BÀI 6 MÔ HÌNH HOÁ CÁC CẤU KIỆN DẠNG THANH BẰNG PHẦN TỬ FRAME CỦA SAP2000

Chia sẻ: Nguyễn Văn Hùng | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

291
lượt xem 51
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các số liệu liên quan đến vật liêu và mặt cắt (mô tả các đặc trưng về vật liệu, hình dạng và kích thước mặt cắt, loại cấu kiện và cách cấu tạo cốt thép) - Chỉ rõ hướng chịu lực chính của mặt cắt, tức là xác định vị trí các mặt phẳng quán tính chính trung tâm của cấu kiện trong không gian. - Khai báo thêm một số đặc điểm đặc biệt (nếu cần) để xác định cách tính toán cấu kiện...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: BÀI 6 MÔ HÌNH HOÁ CÁC CẤU KIỆN DẠNG THANH BẰNG PHẦN TỬ FRAME CỦA SAP2000

BÀI 6 MÔ HÌNH HOÁ CÁC CẤU KIỆN DẠNG THANH BẰNG PHẦN TỬ FRAME CỦA SAP2000 ĐẶT VẤN ĐỀ. 1. KHAI BÁO CÁC THÔNG TIN VỀ MẶT CẮT CỦA PHẦN TỬ FRAME 2. QUI ƯỚC DẤU CỦA CÁC THÀNH PHẦN NỘI LỰC 3. CÁC KHAI BÁO KHÁC ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁCH TÍNH TOÁN PHẦN TỬ 4. FRAME. KHAI BÁO TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN PHẦN TỬ FRAME. 5. XEM SỐ LIỆU ĐÃ NHẬP VÀ KẾT QUẢ TÍNH CỦA CÁC PHẦN TỬ 6. FRAME. VẤN ĐỀ TỰ ĐỘNG LỰA CHỌN LOẠI MẶT CẮT VÀ TÍNH TOÁN 7. CÁC PHẦN TỬ FRAME CÓ TIẾT DIỆN MCNGANG THAY ĐỔI.
ĐẶT VẤN ĐỀ. 1. 1.1. Sự làm việc của các cấu kiện dạng thanh - Khái niệm các cấu kiện dạng thanh (trong tính toán kết cấu) - Các thuật ngữ : mặt cắt ngang, trọng tâm, trục quán tính chính trung tâm, mặt phẳng quán tính chính trung tâm của cấu kiện dạng thanh thẳng. - Mục tiêu khi tính toán các kết cấu dạng thanh là phải xác định được 6 thành phần nội lực (P, V2, V3, M2, M3, T) tại các mặt cắt bất kỳ do ta chọn trên thanh, tức là phải vẽ được 6 biểu đồ nội lực P, V2, V3, M2, M3, T. Sau đó tiến hành thiết kế để xác định cách cấu tạo của các cấu kiện này
Muốn mô tả một cấu kiện dạng thanh, ta cần khai báo các loại dữ liệu sau: - Vị trí của cấu kiện dạng thanh đang xét trong kết cấu, chiều dài của cấu kiên và liên kết ở hai đầu của cấu kiện… - Các số liệu liên quan đến vật liêu và mặt cắt (mô tả các đặc trưng về vật liệu, hình dạng và kích thước mặt cắt, loại cấu kiện và cách cấu tạo cốt thép) - Chỉ rõ hướng chịu lực chính của mặt cắt, tức là xác định vị trí các mặt phẳng quán tính chính trung tâm của cấu kiện trong không gian. - Khai báo thêm một số đặc điểm đặc biệt (nếu cần) để xác định cách tính toán cấu kiện Chú ý: Ta thấy khả năng chịu lực của cấu kiện khi bố trí mặt cắt ở 2 trường hợp như trong hình vẽ này là khác xa nhau (là do hướng bố trí các mặt phẳng quán tính chính trung tâm trong hai trường hợp này là khác nhau)
1.2. Giới thiệu loại phần tử Frame của SAP2000N: - Mỗi phần tử Frame là một đoạn thẳng nối từ điểm đầu I (End I) đến điểm cuối J (End J) và được gán các đặc điểm tương ứng với loại cấu kiện dạng thanh trong thực tế. - Các đặc điểm được gán cho các phần tử Frame bao gồm:
Sử dụng các phần tử Frame để mô hình hoá kết cấu hệ khung không gian.
1.3. Giới thiệu cách chung để khai báo các phần tử Frame của SAP2000 Muốn khai báo các phần tử Frame để mô tả cho các cấu kiện dạng thanh, ta làm: - Vẽ sơ đồ hình học của phần tử Frame (chính là một đoạn thẳng) bằng các lệnh vẽ. - Mỗi khi vẽ xong một đoạn thẳng, SAP liền gán cho nó các đặc tính cần thiết về vật liệu, mặt cắt, hệ trục toạ độ địa phương,… (theo các giá trị mặc định của SAP) để biến nó thành một phần tử Frame của mô hình. - Kiểm tra lại các số liệu mà SAP đã tự gán cho các phần tử Frame, nếu thấy chưa phù hợp, ta tiến hành khai báo và sửa đổi lại cho dúng với kết cấu cần tính.
Giải thích hệ trục toạ độ địa phương của phần tử Frame. - Để lưu trữ các số liệu kích thước của các mặt cắt. SAP cung cấp cho mỗi mặt cắt một hệ trục tọa độ tham khảo là hệ trục 2-2 và 3-3, chính là các trục quán tính chính trung tâm của mặt cắt đó. Mọi giá trị kích thước đều được nhập theo hệ tọa độ tham khảo này - Khi mỗi phần tử Frame được tạo ra đều được SAP2000 gắn cho một hệ trục tọa độ địa phương có các trục là 1 (màu đỏ), trục 2 (màu trắng) và trục 3 (màu xanh). Và SAP luôn hiểu rằng các trục quán tính trung tâm (2-2 và 3-3) của mặt cắt ngang sẽ cùng hướng với hướng của các trục toạ độ tương ứng (2 và 3) của hệ toạ độ địa phương này. Khi định nghĩa Vị trí các măt phẳng qtctt theo như SAP hiểu mặt cắt
Việc khai báo cho các § ¸nh sè thø tù cho phtö phần tử Frame có thể là: - Do SAP tự gán (bằng các K hai b¸o mÆc¾ tt (Define Section) giá trị mặc định) - Do NSD khai báo lại Chän h× d¹ng m t c¾ nh Æt SAP tù ® éng bằng cách chọn các phần §Þ nh x¸c ® c¸c Þ nh tử muốn khai báo, rồi gọi nghÜa sè liÖ cÇ un NhËp kÝ th í c m t c¾ ch Æt lệnh Assign>Frame>… xong phÇ n thiÕ cho viÖ t c tö Frame tÝ to¸n KC nh Khai b¸o vÒvËt liÖu (EF, EJ…) Chän vËt liÖ lµm m t c¾ u Æt (Define Material) C¸ch cÊu t¹o cèt thÐp Nhận xét : Khi khai báo Chän h í ng c¸c trôc cña hÖto¹ ® é ® ph ¬ cña phÇ tö (Local Þa ng n đầy đủ các số liệu này thì Axis) các phần tử Frame sẽ có cách ứng xử tương đương với cấu kiện dạng C¸c khai b¸o kh¸c vÒ: sù gi¶i thanh trong thực tế. phãng liªn kÕ vï ng cøng, sè t, l î ng MC cÇ xuÊt sè liÖ n u...
Ma trận độ cứng phần tử Frame Trong hệ toạ độ địa phương (Ma trận độ cứng phần tử [Ke] cho biết quan hệ giữa nội lực và chuyển vị của phần tử) Nhận xét : Khi đã khai báo đầy đủ các số liệu về phần tử Frame như trên, SAP2000 có thể tự động xác định các số liệu như EF, EJ,…rồi từ đó xác định ma trận độ cứng phần tử,.. Và tiến hành phân tích kết cấu.
KHAI BÁO CÁC THÔNG TIN VỀ MẶT CẮT CỦA PHẦN TỬ FRAME 1. Các bước thực hiện. Bước 1: Khai báo các loại mặt cắt dự tính sẽ sử dụng trong mô hình. Mỗi loại mặt cắt là một hình phẳng có 2 trục quán tính chính trung tâm lần lượt là 2-2 và 3-3. Khi khai báo mỗi loại mặt cắt, ta phải khai báo: Dạng mặt cắt và kích thước hình học tương ứng, Loại vật liệu sử dụng để tạo ra mặt cắt đó và cách cấu tạo cốt thép nếu cần. Bước 2: Gán cho mỗi phần tử Frame tên của một loại mặt cắt nào đó mà ta đã tạo ra (khai báo) trước đó. Bước 3: Xác định vị trí cụ thể của các mặt phẳng quán tính chính trung tâm của các phần tử Frame sao cho giống như sự làm việc của cấu kiện này trong thực tế bằng cách điều chỉnh lại hướng của các trục tọa độ địa phương 2-2 và 3-3 của phần tử này (nếu cần).
2.1. BƯỚC 1 : Khai báo các loại mặt cắt của phần tử Frame (Frame Section) dự định sẽ được sử dụng trong mô hình. Trong SAP, có thể khai báo một phần tử Frame có dạng mặt cắt thuộc một trong các kiểu như sau :
Để quản lý các khai báo về các loại mặt cắt của các phần tử Frame (Frame Section), ta gọi lệnh : Define>Frame Sections… SAP mở hộp thoại “Define Frame Section”. Trong hộp thoại này ta có thể : - Xoá bỏ các loại mặt cắt (Delete Section). - Xem hay sửa đổi lại các khai báo về các loại mặt cắt (Show/Modify Section). - Khai báo thêm các loại mặt cắt có thể sẽ được dùng trong mô hình bằng một trong hai cách : Tạo mới một loại mặt cắt (cách 1 - Add ... Section) hay nhập một loại mặt cắt từ thư viện các loại mặt cắt có sẵn của SAP2000 (cách 2 - Import… Section)
Cách 1 : Khai báo thêm các loại mặt cắt có thể sẽ được dùng trong mô hình bằng cách Tạo mới từ đầu (Add ... Section)
Cách 2 : Khai báo thêm một loại mặt cắt có thể sẽ được dùng trong mô hình bằng cách nhập từ thư viện các loại mặt cắt có sẵn của SAP2000 (Import… Section)
2.2. BƯỚC 2 : Gán cho mỗi phần tử Frame tên của một trong các loại mặt cắt đã được khai báo trước đó. Chọn các phần tử Frame muốn gán mặt cắt, sau đó chọn: Assign>Frame>Section.. SAP mở hộp thoại “Define Frame Section”. Chọn một trong các dạng mặt cắt đã khai báo trong hộp danh sách “Name” rồi nhấn OK, hộp thoại đóng lại và các phần tử đã chọn liền được gán dạng mặt cắt đã chọn trong hộp danh sách. 2.3. BƯỚC 3 : Khai báo hệ toạ độ địa phương để xác định cách bố trí mặt cắt ngang của các phần tử Frame trong không gian. a) Cách SAP chọn các trục toạ độ 1, 2 và 3 của phần tử Frame theo MẶC ĐỊNH là: - Trục 1 (màu đỏ) được ưu tiên xác định trước, trục này luôn luôn có phương là phương ij và chiều hướng từ nút đầu i và nút cuối j. - Trục 2 (màu trắng) được ưu tiên xác định kế tiếp, trục này vuông góc với trục 1 và có phương sao cho cùng với trục 1 tạo thành một mặt phẳng (1-2) song song với trục Z (Của hệ toạ độ Global). Chiều trục 2 sẽ hướng theo chiều dương trục Z (khi phần tử Frame này gần nằm ngang) hoặc là chiều dương trục X (Của hệ toạ độ Global) (khi phần tử Frame gần thẳng đứng). - Trục 3 (màu xanh) được xác định cuối cùng, trục này có phương luôn song song với mặt phẳng (X-Y) của hệ trục toạ độ Global. Và chiều sao cho tạo với trục 1 và 2 thành một tam diện thuận.
Chú ý: Hướng của trục 2 và trục 3 của hệ toạ độ địa phương rất quan trọng, vì nó quyết định vị trí của các mặt phẳng quán tính chính trung tâm của phần tử, tức là quyết định hướng chịu lực chính của phần tử trong không gian. Cột (thẳng đứng) có trục 1 theo hướng dương trục Z, trục 2 theo hướng dương trục X của hệ toạ độ Global. (Và suy ra trục 3 theo hướng dương trục Y). Dầm (nằm ngang) có trục 1 theo hướng trục X của hệ toạ độ Global, trục 2 theo hướng dương trục Z của hệ toạ độ Global. (Và suy ra trục 3 theo hướng âm trục Y).
b) Xoay hệ toạ độ địa phương của phần tử Frame Để chương trình có thể tính toán đúng, thì hệ toạ độ địa phương của một phần tử Frame phải có các mặt phẳng toạ độ địa phương (Local Axis) trùng với các mặt phẳng quán tính chính trung tâm của mặt cắt của phần tử Frame trong thực tế. Do vậy, nếu không phải như vậy thì ta phải xoay hệ toạ độ địa phương đó lại (tất nhiên là quanh trục 1 của nó) một góc nào đó Giá trị góc xoay quanh trục 1 của hệ toạ độ địa phương phải được xác định cẩn thận. Nếu gọi trục 2 là trục mặc định do SAP tự động gán cho phần tử Frame khi vừa tạo ra, còn trục 2’ là trục quán tính chính trung tâm của mặt cắt của phần tử cần có trong thực tế (tức trục 2’ chính là vị trí mà trục 2 cần xoay tới). Lúc đó góc xoay sẽ là góc tính từ trục 2 xoay đến trục 2’ và có giá trị dương nếu xoay theo chiều quay thuận của cái vặn nút chai khi tiến theo chiều dương trục 1
QUI ƯỚC DẤU CỦA CÁC THÀNH 1. PHẦN NỘI LỰC CỦA PTỬ FRAME Nhận xét chung. - Trong trường hợp tổng quát, tại một mặt cắt bất kỳ của các phần tử FRAME sẽ có 6 thành phần nội lực là: lực dọc (Axial Force; P); lực cắt theo phương 1 và 2 (Shear 2 & 3), mômen uốn quanh trục 2 và 3 (Moment 2 & 3), mômen xoắn quanh trục 1 (Torsion). Các thành phần nội lực này sẽ được SAP tính được sau khi đã phân tích xong mô hình. - Chiều của các thành phần nội lực được tính căn cứ theo chiều của các trục của hệ tọa độ địa phương của từng phần tử Frame.
Ví dụ khai báo kết cấu khung không gian. - Phân tích nội lực (Analysis) cho kết cấu khung không gian BTCT như trong hình vẽ. Cho biết các cấu kiện của các kết cấu này đều được làm bằng vật liệu BTCT có: Mô- đun đàn hồi E=2,65.109 kgf/m2; hệ số Poát- xông = 0,18; Trọng lượng riêng: 2500 kgf/m3. + Các dầm theo phương x thuộc loại mặt cắt D1 (20x40cm) + Các dầm theo phương y thuộc loại mặt cắt D2 (20x35cm). + Hai cột ở sảnh thuộc loại cột tròn C2 (đường kính 30cm). + Các cột còn lại thuộc loại C1 (30x40cm). Mặt phẳng làm việc chính của cột nằm trong mặt phẳng OXZ của hệ tọa độ Global (tức trục 2-2 của các cột này phải song song với mặt phẳng OXZ)