Hướng dẫn sử dụng midas civil trong mô hình hóa cầu

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil

trong mô hình hóa cầu

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu

Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 1

1.Xây dựng sơ đồ tính của kết cấu 3

1. Xây dựng sơ đồ tính của kết cấu ..................................................................................... 4

1.1 Lựa chọn đơn vị tính ............................................................................................... 4

1.1.1 Tổng quan........................................................................................................ 4

1.1.2 Ví dụ : .............................................................................................................. 4

1.1.3 Các cách lựa chọn đơn vị trong Midas/Civil................................................... 4

1.2 Mô hình hoá hình học.............................................................................................. 5

1.2.1 Lựa chọn hệ toạ độ .......................................................................................... 6

1.2.1.1 Hệ trục toạ độ tổng thể (GCS :Global coordinate system).......................... 6

1.2.1.2 Hệ trục toạ độ phần tử (ECS :Element Coordinate System) ....................... 7

1.2.1.3 Hệ toạ độ tại nút (NCS : Node coordinate system) ..................................... 8

1.2.1.4 Hệ toạ độ tự định nghĩa (UCS : User coordinate system) ........................... 8

1.2.2 Xây dựng hệ thống lưới (Grid) trong Midas/Civil ........................................ 14

1.2.2.1 Hệ thống lưới điểm (Point Grid) ............................................................... 14

1.2.2.2 Hệ thống lưới dạng đường thẳng (Line Grid)............................................ 16

1.2.3 Mô hình hoá nút (Node modeling) ................................................................ 16

1.2.3.1 Tạo nút : Create node ................................................................................ 17

1.2.3.2 Các chức năng điểu chỉnh việc mô hình hoá nút khác .............................. 20

1.2.3.3 Quản lý hệ thống nút bằng bảng nút (Nodes table) ................................... 23

1.2.4 Mô hình hoá phần tử (Elements) ................................................................... 24

1.2.4.1 Các loại phần tử được hỗ trợ bởi Midas.................................................... 24

1.2.4.2 Các lệnh mô hình phần tử.......................................................................... 29

1.2.4.3 Bảng quản lý phần tử (Elements Table). ................................................... 32

Bảng quản lý phần tử lưu giữ các thông số về .......................................................... 32

1.3 Khai báo về vật liệu............................................................................................... 33

1.3.1 Tr×nh tù m« h×nh ®Æc tr−ng vËt liÖu........................................ 33

1.3.2 Tr×nh tù g¸n vËt liÖu cho c¸c phÇn tö............................................................. 36

1.3.3 Tr×nh tù khai b¸o ®Æc tr−ng vËt liÖu thay ®æi theo thêi gian:......................... 37

1.3.3.1 §Þnh nghÜa th«ng sè vËt liÖu vÒ co ngãt vµ tõ biÕn.................................... 37

1.3.3.2 §Þnh nghÜa hµm sè cña m« ®un ®µn håi cña bª t«ng................................. 38

1.3.3.3 G¸n ®Æc tr−ng vËt liÖu thay ®æi theo thêi gian cho c¸c vËt liÖu ®7 ®−îc ®Þnh

nghÜa trø¬c ®ã:........................................................................................................... 39

1.4 Khai báo về mặt cắt ............................................................................................... 40

1.4.1 Nhập, quản lý đặc trưng mặt cắt cho các phần tử dạng đường thẳng (Section)

....................................................................................................................... 40

1.4.1.1 Gọi chức năng nhập đặc trưng mặt cắt ...................................................... 40

1.4.1.2 Các dạng mặt cắt được Midas/Civil hỗ trợ................................................ 41

1.4.2 Section Stiffness Scale : ................................................................................. 51

1.4.3 Thay đổi mặt cắt theo nhóm phần tử (Tapered Section Group)................... 51

1.5 Khai báo về điều kiện biên .................................................................................... 53

1.5.1 Beam End Release ......................................................................................... 53

1.5.2 Rigid Link...................................................................................................... 56

1.5.3 Node Local Axis:........................................................................................... 58

2 Mô hình hoá các tác động lên kết cấu (với kết cầu cầu) ............................................... 61

2.1 Mô hình hoá các giai đoạn thi công....................................................................... 61

2.2 Tr×nh tù m« h×nh c¸c giai ®o¹n thi c«ng cña mét kÕt cÊu tæng qu¸t:..................... 62

2.3 M« h×nh c¸c giai ®o¹n thi c«ng cho mét cÇu ®óc hÉng cô thÓ............................... 62

2.3.1 Ph©n chia c¸c giai ®o¹n thi c«ng. .................................................................. 62

2.3.2 M« h×nh ho¸ nhãm kÕt cÊu ............................................................................ 63

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu

Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 2

2.3.2.1 §Þnh nghÜa nhãm kÕt cÊu: ......................................................................... 63

2.3.2.2 §Þnh nghÜa nhãm ®iÒu kiÖn biªn: .............................................................. 66

2.3.2.3 §Þnh nghÜa nhãm t¶i träng:....................................................................... 67

2.3.2.4 §Þnh nghÜa c¸c giai ®o¹n thi c«ng............................................................. 68

2.3.3 Khai b¸o c¸c tr−êng hîp t¶i träng ................................................................. 77

2.3.4 G¸n t¶i träng thi c«ng .................................................................................... 78

2.3.4.1 NhËp träng l−îng b¶n th©n:...................................................................... 78

2.3.5 NhËp t¶i träng xe ®óc..................................................................................... 79

2.3.6 NhËp t¶i träng bª t«ng −ít ............................................................................. 81

2.3.7 NhËp t¶i träng dù øng lùc: ............................................................................. 85

2.3.7.1 Khai b¸o ®Æc tr−ng c¸p dù øng lùc ............................................................ 85

2.3.7.2 Khai b¸o ®−êng bè trÝ c¸p.......................................................................... 87

2.3.7.3 G¸n t¶i träng dù øng lùc ............................................................................ 91

2.4 Mô hình hoá hoạt tải.............................................................................................. 92

2.4.1 Tr×nh tù khai b¸o ho¹t t¶i............................................................................... 92

2.4.1.1 Chän tiªu chuÈn ho¹t t¶i. .......................................................................... 92

2.4.1.2 Khai b¸o lµn xe.......................................................................................... 93

2.4.1.3 §Þnh nghÜa t¶i träng xe.............................................................................. 96

2.4.1.4 §Þnh nghÜa nhãm xe................................................................................... 99

2.4.1.5 §Þnh nghÜa tr−êng hîp t¶i träng ho¹t t¶i: ............................................... 100

2.5 Mô hình hoá tĩnh tải phần 2................................................................................. 103

3 Tổ hợp tải trọng ........................................................................................................... 105

4 Đặt yêu cầu tính toán, chạy chương trình.................................................................... 106

5 Quản lý kết quả thu được............................................................................................. 106

5.1 KiÓm tra c¸c th«ng sè ®Çu vµo:............................................................................ 106

5.1.1 Chøc n¨ng Display....................................................................................... 106

5.1.2 Chøc n¨ng Display Option........................................................................... 107

5.2 Xem kÕt qu¶ néi lùc tõng giai ®o¹n thi c«ng....................................................... 108

5.3 Xuất kết quả nội lực do hoạt tải........................................................................... 111

5.3.1 Kết quả đường ảnh hưởng tại một mặt cắt bất kỳ ....................................... 111

5.4 Xuất kết quả nội lực do hoạt tải........................................................................... 112

5.4.1 Kết quả mômen lớn nhất do hoạt tải gây ra tại một mặt cắt như sau: ......... 112

5.4.2 Kết qủa lực cắt nhỏ nhất tại một mặt cắt dưới tác dụng của HL 93M: ....... 113

5.5 Mét sè ph−¬ng ph¸p xuÊt file kÕt qu¶ d−íi d¹ng text hoÆc h×nh vÏ (B»ng c¸c lÖnh

Export, Print...) ................................................................................................................ 113

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu

Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 3

Sơ đồ chung phân tích nội lực cầu bằng Midas/Civil

Tuỳ thuộc vào quy định trong

TC thiết kế sử dụng mà tiến

hành tổ hợp các tải trọng.

Với 22TCN272-05 thì xét các

tổ hợp sau:

Tổ hợp tải trọng cường

độ 1

Tổ hợp tải trọng cường

độ 2

Tổ hợp tải trọng cường

độ 3

Tổ hợp tải trọng cho

TTGH II

Tổ hợp tải trọng cho

trạng thái giới hạn III

Chuẩn bị các dự

liệu cần thiết

của bài toán

Mô hình hoá

kết cấu

Mô hình hoá

tải trọng

Tổ hợp tải

trọng

Thiết lập thông số cho

quá trình giải bài toán

Chạy chương trình,

phân tích, đánh giá

kết quả

Bắt đầu

Kết thúc

Sơ đồ tính

Vật liệu

Điều kiện biên

Tải trọng tác dụng

Các tải trọng và tổ hợp tải trọn

Nhóm kết cấu, nhóm điều kiện

biên và nhóm tải trọng

Các giai đoạn thi công

Mô hình hoá

nút

Mô hình hoá

phần tử

Mô hình hoá

điều kiện biên

Mô hình hoá

vật liêu

Mô hình hoá

mặt cắt

Mô hình các

giai đoạn thi

công

Tải trọng tĩnh

-Khai báo tải trọng tĩnh

-Khai báo các nhóm tải trọng tĩnh

(trong các giai đoạn thi công)

-Gán tải trọng tĩnh lên kết cấu

-Gán tải trọng tĩnh lên các giai đoạn thi

công

Tải trọng di động (hoạt tải)

-Khai báo làn xe

-Khai báo loại tải trọng

-Khai báo trường hợp xe

Tải trọng động

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu

Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 4

1. Xây dựng sơ đồ tính của kết cấu

1.1 Lựa chọn đơn vị tính

1.1.1 Tổng quan

Midas Civil cung cấp đơn vị tính cho hai yếu tố [thứ nguyên] cơ bản của bài toán phân tích

kết cấu là

a. [ chiều dài ] : m, cm, mm, ft (feet), in (inch)

b. [ Lực ] : N, kN, kgf, tonf, lbf, kips

Ứng với các đơn vị khối lượng là kg, tấn (ton), kg, tấn (ton), lb, kips/g.

Tất cả các yếu tố khác chiếu dài và lực sẽ có đơn vị tính là tổ hợp của hai thứ nguyên cơ bản

trên.

1.1.2 Ví dụ :

Ứng suất : [Lực ]×[chiều dài]-2

: 2 mm

N

, 2

ft

tonf

...

Mô men quán tính (I) : [chiều dài]4

: m

4

, mm

4

, ft4

...

Các cách mô hình đơn vị tính trong Midas Civil:

1.1.3 Các cách lựa chọn đơn vị trong Midas/Civil

Cách 1 :

Chọn : Tool -> Unit System -> Xuất hiện bảng sau :

Cột “Length” : dùng chọn đơn vị chiều dài

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu

Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 5

Cột “Force(Mass)” : dùng chọn đơn vị lực

Đánh dầu vào “Set/Change Default Unit System” để mặc định sử dụng các đơn vị đã chọn

cho toàn bộ quá trình mô hình hoá kết cấu và tải trọng.

Chọn xong

Nhấn “OK” để lưu kết quả chọn và trở về màn hình chung

Nhấn “Cancel” để huỷ quá trình chọn và trở về màn hình chung

Cách 2 :

Ta cũng có thể trực tiếp chọn đơn vị tính trên màn hình như sau:

Quan sát trên thanh Status ở góc phải, phía dưới màn hình chính. Ta thấy có hai ô hiển thị

các đơn vị hiện hành (trên hình là kN và m). Ta có thể thay đổi đơn vị trực tiếp trên màn

hình bằng cách chọn vào nút thả (option buton) : . Ta được bản cuộn lên như sau :

Tiến hành di chuột đến đơn vị mong muốn rồi click trái chuột để chọn.

Chú ý : Ta hoàn toàn có thể thay đổi đơn vị trong quá trình mô hình hoá mà không làm ảnh

hưởng đến kết quả.tính.

1.2 Mô hình hoá hình học

Lựa chọn hệ toạ độ -> Tạo lưới mô hình -> Mô hình các nút -> mô hình các phần tử.

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu

Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 6

1.2.1 Lựa chọn hệ toạ độ

Để phục vụ quá trình mô hình hoá kết cấu, Midas Civil cung cấp 4 loại hệ trục toạ độ cơ bản

sau đây:

a. Hệ trục toạ độ tổng thể : GCS

b. Hệ trục toạ độ phần tử (EGS)

c. Hệ trục toạ độ nút (NGS)

d. Hệ trục toạ độ tự định nghĩa (UCS)

1.2.1.1 Hệ trục toạ độ tổng thể (GCS :Global coordinate system)

GCS là một hệ trục toạ độ Đề Các vuông góc bao gồm 3 trục X,Y,Z đôi một vuông

góc với nhau, có chiều tuân theo quy tắc bàn tay phải. Các trục ký hiệu bằng ba chữ

in hoa : X,Y,Z. Điểm gốc được mặc định có toạ độ (0,0,0).

Chiều của GCS hiển thị trên màn hình ở góc phải, phía dưới :

Vị trí điểm gốc (0,0,0) được đánh dấu trên màn hình :

Trong màn hình chính của Midas Civil, trục Z của GCS mặc định trùng với trục

thẳng đứng của màn hình, do vậy trong quá trình mô hình hoá, nên quy ước trục

thẳng đứng của kết cấu trùng với trục Z của hệ toạ độ tổng thể.

Mỗi điểm trên màn hình Midas đều tương ứng với một toạ độ nhất định trong hệ toạ

độ tổng thể, các giá trị (X,Y,Z) này được hiển thị ở thanh Status Bar

Theo hình trên, điểm hiện tại (vị trí chuột hiện tại) có toạ độ trong hệ toạ độ tổng thể

là X = -1.83 m, Y=-5.49 m, Z = 0 m.

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu

Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 7

GCS được dùng để mô hình hoá kết cấu (vị trí nút (X,Y,Z) vị trí và, chiều của phần

tử) và tải trọng ( điểm đặt và chiều của tải trọng...).

GCS cũng được dùng làm mốc để định nghĩa và xác định các hệ toạ độ khác (UCS,

ECS, NCS).

1.2.1.2 Hệ trục toạ độ phần tử (ECS :Element Coordinate System)

Hệ trục toạ độ phần tử (ECS) cũng có dạng 3 trục đôi một vuông góc (hệ toạ độ Đề

Các). Chiều dương của các trục được xác định theo quy tắc tam diện thuận (quy tắc

bàn tay phải). Các trục của hệ toạ độ này được kí hiệu bởi các chữ cái thường :

(x,y,z).

Chiều các trục được quy định như sau :

Trục x : dọc theo phân tử, có chiều trùng với chiều của phần tử.

Trục z : vuông góc với x, có chiều tạo với Z của GCS một góc nhọn, thường

là trục “yếu” của mặt cắt (mômen quán tính của mặt cắt quay trục z thường

nhỏ hơn mômen quán tính quanh trục y)

Trục y : xác định từ x, y theo quy tắc tam diện thuận.

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu

Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 8

Gốc của ECS lấy ở điểm giữa phần tử.

ECS được dùng để hiển thị các kết quả, dữ liệu liên quan đến phần tử như nội lực

trong phần tử, ứng suất...

Ví dụ : Tính ra được nội lực dọc trục trong phần tử thứ k là – 9kN, ta biết rằng nội

lực dọc đó có phương trùng với phương x, chiều ngược chiều x và có giá trị bằng

9kN.

1.2.1.3 Hệ toạ độ tại nút (NCS : Node coordinate system)

Trong đồ giải bài toán kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn (lấy chuyển vị nút

làm ẩn), ta chỉ cần sử dụng hệ toạ độ địa phương đặt tại phần tử và hệ toạ độ tổng thể

của kết cấu để tính toán. Như vậy, việc xuất hiện hệ toạ độ nút (NCS) thực chất là để

thuận tiên cho việc mô hình hoá điều kiện biên tại nút và tải trọng, chuyển vị đặt tại

nút.

NCS cũng là một hệ toạ độ Đề Các vuông góc, kí hiệu (x,y,z). Gốc đặt tại nút.

NCS được dùng để mô hình các điều kiện biên và chuyển vị gối như sau:

o Gối cứng (Supports)

o Gối đàn hồi (Spring supports)

o Chuyển vị gối (Displacements of support)

1.2.1.4 Hệ toạ độ tự định nghĩa (UCS : User coordinate system)

Để thuận tiên cho việc mô hình hoá kết cấu ở những vị trí đặc biệt hoặc phần kết

cấu có dạng đặc biệt (ví dụ mô hình các phần tử thuộc cùng một mặt phẳng trong kết

cấu tổng thể là kết cấu không gian), ta có thể tự định nghĩa lấy hệ toạ độ cho phù hợp

rồi từ đó mô hình kết cấu, tải trọng.

UCS được thiết lập từ là mốc là GCS, UCS cũng là một hệ toạ độ Đề Các vuông góc.

Khi định nghĩa UCS, nói chung các yếu tố cần khai báo là :

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu

Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 9

Toạ độ gốc của UCS (Origin)

Phương, chiều của các trục.

Midas/Civil cung cấp 8 kiểu khai báo UCS như sau:

1. X-Y plane : Hệ toạ độ phẳng (x,y) trong mặt phẳng X-Y của GCS.

Trình tự khai báo :

Bước 1 : Gọi X-Y plane UCS.

Cách 1 : Model –> User Coordinate System –> X-Y plane

Cách 2 : Trên màn hình chính nhấn chuột phải, chọn User Coordinate

System –> X-Y plane

Hướng dẫn sử dụng Midas/Civil trong mô hình hoá cầu

Ngô Văn Minh – Vũ Ngọc Anh 10

Cách 3 : Tại cửa sổ Tree-menu ở bên trái màn hình, chọn Menu –>

Geometry-> User Coordinate System – >X-Y plane