Đang tải... (xem toàn văn)
C3 Ví Dụ SAP Cầu treo dây vòng
CHƯƠNG PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU TREO DÂY VÕNG BẰNG SAP 2000 Trong chương hướng dẫn việc sử dụng phần mềm chương trình tính kết cấu để phân tích kết cấu cầu treo dây võng Có nhiều phần mềm để tính kết cấu nói chung cầu treo dây võng nói riêng, ta đơn cử phần mềm SAP 2000 phiên 7.42 phần mềm sử dụng rộng rãi năm gần Phần mềm mang tính chất tham khảo cho việc sử dụng chương trình tính kết cấu tính tốn cầu treo dây võng Đi sâu, tận dụng hỗ trợ SAP để mơ hình hố kết cấu thực tế với mục đích là: “Càng tiệm cận với làm việc thực tế kết cấu tốt “ Để tiện cho theo dõi, chương trình bày bước giải toán cụ thể Bài toán : “ Xét cầu treo dây dầm cứng có dạng hình Cho biết: độ cứng dầm cứng EJ=const=44.106Tm2 ; dây có diện tích tiết diện Fc= 0,1m2, độ cứng Ec.Fc=1,8333.106T, trọng lượng đơn vị g=0,78T/m Ở trạng thái ban đầu, dây chịu toàn trọng lượng mặt cầu dầm cứng tĩnh tải phân bố với cường độ q=11,22T/m Yêu cầu xác định nội lực chuyển vị cầu treo dầm chịu thêm tải trọng tạm thời, phân bố với cường độ p=6T/m Để giải toán SAP 2000 cần thực bước sau : + Lập sơ đồ kết cấu + Khai báo đặc trưng hình học + Gán tải trọng lên kết cấu + Tính tốn xuất kết 64 3.1 LẬP SƠ ĐỒ KẾT CẤU 3.1.1 Lập sơ đồ kết cấu từ Excel Phương trình dây võng phương trình Parabol bậc nên việc mơ hình hố EXCEL trước copy sang SAP 2000 hợp lý Các bước làm cụ thể sau: Bước1: Xác định điểm nút toạ độ điểm nút tương ứng bảng sau: TYPE NAME LINE LINE LINE XI YI ZI XJ YJ ZJ -26.64 0 0.00 86.667 0.00 86.67 33.33 49.63 33.33 49.63 66.67 27.41 LINE 66.67 27.41 100.00 20 LINE 100.00 20 133.33 27.41 LINE 133.33 27.41 166.67 49.63 LINE 166.67 49.63 200.00 86.67 LINE 200.00 86.67 226.64 0 LINE 0.00 0 33.33 0 LINE 10 33.33 0 66.67 0 LINE 11 66.67 0 100.00 0 LINE 12 100.00 0 133.33 0 LINE 13 133.33 0 166.67 0 LINE 14 166.67 0 200 0 LINE 15 33.33 0 33.33 49.63 LINE 16 66.67 0 66.67 27.41 LINE 17 100.00 0 100.00 20 LINE 18 133.33 0 133.33 27.41 LINE 19 166.67 0 166.67 49.63 Sau chuẩn bị xong số liệu tiến hành copy pase vào SAP, hình sau: Bước : Khai báo liên kết Sau tiến hành gán liên kết với đất, bước quan trọng định để mơ hình hố xác kết cấu Các liên kết dầm với đất khai báo hoàn tồn giống trình bày tài liệu [1] Các liên kết cáp với đất chọn gối cố định mơ hình 65 hố SAP 2000 Tại vị trí dây vắt qua đỉnh cột tháp coi gối di động mô hình hố SAP 2000 Đối với liên kết thân kết cấu tiến hành khai báo sau: - Các dây treo khai báo phần tử Frame có hai đầu giải phóng liên kết (mô men, lực cắt, mômen xoắn) coi hai đầu chốt - Dầm coi liên tục (tại vị trí liên kết dây treo dầm khơng bị giải phóng liên kết) Đối với dây võng làm việc dây khơng có mơmen vị trí treo dây treo vào dầm vị trí treo dây cần giải phóng liên kết (mơmen uốn, lực cắt, mơmen xoắn) 3.1.2 Lập sơ đồ kết cấu trực tiếp SAP2000 Bước1 : Tiến hành tạo lưới Tiến hành tạo lưới cho nút phần tử phải thuộc nút lưới sau dùng chức SAP2000 hỗ trợ để hoàn thiện kết cấu Tiến hành vẽ lưới hình vẽ đây: Bước 2: Tiến hành vẽ kết cấu Chỉ tiến hành vẽ số chi tiết sau sử dụng chức SAP 2000 để hồn thiện kết cấu Có thể tham khảo thêm [1] Bước 3: Khai báo liên kết Tiến hành bước phần 3.1.1 Lập sơ đồ kết cấu từ EXCEL 3.1.3 Lập sơ đồ kết cấu từ Auto Cad Bước 1: Tiến hành vẽ sơ đồ kết cấu Auto Cad Vẽ sơ đồ kết cấu bình thường Auto Cad sau ghi vào file dạng “*.dxf” Hình vẽ mơ hình Auto Cad Bước : Import vào SAP2000 66 Tiến hành Import sơ đồ kết cấu vẽ AUTOCAD vào SAP2000 hình vẽ đây: Bước 3: Khai báo liên kết Tiến hành bước phần 3.1.1 Lập sơ đồ kết cấu từ EXCEL 3.2 KHAI BÁO ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC VÀ VẬT LIỆU KẾT CẤU 3.2.1 Khai báo đặc trưng vật liệu kết cấu Về vật liệu, đặc trưng quan trọng để tính tốn xác Mơ đuyn đàn hồi (E) vật liệu Tuỳ thuộc vào vật liệu thực tế mà khai báo vào bên mục đặc trưng vật liệu kết cấu hình đây: Click Các đặc trưng điền vào bảng trên, hướng dẫn dẫn [1] 3.2.2 Khai báo đặc trưng hình học kết cấu Đặc trưng hình học khai báo sau khai báo xong đặc trưng vật liệu kết cấu Tiến hành hình vẽ : 67 Click Click Sau chọn xuất tiếp bảng sau: Tiến hành điền số liệu vào ô hồn thành xong cơng việc khai báo tiết diện Tiếp theo cần tiến hành gán tiết diện 3.3 GÁN TIẾT DIỆN Đây bước quan trọng để đảm bảo xem đặc trưng hình học vật liệu kết cấu có thiết kế hay khơng Để đảm bảo xác việc gán tiết diện cần lựa chọn cách thức chọn đối tượng cho phù hợp Về tiến hành sau: Bước1 : Chọn đối tượng cần gán loại tiết diện Tiến hành hình vẽ : Sau chọn hình bên lựa chọn phương thức lựa chọn hợp lý phù hợp với mục đích Bước 2: Gán tiết diện, tiến hành hình vẽ đây: 68 Hình miêu tả việc gán tiết diện cho kết cấu 3.4 PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU Sự làm việc kết cấu cầu treo bao gồm hai phận dầm, dây võng dây treo Dầm cầu treo làm việc theo hai trường khác nhau: dầm cứng dầm mềm Nên dầm cầu thực tế dùng phần tử (Frame) SAP2000 để mơ hình Cịn dây võng có hai lý thuyết tính tính theo sơ đồ khơng biến dạng tính theo sơ đồ biến dạng Tuỳ thuộc vào lý thuyết tính mà sử dụng mơ hình khác Nếu tính theo sơ đồ khơng biến dạng dùng phần tử Frame có độ cứng chống uốn nhỏ so với độ cứng chịu kéo để mơ hình Nếu tính theo sơ đồ biến dạng dùng phần tử Frame có độ cứng chống uốn nhỏ nhiều so với độ cứng chống kéo-nén để mơ hình phần tử Frame lúc có xét thêm hiệu ứng P-delta Ngồi cầu treo hệ ổn định trước tác dụng tải trọng động ảnh hưởng gió, mưa, hoạt tải, động đất Dưới tác động việc lựa chọn mơ xét đến phi tuyến hình học khơng phản ánh xác mơ hình thay dây treo việc mơ hình dây treo phần tử phi tuyến Vậy phân tích động thay đổi mơ hình tính toán cho phù hợp với thực tế 3.4.1 Giới thiệu sơ phân tích P-delta SAP 2000 Hiệu ứng P-Delta chất có xét đến thay đổi đặc tính kết cấu, loại phi tuyến hình học Hiệu ứng sinh kết cấu tồn lực dọc lực ngang Sự lựa chọn đặc biệt quan trọng loại kết cấu có độ cứng nhỏ, thường sử dụng phân tích loại kết cấu như: cáp cầu dây văng, cáp cầu treo dây võng tháp cầu dây văng Bản chất việc phân tích kết cấu có xét thêm hiệu ứng P-Delta tiến hành giải toán lặp để xác định nội lực kết cấu Kết lần lặp trước lưu lại sử dụng làm giả thiết để giải tốn lần sau Tồn tư tưởng thể ví dụ cụ thể sau: Cho kết cấu hình vẽ đây(xem hình a,b,c) - Nếu khơng xét hiệu ứng P-delta mơ men ngàm kết cấu hình (a), (b), (c) M=F.L - Nếu có xét đến hiệu ứng P-Delta mơ men ngàm kết cấu hình (a) M=F.L; hình (b) M=F.L-P.D; hình (c) : M=F.L+P.D ; 69 Ở l chiều dài công xon; F lực thẳng đứng tác dụng vào đầu công xon; P lực nằm ngang tác dụng vào đầu công xon ; D chuyển vị đầu công xon F F F P (a) (b) P (c) _ Giải toán lặp xảy hai khả toán hội tụ toán khơng hội tụ Nếu tốn khơng hội tụ nguyên nhân sau: - Số lần lặp - Sai số cho phép nhỏ - Kết cấu bị ổn định Hai nguyên nhân đầu ngun nhân việc giải tốn cịn ngun nhân thứ ba nguyên nhân khả chịu đựng kết cấu Nguyên nhân đáng quan tâm giải toán kết cấu Xét làm việc thực tế kết cấu khả phân tích SAP 2000 cho thấy việc mơ hình hố kết cấu có xét đến hiệu ứng P-Delta hoàn toàn hợp lý áp dụng cho mơ hình cầu treo dây võng 3.4.2 Giới thiệu sơ phần tử phi tuyến SAP 2000 Phần tử phi tuyến sử dụng mơ hình kết cấu cục phi tuyến là: gaps, dampers, isolators giống Sự làm việc phi tuyến thể phân tích theo lịch sử thời gian (time-history) phi tuyến Với tất phân tích khác, phần tử phi tuyến làm việc tuyến tính Như với việc giải tốn tĩnh khơng cần đến phần tử Nllink mơ hình hố kết cấu Chỉ xét đến time-history cần phần tử phi tuyến mơ hình 3.5 GÁN TẢI TRỌNG LÊN KẾT CẤU 3.5.1 Hoạt tải Ví dụ hoạt tải qua cầu đồn xe H10 Việc tiến hành khai báo tải trọng đoàn xe trình bày kỹ [1] 3.5.2 Tĩnh tải Tĩnh tải ví dụ qui đổi thành tải trọng trọng phân bố tác động lên dây dầm Được khai báo sau : Bước 1: Tạo lớp tải trọng 70 Khai báo lớp chứa trường hợp tải trọng Khai báo trường hợp tải trọng tĩnh Bước2 : Gán tải trọng Chọn phần tử cần gán tải trọng Gán tải trọng lên kết cấu Kết sau gán tải trọng xong sau: 3.5.3.Gán lực P-delta Việc gán lực P-Delta tiến hành sau: Bước1: Chọn đối tượng cần gán lực P-Delta Tiến hành bình thường gán tải trọng tĩnh tải Bước 2: Tiến hành gán lực P-Delta Tiến hành hình vẽ đây: 71 Lực dọc P-delta xác định thông qua công thức sau: px py pz + + : cx cy cz P0 lực dọc P-delta cx, cy, cz cos góc trục phần tử dầm với trục X, Y, Z hệ toạ độ cys tương ứng Để tránh chia cho bạn khơng xác định hình chiếu lên trục hệ yọa độ mà vng góc với trục phần tử dầm P0 = p + Có hai cách để xác định lực dọc điền vào ô Force điền vào ô X ,Y , Z Giá trị giá trị xác định ban đầu giải sơ khơng xét hiệu ứng P-Delta 3.6 BÀI TỐN PHÂN TÍCH ĐỘNG CẦU TREO Cầu treo dây võng hệ kết cấu biến dạng nên việc giải tốn phân tích động vấn đề quan trọng Có hai nội dung cần quan tâm dao động riêng hệ dao động cưỡng a) Dao động riêng hệ Sự khai báo dao động riêng hệ xin xem tài liệu [1] Sau minh hoạ số dạng dao động riêng kết cấu dễ xảy Trường hợp thứ nhất: Trường hợp thứ hai: 72 Trường hợp thứ ba : b) Dao động cưỡng hệ tác động tải trọng gió Phần khơng trình bày mà trình bày chi tiết chương sách 3.7 CHẠY CHƯƠNG TRÌNH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 3.7.1 Chạy chương trình Để chương trình có xét đến hiệu ứng P-Delta trước chạy chương trình ta cần nhập thơng tin để chương trình tiến hành xét hiệu ứng P-Delta Tiến hành hình vẽ sau: Từ Menu vào Set Options Xuất bảng hình 73 Chọn set P-Delta Parameters Tại bảng cần chọn thông số sau: - Maximun iteration : số lần lặp max - Releative tolerance-displacements: Sai số lặp chuyển vị - Releative tolerance-forces: Sai số lặp lực Ngoài mục tổ hợp tải trọng P-Delta cần chọn trường hợp tải trọng cần xét hệ số cần đưa vào thêm Cần lưu ý số lần lặp không lớn sai số phép lặp không nhỏ để tốn khơng hội tụ Khi tốn khơng hội tụ cơng việc có liên quan đến việc xét hiệu ứng P-Delta bị thoát 3.7.2 Xử lý số liệu Do đặc thù công việc giả tốn cụ thể việc xử lý số liệu khơng khác so với trường hợp không xét đến hiệu ứng P-Delta Phần giới thiệu kỹ [1] Sau xin trình bày số kết tính Trường hợp không xét đến hiệu ứng P-delta 74 Biến dạng kết cấu Biểu đồ lực dọc dây Biểu đồ mô men uốn 3.8 KẾT LUẬN Qua chương chương bạn đọc tìm hiểu qua lý thuyết để giải toán cầu treo, lý thuyết thường phải chấp nhận số giả thiết Những giả thiết làm cho làm việc kết cấu chấp nhận giả thiết khác với làm việc kết cấu mơ hình hố SAP 2000 Chính mà số kết tính từ SAP nói riêng hay chương trình tính kết cấu nói chung khơng giống tính với lý thuyết Kết sử dụng phần mềm tính tốn phụ thuộc nhiều vào người sử dụng phần mềm Mọi ý tưởng mơ hình phải phù hợp với làm việc thực tế kết cấu 75 3.1 LẬP SƠ ĐỒ KẾT CẤU 65 3.1.1 Lập sơ đồ kết cấu từ Excel 65 3.1.2 Lập sơ đồ kết cấu trực tiếp SAP2000 66 3.1.3 Lập sơ đồ kết cấu từ Auto Cad 66 3.2 KHAI BÁO ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC VÀ VẬT LIỆU KẾT CẤU 67 3.2.1 Khai báo đặc trưng vật liệu kết cấu 67 3.2.2 Khai báo đặc trưng hình học kết cấu 67 3.3 GÁN TIẾT DIỆN 68 3.4 PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU 69 3.4.1 Giới thiệu sơ phân tích P-delta SAP 2000 69 3.4.2 Giới thiệu sơ phần tử phi tuyến SAP 2000 70 3.5 GÁN TẢI TRỌNG LÊN KẾT CẤU 70 3.5.1 Hoạt tải 70 3.5.2 Tĩnh tải 70 3.5.3.Gán lực P-delta 71 3.6 BÀI TỐN PHÂN TÍCH ĐỘNG CẦU TREO 72 3.7 CHẠY CHƯƠNG TRÌNH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 73 3.7.1 Chạy chương trình 73 3.7.2 Xử lý số liệu 74 3.8 KẾT LUẬN 75 76 ... kết cấu cầu treo bao gồm hai phận dầm, dây võng dây treo Dầm cầu treo làm việc theo hai trường khác nhau: dầm cứng dầm mềm Nên dầm cầu thực tế dùng phần tử (Frame) SAP2 000 để mơ hình Cịn dây võng... coi liên tục (tại vị trí liên kết dây treo dầm khơng bị giải phóng liên kết) Đối với dây võng làm việc dây khơng có mơmen vị trí treo dây treo vào dầm vị trí treo dây cần giải phóng liên kết (mômen... biệt quan trọng loại kết cấu có độ cứng nhỏ, thường sử dụng phân tích loại kết cấu như: cáp cầu dây văng, cáp cầu treo dây võng tháp cầu dây văng Bản chất việc phân tích kết cấu có xét thêm hiệu
