay góc nhìn. + Nút phải chuột : khi kích vào đối tượng, nút phải chuột có tác dụng làm xuất hiện bảng những thông tin về đối tượng, khi kích vào nền, nút phải chuột có tác dụng hiện ra menu những lệnh tắt. 4. Các lệnh cơ bản a. Các lệnh về file (File operation) Gồm những lệnh được sử dụng để tạo mô hình mới, mở mô hình cũ để xem hoặc chỉnh sửa, lưu (save) mô hình với những dữ liệu được thực hiện, và xuất kết quả tính toán. Mô hình mới có thể được tạo mới hoàn toàn hoặc từ mẫu có sẵn trong Sap2000. File dữ liệu của mô hình lưu dưới tên có phần đuôi là .SDB b. Cách dùng tên : Tên được sử dụng để định danh các đặc trưng (vật liệu, tiết diện ), hệ toạ độ, ràng buộc (constraint), nhóm đối tượng, quan hệ với tải trọng (trường hợp tải, mẫu nút (joint pattern), đoàn tải trọng di động),trường hợp phân tích, tổ hợp tải trọng v.v. Tên thường tối đa 8 ký tự không chứa khoảng trắng và các ký tự đặc biệt c. Vẽ (Draw) Vẽ là cách chính để thêm đối tượng vào mô hình, đối tượng có thể vẽ bao gồm : nút, thanh, tấm. Không thể vẽ được phần tử khối, nhưng có thể tạo phần tử khối từ việc "kéo dãn" phần tử tấm trong không gian. Khi thực hiện lệnh vẽ, chương trình chuyển sang chế độ vẽ. Trong khi vẽ, xuất hiện một cửa sổ nổi giúp người sử dụng chọn các thông số thuộc tính đối tượng cần vẽ và các thông số điều khiển quá trình vẽ. Để trở về chế độ chọn (là chế độ mặc định) nhấn phím Esc. Trang 34
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 c.1 Công cụ bắt dính (Snap Tool): Khi con trỏ chuột di chuyển gần điểm bắt dính thì sẽ được bắt dính vào điểm đó, giúp việc vẽ được chính xác hơn. Các điểm bắt dính có thể được chọn là : - Điểm nút và giao điểm hệ lưới. - Đầu và giữa thanh hoặc điểm góc và điểm giữa biên phần tử tấm - Giao điểm các phần tử. - Phương vuông góc với phần tử thanh, hoặc biên phần tử tấm - Điểm bắt dính nằm trên phần tử thanh hoặc biên tấm. - Lưới con : Bắt dính vào giao điểm hệ lưới con. Khoảng cách hệ lưới con được khai báo thông qua lệnh Options à Preferences à Dimensions/Tolerances à Plan Fine Grid Spacing. c.2 Điều khiển vẽ : Trong 2-D, công cụ điều khiển vẽ cung cấp khả năng ràng buộc điểm được vẽ theo các nguyên tắc được khai báo : - H : đường vẽ song song với trục nằm ngang trên hình 2-D - V : đường vẽ song song với trục thẳng đứng trên hình 2-D - A : đường vẽ tạo thành một góc như được khai báo so với phương ngang trên hình 2-D - L : đường vẽ có chiều dài như được khai báo. - S : như A cộng với L - D : đường vẽ có chiều dài theo phương đứng và ngang như đã khai báo. d. Chọn (Select) Sap2000 sử dụng quy tắc "noun - verb" nghĩa là cần phải chọn các đối tượng trước, sau đó mới thực hiện lệnh trên các đối tượng được chọn đó. Để chọn đối tượng, phải chuyển sang chế độ chọn. Việc chọn đối tượng có tính tích luỹ, các đối tượng đã chọn vẫn không mất chọn khi thực hiện chọn đối tượng mới. Những đối tượng được chọn sẽ thể hiện bằng đường đứt nét trên màn hình. Một khi đã chọn xong các đối tượng, ta có thể dùng các lệnh để tác động lên chúng, điều này đồng thời sẽ huỷ chọn các đối tượng, và ta bắt đầu lại việc chọn các đối tượng để thực hiện lệnh tiếp theo. Ngoài cách chọn đối tượng bằng chuột (trang 27) ta có thể chọn đối tượng theo các đặc tính: - Chọn những đối tượng trên cùng mặt phẳng - Chọn những đối tượng có cùng đặc trưng tiết diện - Chọn những đối tượng thuộc nhóm đối tượng đã được khai báo. - Chọn những đối tượng cùng trong một ràng buộc (constraint) - Chọn những đối tượng theo tên. e. Hiệu chỉnh (Edit) - Cut, copy những thông tin về hình học của đối tượng vào clipboard của Windows, những thông tin này có thể truy cập được bằng các chương trình khác như Excel - Paste những thông tin về hình học của đối tượng từ clipboard của Windows, những thông tin này có thể được chỉnh sửa trong các chương trình khác như Excel từ lần cut, copy trước. Có nghĩa là ta có thể cut hoặc copy những thông tin về hình học của đối tượng, sau đó paste vào Excel, dùng Excel chỉnh sửa số liệu, sau đó copy và paste ngược lại vào Sap2000. Chú ý các lệnh này chỉ có tác dụng đối với những thông tin về hình học, không thể cut, copy, paste các đặc trưng của đối tượng như tải trọng, liên kết - Xoá (delete) các đối tượng - Sao chép (replicate) đối tượng theo dãy đường thẳng hoặc cung tròn. Việc sao chép này có thể sao chép cả các đặc trưng của đối tượng nếu được chọn. - Di chuyển (move) đối tượng đến vị trí mới. - Kéo (extrude) đối tượng thành đối tượng có số chiều không gian cao hơn : Nút à Thanh, Thanh à Tấm, Tấm à Khối. - Chia nhỏ (mesh, divide) các đối tượng thành những đối tượng nhỏ hơn. - Nối (connect) hoặc ngắt nối (disconnect) các đối tượng tại nút chung. Trang 35
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 - Thêm vào mô hình các cấu kiện mẫu trong Sap2000 - Sửa các thông tin của các đối tượng dưới dạng bảng dữ liệu - Đổi tên (label) các đối tượng. f. Gán ( Assign) Dùng để gán các đặc trưng cho các đối tượng và đặt tải trọng tác dụng vào các đối tượng - Gán đặc trưng cho nút gồm : liên kết cứng nối đất (restraint), liên kết đàn hồi nối đất (spring), ràng buộc giữa các nút (constraint), khối lượng tập trung tại nút (mass), và góc hệ toạ độ địa phương (local axes). - Gán các đặc trưng cho thanh gồm : đặc trưng tiết diện (section), giải phóng liên kết đầu thanh (release), góc hệ toạ độ địa phương, biên cứng đầu thanh (end offset), điểm chèn (insertion point), vị trí xuất nội lực (output station), liên kết đàn hồi dọc thanh (line spring), những thông số tự phân chia (auto divide) - Gán các đặc trưng cho tấm gồm : đặc trưng tiết diện, góc hệ toạ độ địa phương, liên kết đàn hồi trên bề mặt (area spring), những thông số tự phân chia (auto mesh) - Đặt tải trọng tác dụng vào các đối tượng gồm nhiều loại khác nhau tuỳ theo từng loại đối tượng. - Gán giá trị Joint pattern cho các nút dùng để khai báo giá trị áp lực hoặc nhiệt độ g. Phân tích, tính toán (Analyze) Sau khi xây dựng hoàn chỉnh mô hình, ta cần thwcj hiện chương trình phân tích mô hình để cho kết quả chuyển vị, ứng suất, nội lực, phản lực tương ứng với các trường hợp phân tích. Trước khi phân tích mô hình, người sử dụng phải khai báo các bậc tự do hoạt động, thường sử dụng để khai báo sự làm việc phẳng hay không gian của hệ. Người sử dụng có thể chọn trường hợp phân tích nào được chạy hoặc không. Trước khi chạy chương trình phân tích, Sap2000 tự động lưu (save) những thông tin của mô hình. Trong quá trình phân tích sẽ xuất hiện những dòng thông báo về thông tin phân tích hoặc các lỗi nếu có. h. Hiển thị (Display) Được sử dụng để xem tải trọng và kết quả tính toán gồm sơ đồ biến dạng (deformed shape), phản lực gối tựa (reaction & spring force), biểu đồ nội lực (internal force diagram), biểu đồ ứng suất (stress diagram), đường ảnh hưởng (influence line) i. Thiết kế (Design) Sử dụng để tính toán hoặc kiểm tra tiết diện thanh của kết cấu bê tông cốt thép, kết cấu thép, kết cấu nhôm. Tính toán tiết diện bê tông cốt thép sẽ cho biết diện tích cốt thép dọc (dầm : gồm diện tích lớp thép trên và dưới, cột : tổng diện tích cốt thép của tiết diện), và diện tích cốt thép đai trên 1 đơn vị chiều dài thanh. Tính toán tiết diện kết cấu thép, nhôm sẽ cho biết tiết diện tiết kiệm nhất mà vẫn bảo đảm khả năng chịu lực trong số các tiết diện khai báo. Do sau khi chọn lại tiết diện thì nội lực trong hệ không còn chính xác với tiết diện thực tế được chọn nên người sử dụng cần phải chạy lại chương trình tính và chương trình thiết kế để kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện được chọn. j. Khoá và mở khoá (Lock & Unlock) Sau khi chạy chương trình tính, chương trình tự động khoá mô hình để không có sự thay đổi nào có thể làm kết quả hiện tại không còn đúng với mô hình hiện tại. Người sử dụng cũng có thể khoá mô hình bất cứ lúc nào nếu cần bằng việc bấm vào biểu tượng . Để mở khoá chỉ việc bấm lại vào biểu tượng, lúc này có dạng , tuy nhiên việc làm này sẽ xoá hết các kết quả tính toán, muốn xem kết quả tính toán phải chạy chương trình phân tích lại mô hình. k. Nhập dữ liệu dạng số Khi nhập dữ liệu dạng số, đơn vị của dữ liệu được lấy theo hệ đơn vị hiện hành, tuy nhiên người sử dụng có thể nhập giá trị số cùng với ký hiệu của đơn vị nếu đơn vị nhập khác với đơn vị hiện hành. Trang 36
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Ví dụ : đơn vị hiện hành đang là mét, nhưng ta có thể nhập vào kích thước chiều dài là "3000 mm", giá trị này sẽ được tự động chuyển thành 3. Người sử dụng cũng có thể nhập công thức vào trong ô số liệu, ví dụ "10*sin(30)" hoặc "100+34". Hoặc có thể gọi chương trình máy tính bên trong Sap2000 để tính giá trị một công thức nếu giữ Shift và bấm đôi vào ô số liệu cần nhập l. Thiết lập chương trình (Option) Có nhiều tuỳ chọn thiết lập để người sử dụng điều khiển sự hoạt động của chương trình, bao gồm: - Chiều dày nét thể hiện trên màn hình và trên máy in, khoảng cách tự sáp nhập, biên độ zoom, pan - Tiêu chuẩn thiết kế và các thông số hiệu chỉnh. - Màu của đối tượng và kết quả thể hiện trên màn hình và trên máy in. - Định dạng bảng dữ liệu. - Số lượng cửa sổ hiển thị - Cửa sổ nhìn từ trên không (aerial view), giúp pan và zoom được nhanh chóng. m. Giúp đỡ (Help) Nếu một hộp thoại đang được mở, nhấn phím F1 để đọc nhanh phần hướng dẫn về cách nhập số liệu tương ứng trong hộp thoại. Từ menu Help người sử dụng có thể gọi và truy cập đến các tài liệu hướng dẫn đầu đủ dưới dạng file PDF. Trong máy cần phải cài trước chương trình Adobe Acrobat Reader. Trang 37
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH KHI PHÂN TÍCH KẾT CẤU BẰNG PHẦN MỀM SAP2000 V9 I. Lập sơ đồ tính : mục đích tạo sơ đồ hình học của mô hình (phần tử, kích thước, liên kết ) 1. Chọn hệ đơn vị sử dụng chính. 2. Tạo mô hình mới : File à New Model a. Blank : chỉ tạo bài toán mới. Không tạo hệ lưới và đối tượng. b. Grid Only (Hệ lưới) : Trang 38
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Nhập tọa độ mới cho các đường lưới (Số đường lưới) (Tọa độ các đường lưới theo phương X) Phương X Phương Y Phương Z (Khoảng cách) Phương X Phương Y (Tọa độ các đường lưới theo phương Y) Phương Z Nếu muốn nhập số liệu theo khoảng cách các ô lưới thì chọn Spacing Nếu muốn thay đổi hệ lưới thì chọn Edit Grid (Tọa độ các đường lưới theo phương Z) Nhập khoảng cách cho các ô lưới (Khoảng cách các ô lưới theo phương X) (Khoảng cách các ô lưới theo phương Y) (Khoảng cách các ô lưới theo phương Z) Trang 39
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 c. Beam (Dầm liên tục): (Số nhịp) (chiều dài nhịp) Nếu muốn nhập kích thước cho dầm không đều nhịp thì chỉ cần nhập số nhịp dầm và chọn Use Custom Grid sau đó chọn Edit Grid d. 2D Trusses (Dàn phẳng): Có 3 dạng: Hệ dàn hình thang (Sloped Truss); Hệ dàn hình chữ nhật (Vertical Truss); Hệ dàn mái (Pratt Truss). Hệ dàn hình thang (Sloped Truss) (Số đốt dàn) (Chiều dài 1 đốt) (chiều cao dàn) Nếu muốn nhập kích thước cho dàn không đều nhịp thì chỉ cần nhập số đốt dàn và chọn Use Custom Grid sau đó chọn Edit Grid Hệ dàn hình chữ nhật (Vertical Truss) (Số đốt dàn) (Chiều dài 1 đốt) (chiều cao dàn) Nếu muốn nhập kích thước cho dàn không đều nhịp thì chỉ cần nhập số đốt dàn và chọn Use Custom Grid sau đó chọn Edit Grid Trang 40
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Hệ dàn mái (Pratt Truss) (Nhịp L1) (Số đốt N1) (Nhịp L2) (Số đốt N2) (Chiều cao H1) (Chiều cao H2) (Chiều cao H3) e. 3D Truses (Dàn không gian): Có 6 dạng: Dàm mái tinh thể (Roof Truss); 4 dạng dàn hình tháp (Transmission Tower 1-4); Dàn có dây giằng (Guyed Truss). Hệ dàn mái tinh thể (Roof Truss) (Số nhịp X) (Số nhịp Y) (C.dài nhịp X) (Số đốt trong nhịp X) (C.dài nhịp Y) (Số đốt trong nhịp Y) (Chiều cao dàn) Nếu muốn nhập kích thước cho dàn không đều nhịp thì chỉ cần nhập số nhịp X-Y, số đốt X-Y và chọn Use Custom Grid sau đó chọn Edit Grid Hệ dàn tháp dạng 1 (Transmi ssion Tower 1) (Cao độ) (Chiều rộng) Trang 41
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Hệ dàn tháp dạng 2 (Transmission Tower 2) (Cao độ) (Chiều rộng) Hệ dàn tháp dạng 3 (Transmission Tower 3) (Cao độ) (Chiều rộng) Hệ dàn tháp dạng 4 (Transmission Tower 4) (Cao độ) (Chiều rộng) Trang 42
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Hệ dàn tháp có dây giằng (Guyed Tower) (Cao độ) (Chiều rộng) f. 2D Frames (Hệ khung phẳng): Có 3 dạng khung phẳng: Khung vuông góc (Portal); Khung có thanh giằng chéo (Braced [Concentric]); Khung có thanh giằng chống (Braced [Eccentric]) Hệ Khung vuông góc (Portal) (Số tầng) (Chiều cao 1 tầng) (Số nhịp) (Chiều rộng 1 nhịp) Nếu muốn nhập kích thước cho khung không đều nhịp và đều tầng thì chỉ cần nhập số tầng, số nhịp và chọn Use Custom Grid sau đó chọn Edit Grid Hệ Khung có thanh giằng c héo (Braced [Concentric]) (Số tầng) (Chiều cao 1 tầng) (Số nhịp) (Chiều rộng 1 nhịp) Nếu muốn nhập kích thước cho khung không đều nhịp và đều tầng thì chỉ cần nhập số tầng, số nhịp và chọn Use Custom Grid sau đó chọn Edit Grid Trang 43
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Hệ Khung có thanh giằng chống (Braced [Ecconcentric]) (Số tầng) (Chiều cao 1 tầng) (Số nhịp) (Chiều rộng 1 nhịp) (Khoảng hở giữa các thanh giằng) Nếu muốn nhập kích thước cho khung không đều nhịp và đều tầng thì chỉ cần nhập số tầng, số nhịp và chọn Use Custom Grid sau đó chọn Edit Grid g. 3D Frames (Hệ khung không gian): Có 4 dạng: Khung không gian (Open Frame Building); Khung không gian chỉ có dầm biên (Perimeter Frame Building); Khung không gian làm việc đồng thời với sàn (Beam-Slab Building); Flat Plate Building (Kết cấu sàn phẳng, sàn nấm). Hệ Khung không gian (Open Frame Building) (Số tầng) (Chiều cao tầng) (Số nhịp X) (Chiều rộng nhịp X) (Số nhịp Y) (Chiều rộng nhịp Y) Nếu muốn nhập kích thước cho khung không đều nhịp và đều tầng thì chỉ cần nhập số tầng, số nhịp và chọn Use Custom Grid sau đó chọn Edit Grid Hệ Khung chỉ có dầm biên (Perimeter Frame Building) (Số tầng) (Chiều cao tầng) (Số nhịp X) (Chiều rộng nhịp X) (Số nhịp Y) (Chiều rộng nhịp Y) Nếu muốn nhập kích thước cho khung không đều nhịp và đều tầng thì chỉ cần nhập số tầng, số nhịp và chọn Use Custom Grid sau đó chọn Edit Grid Trang 44
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Hệ Dầm sàn làm việc đồng thời (Beam-Slab Building) (Số tầng) (Chiều cao tầng) (Số nhịp X) (Chiều rộng nhịp X) (Số nhịp Y) (Chiều rộng nhịp Y) (Số đoạn chia trong 1 nhịp X) (Số đoạn chia trong 1 nhịp Y) Nếu muốn nhập kích thước cho khung không đều nhịp và đều tầng thì chỉ cần nhập số tầng, số nhịp và chọn Use Custom Grid sau đó chọn Edit Grid Hệ Sàn phẳng không dầm (Flat Plate Building) (Số tầng) (Chiều cao tầng) (Số nhịp X) (Chiều rộng nhịp X) (Số nhịp Y) (Chiều rộng nhịp Y) (Số đoạn chia trong 1 nhịp X) (Số đoạn chia trong 1 nhịp Y) Nếu muốn nhập kích thước cho khung không đều nhịp và đều tầng thì chỉ cần nhập số tầng, số nhịp và chọn Use Custom Grid sau đó chọn Edit Grid h. Wall (Tường): (Số đoạn chia theo X) (Chiều dài 1 đoạn X) (Số đoạn chia theo Z) (Chiều cao 1 đoạn Z) Nếu muốn chia kích thước cho tường không đều nhau thì chỉ cần nhập số đoạn chia X-Z và chọn Use Custom Grid sau đó chọn Edit Grid Trang 45
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 i. Flat Slab (Kết cấu sàn): (Số đoạn chia theo X) (Chiều rộng 1 đoạn X) (Số đoạn chia theo Y) (Chiều rộng 1 đoạn Y) (Chiều rộng dải nhịp X) (Chiều rộng dải nhịp Y) Nếu muốn chia kích thước cho sàn không đều nhau thì chỉ cần nhập số đoạn chia X-Y và chọn Use Custom Grid sau đó chọn Edit Grid j. Shell (Kết cấu vỏ mỏng): Có 7 dạng: Trụ tròn xoay (Cylinder); Mái cong (Barrel Shell); Mái cong liên tục nhiều nhịp (Multi-bay Cylindrical Shell); Vỏ Hyperbol-Parabol (Hyperbolic Paraboloid); Vỏ cầu (Partial Sphere); Chỏm cầu (Spherical Dome); Paraboloid Dome (Vòm Parabol). Khi nhập số liệu cần chọn để biết ký hiệu các thông số. k. Staircases (cầu thang): Có 3 dạng: Cầu thang 1 vế, 2 vế và cầu thang xoắn Cầu thang 1 vế Số tầng Chiều cao tầng LLW SPL RLW OW W1 SW2 Kích thước tối đa 1 đoạn chia Trang 46
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Cầu thang 2 vế Số tầng Chiều cao tầng LLW SPL RLW OW SW1 SW2 Kích thước tối đa 1 đoạn chia Cầu thang xoắn (Góc đầu T1) (Góc cuối T2) Số đoạn chia theo chu vi Số đoạn chia theo bán kính Bán kính trong Bán kính ngoài Tổng chiều cao l. Storage Structures (Kết cấu bể chứa, silô). m. Underground Concrete (Kết cấu ngầm). n. Solid Models (Kết cấu khối). o. Cable Bridges (Cầu treo). p. Caltrans-BAG (Gọi chương trình nhập số liệu cầu Bridge Analysis Generator). Trang 47
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 q. Bridge Wizard (Hướng dẫn từng bước nhập dữ liệu kết cấu cầu). r. Pipes and Plates (Gọi chương trình nhập dữ liệu cho kết cấu ống và tấm). 3. Điều chỉnh hệ lưới : Define à Coordinate Systems/Grids (hoặc kích đôi vào một đường lưới): mục đích để điều chỉnh hệ lưới hiện tại theo yêu cầu, có thể khai báo thêm các đường lưới mới hoặc xoá các đường lưới không cần thiết. a. Chọn Modify/Show System để xem hoặc điều chỉnh các hệ lưới của hệ toạ độ chung b. Chọn Add New System để khai báo thêm hệ toạ độ mới ngoài hệ toạ độ tổng thể Lưới X Thay đổi giá trị hoặc xóa đường lưới (xóa hàng) hoặc copy cả hàng và paste xuống được đường lưới mới Lưới Y Nếu điều chỉnh: Tọa độ đường lưới chọn Ordinates Khoảng cách ô lưới chọn Spacing Lưới Z Trang 48
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 4. Xoá các đối tượng thừa : Sau khi dùng các mô hình mẫu trong Sap2000, có thể có những phần tử thừa, nên cần xoá bỏ để được mô hình đúng yêu cầu. Để xoá các đối tượng, trước hết phải chọn những đối tượng cần xoá. Việc chọn đối tượng được thực hiện bằng cách kích trực tiếp vào đối tượng, hoặc kéo chuột từ trái sang phải bao quanh những đối tượng cần chọn hoặc kéo chuột từ phải sang trái bao quanh và cắt qua những đối tượng cần chọn. Những đối tượng được chọn sẽ thể hiện trên màn hình bằng đường đứt nét, kích chuột vào đối tượng đang được chọn sẽ huỷ chọn đối tượng đó. Lưu ý việc chọn đối tượng là có tính tích luỹ. Chọn những đối tượng cần xoá, bấm phím Del trên bàn phím để xoá các đối tượng được chọn. Không thể xoá độc lập một nút nếu nút đó là nút của một phần tử nào đó còn lại, khi xoá các phần tử thì các nút không còn nối với phần tử nào nữa sẽ bị xoá luôn dù không được chọn. 5. Vẽ thêm các đối tượng : Khi vẽ nên đặt góc nhìn 2D a. Vẽ điểm Draw à Draw Special Joint Xem cách vẽ trang 28 Khi vẽ chú ý các chế độ bắt dính (xem trang 30) để định vị điểm vẽ được chính xác. b. Vẽ thanh bằng 2 điểm Draw à Draw Frame/Cable Xem cách vẽ trang 29 c. Vẽ nhanh thanh Draw à Quick Draw Frame/Cable Xem cách vẽ trang 29 d. Vẽ nhanh thanh giằng Draw à Quick Draw Braces e. Vẽ nhanh dầm phụ Draw à Quick Draw Secondary Beams f. Vẽ tấm tứ giác hoặc tam giác Draw à Draw Quad Area Xem cách vẽ trang 29 g. Vẽ nhanh tấm chữ nhật Draw à Draw Quad Area Xem cách vẽ trang 29 h. Vẽ nhanh tấm nằm trùng với ô lưới Draw à Quick Draw Area Xem cách vẽ trang 29 i. Vẽ thanh cong Edit à Edit Curved Frame/Cable Trước tiên phải có thanh thẳng nối giữa hai đầu của thanh cong cần vẽ. Chọn thanh thẳng đó, thực hiện lệnh. - Khai báo kiểu đường cong (Line Object Type): Thanh cong (Curved Frame) hay Dây treo (Cable) - Khai báo cách xác định đường cong: + Cung tròn qua 3 điểm: có thể nhập tên điểm thứ 3 (Circular Arc - 3rd Point ID) hoặc nhập tọa độ điểm thứ 3 (Circular Arc - 3rd Point Coords) + Khai báo thêm tọa độ 1 điểm để xác định mặt phẳng, và khai báo bán kính cong (Circular Arc - Planar Point and Radius) + Cung parabol qua 3 điểm: có thể nhập tên điểm thứ 3 (Paraboloic Arc - 3rd Point ID) hoặc nhập tọa độ điểm thứ 3 (Paraboloic Arc - 3rd Point Coords) - Dạng phần tử sau khi biến đổi: chia nhỏ thành các phần tử thanh thẳng (Break into Multiple Equal Length Objects) hoặc giữ nguyên là 1 phần tử thanh cong (Keep Single Object) 6. Hiệu chỉnh đối tượng : a. Chỉnh dạng hình học : Draw à Set Reshape Element Mode Xem trang 28 b. Sao chép, cắt, dán đối tượng : Edit à Copy, Cut, Paste Chọn các phần tử, thực hiện lệnh Copy, hoặc Cut sẽ đưa các thông tin hình học của đối tượng vào bộ nhớ tạm (clipboard) của Windows Trang 49
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Thực hiện lệnh Paste sẽ dán thông tin hình học của đối tượng từ clipboard vào hệ, đồng thời cho phép khai báo khoảng cách dịch chuyển của những đối tượng được paste so với những đối tượng đã copy/cut. Có thể copy thông tin hình học của đối tượng từ Excel rồi dán vào Sap2000. c. Cắt ngắn/kéo dài thanh : Edit à Trim/Extend Frames Chọn các thanh cần cắt hoặc kéo dài, chọn nút đầu thanh của thanh bị cắt hoặc kéo về phía cắt hoặc kéo, chọn các thanh làm đường cắt hoặc đường đến, thực hiện lệnh, chọn Trim nếu muốn cắt, Extend nếu muốn kéo dài. d. Chia nhỏ thanh : Edit à Divide Frames Chọn các thanh cần chia, thực hiện lệnh chia nhỏ, khai báo số lượng và tỷ lệ chiều dài thanh cuối/thanh đầu, hoặc chia bởi giao điểm của những thanh và nút được chọn. e. Nối các thanh : Edit à Join Frames Chọn các thanh cần nối (phải thẳng hàng và liên tục) thực hiện lệnh nối. f. Chia nhỏ tấm : Edit à Mesh Areas Chọn các tấm cần chia, thực hiện lệnh chia nhỏ, khai báo số lượng chia theo phương 1 và 2 (hệ toạ độ địa phương), hoặc chia bởi những nút được chọn trên các biên (số lượng nút trên 2 biên đối diện phải bằng nhau), hoặc chia bằng các đường lưới. g. Căn chỉnh vị trí nút : Edit à Align Points Chọn các nút căn chỉnh cho thẳng hàng, thực hiện lệnh, chọn toạ độ X, hoặc Y, hoặc Z để các nút đó nhận giá trị toạ độ mới. h. Tách phần tử tại nút : Edit à Disconnect Có một số trường hợp, các phần tử có các nút tại cùng một vị trí nhưng không liên kết với nhau (mặc định các phần tử sẽ liên kết cứng với nhau tại các nút chung). Do đó cần thực hiện lệnh này để tách phần tử không còn liên kết với phần hệ còn lại, phần tử sau khi tách sẽ có nút mới trùng với nút chung cũ nhưng không liên kết với nút cũ. Chọn phần tử và nút tại vị trí cần tách, thực hiện lệnh. i. Nối lại những phần tử đã tách : Edit à Connect Ngược với lệnh Disconnect, chọn phần tử và nút tại vị trí cần nối lại, thực hiện lệnh. j. Nhân bản các phần tử : Edit à Replicate Chọn phần tử cần nhân bản, thực hiện lệnh. Chọn kiểu phát sinh : theo đường thẳng (Linear), theo đường tròn (Radial) hoặc đối xứng (Mirror). Dạng đường thẳng : khai báo số gia khoảng cách X, Y, Z; số lượng nhân bản thêm; các đặc tính được nhân bản cùng đối tượng (tải trọng, tiết diện ). Dạng đường tròn : khai báo trục xoay song song với trục X hoặc Y hoặc Z hoặc đường thẳng trong không gian; toạ độ trục xoay hoặc toạ độ 2 điểm của trục xoay; số lượng nhân bản thêm; gia số góc; các đặc tính được nhân bản cùng đối tượng. Dạng đối xứng : khai báo mặt phẳng đối xứng là mặt phẳng song song với trục Z (cần khai báo đoạn thẳng giao tuyến của mặt đối xứng với mặt XY); hoặc song song với trục X (cần khai báo đoạn thẳng giao tuyến của mặt đối xứng với mặt YZ); hoặc song song với trục Y (cần khai báo đoạn thẳng giao tuyến của mặt đối xứng với mặt XZ) hoặc mặt đối xứng là một mặt phẳng trong không gian được xác định bằng toạ độ 3 điểm của mặt đối xứng; đồng thời chọn các đặc tính được nhân bản cùng đối tượng. Do việc nhân bản có thể sao chép cả các đặc tính của đối tượng như tiết diện, liên kết, tải trọng v.v. nên có thể sau khi gán các đặc tính cho đối tượng xong ta mới thực hiện nhân bản để đơn giản. k. Thêm một bộ phận của hệ từ kết cấu mẫu trong Sap : Edit à Add to Model From Template Tương tự như khi tạo mới mô hình bằng các kết cấu mẫu, chỉ khác là kết cấu mẫu được đưa thêm vào trong hệ hiện tại. Trang 50
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 7. Gán, sửa liên kết cho nút : Assign à Joint à Restraints hoặc Springs Chọn các nút cần gán/sửa liên kết, thực hiện lệnh. Liên kết cứng (Restraint) : khai báo phương liên kết : chuyển vị thẳng (translation) 123, chuyển vị xoay (rotation) 123. Nếu gối xiên cần khai báo lại hệ toạ độ địa phương của nút : Chọn nút, Assign à Joint à Local Axes: khai báo các góc xoay Z, Y', X'' (Xem thêm mục 2 trang 15) Liên kết đàn hồi (Spring) : khai báo độ cứng của liên kết theo các phương chuyển vị thẳng (translation) 123 hoặc XYZ, chuyển vị xoay (rotation) 123 hoặc XYZ. Đơn vị độ cứng là Lực/chiều dài nếu là độ cứng chuyển vị thẳng; Moment/radian nếu là độ cứng chuyển vị xoay. 8. Gán, sửa liên kết cho thanh : Chọn các thanh cần gán/sửa liên kết, thực hiện lệnh. Liên kết đàn hồi (tương tự dầm trên nền đàn hồi) : Assign à Frame/Cable à Line Springs, khai báo phương của gối đàn hồi (theo hệ toạ độ địa phương 123 của thanh), khai báo độ cứng của liên kết (đơn vị Lực/chiều dài2) Giải phóng liên kết tại đầu thanh (liên kết giữa thanh và nút) : Assign à Frame/Cable à Releases/Partial Fixity, chọn đầu thanh và nội lực cần giải phóng (tương ứng với liên kết được giải phóng), khai báo độ cứng đàn hồi của liên kết thanh với nút (= 0 nếu giải phóng hoàn toàn). 9. Gán, sửa liên kết cho tấm : Assign à Area à Area Springs (tương tự tấm trên nền đàn hồi) Chọn các tấm cần gán/sửa liên kết, thực hiện lệnh. Khai báo mặt tiếp xúc với nền đàn hồi (ký hiệu các mặt xem hình trang 11, thường liên kết đàn hồi tiếp xúc tấm tại mặt 5 là mặt dưới của tấm), phương đàn hồi (trục 3 nếu tấm tiết xúc với nền theo phương vuông góc với mặt phẳng tấm), độ cứng của nền (đơn vị Lực/chiều dài3) 10. Thiết lập cách xem sơ đồ hệ - : xem hệ dưới dạng 3D, dùng các phím mũi tên trên bàn phím để xoay hình - : xem hệ dưới dạng 2D theo các mặt phẳng XY, XZ, YZ. Dùng các biểu tượng để di chuyển mặt phẳng nhìn đến các mức lưới khác nhau. - (Object Shrink Toogle) : xem hệ dưới dạng các phần tử co ngắn/không co ngắn. (Xem thêm trang 23) - (Set Display Option) : thiết đặt các tùy chọn hiển thị sơ đồ. (Xem thêm trang 24) + Label : thể hiện tên đối tượng trên sơ đồ. + Restraints : thể hiện các liên kết gối. + Spring : thể hiện các liên kết đàn hồi. + Local Axes : thể hiện trục toạ độ địa phương của đối tượng trên sơ đồ (trục 1 : đỏ; trục 2 : trắng; trục 3 : xanh). + Invisible : không trông thấy, nhưng có thể chọn được. + Not in view : ẩn, không thể hiện trên sơ đồ, không thể chọn được. + Sections : thể hiện tên tiết diện trên sơ đồ hệ. Trang 51
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 + Releases : thể hiện ký hiệu giải phóng liên kết đầu thanh trên sơ đồ. - : Rubber Band Zoom : dùng chuột phóng to một vùng trên sơ đồ - : Restore Full View : khôi phục trở lại trạng thái xem toàn bộ hệ. - : Restore Previous Zoom : khôi phục trở lại trạng thái zoom ngay trước đó. - : Zoom in, Zoom out : Phóng to, thu nhỏ sơ đồ hệ theo từng cấp. Mỗi cấp được khai báo trong Options à Preferences à Dimensions/Tolerances à Auto Zoom Step. - : Pan : dùng chuột di chuyển khung nhìn để xem các vị trí khác của hệ. Trang 52
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 II. Khai báo các thuộc tính của hệ : mục đích khai báo, định nghĩa các thuộc tính của hệ về vật liệu, tiết diện, tổ hợp , một số đặc trưng dùng để gán tính chất cho các đối tượng. 1. Khai báo các thông số làm việc a. Chọn máy in và định dạng trang in: File à Print Setup for Graphics Chọn máy in Chọn khổ giấy In đứng In ngang b. Thiết lập các thông số về kích thước, nét : Options à Preferences à Dimensions/Tolerances Khoảng cách tối thiểu (khi nhập số liệu nếu 2 nút có khoảng cách gần hơn sẽ tự nối lại) Phạm vi sai số khi bấm chuột chọn đối tượng (càng nhỏ càng phải kích chuột chính xác mới chọn được đối tượng) Phạm vi bắt dính (khi con trỏ chuột đến gần điểm bắt dính trong phạm vi này sẽ được bắt dính vào điểm bắt dính Chiều dày nét thể hiện trên màn hình (Screen) và trên máy in (Printer) Cỡ chữ lớn nhất và nhỏ nhất. Khi Sap hiển thị giá trị số trên sơ đồ sẽ dùng cỡ chữ trong giới hạn này Tỷ lệ % của mỗi cấp phóng to hay thu nhỏ bằng lệnh Zoom in và Zoom out Tỷ lệ thu ngắn lại của đối tượng khi xem dưới dạng Shrink c. Chọn tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép : Options à Preferences à Steel Frame Design d. Chọn tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép : Options à Preferences à Concrete Frame Design e. Thiết lập cách thể hiện màu trên màn hình và trên máy in : Options à Color à Display (màu thể hiện của đối tượng) hoặc Output (màu thể hiện của biểu đồ) Trang 53