Tính toán kết cấu bằng Sap 2000

3/13/2013 1 Tr−ờng đại học thuỷ lợi Khoa công trình Bộ môn kết cấu công trinh ======= Tính toán kết cấu bằng SAP2000 Hà Nội : 09-2012 Giáo viên: Hồng Tiến Thắng Phần I Kiến thức cơ bản 3/13/2013 2 Bài 1 : Mở đầu – các qui −Ước cơ bản I. Giới thiêu: - SAP 2000 (Structural Analysis Program) ra đời vào năm 1998 ĐH Avenue – Mỹ. - Các phiên bản của SAP 2000 : - SAP 2000 dựa vào các phần tử mẫu như−: pt thanh, pt vỏ... để mô tả các dạng kết cấu. - SAP 2000 tiến hành phân tích kết cấu dựa theo phư−ơng pháp PTHH. - Khả năng của SAP2000: * Tính toán xác định ứng suất – nội lực của kết cấu. * Thiết kế KCBTCT, Kết cấu thép theo các tiêu chuẩn: BS, ACI, AASHTO, EUROCODE, NZS. - Các File dữ liệu: *.SDB : file dữ liệu chính. *.S2k: file dữ liệu d−ới dạng text. *.OUT, *.TXT : file dữ liệu chứa các kết quả đ−ược xuất ra. 3/13/2013 3 II. Giao diện: - Hệ thống menu (Menu bar): - Hệ thống thanh công cụ ( Tool bar) : - Các cửa sổ hiển thị: có thể hiển thị từ 1ữ4 cửa sổ cùng một lúc. - Thanh trạng thái + hộp đơn vị chuẩn: III. Trinh tự giải bài toán bằng SAP2000: 1. Xác định hệ đơn vị. 2. Tạo các đư−ờng l−ưới. 3. Xây dựng các mô hinh kết cấu. 4. định nghĩa và gán các thuộc tính cho đối tư−ợng: Vật liệu - Tiết diện - điều kiện biên - Tải trọng - Tổ hợp tải trọng 5. Thực hiện tính toán ( chạy ch−ương trinh). 6. Xem, biểu diễn, xuất kết quả. 3/13/2013 4 IV. Các qui −ớc cơ bản: 1. Hệ thống đơn vị. 2. Các hệ toạ độ. - Hệ toạ độ tổng thể (Global coordinate system): OXYZ - Hệ toạ độ con: - Hệ toạ độ địa ph−ơng: * Phần tử thanh: * Phần tử vỏ: * Nút: Trục toạ độ địa ph−ơng của phần tử thanh 3/13/2013 5 Trục toạ độ địa ph−ơng của phần tử vỏ 3. Bậc tự do của nút (DOF – Degree Of Freedom) Joint U2 U3 U1 R2 R1 R3 3/13/2013 6 0: thành phần chuyển vị không bị khống chế. 1: thành phần chuyển vị bị khống chế. Các thành phần chuyển vị Loại phần tử U1 U2 U3 R1 R2 R3 Khung dầm phẳng (mp X-Y) 0 0 1 1 1 0 Khung dầm phẳng (mp Y-Z) 1 0 0 0 1 1 Khung dầm phẳng (mp Z-X) 0 1 0 1 0 1 Khung dầm không gian 0 0 0 0 0 0 Dàn không gian 0 0 0 1 1 1 Hệ dầm giao nhau 1 1 0 0 0 1 Tấm và Vỏ 0 0 0 0 0 0 Phần tử phẳng (mp X-Y) 0 0 1 1 1 1 Phần tử phẳng (mp Y-Z) 1 0 0 1 1 1 Phần tử phẳng (mp Z-X) 0 1 0 1 1 1 Phần tử khối 0 0 0 1 1 1 V. Hệ thống kết cấu mẫu: 1. Hệ thống l−ới toạ độ - Khai báo hệ l−ới trong hệ toạ độ Menu File > New Model (Ctr+N) - Hiệu chỉnh hệ l−ới Menu Define > Coordinate Systems/Grids 2. Các loại kết cấu mẫu - SAP2000 có sẵn 15 loại kết cấu mẫu. Menu File > New Models 3/13/2013 7 A. Công cụ xây dựng mô hinh kết cấu: 1. Nút (Joint): - Vẽ nút: Menu: Draw > Draw Special Joint - Xem thông tin về nút: Chọn nút cần xem thông tin và click phải chuột trên nút Bài 2 : công cụ xây dựng hinh học 2. Phần tử thanh (Frame): - Vẽ phần tử thanh: Menu: Draw > Draw Frame/Cable/Tendon Draw > Quick Draw Frame/Cable/Tendon - Xem thông tin về phần tử thanh: Chọn phần tử thanh cần xem thông tin và click phải chuột trên phần tử đó. 3/13/2013 8 3. Phần tử tấm vỏ (Shell): - Vẽ phần tử tấm vỏ: Menu: Draw > Draw Poly Area Draw > Draw Rectangular Area Draw > Quick Draw Area - Xem thông tin về phần tử tấm vỏ: Chọn phần tử tấm vỏ cần xem thông tin và click phải chuột trên phần tử đó. B. Quan sát và biểu diễn vật thể: 1. Cửa sổ làm việc: Ta có thể cùng lúc hiển thị từ 1ữ4 cửa sổ trên màn hinh. Menu: Options > Windows 2. Chế độ biểu diễn và quan sát vật thể: - Hiển thị 3D. - Hiển thị 2D. - Xác lập các thông số biểu diễn vật thể. Menu: View > Set Display Options 3/13/2013 9 - Phóng to – Thu nhỏ – Di chuyển hinh ảnh (Menu View..) C. Công cụ biến đổi hinh học 1. Thêm một khối từ th− viện mẫu: Menu: Edit > Add to Model From Template 2. Chọn đối t−ợng: - Chọn theo kiểu cửa sổ. - Chọn theo đ−ờng thẳng cắt qua các đối t−ợng. - Chọn theo nhóm. * để huỷ chọn đối t−ợng : Menu: Select > Deselect > ...... 3/13/2013 10 3. Sao chép, cắt dán, xoá, di chuyển, tạo bản sao đối t−ợng Chọn phần tử.... Menu: Edit > ... - Sao chép: - Cắt dán: - Xoá đối t−ợng: - Di chuyển đối t−ợng: - Tạo bản sao đối t−ợng: 4. Chia nhỏ phần tử: - Chia nhỏ phẩn tử thanh: Edit > Edit Lines > Devide Frames - Chia nhỏ phần tử tấm vỏ: Edit > Edit Areas > Devide Areas.. 5. Nối các phần tử thanh: Chọn các phần tử.... Menu: Edit > Edit Lines > Join Frames 6. Thay đổi số hiệu đối t−ợng: Chọn các đối t−ợng cần thay đổi số hiệu (nút, thanh,tấm) Menu: Edit > Change Labels... 3/13/2013 11 1. định nghĩa loại vật liệu: Menu: Define > Materials > Add New Materials Bài 3 : định nghiã - gán các đặc tr−ng vật liệu, hinh học 2. định nghĩa tiết diện (đặc tr−ng hinh học) - Phần tử thanh (Frame) Menu: Define > Section Properties.. > Frame Sections... > Add New Property.. - Phần tử tấm vỏ (Shell) Menu: Define > Section Properties.. > Area Sections... > Add New Section 3/13/2013 12 3. Gán tiết diện đã định nghĩa cho phần tử - Phần tử thanh (Frame) Chọn phần tử thanh Menu: Assign > Frame > Frame Sections... - Phần tử tấm vỏ (Shell) Chọn phần tử tấm vỏ Menu: Assign > Area > Sections... 1. định nghĩa tr−ờng hợp tải trọng: - Một kết cấu có thể chịu nhiều tr−ờng hợp tải trọng. - Sau khi tính toán ta có thể xem kết quả nội lực theo các tr−ờng hợp tải trọng. Menu: Define > Load patterns... Bài 4 : định nghiã - gán tải trọng 3/13/2013 13 2. Gán tải trọng: - Gán tải trọng cho phần tử thanh . Chọn các phần tử thanh muốn gán tải trọng. Menu Assign > Frame Loads >... - Gán tải trọng cho nút . Chọn các nút muốn gán tải trọng. Menu Assign > Joint Loads > 3/13/2013 14 - Gán tải trọng cho phần tử tấm vỏ (Shell): Chọn các phần tử Shell muốn gán tải trọng. Menu Assign > Area Loads >... 3. Tổ hợp tải trọng: - Là sự kết hợp các tr−ờng hợp tải trọng có thể xảy ra đồng thời. - Khai báo sau khi đq khai báo các tr−ờng hợp tải trọng (Load patterns...) Menu Define > Load Combinations...> Add New Combo 3/13/2013 15 1. Khai báo điều kiện biên của nút : Chọn các nút muốn khai báo điều kiện biên. Menu: Assign > Joint > Restraints... 2. Khai báo Joint Pattern : - định nghĩa Joint Pattern Menu : Define > Joint Patterns... - Khai báo Joint Pattern Chọn các nút muốn khai báo Menu: Assign > Joint Patterns... - Gán tải trọng áp lực (lên tấm vỏ) thông qua các Joint Pattern Bài 5 : Các định nghiã và khai báo khác 3. Giải phóng liên kết thanh : Chọn thanh muốn giải phóng liên kết. Menu: Assign > Frame > Releases/Partial Fixity... 4. Thiết định tính toán, xuất kết quả : Thực hiện tr−ớc khi chay ch−ơng trinh. Menu: Analyze > Set Options... 3/13/2013 16 Phần II tính toán ứng dụng 1. Tính toán kết cấu hệ khung : * đặc điểm: * Nh−ng l−u ý khi mô hinh hoá tính toán: - định nghĩa vật liệu: - Xem kết quả tính toán: Trên màn hinh (Menu Display..) Xem qua File số liệu (*.out, *.txt) Bài 6 : tính toán kết cấu hệ thanh 3/13/2013 17 2. Tính toán kết cấu dàn : * đặc điểm: nội lực chỉ lực dọc, tải trọng tập trung đặt tại nút * Nh−ng l−u ý khi mô hinh hoá tính toán: - định nghĩa vật liệu: Bài 6 : tính toán kết cấu hệ thanh (tiếp theo) - định nghĩa tiết diện: Menu : Define > Section Properties.. > Frame Sections... > Add New Property..> Other..> General Bài 6 : tính toán kết cấu hệ thanh (tiếp theo) A = 10 cm2 - Gán tải trọng: gán tải trọng vào các nút của dàn Chọn nút; Menu Assign > Joint Loads >Forces.. - Xem kết quả: chú ý lực dọc 3/13/2013 18 - định nghĩa tiết diện: Menu : Define > Section Properties.. > Frame Sections... > Add New Property..> Other..> General Bài 6 : tính toán kết cấu hệ thanh (tiếp theo) A = 10 cm2 - Gán tải trọng: gán tải trọng vào các nút của dàn Chọn nút; Menu Assign > Joint Loads >Forces.. - Xem kết quả: chú ý lực dọc * đặc điểm: - đ−ợc SAP2000 mô tả bằng các phần tử vỏ tổng quát Shell (Area) - Phần tử phẳng tam giác (3 nút) hay tứ giác (4 nút) không có độ cong và đ−ợc biểu diễn bởi mặt trung binh của nó. - Tải trọng tác dụng lên phần tử Shell có thể tác dụng lên mặt trung binh hay bất cứ mặt nào của phần tử. Bài 7 : tính toán kết cấu tấm vỏ 3/13/2013 19 * Nh−ng l−u ý khi mô hinh hoá tính toán: - định nghĩa tiết diện: Membrane = Bending = chiều dày tấm - Gán tải trọng: + Tải trọng phân bố đều: Uniform load + Tải trọng phân bố dạng áp lực: * áp lực phân bố đều: By Element Pressure * áp lực phân bố không đều: By Joint Patterm Bài 7 : tính toán kết cấu tấm vỏ (tiếp theo) * Nh−ng l−u ý khi xem kết quả: - Mômen dọc theo chiều trục 1 (đỏ), 2 (trắng) : M11, M22 - Mômen (+) khi làm nén chiều d−ơng trục 2, +3 Bài 7 : tính toán kết cấu tấm vỏ (tiếp theo)