Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000

Tham khảo bài viết 'tính toán và thiết kế kết cấu bằng sap2000', kỹ thuật - công nghệ, kiến trúc - xây dựng phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA XÂY DỰNG DD&CN --------- –&— ----- TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN Đà Nẵng 2006 Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU (SAP2000 - BASIC ANALYSIS REFERENCE) Người sử dụng các phần mềm nói chung và Sap2000 nói riêng cần phải hiểu một cách tường tận bản chất của các phần mềm và phải kiểm tra một cách độc lập kết quả tính toán để đảm bảo tính chính xác. Quyết định cuối cùng vẫn phải là của con người bằng các kiến thức tổng hợp. I. Phương pháp phần tử hữu hạn 1. Khái niệm chung: Phương pháp PTHH được ứng dụng tính kết cấu với sự trợ giúp của máy tính, ra đời vào năm 1970. Phương pháp này dùng mô hình rời rạc để lý tưởng hoá kết cấu thực. Thực hiện rời rạc hoá kết cấu bằng cách chia kết cấu liên tục thành hữu hạn các miền hoặc các kết cấu con gọi là phần tử hữu hạn. * Đối với hệ thanh : phần tử hữu hạn là thanh. * Đối với kết cấu tấm : phần tử hữu hạn là tấm tam giác, chữ nhật .v.v. Sau khi rời rạc hoá, giả thiết các phần tử hữu hạn chỉ nối với nhau tại một số điểm quy định (thường là các đầu hoặc góc của phần tử) gọi là nút. Toàn bộ tập hợp các phần tử hữu hạn gọi là lưới phần tử. Số lượng phần tử ảnh hưởng đến số ẩn số của bài toán. 2. Trình tự giải bài toán kết cấu bằng phần mềm PTHH: a. Bước 1 : Chuyển từ sơ đồ kết cấu sang sơ đồ tính : Xác định yêu cầu tính toán, các kết quả cần tìm. Xác định dạng hình học của kết cấu. Xác định tải trọng, các đặc trưng của vật liệu ... b. Bước 2 : Rời rạc hoá kết cấu, chọn loại phần tử thích hợp : Đánh số các điểm nút, các phần tử. Phân chia các trường hợp tải trọng (các phương án của hoạt tải). Nhập dữ liệu. c. Bước 3 : Thực hiện giải bài toán : Khai báo các thông số tính toán, các bậc tự do hoạt động... Kiểm tra độ chính xác của kết quả. Hiệu chỉnh lại dữ liệu nếu cần. d. Bước 4 : Biểu diễn kết quả bằng hình vẽ. In kết quả hoặc xuất ra file, xử lý các file kết quả nếu cần. Sử dụng kết quả. - Trang 1 - Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Khi giải một bài toán bằng phương pháp Phần tử hữu hạn, việc nhập dữ liệu tốn rất nhiều thời gian và công sức, nếu có sai sót rất khó phát hiện, nên cần chuẩn bị số liệu thật kỹ, sơ đồ tính phải vẽ một cách rõ ràng, việc nhập số liệu phải cẩn thận. Bước 1 Xác định các yếu tố đầu vào Bước 2 Thực hiện bước nhập số liệu. Nhập : - Dữ liệu điều khiển - Dữ liệu nút - Dữ liệu phần tử - Dữ liệu tải trọng ... Bước 3 Thực hiện giải và kiểm tra kết quả Bước 4 Biểu diễn xuất kết quả II. Phần mềm phân tích và thiết kế kết cấu Sap2000 1. Lịch sử hình thành : Phiên bản đầu tiên của chương trình được mang tên SAP (Structural Analysis Program: Chương trình phân tích kết cấu) vào năm 1970, sau đó xuất hiện SAP3, SAP-IV, SAP86, SAP90 và gần đây nhất là SAP2000 V10. SAP2000 tích hợp chức năng phân tích kết cấu (tính phản lực, nội lực, chuyển vị, dao động ...) bằng phương pháp PTHH với chức năng thiết kế kết cấu (tính toán cốt thép đối với kết cấu bê tông cốt thép và chọn tiết diện đối với kết cấu thép), SAP2000 cũng đã bổ sung thêm các loại kết cấu mẫu để việc vào số liệu cho bài toán được nhanh hơn. Giao diện của SAP2000 rất trực quan và được thực hiện hoàn toàn trên môi trường Windows (SAP86 thực hiện việc nhập dữ liệu trên Dos, SAP90 nhập số liệu trên Windows nhưng tính toán và xem kết quả nội lực trên Dos) 2. Khả năng của phần mềm SAP2000 : Sap2000 cung cấp nhiều tính năng mạnh để mô hình và tính toán nhiều kết cấu thường gặp trong thực tế : Dầm, Khung phẳng, Khung không gian, Sàn, Dàn phẳng, Dàn không gian, Dầm trên nền đàn hồi (dầm móng băng), kết cấu vỏ mỏng (mái che, bể nước, xilô...), kết cấu khối (đê, đập ...) ... Vật liệu có thể tuyến tính đẳng hướng hoặc trực hướng, hoặc phi tuyến. Tải trọng bao gồm lực tập trung tại nút, lực phân bố đều hoặc phân bố dạng hình thang trên thanh, tải trọng do áp lực của chất lỏng hoặc khí. Tải trọng có thể tác dụng tĩnh hoặc tác dụng động, có vị trí bất động hoặc di động ... - Trang 2 - Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 Mô hình tính không hạn chế số nút và số phần tử nếu dung lượng trống ổ cứng còn nhiều. Các phân tích cho bài toán bao gồm : phân tích tĩnh, phân tích động (tính tần số dao động, tính nội lực động ...) ... SAP2000 có 4 phiên bản : + Bản phi tuyến (Nonlinear) : đầy đủ các chức năng + Bản nâng cao (Advanced) : Thiếu chức năng phân tích phi tuyến. + Bản chuẩn (Standard) : Thiếu chức năng phân tích phi tuyến, mô hình tính giới hạn số nút Tính toán và thiết kế kết cấu bằng Sap2000 IV. Hệ toạ độ sử dụng trong Sap2000 : 1. Hệ toạ độ tổng thể (Global System): Tất cả toạ độ của các phần tử trong mô hình đều được xác định thông qua một hệ toạ độ chung gọi là hệ toạ độ tổng thể XYZ. Ngoài hệ toạ độ tổng thể, người sử dụng có thể định nghĩa thêm các hệ to ...