Phần mềm tính toán kết cấu SAP 2000 - Chương 2 doc

BAèI GIANG HD Sặ DUNG PM SAP2000 CHặNG II


GV-LặU VN CAM
Trang

9
CAO ểNG NG Aẽ

CHNG II
NHNG NH NGHA C S
************************
I. H TRC TA (Coordinate System)
1. H trc ta ủ tng th (Global Coordinate System).
L h ta ủ vuụng gúc 3 chiu v tuõn theo qui tc bn tay phi (ngún cỏi l
trc X, ngún tr l trc Y, ngún gia l trc Z).
Thụng thng trc Z hng lờn trờn. Ta cú th thay th trc hng lờn l trc
X, Y bng cỏch vo Options\3D View Up Direction\X(Y) (chc nng ny thng
ủc dựng khi chuyn mụ hỡnh kt cu ủc to t AutoCAD sang).
H trc ta ủ tng th l duy nht trong mt bi toỏn phõn tớch kt cu.
2. H trc ta ủ ph (Altermater Coordinate System).
L h ta ủ vuụng gúc 3 chiu v tuõn theo qui tc bn tay phi.
H trc ta ủ cú th do ta ủnh ngha (Options\Set Coordinate) hoc cú
ủc khi ta thờm mt kt cu ph t nhng mu kt cu (Add to Model From
Template).
V trớ v phng ca nú ủc xỏc ủnh theo trc ta ủ tng th.
i vi kt cu m h trc ta ủ tng (HTTTT) ủi kốm thờm mt s h
trc ta ủ ph (HTTP) thỡ mun chuyn s lm vic t HTTTT sang
HTTP hoc ngc li thỡ vo Options\Set Coordinate.
Mun tt hoc hin th h trc ta ủ ta vo View\Show Axes.
3. H trc ta ủ ủa phng (Local Coordinate System).

3.1 Vi nỳt:
Cỏc trc ca h ta ủ ủa phng ủc ủỏnh s th t l 1, 2, 3. Vi mu
sc qui c: 1-ủ, 2-trng, 3-xanh.
H trc ta ủ ủa phng ca nỳt 123 thng cú phng ging h trc tng
th XYZ (tng ng 1-X, 2-Y, 3-Z),tuõn theo qui tc bn tay phi (ngún cỏi l trc
1, ngún tr l trc 2, ngún gia l trc 3) v ta cú th thay ủi phng ca trc ny.
Ngoi vic dựng ủ ủnh ngha bc t do (Degrees of freedom), liờn kt
(Restrains), ủc tớnh (Properties), lc tỏc dng (Load) ti nỳt v lm rừ kt qu
ta ủ nỳt (Joint output) thỡ h trc ta ủ ủa phng ca nỳt cũn dựng cho cỏc
trng hp:
+ To liờn kt nghiờng (Skewed Restraints).
+ To liờn kt rng buc ủng chuyn v nỳt (Constraints).
+ To trc lm vic cho khi tp trung (Joints mass)
+ Xỏc ủnh rừ rng thnh phn theo trc ta ủ ca kt qu chuyn v v lc ti
nỳt ủc xut ra (Joints displacement and force output).
BAÌI GIAÍNG HD SÆÍ DUÛNG PM SAP2000 CHÆÅNG II


GV-LÆU VÀN CAM
Trang

10
CAO ÂÀÓNG ÂÄNG AÏ

• ðể hiển thị hệ trục tọa ñộ ñịa phương của nút ta vào View\Set Element, kích
chọn Local Axes ở Joints. ðể tắt sự hiển thị ta vào lại ñể kích bỏ sự chọn.
3.2 Với phần tử Frame.
• Trục tọa ñộ phần tử Frame dùng ñể gán lực tác dụng, tải nhiệt ñộ, kết quả
xuất nội lực.
• Các trục

của hệ tọa ñộ
ñịa phương
ñược ñánh số
thứ tự là 1, 2, 3.
Với màu sắc
quy ước: 1-ñỏ,
2-trắng, 3-
xanh.
• Trục 1
nằm dọc theo
chiều dài của
phần tử (từ nút i
ñến nút j), trục
2, 3 ñược xác
ñịnh tùy thuộc
vào mối quan hệ giữa trục 1 và trục Z:
+ Mặt phẳng ñịa phương 1-2 luôn thẳng ñứng (song song với trục Z).
+ Khi phần tử nằm ngang thì trục 2 hướng lên (+Z). Khi phần tử thẳng ñứng thì
trục 2 nằm ngang theo hướng +X.
+ Trục 3 luôn nằm ngang (song song mặt phẳng X-Y).
• ðể xác ñịnh tư thế làm việc của phần tử Frame còn có góc tọa ñộ
(Coordinate angle). ðó là góc quay của trục 2, 3 quanh trục 1. Giá trị góc quay
tuân theo quy tắc vặn nút chai (chiều tiến nút chai là chiều trục 1, chiều quay của
nút chai là chiều dương của trục 2, 3 quay quanh trục 1).
• ðể hiển thị hệ trục tọa ñộ ñịa phương của phần tử Frame ta vào View\Set
Element, kích chọn Local Axes ở Frames. ðể tắt ta làm ngược lại.
• Thay ñổi tọa ñộ của phần tử (tư thế làm việc) ta vào Assign\Frame\Local
Axes.
3.3 Với phần tử Shell.
• Trục tọa ñộ phần tử Shell dùng ñể gán lực tác dụng, tải nhiệt ñộ, kết quả xuất

nội lực.
• Các trục của hệ tọa ñộ ñịa phương ñược ñánh số thứ tự là 1, 2, 3. Màu sắc
quy ước: 1-ñỏ, 2-trắng, 3-xanh.
Hệ trục tọa ñộ ñịa phương của phần tử Frame
X
Y
Z
Trục 2
Trục 3
Trục 1
ðiểm j
ðiểm i
Mặt phẳng 1-2
Mặt phẳng 1-3
BAÌI GIAÍNG HD SÆÍ DUÛNG PM SAP2000 CHÆÅNG II


GV-LÆU VÀN CAM
Trang

11
CAO ÂÀÓNG ÂÄNG AÏ

• Hệ tọa ñộ ñịa phương của phần tử Shell có trục 1, 2 nằm trong mặt phẳng
phần tử còn trục 3 nằm vuông góc với mặt phẳng phần tử.
• Chiều
dương của
trục 3 ñược
xác ñịnh
theo quy tắc

“vặn nút
chai” (quay
nút chai theo
chiều từ nút
1 sang 2
sang 3 thì
chiều tiến là
chiều của trục 3).
• Hướng mặc ñịnh của trục 1 và 2 ñược xác ñịnh bởi mối quan hệ giữa trục 3
và trục tổng thể Z như sau:
+ Mẳng phẳng 2-3 hướng thẳng ñứng (song song với trục Z).
+ Khi phần tử Shell hướng thẳng ñứng thì trục 2 hướng lên (hướng trục Z), khi
phần tử Shell nằm ngang thì trục 2 nằm ngang theo hướng Y.
+ Trục 1 nằm ngang (song song mặt phăng X-Y).
• Góc tọa ñộ của phần tử Shell (Coordinate Angle) dùng ñể ñịnh hướng phần
tử so với hướng mặc ñịnh bên trên, là góc quay của 1 và 2 quanh trục 3 so với
hướng mặc ñịnh. Sự quay này tuân theo quy tắc vặn nút chai (chiều tiến nút chai là
chiều trục 3 thì chiều quay nút chai là chiều quay dương của trục 1 và 2).
• ðể hiển thị hệ trục tọa ñộ ñịa phương của phần tử tấm vỏ ta vào View\Set
Element, kích chọn Local Axes ở Shells. ðể tắt sự hiển thị ta vào lại ñể kích bỏ sự
chọn ñó.
ðể xoay góc tọa ñộ của phần tử Shell ta vào Assign\Shell\Local Axes.
II. TỌA ðỘ MỘT ðIỂM (Joint Coordinates).
1. Hệ tọa ñộ vuông góc.
Tọa ñộ của một ñiểm trong hệ tọa
ñộ vuông góc ñược ñịnh nghĩa:
M(x,y,z).

Hệ trục tọa ñộ ñịa phương của phần tử Shell
X

Y

Z

Z

3

2

3

2

1

1

Khi phần tử Shell ñứng
Khi ph
ần tử Shell ngang
Hệ trục tọa ñộ vuông góc
X

Y

Z

z

x

y

M

BAÌI GIAÍNG HD SÆÍ DUÛNG PM SAP2000 CHÆÅNG II


GV-LÆU VÀN CAM
Trang

12
CAO ÂÀÓNG ÂÄNG AÏ

Hệ lưới hình lăng trụ Hệ lưới hình trụ
2. Hệ tọa ñộ trụ.
Tọa ñộ của một ñiểm trong hệ tọa ñộ trụ ñươc ñịnh nghĩa: M(z,r,ϕ
ϕϕ
ϕ).
3.Tọa ñộ cầu.
Tọa ñộ của một ñiểm trong hệ tọa ñộ cầu ñươc ñịnh nghĩa: M(r,ϕ
ϕϕ
ϕ,θ

θθ
θ).
III. HỆ LƯỚI (Grid System).
• Là hệ khung dây hình lăng trụ và hình trụ.
• Nhiệm vụ của hệ lưới là giúp ta xác ñịnh chính xác vị trí của nút, phần tử,
giúp ta tạo thêm nút, phần tử một cách nhanh chóng và chính xác.



















Hệ trục tọa ñộ trụ
Y

Z

z

j

r

M

X

Hệ trục tọa ñộ cầu
X

Y

Z

j

r

M

q

BAÌI GIAÍNG HD SÆÍ DUÛNG PM SAP2000 CHÆÅNG II


GV-LÆU VÀN CAM
Trang

13
CAO ÂÀÓNG ÂÄNG AÏ

• ðể tắt hay mở chế ñộ hiển thị hệ lưới ta vào View\Show Grid (hoặc F7).
• ðể hiệu chỉnh ñường lưới (thêm ñường lưới hay thay ñổi kích thước) ta vào
Draw\ Edit Grid (hoặc Shift+F7).

IV. LIÊN KẾT (Restraints).
• Một nút trong liên kết có 6 thành
phần chuyển vị gồm: 3 chuyển vị tịnh
tiến theo 3 trục ñịa phương: U1, U2, U3
và 3 chuyển vị xoay quanh 3 trục ñịa
phương là R1, R2, R3. Những thành
phần chuyển vị này còn gọi là bậc tự do
của nút.


• Bậc tự do của nút trong các dạng
kết cấu khác nhau. (xem bảng)
LOẠI PHẦN TỬ Các thành phần chuyển vị
UX UY UZ RX RY RZ
Khung dầm phẳng (mặt phẳng X - Y)
0 0 1 1 1 0
Khung dầm phẳng (mặt phẳng Y - Z)
1 0 0 0 1 1
Khung dầm phẳng (mặt phẳng Z - X)
0 1 0 1 0 1
Khung dầm không gian
0 0 0 0 0 0

Hệ dầm giao nhau
1 1 0 0 0 1
Tấm vỏ
0 0 0 0 0 0
Trong ñó: 0_thành phần chuyển vị tự do.
1_thành phần chuyển vị bị khống chế.
• Việc khống chế các bậc tự do này còn ñược gọi là liên kết.

6 bậc tự do của nút
U1

R1

R2

U2

U3

R3

Các dạng liên kết
Ngàm
Kh
ớp
c
ố ñịnh
Kh
ớp
di

ñộng
Kh
ớp
di
ñộng
Kh
ớp
c
ố ñịnh
Ngàm
BAÌI GIAÍNG HD SÆÍ DUÛNG PM SAP2000 CHÆÅNG II


GV-LÆU VÀN CAM
Trang

14
CAO ÂÀÓNG ÂÄNG AÏ

V. VẬT LIỆU (Materials).
• Vật liệu trong tính toán kết cấu bao gồm: vật liệu ñẳng hướng và vật liệu
không ñẳng hướng.
• Vật liệu bêtông, thép trong phân tích kết cấu ñược xem là ñẳng hướng.
• Các tính chất ñược ñưa vào trong phân tích kết cấu là:
Bêtông cốt thép
• Analysis Property Data: Dữ liệu phân tích.
+ Mass density: Khối lượng riêng quán tính, chỉ áp dụng cho bài toán
ñộng.
+ Weight density: Trọng lượng riêng, dùng ñể tính toán trọng lượng bản
thân của kết cấu.

+ Modulus of lasticity: Mô ñun ñàn hồi.
+ Poisson
,
s ratio: Hệ số Poát-xông.
+ Coeff of thermal espansion: Hệ số giãn nở vì nhiệt, dùng ñể phân tích
bài toán có tác dụng nhiệt.
• Design Property Data: Dữ liệu thiết kế.
+ Reinforcing yeild stress, fy: Cường ñộ chịu kéo của cốt thép.
+ Conrecte strength, fc: Cường ñộ chịu nén của bêtông.
+ Shear steel yield stress, fys: Cường ñộ chịu cắt của cốt thép.
+ Concrete shear strength, fcs: Cường ñộ chịu cắt của bêtông.

VI. PHẦN TỬ.
• Frame : có chiều dài lớn rất nhiều so với kích thước mặt cắt (dầm,
cột, thanh).
• Shell : có kích thước các cạnh lớn rất nhiều so với ñộ dày của phần tử.
• Plane : khối, chỉ xét ñến ứng suất phẳng và biến dạng phẳng của phần tử
khối.
• Solid : khối.

VII. DẠNG LỰC TÁC DỤNG.
1. Nút.
• Lực tập trung và mômen tập trung.
• ðối với lực tập trung (Force), chiều
dương của lực trùng với chiều của trục tọa ñộ.
ðược ký hiệu là vectơ 1 mũi tên (hình 1)
• ðối với mômen tập trung chiều dương
tuân theo qui tắc vặn nút chai (chiều quay của
1) 2)
BAÌI GIAÍNG HD SÆÍ DUÛNG PM SAP2000 CHÆÅNG II

GV-LÆU VÀN CAM
Trang

15
CAO ÂÀÓNG ÂÄNG AÏ

mômen trùng với chiều quay của nút chai thì chiều tiến của nút chai là chiều dương
của mômen). ðược ký hiệu là vectơ 2 mũi tên (hình 2)
2. Phần tử Frame.
• Lực tập trung (Point) tại phần tử.
+ ðối với lực tập trung, chiều dương của
lực trùng với chiều của trục tọa ñộ. ðược ký
hiệu là vectơ 1 mũi tên.
+ ðối với mômen tập trung chiều dương
tuân theo qui tắc vặn nút chai. ðược ký hiệu là
vectơ 2 mũi tên.
• Lực phân bố ñều (Uniform) trên phần tử.
• Lực phân bô không ñều (Trapexoidal).
3. Phần tử Shell.
• Lực phân bố ñều (Uniform) là lực tác dụng trên toàn bộ phần tử Shell.
Phương của lực tác dụng có thể chọn theo phương của tọa ñộ tổng thể XYZ hoặc
phương của tọa ñộ ñịa phương 1 2 3.
• Ap lực (Pressure) là lực tác dụng trên toàn bộ phần tử Shell và luôn vuông
góc với mặt phẳng 1-2 của phần tử.

VIII. CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI TĨNH – Static Load Case.
• Một kết cấu làm việc trong thực tế thường chịu nhiều trường hợp tải trọng tác
dụng khác nhau: trọng lượng bản thân, hoạt tải sử dụng, gió, ñộng ñất…

• Theo TCVN các trường hợp tải trọng ñược phân loại như sau:
+ Tải trọng thường xuyên: là gồm khối lượng kết cấu chịu lực và khối
lượng kết cấu bao che. Khối lượng và áp lực của ñất (ñất lấp và ñất ñắp).
+ Tải trọng tạm thời:
 Tải trọng tạm thời dài hạn: khối lượng máy móc, thiết bị, vật dụng, các
khối lượng ñặc biệt khác ñược dùng trong suốt quá trình sử dụng công trình.
 Tải trọng tạm thời ngắn hạn: gió, khối lượng người, thiết bị, vật liệu
trong quá trình sửa chữa thiết bị ñang sử dụng trong công trình. Khối lượng nảy
sinh trong quá trình xây lắp.
 Tải trọng ñặc biệt: ñộng ñất, nổ….
• ðịnh nghĩa các trường hợp tải ta vào Define\Static Load Case.
Moments
Uniform Point Trapexoidal
BAÌI GIAÍNG HD SÆÍ DUÛNG PM SAP2000 CHÆÅNG II


GV-LÆU VÀN CAM
Trang

16
CAO ÂÀÓNG ÂÄNG AÏ

•
Những ký hiệu nhãn sai:
-0
000
A-03
123÷567
-05001
ABC.123

IX. TỔ HỢP TẢI TRỌNG- Load Combination.
• Ta biết rằng có nhiều trường hợp tải trọng tác dụng lên kết cấu nhưng không
phải lần lượt hay ñồng loạt các trường hợp tải tác dụng lên kết cấu mà có khả năng:
một trường hợp tải, hai trường hợp tải, ba trường hợp tải cùng tác dụng ngoài ra
mỗi khả năng trên sẽ gây ra những nguy hiểm ở các vị trí khác nhau cho kết cấu.
Nó giúp ích cho ta trong việc thiết kế một cách chính xác và an toàn. Những khả
năng ñó gọi là tổ hợp tải trọng.
• Theo TCVN ta phân biệt hai dạng tổ hợp:
+ Tổ hợp cơ bản: gồm tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn,
tải trọng tạm thời ngắn hạn.
+ Tổ hợp ñặc biệt: gồm tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài
hạn,tải trọng tạm thời ngắn hạn va tải trọng ñặc biệt.
• ðịnh nghĩa các trường hợp tải ta vào Define\Load Combination.

X. NHÃN - Label.
• Nhãn là tên của các thực thể trong một kết cấu như nút, phần tử, lực.
• ðây là chúc năng cực kỳ hay trong việc quản lý kết quả xuất ra của từng phân
tử.
• Quy tắc ký hiệu tên nhãn:
+ Mỗi nhãn gồm một ñến bảy chữ /số.
+ Không có khoảng trống hay ký hiệu trong nhãn (-,+,$,#,@ )
+ Chữ viết hoa hay viết thường ñều như nhau (A3 giống a3).
+ Nhãn không chứa toàn bộ là số 0.
+ Số 0 ñứng trước nhãn thì cũng xem như không có (0A3 giống A3).
+ Có thể ñặt tên giống nhau cho các thực thể khác nhau.
• Những ký hiệu nhãn ñúng:
I
A03
33B
123x567

Corner
STEEL
• Quy luật ñánh thứ tự tên nhãn:
Khung phẳng:
Nút

Thứ tự nhãn ñược ñánh từ dưới lên trên (+Z) rồi từ trái sang phải (+X).

BAèI GIANG HD Sặ DUNG PM SAP2000 CHặNG II


GV-LặU VN CAM
Trang

17
CAO ểNG NG Aẽ

Qui lut ủỏnh th t tờn nhón cho nỳt v phn t ca khung khụng gian
1

2

3

4

7

12

5

6

8

11

10

9

13

14

15

16

17

21

18

23

20

19

22

24

25

26

1

2

3

4

5

6

12

13

8

14

16

11

7

9

10

15

18

17

Phn Frame
Phn t ct: Th t nhón ủc ủỏnh t di lờn trờn (+Z), t ngoi vo trong
(+Y), t trỏi sang phi(+X).
Phn t dm:
- Dm song song trc X: th t nhón ủc ni tip s th t nhón ca phn t
ct v theo quy lut di lờn trờn (+Z), t trỏi sang phi (+X), ri t ngoi vo
trong (+Y).

- Dm song song trc Y: th t nhón ủc ni tip s th t nhón ca phn t
dm song song trc X v theo quy lut di lờn trờn (+Z), t ngoi vo trong (+Y)
ri t trỏi sang phi (+X).
Ta cú th thay ủi ký t trong nhón v quy lut phỏt trin ca nú. Vo
Edit\Change Label.
Khi to thờm phn t hay thờm kt cu cho bi toỏn ta ủt tờn nhón cho phn
thờm ny thỡ vo Draw\New Label.

XI. C TRNG MT CT PHN T Section.
1. Phn t Frame.
c trng mt ct phn t Frame gm:
+ Tờn (Section Name): ta bit nhón l tờn th t ca phn t cũn ủõy tờn ủc
trng mt ct l tờn ca mt hay nhiu phn t cú cựng nhn ủc trng, tớnh cht.
+ Vt liu (Material): bờtụng, thộp hay mt loi vt liu khỏc.
+ Dng mt ct (Type): trũn, ch nht, ng
+ Kớch thc (Dimensions): tựy theo dng mt ct nh th no m ta phi khai
bỏo mt s kớch thc, ủ ủ hỡnh thnh nờn dng mt ct.
BAÌI GIAÍNG HD SÆÍ DUÛNG PM SAP2000 CHÆÅNG II


GV-LÆU VÀN CAM
Trang

18

CAO ÂÀÓNG ÂÄNG AÏ

2. Phân tử Shell
• ðặc trưng mặt cắt phần tử Shell gồm:
+ Tên (Section Name): ta biết nhãn là tên thứ tự của phẩn tử còn ở ñây tên ñặc
trưng mặt cắt là tên của một hay nhiều phần tử có cùng nhữn ñặc trưng, tính chất.
+ Vật liệu (Material): bêtông, thép hay một loại vật liệu khác.
+ Dạng làm việc (Type): kiểu Shell, Plate, Membrane.
+ Kích thước (Thickness): ñối với loại phần tử Shellta quan tâm ñến ñộ dày
chịu uốn (Bending) và ñộ dày chịu căng (Membrace).

XII. PHẢN LỰC TẠI LIÊN KẾT VÀ NỘI LỰC TRONG PHẦN TỬ.
1. Phản lực tại nút.
• F1, F2, F3: lực dọc theo các trục tọa ñộ ñịa phương của ñiểm, chiều dương
của lực trùng với chiều của trục tọa ñộ. ðược ký hiệu là vectơ 1 mũi tên.
• ðối với mômen tập trung chiều dương tuân theo quy tắc vặn nút chai.
• M1, M2, M3: mô men quay quanh các trục tọa ñộ ñịa phương của ñiểm.
Chiều của nó tuân theo qui tắc vặn nút chai. ðược ký hiệu là vectơ 2 mũi tên.
• Thông thường hệ tọa ñộ ñịa phương của nút có phương các trục trùng với
phương các trục của hệ tọa ñộ tổng thể nên F1, F2, F3, M1, M2, M3 tương ứng
FX, FY, FZ, MX, MY, MZ.
2. Nội lực trong phần tử Frame.
•
••
• P: lực dọc.
•
••
• V2: lực cắt trong mặt phẳng 1-2.
•
••

• V3: lực cắt trong mặt phẳng 1-3.
•
••
• T: mô men xoắn.
•
••
• M2: mô men uốn trong mặt phẳng 1-3 (quanh trục2).
•
••
• M3: mô men uốn trong mặt phẳng 1-2 (quanh trục3).
3. Nội lực trong phần tử Shell.
•
••
• F11, F22: lực dọc trong mặt gây căng tương ứng trục 1, 2.
•
••
• F12: lực cắt trong mặt gây căng.
•
••
• M11, M22: mô men uốn quay quanh tương ứng trục 2, 1.
•
••
• M12: mô men xoắn quanh trục 3.
•
••
• V13, V12: lực cắt ngang.
Lưu ý: những giá trị lực và mô men này là giá trị lực và mô men trên một ñơn
vị dài mặt phẳng.