giáo trình sap2000V15

Chương 5
ỨNG DỤNG GIẢI CÁC BÀI TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
5.1. Dầm liên tục
5.1.1. Dầm một nhịp
Đề bài: Chiều dài nhịp là 6m chịu tải trọng phân bố đều q=1 T/m đặt tên TT
(tĩnh tải). Dùng vật liệu bêtông cấp độ bền B20 có modul đàn hồi E = 2,7E6 T/m2. Hệ
số Poisson   0,2 . Tiết diện bxh=(20x30)cm.

300

q=1T/m

5000

200

Bài giải
Bước 1: Chọn hệ thống đơn vị
- Chọn đơn vị tính là: Tonf, m, C trên thanh trạng thái phía
dưới, góc phải màn hình:
Bước 2: Tạo mô hình kết cấu
- Dùng kết cấu mẫu có sẵn:
+ File / New model from Template: Hộp thoại New model xuất hiện.

+ Từ Template, chọn mẫu:

95


+ Khai báo các thông số:
. Number of Spans: 1

. Span length: 5.
. Click OK đóng hộp thoại Beam, trên màn hình xuất hiện hai cửa sổ làm
việc, người sử dụng nên đóng cửa sổ phía bên trái màn hình (3D-View) để thuận lợi
cho việc thao tác.

Ta được:

Bước 3: Định nghĩa đặc trưng vật liệu
- Define/ Materials.

- Add New Material…
- Quick Material Definition/ Concrete.
- Khai báo các thông số đặc trưng vật liệu.
Ở đây:
+ Đối với bài toán tĩnh nên cho: Mass per Unit Volume = 0.
96


+ Không xét trọng lượng bản thân: Weight per Unit Volume = 2,5.
+ Modul đàn hồi vật liệu: Moduls of Elasficity = 2,7E6.
+ Hệ số Poisson: Poisson's ratio = 0,2.
+ Hệ số giãn nở nhiệt: Coeff of thermal expansion = 0
- Click OK - OK.

Bước 4: Định nghĩa đặc trưng hình học
- Define / Frame Sections Properties - Frame Sections - Add New Propety.

- Chọn Rectangular – Trong Material chọn BT.
97

- Dementions: khai báo các thông số như sau :
+ Depth (t3): 0,3; Width (t2): 0,2
- Chọn Concrete - Reinforcement
+ Chọn Beam
+ Khoảng cách trọng tâm cốt thép đến:
. Top (đỉnh): 0,06 (6cm); Bottom (đáy): 0,06 (6cm)
- Click OK 3 lần để đóng các hộp thoại.
Bước 5: Gán các đặc trưng vật liệu, mặt cắt cho phần tử
- Chọn các phần tử dầm cần gán đặc trưng vật liệu bằng cách Click vào các
phần tử đó (phần tử nào được chọn sẽ chuyển từ đường nét liên tục sang đường nét
không liên tục).

- Assign/ Frame / Frame Sections – Click chọn Dam0203.
- Click OK, ta được:

98


Bước 6: Định nghĩa loại tải trọng
- Define/ Load Pattens...

- Sửa DEAD thành TT (tĩnh tải).
- Sửa Seft Weight Multiplier = 0.
- Click Add New Load Patten - Click OK.
Bước 7: Gán tải trọng cho kết cấu
- Click vào phần tử Dam0203:
- Assign/ Frame Loads – Distributed… hoặc:

+ Gravity (gia tốc trọng trường).

+ Point and Uniform (tải tập
trung và phân bố đều lên phần tử).
+ Distributed (tải phân bố không
đều: hình thang hay tam giác).
+ Temperature (tải nhiệt độ).
+ Prestress (ứng suất trước).
Ở đây ta chọn: Distributed
- Khai báo tên và những giá trị:
99


+ Load Case Name: TT
+ Direction: Gravity
+ Load: 1
- Click OK đóng hộp thoại, ta được:

Bước 8: Chia nhỏ phần tử
- Bài này không cần.
Bước 9: Chọn bậc tự do
- Từ Menu Analyze/ Set
Analyze Options/ Chọn XZ Plane/ OK.
GIẢI BÀI TOÁN
Phân tích nội lực:
- Analyze/ Run (F5).
- Màn hình sẽ hỏi File Name (tên
tập tin của bài toán).
- Ta đặt tên bài toán: Dam1nhip.
- Chọn vị trí lưu tập tin - Save.

- Máy sẽ tự động giải ...

- Khi kết thúc sẽ hiện lên ANALYSIS COMPLETE
- Click OK
XEM KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Dạng kết cấu sau khi biến dạng
100


- Display/ Show Deformed Shape.

Xem nội lực phần tử:
- Display/ Show Element Forces/ Stresses.
- Muốn xem nội lực của phần tử do tải trọng nào gây ra: ta chọn tải trọng đó,
sau đó chọn loại nội lực muốn xem.
Ví dụ:
- Biểu đồ mô men do tĩnh tải:
+ Chọn: TT Load case
+ Chọn: Moment 3-3
- Biểu đồ lực cắt do tĩnh tải:
+ Chọn: TT Load case
+ Chọn: Shear 2-2

- Muốn xem phản lực tại nút:

101


Lưu kết quả thành file
- Click vào Menu Display/ Show Table…

- Chọn Joint Ontput/ Reactions/Table.

- Chọn Element Output/Table.
- Click chọn Select Load Cases/ Chọn TT.

- Hộp thoại Element Forces - Frames xuất hiện:

102


- Click vào File/Export SAP2000 MS Excel…

- Ta được: Kết quả nội lực
TABLE: Element Forces - Frames
Frame
Text
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

Station
m
0
0.5

1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5

OutputCase
Text
TT
TT
TT
TT
TT
TT
TT
TT
TT
TT
TT

CaseType
Text
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic

LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic

V2
Tonf
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
8.88E-16
0.5
1
1.5
2
2.5

M3
Tonf-m
0
1.125
2
2.625
3
3.125

3
2.625
2
1.125
-4.22E-15

FrameElem
Text
1-Jan
1-Jan
1-Jan
1-Jan
1-Jan
1-Jan
1-Jan
1-Jan
1-Jan
1-Jan
1-Jan

ElemStation
m
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5

4
4.5
5

5.1.2. Dầm ba nhịp
Đề bài: Tĩnh tải G = 2T/m (Chưa tính đến trọng lượng bản thân của dầm); Hoạt
tải P = 0,52T/m. Chiều dài nhịp được thể hiện trên hình vẽ.
- Dùng vật liệu bêtông cấp độ bền B20 có modul đàn hồi E = 2,7E6 T/m2.
- Hệ số Poisson   0,2
- Kích thước tiết diện dầm là bxh = (20x30)cm.
1

2
1

2

5000

1

3
3

4000

2

4
5000

3

4

Sơ đồ hình học
G=2T/m

5000

4000

TT (Tĩnh tải)
103

5000


P=0,52T/m

5000

P=0,52T/m

4000

5000

HT1 (Hoạt tải 1)
P=0,52T/m

5000

4000

5000

HT2 (Hoạt tải 2)
P=0,52T/m

5000

4000

5000

HT3 (Hoạt tải 3)
P=0,52T/m

5000

4000

5000

HT4 (Hoạt tải 4)
- Các cấu trúc tổ hợp:
+ TH1=1TT+1HT1
+ TH2=1TT+1HT2
+ TH3=1TT+1HT3

+ TH4=1TT+1HT4
+ TH5=1TT+0,9HT1+0,9HT2
- Biểu đồ bao nội lực: TOHOP=1TH1+1TH2+1TH3+1TH4+1TH5.
Yêu cầu hãy tính toán nội lực của kết cấu.
Bài giải:
Phương pháp nhập các thông số đầu vào giống như bài toán dầm 1 nhịp; cần
lưu ý các bước tổ hợp tải trọng.
Bước 1: Chọn hệ thống đơn vị.
- Chọn đơn vị tính là: Tonf, m, C trên thanh trạng thái phía dưới, góc phải màn hình.
Bước 2: Tạo mô hình kết cấu.
- Dùng kết cấu mẫu có sẵn:
+ File/ New model from Template.
+ Hộp thoại New model xuất hiện.
+ Từ Template, chọn mẫu.
104


+ Khai báo các thông số:
. Number of Spans: 3; Span length: 5.

. Click Use Custom Grid Spacing and Locate Origin để hiệu chỉnh chiều
dài nhịp dầm:

Hiệu chỉnh như sau:

. Click OK đóng hộp thoại Beam, trên màn hình xuất hiện hai cửa sổ làm
việc, người sử dụng nên đóng cửa sổ phía bên trái màn hình (3D-View) để thuận lợi
cho việc thao tác.
Ta được:
105

Bước 3: Định nghĩa đặc trưng vật liệu.
- Define/ Materials – Tương tự như bài dầm 1 nhịp.
- Add New Material – Tương tự như bài dầm 1 nhịp.
- Click OK - OK.
Bước 4: Định nghĩa đặc trưng hình học.
- Define / Frame Sections Properties - Frame Sections.
- Add New Propety – Tương tự như bài dầm 1 nhịp.
- Chọn Rectangular – Trong Material chọn BT.
- Dementions: khai báo các thông số:
+ Depth (t3): 0.3 ; Width (t2): 0.2
- Chọn Concrete – Reinforcement.
+ Chọn Beam.
+ Khoảng cách trọng tâm cốt thép đến:
Top (đỉnh): 0,06 (6cm); Bottom (đáy): 0,06 (6cm).
- Click OK; OK; OK.
Bước 5: Gán các đặc trưng vật liệu, mặt cắt cho phần tử.
- Chọn các phần tử dầm cần gán đặc trưng vật liệu bằng cách Click vào các
phần tử đó (phần tử nào được chọn sẽ chuyển từ đường nét liên tục sang đường nét
không liên tục).
- Assign/ Frame / Frame Sections – Click chọn Dam0203.
- Click OK, ta được.

Bước 6: Định nghĩa loại tải trọng.
- Define/ Load Pattens Name.

106

Bước 7: Gán tải trọng cho kết cấu
- Click vào phần tử Dam0203:
- Assign/ Frame Static Loads hoặc:
+ Gravity (gia tốc trọng trường).
+ Point and Uniform (tải tập trung và phân bố đều lên phần tử).
+ Distributed (tải phân bố không đều: hình thang hay tam giác).
+ Temperature (tải nhiệt độ).
+ Prestress (ứng suất trước).
Ở đây ta chọn: Distributed

- Khai báo tên và những giá trị: Tĩnh tải.
+ Load Case Name: TT
+ Direction: Gravity
+ Load: 2
- Click OK đóng hộp thoại, ta được:

107


- Khai báo tên và những giá trị: Hoạt tải
+ HT1, HT2, HT3, HT4 tương tự như nhau:

Ta được: HT1

Ta được: HT2

Ta được: HT3

Ta được: HT4

Bước 8: Tổ hợp tải trọng và biểu đồ bao nội lực.
108


- Click vào menu Define/ Load Combinations, hộp thoại xuất hiện.

- Chọn Add New Combo…
+ Khai báo TH1=1TT+1HT1
+ TH2=TT+HT2
+ TH3=TT+HT3
+ TH4=TT+HT4
+ TH5=TT+0,9HT1+0,9HT2
+ TOHOP=TH1+TH2+TH3+TH4+TH5
Lưu ý: Tất cả các trường hợp TH1, TH2, TH3, TH4, TH5 chọn Linear Add,
còn trường hợp TOHOP chọn Envelope.

- Click OK 2 lần để đóng hộp thoại lại.
Bước 9: Chọn bậc tự do.
- Từ Menu Analyze/ Set Analyze Options/ Chọn XZ Plane/ OK.

GIẢI BÀI TOÁN
109


Phân tích nội lực:
- Analyze/ Run (F5).
- Màn hình sẽ hỏi File Name (tên tập tin của bài toán).
- Đặt tên bài toán: Bai2-Dam3nhip.
- Save.
- Máy sẽ tự động giải ...

- Khi kết thúc sẽ hiện lên ANALYSIS COMPLETE.
- Click OK.
XEM KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Xem nội lực phần tử:
- Display/ Show Element Forces/ Stresses.
- Muốn xem nội lực của phần tử do tải trọng nào gây ra: ta chọn tải trọng đó,
sau đó chọn loại nội lực muốn xem.
Ví dụ:
- Biểu đồ moment do TOHOP:
+ Chọn: TT Load case.
+ Chọn: Moment 3-3.

- Biểu đồ lực cắt do TOHOP:
+ Chọn: TT Load case.
+ Chọn: Shear 2-2

Lưu kết quả thành file
- Click vào Menu Display/ Show Tables…

110


- Chọn Joint Ontput/ Reactions/ Table.
- Chọn Element Output/ Table.
- Click chọn Select Load Cases/ Chọn TT.

- Hộp thoại Element Forces - Frames xuất hiện.

111

- Click chọn Menu File – Export – SAP2000 MS Excel Spreadsheet.xls File.

5.1.3. Dầm nhiều nhịp
Một công trình dân dụng có tường gạch xây trên tất cả các dầm, tường dày
10cm, chiều cao tầng nhà 3,6m. Hoạt tải toàn phần p tp  205kG / m 2 , n p  1,2. Các kích
thước trên hình vẽ.
Tính nội lực và cốt thép cho dầm dọc trục B. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện
dầm là (bxh )  25x 40(cm).
Dùng vật liệu bêtông cấp độ bền B20 có môđun đàn hồi E  2,7.E6T / m 2 .
Cốt thép chính AII có R s  2800 kG / cm 2
Cốt đai AI có R s  2250 kG / cm 2 .
Chú ý: Khi khai báo những thông số hiệu chỉnh trong việc sử dụng chức năng thiết kế
cốt thép của Sap2000, để được kết quả với TCVN.
18400
5200

4000

4000

5200

C

10000

6000

6000

C

B

4000

4000

B

A

A
5200

1

4000

2

4000

3

5200

4

5

I. Tính toán tải trọng
Tĩnh tải tác dụng lên bản sàn
TT
1
2

Các lớp cấu tạo sàn
Gạch men Ceramic (1cm)
Vữa lót sàn (3cm)


(kG/m3)
2000
1800

112

g stc
(kG/m2)
0,01x2000=20
0,03x1800=54

HSVT
1,2
1,2

g stt
(kG/m2)

24
64,8


Bản BTCT (10cm)
Vữa trát trần (1cm)

3
4

2500
1800
TỔNG CỘNG

0,1x2500=250
0,01x1800=18

1,1
1,2

275
21,6
385,4

Lấy g stt  385 (kG / m 2 )
1. Tĩnh tải tính toán do sàn truyền vào dầm trục B.
- Nhịp 1-2, 4-5 tải do sàn truyền vào có 2 dạng.
+ Phía bên trái có dạng tam giác trị số lớn nhất 5,2.

g stt

(kG / m). Qui về tải phân
2

bố đều tương đương:
5
5,2 5
g tttd1  .g stt .
 .385.2,6  625,63  626(kG / m)
8
2
8

+ Phía bên phải có dạng hình thang trị số lớn nhất 4.

g stt
(kG / m). Qui về tải
2

phân bố đều tương đương:









4
g tttd 2  g stt . . 1  2 2   3  385.2. 1  2.0,382  0,383  589,9  590(kG / m)

2

Trong đó:  

L1
4

 0,385  0,38.
2L 2 2.5,2

- Tĩnh tải tác dụng lên nhịp 1-2, 4-5 của dầm trục B là:
g tttd  g tttd1  g tttd2  626  590  1216 (kG / m)

Nhịp 2-3, 3-4 tải do sàn truyền vào có dạng tam giác trị số lớn nhất
4.

tt
s

g
(kG / m). Qui về tải phân bố đều tương đương:
2
5
4 5
g tttd  .g stt .  .385.2  481,25  481(kG / m)
8
2 8

- Tĩnh tải tác dụng lên nhịp 2-3, 3-4 của dầm trục B là:
g tttd  481x 2  962 (kG / m)

(Do bên trái và bên phải có giá trị bằng nhau nên chỉ cần tính 1 bên sau đó nhân 2).
* Tải trọng do tường xây trên dầm
- Trọng lượng tường xây trên dầm:
g t  b t .h t .n g . t  0,1.3,6  0,3.1,1.1800  653,4  653(kG / m)

* Tĩnh tải do trọng lượng bản thân dầm (để chương trình tự tính toán)
 Tổng tĩnh tải tác dụng lên dầm trục B nhịp 1-2, 4-5 là:
G  g tttd  g t  1216  653  1869(kG / m)  1,87(T / m)

 Tổng tĩnh tải tác dụng lên dầm trục B nhịp 2-3, 3-4 là:
G  g tttd  g t  962  653  1615(kG / m)  1,62(T / m)

2. Hoạt tải tính toán
Pstt  p tp .n p  205.1,2  246(kG / m 2 )

- Nhịp 1-2, 4-5 tải do sàn truyền vào có 2 dạng:
+ Phía bên trái có dạng tam giác, trị số lớn nhất 5,2.
bố đều tương đương.
113

p stt
(kG / m). Qui về tải phân
2


5
5,2 5
p tttd1  .p s .
 .246.2,6  399,75  400(kG / m)

8
2
8

+ Phía bên phải có dạng hình thang trị số lớn nhất 4

Pstt
(kG / m). Qui về tải phân
2

bố đều tương đương.









4
Ptdtt 2  Pstt . . 1  2 2   3  246.2. 1  2.0,382  0,383  376,9  377(kG / m)
2
L
4
Trong đó:   1 
 0,385  0,38
2L 2 2.5,2

- Hoạt tải truyền từ sàn tác dụng lên nhịp 1-2, 4-5 của dầm trục B là:

Ptdtt  Ptdtt1  Ptdtt 2  400  377  777 (kG / m)  0,78(T / m)

Nhịp 2-3, 3-4 tải do sàn truyền vào có dạng tam giác trị số lớn nhất
4.

tt
s

P
(kG / m). Qui về tải phân bố đều tương đương:
2
5
4 5
Ptdtt  .Pstt .  .246.2  307,5  308(kG / m)
8
2 8

- Hoạt tải tác dụng lên nhịp 2-3, 3-4 của dầm trục B là:
Ptdtt  308x2  616 (kG / m)  0,62(T / m)

(Do bên trái và bên phải có giá trị bằng nhau nên chỉ cần tính 1 bên sau đó nhân 2).
CÁCH 1: TÓM TẮT KHI QUI VỀ TẢI TƯƠNG ĐƯƠNG
1

2
1
5200

1

3

4

5

2

3

4

4000

4000

5200

2

3

4

5

Sơ đồ hình học
G=1,87T/m
1
5200

1

G=1,87T/m

G=1,62T/m
2

3

4

4000

4000

5200

2

3

4

5

Trường hợp tĩnh tải
G=0,78T/m
1
5200

1

G=0,787T/m

G=0,62T/m

2

2

3

4

4000

4000

5200

3

4

5

Trường hợp hoạt tải
TÍNH TOÁN NỘI LỰC
- Dùng vật liệu BT cấp độ bền B20 có môđun đàn hồi E  2,7e6(T / m 2 )

- Tiết diện dầm bxh   25x 40(cm), hệ số Poisson   0,2.
Cốt thép chính AII có R s  2800 kG / cm 2
114


Cốt đai AI có R s  2250 kG / cm 2 .
- Tĩnh tải của nhịp 1-2, 4-5: G  1,87(T / m) , nhịp 2-3, 3-4: G  1,62(T / m) . (Chưa tính
đến trọng lượng bản thân của dầm).
- Hoạt tải của nhịp 1-2, 4-5: P  0,78(T / m) , nhịp 2-3, 3-4: P  0,62(T / m) .
Chú ý: Khi khai báo những thông số hiệu chỉnh trong việc sử dụng chức năng thiết kế
cốt thép của Sap2000, để được kết quả với TCVN.
- Các cấu trúc tổ hợp (ADD)
TH1 = 1TT + 1HT1
TH2 = 1TT+ 1HT2
TH3 = 1TT + 1HT3
TH4 = 1TT + 1HT4
TH5 = 1TT + 1HT5
TH6 = 1TT + 0.9HT1 + 0.9HT2
Biểu đồ Bao nội lực (ENVELOPE)
TOHOP = 1TH1 + 1TH2 + 1TH3 + 1TH4 + 1TH5 + 1TH6
1

2
1
5200

1

3

4

5

2

3

4

4000

4000

5200

2

3

4

5

Sơ đồ hình học
G=1,87T/m
1
5200

1

G=1,87T/m

G=1,62T/m
2

3

4

4000

4000

5200

2

3

4

5

Trường hợp tĩnh tải (TT)
P=0,78T/m

P=0,62T/m

1

5200

1

2

3

4

4000

4000

5200

2

3

4

5

Trường hợp hoạt tải 1 (HT1)
P=0,78T/m

P=0,62T/m

1

5200

1

2

3

4

4000

4000

5200

2

3

4

5

Trường hợp hoạt tải 2 (HT2)
P=0,78T/m

1
5200

1

P=0,78T/m

P=0,62T/m

2

3

4

4000

4000

5200

2

3

4

5

Trường hợp hoạt tải 3 (HT3)
P=0,62T/m

1

5200

1

2

2

3

4

4000

4000

5200

3

4

Trường hợp hoạt tải 4 (HT4)
115

5


P=0,78T/m

1
5200

1

P=0,78T/m

P=0,62T/m

2

3

4

4000

4000

5200

2

3

4

5

Trường hợp hoạt tải 5 (HT5)

Bài giải
NHẬP DỮ LIỆU
Bước 1: Chọn hệ thống đơn vị.
- Chọn đơn vị tính là Tonf, m, c trên thanh trạng thái phía dưới, góc phải màn hình.
Bước 2: Tạo mô hình kết cấu.
- Dùng kết cấu mẫu có sẵn:
+ File/ New model from Template.
+ Từ Template, chọn mẫu:
+ Khai báo các thông số:
Number of Spans: 4; Span Length: 4.

+ Click chọn Use Custom Grid…

Hộp thoại Define Grid System Data xuất hiện.
116


+ Hiệu chỉnh những thông số sau.
STT

Grid

Ordinate

Hiệu chỉnh thành

1

A

-8

-9,2

4

E

8

9,2

+ Click 2 lần OK để đóng hộp thoại Define Grid System Data và Beam.

Bước 3: Định nghĩa đặc trưng vật liệu.
- Click vào Menu Define – Materials;

117


- Hộp thoại Quick Material Definition xuất hiện.
+ Trong Region chọn United States.
+ Trong Material Type chọn Concrete.
- Click chọn Add New Material. Hộp thoại Material Property Data xuất hiện.
- Khai báo những giá trị sau:
+ Mass per Unit Volume = 0.
+ Weight per Unit Volume = 2,5.
+ Modulus of Elasficity = 2,7e6.
+ Poisson's ratio = 0,2.
+ Coeff of thermal expansion = 0.

- Click OK - OK.

Thông số dùng thiết kế cốt thép (chỉ khai báo thông số này khi dùng tính toán
thiết kế cốt thép. Nếu người dùng chỉ cần kết quả nội lực thì không cần khai báo
những thông số này).

118


- Click 3 lần OK để đóng hộp thoại Material Property Data, Material Property
Options và Define Materials Data.
Bước 4: Định nghĩa đặc trưng hình học.
- Click vào Menu Define/ Frame Sections – Hộp thoại Frame Properties xuất hiện.

- Click chọn Add New Property, chọn Concrete.
- Click chọn Rectangular.
- Hộp thoại Add Frame Section Property xuất hiện.
- Khai báo những giá trị sau:
+ Section Name: D02504
+ Material: BT
+ Depth (t3): 0,4

Width (t2): 0,25

- Click chọn Concrete Reinforcement.

+ Chọn Beam.
+ Khoảng cách trọng tâm cốt thép đến:
. Top (đỉnh): 0,06 (6cm)
119