Hướng dẫn sử dụng Sap 2000 (phần 1)

Các vấn đề cơ bản

1. Những khái niệm cơ bản

1.1. Sơ đồ kết cấu - sơ đồ tính

1.1.1. Nút (Joint)

a/ Vị trí của nút:

 Điểm liên kết các phần tử .

 Điểm thay đổi về đặc trưng vật liệu.

 Điểm cần xác định chuyển vị & điểm có chuyển vị cưỡng bức.

 Điểm xác định điều kiện biên.

 Tải trọng tập trung (trừ tải trọng tập trung trên Frame).

 Khối lượng tập trung.

b/ Khai báo nút trong Phan mem ket cau SAP2000:

 Các nút được tạo tự động khi tạo phần tử .

 Số hiệu nút được gán tự động.

 Có thể thêm nút tại vị trí bất kỳ.

 Hệ toạ độ cho nút có thể lấy mặc định theo hệ toạ độ tổng thể hoặc hệ toạ

độ riêng của nút.

 Nút có các loại hệ toạ độ riêng cho: liên kết, bậc tự do, lực tập trung, khối

lượng tập trung…

c/ Bậc tự do của nút:

 Một nút có 6 bậc tự do: U1, U2, U3 (thẳng); R1, R2, R3 (xoay).

 Chiều dương quy ước của các bậc tự do tương ứng với 6 thành phần trong

hệ toạ độ tổng thể.

 Bậc tự do tính toán (DOF = Degree of Freedom): Số bậc tự do tính toán

của mỗi nút có thể hạn chế theo từng loại sơ đồ (Analyze – Option Def).

 Bậc tự do nào không có tải trọng, liên kết hay điều kiện biên thì SAP tự

động bỏ qua bậc tự do đó.

d/ Một số đối tượng khác liên quan đến nút:

 Các lực tập trung có thể khai báo tại nút (Joint Load).

 Khai báo khối lượng tập trung tại nút (Mass).

 Khai báo các mẫu tải trọng tại nút( Joint Pattern).

e/ Các kết quả phân tích nút:

 Các chuyển vị tại nút.

 Các phản lực tại nút.

 Các lực liên kết tại nút (Forces).

1.1.2. Phần tử: có 4 loại phần tử

a/ Phần tử thanh (Frame)

Là một đoạn thẳng biểudiễn trục của các cấu kiện có 2 nút ký hiệu là i và j

Biểu diễn cho các kết cấu dầm, dàn, khung 2D hoặc 3D.

Mỗi thanh có một hệ toạ độ địa phương riêng mô tả các đại lượng của tiết diện,

tải trọng và kết quả nội lực :

Mặc định: trục 1 (đỏ) theo trục thanh từ i đến j, trục 2 (trắng),trục 3 (xanh)

hợp với nhau theo quy tắc bàn tay phải (hay quy tắc vặn đinh ốc). Nếu so

sánh với hệ toạ độ Đêcác thì

 Trục 1 tương đương với trục X,

 Trục 2 tương đương với trục Y,

 Trục 3 tương đương với trục Z.

Góc toạ độ phần tử: Khi đổi chiều trục 1, nếu xoay trục 2 và 3 một góc

quanh trục 1: Góc là dương nếu chiều xoay từ 2 đến 3 và ngược lại là âm.

 Thanh coi là thẳng đứng nếu góc nghiêng với trục Z không quá 10°.

 Khi vẽ các phần tử nên theo trật tự từ trái sang phải, từ dưới lên trên.

 Thanh có thể có tiết diện không đổi (Primastic) hoặc thay đổi (Non-

Primastic).

 Thanh có thể có các loại liên kết khác nhau tại các nút (Release, Regid)

 Các đặc trưng hình học của phần tử thanh: (do chương trình tự tính nếu dùng

các tiết diện mẫu của SAP)

+ Section modulus : mô men chống uốn

+ Plastic modulus: mô men dẻo

+ Radius of Gyration: bán kính quán tính

 Các loại tải trọng tác dụng lên phần tử thanh:

+ Tải trọng tập trung trên phần tử

+ Tải trọng phân bố (đều hoặc không đều)

+ Trọng lực, tải trọng bản thân

+ Tải trọng nhiệt

+ Tải trọng ứng suất trước

+ Tải trọng động (Response Spectrum & Time history)

+ Tải trọng di động

 Nội lực của phần tử thanh: 6 thành phần: P, V1,V2, T, M22, M33. Với bài

toán phẳng chỉ có 3 thành phần: P,V2, M33.

b/ Phần tử vỏ (shell)

 Có thể có 3 hoặc 4, là mặt phẳng trung bình của các kết cấu loại tấm, vỏ,

bản,… được khai báo qua chiều dày của phần tử.

 Có các loại: (Type)

+ Membrane: phần tử màng chịu kéo (nén), chuyển vị trong mặt

phẳng và xoay quanh trục vuông góc với mặt phẳng phần tử.

+ Plate : phần tử tấm chỉ chịu uốn:( 2 chiều trong mặt phẳng và ngoài

mặt phẳng), chuyển vị theo phương vuông góc với mặt phẳng.

+ Shell: phần tử vỏ không gian có thể chịu cả kéo, nén, uốn.

 Hệ toạ độ riêng của phần tử là: 1 (đỏ), 2 (trắng), 3 (xanh): trục 1 và 2 nằm

trong mặt phẳng, trục 3 luôn vuông góc với bề mặt phần tử.

+ Theo mặc định, trục 3 hướng ra ngoài màn hình hoặc theo phương Z

+ Cũng có thể sử dụng góc phần tử như phần tử thanh.

 Các loại tải trọng tác dụng lên phần tử vỏ:

+ Tải trọng tập trung tại các nút

+ Tải trọng phân bố đều

+ Trọng lực, tải trọng bản thân

+ Tải trọng nhiệt

+ Tải trọng áp lực: có hướng vuông góc với phần tử (Surface Presure),

tải trọng thay đổi theo các điểm nút (Joint Pattern) dùng cho áp lực nước

hoặc tường chắn.

 Nội lực:

+ Có thể có kết quả nội lực hoặc ứng suất tại các nút và theo phương chính

+ Có cáclực dọc màng theo các trục F11, F12 và mô men uốn M11,

M12…tại các điểm nút của phần tử.

+ Kết quả ứng suất cho tai các nút cả thớ trên, thớ dưới của phần tử.

c/ Phần tử khối phẳng (Plan Asolid):

- Có thể có từ 3 đến 9 nút, là mặt phẳng trung bình của phần tử, cho các kết cấu

tấm, tường đê chắn…chịu tải trọng đối xứng trục, biến dạng phẳng và ứng suất

phẳng.

d/ Phần tử khối 3D (solid): 9 nút, dùng cho các kết cấu khối chịu tải trọng 3 chiều.

1.1.3. Liên kết: có các loại liên kết __________sau:

 Liên kết tại giao điểm của các phần tử (nút)

 Liên kết nối đất

 Ràng buộc chuyển vị

a/ Liên kết cứng (Restraints)

 Chuyển vị theo phương các bậc tự do mà nút gán bằng 0, tương ứng

vớicác thành phần phản lực của nút đó.

 Các thành phần gán Restraints có thể có chuyển vị cưỡng bức theo loại

tải trọng Displacement Load( chuyển vị của các bậc tự do có giá trị bằng

chuyển vị cưỡng bức, chuyển vị này cũng gây ra nội lực trong mô hình).

 Liên kết Restraint đảm bảo cho mô hình khác bị biến hình. Nếu kết cấu bị

biến hình, chương trình sẽ thông báo “ Structure to be unstable”.

b/ Liên kết đàn hồi (Spring)

 Cũng có các thành phần chuyển vị:

o Translation U1, U2, U3 = UX, UY, UZ

o Rotation R1, R2, R3 = RX, RY, RZ

 Độ cứng của gối liên kết có giá trị hữu hạn

 Giá trị chuyển vị của liên kết hữu hạn và phụ thuộc vào gối đàn hồi

 Phản lực gối là phản lực đàn hồi

 Loại cũng phải đảm bảo cho kết cấu không bị biến hình

 Gối đàn hồi cũng có thể chịu các chuyển vị cưỡng bức và phản lực đàn

hồi bằng tổng phản lực của 2 chuyển vị

 Không khai báo liên kết nút Restraints trùng với Spring

c/ Ràng buộc chuyển vị:( Constraints)

 Để mô hình làm việc đúng với tính chất thực của nó và không bị biến

hình

 Có các kiểu Constraints :Body, Plan, Diaphragm…

 Giảm số phương trình và khối lượng tính toán.

1.1.4. Tải trọng:

 Tải trọng tĩnh là tải trọng không thay đổi theo thời gian: tải trọng bản

thân, tải trọng tập trung, tải trọng phân bố, áp lực gió…

 Tải trọng động : là tải trọng thay đổi theo thời gian: tải trọng động đất,

gió động, sóng biển, tải trọng xe di động trên cầu.

1.2. Hệ toạ độ:

 Hệ toạ độ tổng thể (Global) có thể là hệ toạ độ Đềcác (kí hiệu X, Y, Z)

hoặc hệ toạ độ cầu, trụ (Z, R, ).

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu Version βeta

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 7

 Hệ toạ độ riêng (Local) kí hiệu 1,2,3 cho các loại phần tử (trừ phần tử

Solid theo hệ toạ độ tổng thể).

* Đặc điểm:

o Chỉ có một hệ Global nhưng có thể có nhiều hệ toạ độ con so với hệ toạ độ

tổng thể.

o Mỗi hệ toạ độ con có thể có những thuộc tính riêng như hệ lưới, gọi thư viện

mẫu, đơn vị và có thể hiện theo từng hệ con.

o Hệ toạ độ Global dùng để vào dữ liệu và hiện kết quả cho nút, lực nút, liên

kết, tải trọng tập trung, tải trọng phân bố, phản lực, chuyển vị gối tựa và

chuyển vị nút.

o Hệ toạ độ riêng dùng để vào dữ liệu cho phần tử, tải trọng trên phần tử, hiện

nội lực của phần tử…

1.3. Đơn vị

 Nên chọn đơn vị trước khi thao tác với quá trình thiết lập sơ đồ kết cấu.

 Có thể dùng nhiều hệ đơn vị khác nhau cho dữ liệu khác nhau trong một sơ

đồ kết cấu.

 Các hệ đơn vị sẽ được chương trình tự động quy về một loại.

 Kết quả đưa ra theo một hệ đơn vị chung (hệ khai báo đầu tiên).

1.4. Những bước chính khi thực hiện phân tích kết cấu

1.4.1. Thiết lập sơ đồ kết cấu

 Xây dựng hệ lưới hoặc chọn thư viện mẫu

 Khai báo vật liệu

 Khai báo các đặc trưng hình học (tiết diện, chiều dày…)

 Vẽ phần tử

 Gán tiết diện cho phần tử

 Khai báo liên kết nối đất

 khai báo các trường hợp tải trọng

 Gán tải trọng cho phần tử đối với từng trường hợp tải trọng: tải trọng bản

thân, tải trọng nút, tải trọng tập trung, tải trọng phân bố đều, tải trọng phân

bố không đều…

 Tổ hợp tải trọng

1.4.2. Phân tích kết cấu:

 Chọn kiểu kết cấu: dàn, khung, vỏ…

 Khai báo một số tham số cần thiết (tham số để tính, in, hoặctham số động)

 Thực hiện phân tích (chạy chương trình)

1.4.3. Xem kết quả


(Nguồn :Đại học bách khoa Đà Nẵng)

[Trở về]

Các tin khác: