Thiết kế tối ưu cửa van thép phẳng nhịp lớn

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

............................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN NHỊP LỚN .............................................. 2
1.1 Khái niệm ............................................................................................................... 2
1.1.1 Khái quát về cửa van phẳng ........................................................................... 2
1.1.2

Phạm vi áp dụng .......................................................................................... 3

1.2 Phân loại ................................................................................................................. 4
1.2.1 Giàn chính có thanh cánh thượng lưu, hạ lưu có dạng cong và nằm trong
cùng một mặt phẳng ................................................................................................. 4
1.2.2 Giàn chính có kết cấu bản mặt dạng phẳng kết hợp làm thanh cánh thượng
lưu, còn thanh cánh hạ lưu có dạng cong một chiều hoặc hai chiều ........................ 5
1.3 Một số nguyên tắc và bố trí cấu tạo ....................................................................... 5
1.3.1 Dầm chính ....................................................................................................... 5
1.3.2 Bố trí dàn ngang .............................................................................................. 6
1.3.3 Bố trí dầm dọc phụ .......................................................................................... 7
1.3.4 Trụ biên ........................................................................................................... 7
1.3.5 Giàn chịu trọng lượng ..................................................................................... 7
1.3.6 Bánh xe chịu lực.............................................................................................. 7
1.3.7 Bánh xe bên ..................................................................................................... 8
1.3.8 Vật chắn nước ................................................................................................. 8
1.3.9 Các lưu ý khi thiết kế cửa van phẳng nhịp lớn ............................................... 8
1.4 Phương pháp tính toán nội lực ............................................................................... 9
1.4.1 Tải trọng tác dụng lên cửa van ....................................................................... 9
1.4.2 Phân tích nội lực kết cấu van phẳng ............................................................... 9
1.5 Những vấn đề cần nghiên cứu ............................................................................. 11

1.5.1 Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 11
1.5.2 Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 11
1.6 Kết luận chương 1 ................................................................................................ 11
CHƯƠNG 2. TỐI ƯU HÓA KẾT CẤU THÉP ............................................................ 12
2.1 Khái quát tối ưu hóa về kết cấu ........................................................................... 12
2.1.1 Bài toán tối ưu về trọng lượng và phương pháp giải .................................... 12
2.1.2. Bài toán tối ưu kết cấu hệ thanh trong giai đoạn đàn hồi ............................ 14

iii


2.1.3. Bài toán tối ưu kết cấu hệ thanh trong giai đoạn chảy dẻo .......................... 15
2.2 Thiết kế tối ưu kết cấu thép bằng phần mền SAP2000........................................ 18
2.2.1 Các bài toán trong thiết kế kết cấu thép ........................................................ 18
2.2.2 Bài toán thiết kế tối ưu .................................................................................. 20
2.2.3 Các ví dụ tính toán ........................................................................................ 21
2.3. Kết luận chương 2 ............................................................................................... 44
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ TỐI ƯU CỬA VAN THÉP NHỊP LỚN CÔNG TRÌNH
CỐNG KÊNH HÀNG – TP. HỒ CHÍ MINH ............................................................... 45
3.1 Giới thiệu công trình ............................................................................................ 45
3.1.1 Vị trí địa lý công trình cống Kênh Hàng....................................................... 45
3.1.2 Địa hình, địa mạo vị trí công trình cống Kênh Hàng .................................... 45
3.2 Quy mô công trình ............................................................................................... 45
3.2.1 Mục tiêu của dự án ........................................................................................ 45
3.2.2 Nhiệm vụ công trình ..................................................................................... 45
3.3 Kết cấu cửa van .................................................................................................... 46
3.3.1 Đặc điểm ....................................................................................................... 46
3.3.2 Lựa chọn hình thức kết cấu cửa van ............................................................. 46
3.3.3 Kết cấu cửa van ............................................................................................. 47
3.4. Tải trọng tính toán và trường hợp tính toán ........................................................ 49

3.4.1 Tải trọng tác dụng lên cửa van ...................................................................... 49
3.4.2 Các trường hợp tính toán .............................................................................. 49
3.5. Phân tích nội lực kết cấu van phẳng theo bài toán không gian........................... 49
3.5.1. Mô tả kết cấu ................................................................................................ 49
3.5.2 Mô hình hóa kết cấu ..................................................................................... 51
3.5.3 Kiểm tra khả năng chịu lực của cửa van ứng với tiết diện chọn sơ bộ ......... 51
3.5.4. Thiết kế tối ưu cửa van................................................................................. 58
3.5.5. Chọn phương án cuối cùng .......................................................................... 65
3.6. Kết luận chương 3 ............................................................................................... 71
KÉT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 74

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 – Hệ số ứng suất ứng với tiết diện phân tích................................................ 27
Bảng 2.2 – Hệ số sử dụng vật liệu ứng với các tiết diện thiết kế ................................ 33
Bảng 2.3 – Trọng lượng của khung ứng với 2 phương án chọn tiết diện khung ........ 34
Bảng 2.4 - Hệ số sử dụng vật liệu ứng với tiết diện chọn sơ bộ ................................. 37
Bảng 2.5 – Hệ số ứng suất ứng với tiết diện thiết kế .................................................. 40
Bảng 2.6 - Hệ số ứng suất ứng với tiết diện thiết kế ................................................... 42
Bảng 2.7 - Hệ số ứng suất ứng với tiết diện thiết kế ................................................... 43
Bảng 3.1 – Hệ số ứng suất dầm phụ dọc ..................................................................... 53
Bảng 3.2 – Hệ số ứng suất các thanh giàn đứng D1.................................................... 54
Bảng 3.3 – Hệ số ứng suất các thanh giàn đứng D2.................................................... 55
Bảng 3.4 – Hệ số ứng suất giàn chính trên ................................................................. 56
Bảng 3.5 – Hệ số ứng suất giàn chính dưới................................................................. 56
Bảng 3.6 – Chuyển vị giữa nhịp vam ......................................................................... 57
Bảng 3.7 - Hệ số ứng suất của dầm phụ dọc ............................................................... 61

Bảng 3.8 – Hệ số ứng suất của giàn đứng giữa D1 ..................................................... 62
Bảng 3.9 – Hệ số ứng suất của giàn đứng giữa D2 ..................................................... 62
Bảng 3.10 – Hệ số ứng suất của giàn chính trên ......................................................... 63
Bảng 3.11 – Hệ số ứng suất giàn chính dưới............................................................... 63
Bảng 3.12. Chuyển vị của cửa van do tổ hợp tải trọng TH1 ....................................... 64
Bảng 3.13 Trọng lượng bản thân của cửa van ............................................................. 64
Bảng 3.14 - Chuyển vị của cửa van do tổ hợp tải trọng TH1...................................... 64
Bảng 3.15 - Hệ số ứng suất của giàn chính dưới ......................................................... 65
Bảng 3.16 – Chuyển vị ở giữa nhịp giàn chính dưới................................................... 67
Bảng 3.17 – Hệ số ứng suất của dầm phụ dọc............................................................. 68
Bảng 3.18 – Hệ số ứng suất của giàn chính trên ......................................................... 68
Bảng 3.19 – Hệ số ứng suất của giàn chính dưới ........................................................ 69
Bảng 3.20 – Hệ số ứng suất của giàn đứng D1 ........................................................... 69
Bảng 3.21 – Hệ số ứng suất của giàn đứng D2 ........................................................... 70
Bảng 3.22 – Chuyển vị ở giữa nhịp van ...................................................................... 70
Bảng 3.23 – Hệ số ứng suất của dầm phụ dọc............................................................. 71
Bảng 3.24 – Hệ số ứng suất của giàn chính dưới ........................................................ 71

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 - Cửa van phẳng.............................................................................................. 2
Hình 1.2 – Cửa van phẳng sông Ems – Đức ................................................................. 3
Hình 1.3 – Kết cấu giàn chính có thanh cánh cong một chiều ...................................... 5
Hình 1.4 – Kết cấu giàn chính có thanh cánh hạ cong hai chiều................................... 5
Hình 1.5 – Vị trí dầm chính ........................................................................................... 6
Hình 1.6 – Vị trí bánh xe ............................................................................................... 7
Hình 1.7 – Vật chắn nước bằng cao su .......................................................................... 8
Hình 1.8 – Sơ đồ áp lực nước lên cửa van .................................................................... 9

Hình 2.1 – Tuyến tính hóa hàm A(I) ........................................................................... 14
Hình 2.2 – Sơ đồ tính toán giàn phẳng ........................................................................ 15
Hình 2.3 – Đường quan hệ giữa trọng lượng và mômen dẻo ...................................... 16
Hình 2.4 – Sơ đồ cơ cấu phá hủy dẻo .......................................................................... 17
Hình 2.5 – Xác định nghiệm tối ưu bằng đồ thị .......................................................... 17
Hình 2.6 – Sơ đồ tính toán dầm ................................................................................... 22
Hình 2.7 – Mô hình hóa dầm ....................................................................................... 22
Hình 2.8 – AUTO1 là nhóm các số hiệu tiết diện để tự động chọn cho dầm.............. 23
Hình 2.9 – Gán các tiết diện chọn tự động cho dầm ................................................... 23
Hình 2.10 – Lệnh hiển thị kết quả thiết kế dầm .......................................................... 24
Hình 2.11 – Hiển thị tiết diện thiết kế cho dầm .......................................................... 24
Hình 2.12 – Hệ số ứng suất của dầm ứng với tiết diện phân tích ............................... 24
Hình 2.13 – Gán tiết diện thiết kế vào dầm ................................................................. 25
Hình 2.14 – Hệ số ứng suất của dầm ứng với tiết diện thiết kế .................................. 25
Hình 2.15 – Sơ đồ tính toán khung .............................................................................. 25
Hình 2.16 – Sơ đồ tính toán khung với các tiết diện dầm, cột chọn sơ bộ .................. 26
Hình 2.17 – Lệnh hiển thị hệ số ứng suất .................................................................... 26
Hình 2.18 – Hệ số ứng suất ứng với các tiết diện chọn sơ bộ ..................................... 27
Hình 2.19 – Hiển thị các phần tử có hệ số sử dụng vật liệu k >1................................ 28
Hình 2.20 – AUTO1-D là nhóm các tiết diện để chọn tự động cho dầm .................... 29
Hình 2.21 – Chọn nhóm các tiết diện tự động chọn cho cột AUTO1-C và AUTO2-C........................ 30
Hình 2.22 – Hệ số ứng suất ứng với tiết diện phân tích .............................................. 31
Hình 2.23 – Lệnh hiển thi tiết diện thiết kế ................................................................. 31
Hình 2.24 – Hiển thi tiết diện phân tích và tiết diện thiết kế....................................... 31

vi


Hình 2.25 – Gán tiết diện thiết kế vào khung .............................................................. 32
Hình 2.26 – Hệ số ứng suất ứng với tiết diện thiết kế ................................................. 33

Hình 2.27 – Hiển thi tiết diện chọn cuối cùng............................................................. 33
Hình 2.28 – Hệ số ứng suất ứng với các tiết diện thiết kế........................................... 34
Hình 2.29 – Phản lực khung ứng với phương án thiết kế tối ưu ................................. 34
Hình 2.30 – Phản lực khung ứng với phương án tiết diện chọn .................................. 34
Hình 2.31 - Sơ đồ tính toán giàn phẳng ....................................................................... 35
Hình 2.32 - Mô hình tính toán giàn ............................................................................. 36
Hình 2.33 - Hệ số sử dụng vật liệu của các thanh giàn ............................................... 37
Hình 2.34 - Danh sách thép ống vuông AUTO-CT chọn tự động cho cánh thượng và
thép ống tròn AUTO-CH chọn tự động cho cánh hạ................................................... 38
Hình 2.35 - Danh sách thép ống chọn tự động cho thanh bụng giữa AUTO-BG và
thanh bụng ở đầu AUTO-BD ...................................................................................... 39
Hình 2.36 - Sơ đồ tiết diện phân tích của các thanh giàn ............................................ 39
Hình 2.37 - Hệ số sử dụng vật liệu trên cơ sở tiết diện phân tích ............................... 39
Hình 2.38 - Sơ đồ tiết diện thiết kế của các thanh giàn ............................................... 40
Hình 2.39 - Hệ số sử dụng vật liệu ứng với tiết diện thiết kế ..................................... 40
Hình 2.40 – Gán liên kết khớp vào hai đầu các phần tử thanh .................................... 41
Hình 2.41 – Mô hình giàn có các phần tử thanh nối khớp .......................................... 41
Hình 2.42 - Hệ số ứng suất ứng với tiết diện phân tích ............................................... 41
Hình 2.43 - Hệ số ứng suất ứng với tiết diện thiết kế.................................................. 42
Hình 2.44 – Các phần tử có hệ số ứng suất k > 0,95 ................................................... 42
Hình 2.45 - Danh sách thép ống vuông AUTO-CT chọn tự động cho cánh thượng... 43
Hình 2.46 - Hệ số ứng suất ứng với tiết diện thiết kế................................................. 43
Hình 3.1 – Kết cấu cửa van ......................................................................................... 47
Hình 3.2 – Mặt cắt ngang cửa van ............................................................................... 48
Hình 3.3 – Giàn thép ống tròn ..................................................................................... 50
Hình 3.4 – Giàn đứng D1, D2 ..................................................................................... 50
Hình 3.5 – Cửa van đã được mô hình hóa ................................................................... 50
Hình 3.6 – Tiết diện Precast U và ống tròn ................................................................. 51
Hình 3.7 – Hệ số ứng suất của số phần tử dầm phụ dọc ............................................ 53
Hình 3.8 – Hệ số ứng suất các thanh giàn đứng ứng bới tiết diện thiết kế D1 ............ 54

Hình 3.9 – Hệ số ứng suất các thanh giàn đứng ứng bới tiết diện thiết kế D2 ............ 55

vii


Hình 3.10 – Sơ đồ giàn chính trên, các mã thanh giàn và hệ số ứng suất các thanh giàn
..................................................................................................................................... 56
Hình 3.11 – Sơ đồ giàn chính dưới, các mã thanh giàn và hệ số ứng suất các thanh giàn
..................................................................................................................................... 56
Hình 3.12 – Chuyển vị của cửa van khi bị đóng ........................................................ 57
Hình 3.13 – Phổ mầu ứng suất S22 do TH1 ............................................................... 58
Hình 3.14 – Phổ mầu ứng suất S22 của phần tử 20 .................................................... 58
Hình 3.15 Danh sách các dầm phụ dọc AUTO 6 để chọn tự động ............................ 60
Hình 3.16 – Danh sách thép ống AUTO2C, AUTO4C, AUTO1D, AUTO2D,
AUTO3D ..................................................................................................................... 61
Hình 3.17 – Mã phần tử và mã tiết diện dầm phụ dọc ............................................... 62
Hình 3. 18 – Auto Section của dầm phụ đứng ............................................................ 66
Hình 3.19 – Auto Section của giàn chính .................................................................... 66
Hình 3.20– Auto Section của giàn đứng ..................................................................... 66
Hình 3.21 – Chuyển vị giữa nhịp van.......................................................................... 67

viii


MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài:
Cửa van nhịp lớn (cửa van phẳng nhịp lớn hoặc cửa van cung nhịp lớn) thường được
dùng làm cửa van trong các công trình ngăn sông hoặc cống ngăn triều có khẩu độ lớn,
chịu chênh lệch cột nước không lớn.
Cửa van nhịp lớn có chiều dài nhịp B gấp nhiều lần chiều cao H nên thường dùng loại

van hai giàn chính.
Khi thiết kế hệ giàn cửa van chúng ta cần xác định kích thước cần thiết của tiết diện
các phân tố kết cấu đã cho ứng với một hệ tải trọng đã biết, sao cho thỏa mãn điều kiện
cường độ, điều kiện độ cứng và sử dụng vật liệu ít nhất, đây là bài toán thiết kế tối ưu
kết cấu về mặt trọng lượng.
Đối với cửa van nhịp lớn việc giảm trọng lượng kết cấu có ý nghĩa khoa học và thực
tiễn cao.
II. Mục đích của đề tài:
Thiết kế tối ưu hệ giàn trong cửa van phẳng nhịp lớn thỏa mãn điều kiện cường độ,
điều kiện độ cứng và sử dụng vật liệu ít nhất.
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu lý thuyết về tối ưu kết cấu và kết hợp sử dụng phần mềm SAP2000 phân
tích trạng thái ứng suất và biến dạng của cửa van.
IV. Kết quả dự kiến đạt được:
- Nắm được lý thuyết về lý thuyết tối ưu hóa kết cấu.
- Sử dụng tốt phần mềm SAP2000 phân tích kết cấu cửa van theo bài toán không gian.
- Thiết kế tối ưu hệ giàn trong cửa van nhịp lớn bằng phần mềm SAP2000.
- Áp dụng tính toán cho một công trình cụ thể ở khu vực TP. Hồ Chí Minh.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN NHỊP LỚN
1.1 Khái niệm
1.1.1 Khái quát về cửa van phẳng[4]
Cửa van là một bộ phận của công trình thuỷ lợi, dùng để khống chế mực nước
và điều tiết lưu lượng theo yêu cầu tháo nước ở các thời kỳ khai thác khác nhau. Cửa
van thường được đóng mở bằng tời hoặc xy lanh thủy lực.
Cửa van phẳng có nhiệm vụ chắn nước phía thượng lưu, không cho nước đi qua cống
tự do để lấy lưu lượng theo thiết kế: lấy nước tưới, cấp nước sinh hoạt, phát điện, thoát

lũ, gạn triều. Cửa van phẳng còn có thể tháo các vật dưới đáy như tháo bùn cát.

Hình 1.1 - Cửa van phẳng
Cửa van phẳng nhịp lớn có mặt chịu áp lực nước dạng mặt phẳng hoặc mặt cong,
thường là mặt cong một chiều dạng trụ đứng, khi đóng mở cửa van chuyển động thẳng
trong mặt phẳng khe van, nên được gọi là cửa van phẳng, nó còn có tên gọi khác là cửa
van kéo thẳng. Cửa van phẳng nhịp lớn thường được dùng làm cửa van trong các công
trình ngăn sông hoặc cống ngăn triều có khẩu độ lớn. Cửa van nhịp lớn có chiều dài
nhịp B gấp nhiều lần chiều cao H nên thường dùng loại van hai giàn chính (Hình 1.2).

2


Hình 1.2 – Cửa van phẳng sông Ems – Đức
1.1.2

Phạm vi áp dụng

Tất cả các loại cửa van. Cửa van là kết cấu động để đóng mở các công trình thủy và
điều chỉnh lưu lượng nước chảy qua.
Các thiết bị vận hành cửa van.
Thiết bị nâng vận chuyển dùng để vận hành các kết cấu động lúc khai thác chúng cũng
như để lắp ráp các thiết bị cơ khí và năng lượng; các loại cổng trục, cẩu trục, xe treo
một ray.
Phần cố định – bộ phận kết cấu thép chôn trong thân công trình để định hướng di
chuyển của cửa van và lưới chắn rác, truyền áp lực từ bộ phận gối đỡ cửa van lên công
trình; tạo ra bản mặt phẳng dưới vật chắn nước, bảo vệ các mép và bề mặt bê tông khỏi
bị phá hỏng.
Các thiết bị cơ khí phải đảm bảo độ tin cậy của công trình thủy công với mọi điều kiện
khai thác, tuân thủ tất cả các quy chuẩn kỹ thuật an toàn.

Để chọn kiểu thiết bị cơ khí trước hết cần phải tính toán để điều kiện an toàn và độ bền
của kết cấu. Đó là yêu cầu bắt buộc chung với mọi công trình. Sự phá hoại của công
trình thủy gây ra thiệt hại rất lớn. Vì vậy thiết bị cơ khí công trình thủy gây ra thiệt hại
rất lớn. Vì vậy thiết bị cơ khí công trình thủy yêu cầu có độ chính xác cao trong chế
tạo và lắp ráp. Nếu coi khó khăn trong chế tạo kết cấu thép công nghiệp là 100% thì
khó khăn chế tạo thiết bị cơ khí công trình thủy là 300%.
3


Để giảm trọng lượng và giá thành thiết bị cơ khí công trình thủy, đơn giản hóa và rút
ngắn công tác lắp ráp, nâng cao chất lượng khai thác và dễ dàng vận hành nên có các
giải pháp sau:
Áp dụng các kết cấu cửa mới và cơ giới hóa công tác đổ bê tông phần cố định chèn
khe van để không có vế nối làm cho lưới chắn rác sử dụng tốt hơn, sử dụng các dầm
móc tự động, thay cơ cấu xích nâng bởi cơ cấu nâng thủy lực, đường ống dẫn nước
bằng thép làm việc đồng thời với bê tông…
Tăng cường sự lặp lại của các phân tố tạo ra các thiết bị cơ khí, điển hình hóa và tiêu
chuẩn hóa các nút và các chi tiết dẫn đến điển hình hóa kết cấu.
Xét sự làm việc đồng thời của bản mặt thép với các phân tố kết cấu chịu lực và tính
đến sự làm việc không gian của cửa van.
Áp dụng vật liệu mới.
Sử dụng phương pháp mới nhất của thi công như hàn kết cấu bằng các phương pháp
công nghệ cao (hàn tự động, bán tự động, trong môi trường khí bảo vệ, sợi kim loại có
thuốc bảo vệ, bulong cường độ cao….)
Chế tạo các loại cửa van quá khổ thành các blốc không gian lớn phù hợp với sự phát
triển của thiết bị nâng hiện tại. Loại cửa van nhiều đoạn có ưu điểm lớn, kích thước
của mỗi đoạn cần chọn phù hợp với kích thước va chạm tối đa theo quy định vận
chuyển của ngành đướng sắt.
Áp dụng các blốc có quy cách và trọng lượng lớn để lắp ráp được đơn giản, giảm bớt
khối lượng hàn lắp ráp dẫn đến giảm khó khăn trong công tác lắp ráp và cuối cùng là

giảm giá thành xây dựng.
1.2 Phân loại
Kết cấu giàn chính cửa van phẳng nhịp lớn thường dùng hiện nay có các loại sau đây:
1.2.1 Giàn chính có thanh cánh thượng lưu, hạ lưu có dạng cong và nằm trong
cùng một mặt phẳng
Giàn chính có thanh cánh thượng lưu, hạ lưu có dạng cong và nằm trong cùng một mặt
phẳng, kết cấu bản mặt có dạng cong và được đỡ trực tiếp bởi thanh cánh thượng giàn
chính như ở hình 1.3.

4


Hình 1.3 – Kết cấu giàn chính có thanh cánh cong một chiều
1.2.2 Giàn chính có kết cấu bản mặt dạng phẳng kết hợp làm thanh cánh thượng
lưu, còn thanh cánh hạ lưu có dạng cong một chiều hoặc hai chiều
Giàn chính có kết cấu bản mặt dạng phẳng kết hợp làm thanh cánh thượng lưu, còn
thanh cánh hạ lưu có dạng cong một chiều hoặc hai chiều. Kết cấu có thanh cánh hạ
giàn chính dưới cong lên phía trên như ở hình 1.4, do hiệu ứng vòm nên thanh cánh hạ
giàn chịu nén do trong lượng bản thân van, do đó giảm được lực dọc trong thanh cánh
hạ giàn chính dưới khi chịu đồng thời áp lực nước và trọng lượng bản thân van.

Hình 1.4 – Kết cấu giàn chính có thanh cánh hạ cong hai chiều
1.3 Một số nguyên tắc và bố trí cấu tạo
1.3.1 Dầm chính
Số lượng và kết cấu dầm chính phụ thuộc vào kích thước lỗ tháo nước mà cửa van
đóng (quan hệ giữa chiều rộng và chiều cao), loại lỗ (lỗ trên mặt hay lỗ dưới sâu) và
nhiệm vụ của cửa van (cửa van chính hay cửa van sửa chữa).
5

Cửa van hai dầm chính được sử dụng rộng rãi hơn cả vì kết cấu đơn giản, có độ chính
xác truyền áp lực nước lên phần gối tựa, lại dễ chế tạo và lắp ráp. Cửa van trên mặt
thường sử dụng loại hai dầm chính ít khi dùng ba dầm chính. Cửa van nhiều dầm
chính dùng chủ yếu để đóng lỗ dưới sâu cũng như trong trường hợp phải hạn chế chiều
cao lớn nhất của dầm chính theo điều kiện kich thước tại chỗ đặt van.
Điều kiện bố trí dầm chính ở cửa van bánh xe là sự phân bố đều áp lực nước lên các
dầm chính. Theo điều kiện này các dầm chính có được tiết diện như nhau. Ở cửa van
hai dàn chính, các dầm chính đặt cách đều hợp lực của áp lực nước. Khoảng cách giữa
hai dầm chính trong cửa van trượt hai dầm chính có thể lấy lớn hơn nhằm đảm bảo
điều kiện ổn định của kết cấu nhịp cửa van lên các kết cấu gối đỡ. Vậy tăng cường
khoảng cách giữa các dầm chính sẽ làm giảm độ dài phần công xôn cửa van, làm tăng
độ cứng cả phần này nhưng sẽ ảnh hưởng đến dòng chảy khi mở van dễ gây rung động

Q

H

a

a

d

d

H/3

a

P

a

a

a

tr

a

tr

cửa van.

h

H

h

Hình 1.5 – Vị trí dầm chính
1.3.2 Bố trí dàn ngang
Để đảm bảo độ cứng ngang của cửa van. Bố trí giàn ngang tuân theo điều kiện:
- Các giàn ngang cách đều nhau.
- Giàn ngang nằm trong phạm vi dầm chính không thay đổi tiết diện.
- Số giàn ngang nên chọn lẻ để các kết cấu như dầm chính, giàn chịu trọng lượng có
dạng đối xứng.

6

1.3.3 Bố trí dầm dọc phụ
Dầm phụ dọc hàn chặt vào bản mặt và tựa lên các giàn ngang có thể tính như dầm đơn,
gối tựa là hai giàn ngang và đỡ tải trọng của bản mặt truyền đến. Dầm phụ được bố trí
song song với dầm chính, càng xuống sâu dầm càng dầy vì áp lực nước tăng. Tiết diện
dầm phụ chọn loại chữ C đặt úp để tránh đọng nước.
1.3.4 Trụ biên
Trụ biên ở hai đầu cửa van, chịu lực từ dầm chính, dầm phụ, và lực đóng mở van. Trụ
biên gắn với bánh xe truyền lực lên trụ pin. Các thiết bị treo, chốt giữ và móc treo
cũng được nối với trụ biên.
Tiết diện trụ biên của cửa van thường có dạng chữ I hoặc dầm hai bản bụng. Để đơn
giản cấu tạo, chiều cao trụ biên thường chọn bằng chiều cao đầu dầm chính.
1.3.5 Giàn chịu trọng lượng
Dàn chịu trọng lượng dùng để chịu tải trọng bản thân cửa van khi kéo cửa lên. Tải
trọng G của toàn bộ cửa van được phân lên mặt phẳng trước ( bản mặt) làm mặt phẳng
sau( bản cánh miền chịu kéo của dầm chính ). Đây là dàn song song có thanh cách hạ
của dầm chính và cánh hạ của giàn ngang và hai gối tựa là hai trụ đỡ bên ( cột biên),
cần phải bố trí thêm hệ thanh bụng đứng và thanh bụng xiên.
1.3.6 Bánh xe chịu lực
Để đóng mở cửa van cần bố trí cơ cấu di chuyển cửa van bằng thanh trượt hoặc bánh
xe chịu lực. Bánh xe chịu lực có thể được bố trí ở mặt sau trụ biên hoặc ở giữa hai bản
bụng của trụ biên. Bố trí bánh xe chịu lực nằm ở bản bụng của trụ biên để làm giảm
bề rộng khe van (Hình 1.6).

Hình 1.6 – Vị trí bánh xe
1) Bánh xe chịu lực; 2) Bánh xe bên; 3) Bánh xe ngược hướng
7

1.3.7 Bánh xe bên
Để khống chế cửa van không bị dao động theo phương ngang và đẩy về phía trước,
người ta thường bố trí các bánh xe bên và bánh xe ngược. Để giảm chấn động nên
dùng bánh xe bọc cao su. Đôi khi người ta kết hợp sử dụng bánh xe chịu lực đồng thời
làm bánh xe ngược.
1.3.8 Vật chắn nước

Hình 1.7 – Vật chắn nước bằng cao su
Vật chắn nước sử dụng vật liệu bằng cao su hình chữ P bố trí theo chu vi cống.
1.3.9 Các lưu ý khi thiết kế cửa van phẳng nhịp lớn
Cấu tạo kết cấu van phẳng nhịp lớn cần lưu ý một số vấn đề như sau:
Cửa van nhịp lớn có chiều dài nhịp B gấp nhiều lần chiều cao H nên thường dùng loại
cửa van hai giàn chính, tùy theo bản mặt là mặt phẳng hay mặt cong mà cánh thượng
giàn chính có thể là thanh thẳng hay thanh cong, còn thanh cánh hạ có thể chọn là
thanh cong một chiều hay hai chiều.
Ô dầm được tạo bởi các dầm phụ đứng và dọc, có tác dụng đỡ bản mặt và truyền tải
trọng lên giàn đứng, tùy theo kích thước van có thể chỉ ùng dầm phụ đứng hay dầm
phụ dọc. Dầm phụ dọc hay dầm phụ đứng hiện nay hay dùng dạng thanh mỏng mặt cắt
hình thang đặt về phía thượng lưu, úp vào bản mặt và hàn vào bản mặt, nên có độ cứng
tương đối lớn, phía hạ lưu bản mặt phẳng, dễ duy tu bảo dưỡng, dễ sơn quét.
Giàn đứng đỡ tải trọng từ ô dầm và truyền tải trọng này lên giàn chính.
Giàn chính chịu toàn bộ áp lực nước tác dụng vào cửa van và truyền áp lực này lên trụ
biên, nhiều cửa van phẳng nhịp lớn đã tận dụng độ cứng theo phương dọc của ô dầm
nên đã không bố trí thanh cánh thượng lưu giàn chính.
Trụ biên chịu tải trọng từ giàn chính và giàn chịu trọng lượng truyền tới và truyền các
tải trọng này lên gối đỡ của cửa van. Bộ phận gối đỡ cửa van dùng để truyền toàn bộ
8


tải trọng tác dụng vào cửa van lên bộ phận cố định của công trình và để dễ dàng di

chuyển cửa van trong quá trình khai thác. Đối với van phẳng nhịp lớn hiện nay thường
dùng gối đỡ kiểu trượt bằng chất dẻo tổng hợp vừa làm gối tựa trượt vừa kết hợp làm
vật chắn nước, nên giảm được bề rộng khe van.
1.4 Phương pháp tính toán nội lực
1.4.1 Tải trọng tác dụng lên cửa van
Tải trọng chủ yếu tác dụng lên cửa van phẳng là áp lực nước và trọng lượng bản thân.
Áp lực thủy tĩnh tác dụng lên cửa van phẳng trên mặt được biểu thị như hình 1.8.
MNTL

H

MNTL

MNHL

Ht

t

H

H

h

Hh

MNHL

γ .H t

γ .H h

γ .H t

Hình 1.8 – Sơ đồ áp lực nước lên cửa van
Các ký hiệu trong hình 1.8 là
γ - Trọng lượng riêng của nước
H t - Chiều cao cột nước thượng lưu
H h - Chiều cao cột nước hạ lưu

Tổng áp lực nước tác dụng lên cửa van trên mặt có nhịp tải trọng Lt :
W
=

γ .Lt
2

( H t2 − H h2 ) kN/m

1.4.2 Phân tích nội lực kết cấu van phẳng
Hai trạng thái làm việc của cửa van phẳng cần được xem xét khi phân tích nội lực và
chuyển vị van:
- Cửa van nằm trên ngưỡng (cửa van đóng)
- Cửa van bắt đầu rời khỏi ngưỡng (cửa van mở)
9


1.4.2.1 Cửa van nằm trên ngưỡng
Sau khi mô hình hóa van bằng phần mền SAP2000 và gán áp lực nước, lực đẩy nổi

trong trường hợp cửa van nằm trên ngưỡng thì ngoài các liên kết đơn tựa ngang tại mặt
trượt giữa cửa van với trụ pin còn cần đặt các gối tựa đứng liên kết đáy cửa van với
ngưỡng, trong cửa van lớn khi các trụ pin là các kết cấu độc lập thì liên kết đứng ở hai
đầu tựa vào đế trụ pin. Trong trường hợp van đóng hay mở trọng lượng bản thân cửa
van G bằng tổng phản lực theo phương thẳng đứng ∑ F 3 của các gối tựa do trọng
lượng bản thân van(DEAD) sinh ra:
G = ∑ F3

1.4.2.2 Cửa van bắt đầu dời khỏi ngưỡng
Sơ đồ liên kết cửa van bắt đầu dời khỏi ngưỡng ( cửa van mở), ngoài các gối tựa đơn
nằm ngang đặt tại mặt tựa cửa van và trụ pin, còn 2 gối tựa đơn thẳng đứng đặt theo
phương của xy lanh thủy lực.
Ngoài áp lực nước, lực đẩy nổi và trọng lượng bản thân van, cửa van còn chịu áp lưc
ma sát Fx của gối tựa trượt hai đầu van với mặt trượt ở trụ pin, giá trị lực ma sát bằng
tích số của hệ số ma sát và áp lực tựa. Lực hút Ph do chân không xuất hiện ở mặt tiếp
giáp giữa vật chắn nước dưới và ngưỡng khi van bắt đầu dời khỏi ngưỡng, giá trị lực
hút bằng tích số của áp lực chân không Ph = 60kN / m 2 và chiều dày vật chắn nước đáy.
Có thể bỏ qua lực hút khi chiều dầy vật chắn nước nhỏ. Lực đẩy nổi bằng trọng lượng
thể tích nước cửa van chiếm chỗ.
Phản lực liên kết T tại hai gôi tựa đơn theo phương của xy lanh thủy lực, chính là lực
kéo cần thiết của mỗi xy lanh thủy lực khi mở van, lực kéo này có thể nhân với hệ số
tải trọng cho trong tiêu chuẩn thiết kế.
=
Fs T 0,5[1,1G + 1, 2( Fx + Fs ) + V + Ph ]

trong đó
G – trọng lượng bản thân van;
Fx - Tổng lực ma sát của gối đỡ động;

- tổng lực ma sát do vật chắn nước;

V – các lực thẳng đứng khác;
Ph - lực hút do chân không ở vật chắn nước đáy khi mở van;

10


Vị trí của xy lanh thủy lực kéo van trong cửa van phẳng tốt nhất là đặt trong mặt phẳng
thẳng đứng đi qua trọng tâm van, để không sinh ra áp lực phụ ngang ở gối đỡ động vào
hai thành rãnh van do phương của xy lanh thủy lực không đi qua trọng tâm van.
1.5 Những vấn đề cần nghiên cứu
1.5.1 Nội dung nghiên cứu
- Thiết kế tối ưu kết cấu hệ thanh trong giai đoạn đàn hồi và giai đoạn dẻo.
- Thiết kế tối ưu kết cấu thép bằng phần mềm SAP2000.
- Thiết kế tối ưu cửa van thép nhịp lớn.
- Ứng dụng vào công trình thực tế và đưa ra kiến nghị trong thiết kế tối ưu kết cấu cửa
van.
1.5.2 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp mô hình toán.
1.6 Kết luận chương 1
Cửa van phẳng được sử dụng rộng rãi trong các công trình có yêu cầu nhịp lớn nhưng
chênh lệch cột nước không cao. Cửa van phẳng nhịp lớn thường có cấu tạo bản mặt
phẳng được đỡ bằng hệ giàn ống thép phía sau cửa van. Do có cấu tạo phức tạp nên
khi thiết kế cửa van phẳng thường lấy kết cấu của các công trình tương tự nên trọng
lượng cửa van thường lớn hơn so với yêu cầu chịu lực thực tế của cửa van. Cửa van
nhịp lớn có trọng lượng lớn nên việc tối ưu trọng lượng cửa van là cần thiết.

11


CHƯƠNG 2. TỐI ƯU HÓA KẾT CẤU THÉP

2.1 Khái quát tối ưu hóa về kết cấu[5]
2.1.1 Bài toán tối ưu về trọng lượng và phương pháp giải
Trong thiết kế thực tế ngoài bài toán kiểm tra chúng ta còn gặp bài toán xác định kích
thước cần thiết của tiết diện các phân tố kết cấu đã cho ứng với một hệ tải trọng đã
biết, sao cho thỏa mãn điều kiện cường độ, điều kiện độ cứng và sử dụng vật liệu ít
nhất, đây là bài toán thiết kế tối ưu kết cấu về mặt trọng lượng.
- Hàm mục tiêu và các ràng buộc: Trong tính toán tối ưu kết cấu hàm mục tiêu thường
biểu thị các đại lượng cần cực tiểu hóa như trọng lượng, thể tích, giá thành,… của kết
cấu. Các điều kiện ràng buộc dưới dạng đẳng thức thường là các điều kiện cân bằng,
các điều kiện biến dạng liên tục. Các điều kiện ràng buộc dưới dạng bất đẳng thức
thường là các điều kiện về độ bền, độ cứng, các điều kiện về chảy dẻo v.v.
Dạng hàm mục tiêu và dạng điều kiện ràng buộc thay đổi tùy theo kết cấu và phương
pháp giải. Do đó bài toán tối ưu và phương pháp giải có những đặc điểm khác nhau khi
dùng phương pháp tính khác nhau như phương pháp lực hay phương pháp chuyển vị.
Trong thực tế để tiện cho việc chế tạo và giảm giá thành, kết cấu thường được phân
thành nhiều nhóm cấu kiện. Các cấu kiện trong mỗi nhóm có tiết diện như nhau và mỗi
cấu kiện là hình lăng trụ đều. Giả sử một kết cấu được chia thành G nhóm, một nhóm
bất kỳ kí hiệu là g, gọi tổng chiều dài của các cấu kiện trong nhóm là L g và diện tích
tiết diện là A g . Vậy:
Thể tích kết cấu:
G

V = ∑ Lg Ag

(2.1)

g =1

Trọng lượng kết cấu:
G

T = ∑ γ g Lg Ag

(2.2)

g =1

trong đó γ g là trọng lượng riêng của vật liệu trong nhóm g.
Giá vật liệu kết cấu:
G

C = ∑ Cg γ g Lg Ag
g =1

trong đó C g là giá vật liệu trên một đơn vị trọng lượng.
12

(2.3)


- Hàm C trong công thức (2.3) là hàm mục tiêu về giá cả.
- Nếu giá vật liệu không thay đổi trong các nhóm thì T trong công thức (2.2) là hàm
mục tiêu về trọng lượng.
- Nếu kết cấu được chế tạo bằng một loại vật liệu thì V trong công thức (2.1) là hàm
mục tiêu về thể tích.
Trong các hàm mục tiêu ở trên có biến là diện tích tiết diện A g , nhưng trong các điều
kiện ràng buộc về độ bền và độ cứng có biến khác nhau như mômen quán tính của tiết
diện I g , mômen chống uốn W g . Nếu bài toán tối ưu gồm nhiều biến, ta cần tìm cách
đưa về ít biến để việc tính toán được đơn giản hơn. Chẳng hạn khi chỉ dùng một biến
A g ta sẽ quy đổi các biến I g và W g thành biến A g . Nếu chỉ dùng một biến I g ta quy đổi

các biến A g và W g thành I g ..
Nhìn vào các bảng đặc trưng hình học của tiết diện ta không thể phát hiện quy luật về
mối quan hệ giữa chúng. Song lấy lôgarit các đại lượng đó, ta sẽ phát hiện ra một quy
luật giữa chúng như sau:
A = 0, 78W n

(2.4)

A = 0,559 I m

trong đó với dầm tiết diện chữ I phổ thông có n=2/3 và m=1/2.
Đối với hệ khung dùng hệ thức (2.4) thay vào các biểu thức (2.1), (2.2) và (2.3), ta có:
G

A = 0,559∑ Lg I g1/2
g =1

G

T = 0,559∑ γ g Lg I g1/2

(2.5)

g =1
G

C = 0,559∑ Cg γ g Lg I g1/2
g =1

Nếu chọn I g làm biến, rõ ràng hàm mục tiêu (2.5) là hàm phi tuyến, còn chọn A g làm

biến, các hàm mục tiêu (2.1), (2.2) và (2.3) có dạng tuyến tính, nhưng các ràng buộc
lại trở thành phi tuyến, vì từ hệ thức (2.4) ta có:
W = 01,51A3/2

(2.6a)

I = 3, 2 A2

Nếu chọn I làm biến thì hàm mục tiêu (2.5) và điều kiện ràng buộc đều có dạng phi
tuyến, vì:
13


A = 0,559 I 1/2
W = 0, 67 I 3/4

(2.6b)

Phương trình (2.6b) có thể biểu diễn gần đúng qua hệ thức tuyến tính sau:
A= a + bI

(2.6c)

Trong đó a, b là các hằng số.

Hình 2.1 – Tuyến tính hóa hàm A(I)
- Phương pháp giải: Khi hàm mục tiêu và các điều kiện ràng buộc đều có dạng phi
tuyến, đây là bài toán quy hoạch phi tuyến. Còn nếu hàm mục tiêu và các ràng buộc
đều là tuyến tính, đây là bài toán quy hoạch tuyến tính. Để tìm lời giải của bài toán này
thường dùng nhất là phương pháp đơn hình của bài toán quy hoạch tuyến tính. Nếu bài

toán chỉ có hai biến thì nghiệm của bài toán có thể tìm bằng phương pháp biểu diễn
hình học.
2.1.2. Bài toán tối ưu kết cấu hệ thanh trong giai đoạn đàn hồi
Nội lực và chuyển vị kết cấu hệ thanh có thể xác định bằng phương pháp lực hoặc
phương pháp chuyển vị, trình tự giải bài toán tối ưu kết cấu hệ thanh trong giai đoạn
đàn hồi thông qua ví dụ dưới đây:
Thiết kế tối ưu giàn tĩnh định có kích thước và chịu tải trọng như ở hình 2.2, các thanh
(1), (2), (3) có cùng diện tích A 1 , thanh (4) có diện tích A 2 . Vật liệu thép CT3 có
cường độ chịu kéo tính toán và chịu nén tính toán R=16kN/cm2. Tải trọng P 1 =2kN và
P 2 =4kN.
Hàm mục tiêu:
2

3

g =1

i =1

V = ∑ A g L g = A 1 ∑ L i + A 2 L 2 =750A 1 +400A 2

14


Hình 2.2 – Sơ đồ tính toán giàn phẳng
Ràng buộc về độ bền:
σ=i

Ni
2

≤ Ri (kN/cm )
Ai

Giàn đã cho là giàn tĩnh định nên nội lực trong các thanh không phụ thuộc vào diện
tích tiết diện các thanh giàn, từ phương pháp tách nút, nội lực các thanh như sau:
N 1 =8,333kN, N 2 =-1,667kN, N 3 =6,667kN, N 4 =-5,333kN.
Từ điều kiện ràng buộc về độ bền ta có diện tích tiết diện cần thiết của các thanh giàn
chịu kéo, chịu nén như sau: A 1 =8,333/16=0,522cm2, A 2 =1,667/16=0,104cm2,
A 3 =6,667/16 =0,417mm2, A 4 =5,333/16=0,333mm2.
Vì các thanh (1), (2) và (3) thuộc nhóm tiết diện A 1 , còn thanh (4) thuộc nhóm tiết
diện A 2 . nên ta lấy A 1 ≥ 0,522cm2 và A 2 ≥ 0,333m2, vậy V min khi A 1 =0,522cm2 và
A 2 =0,333cm2.
V min = 750A 1 +400A 2 = 750×0,522+400×0,333=524,7cm3.
2.1.3. Bài toán tối ưu kết cấu hệ thanh trong giai đoạn chảy dẻo
Các giả thiết cơ bản
- Kết cấu gồm các thanh mặt cắt đều (lăng trụ).
- Bỏ qua ảnh hưởng của lực dọc và lực cắt tới mômen dẻo của các thanh.
- Hệ thức giữa trọng lượng một đơn vị chiều dài thanh và mômen dẻo của nó được
biểu diễn ở hình 2.3 qua biểu thức sau:
g = cM pn

15


Hình 2.3 – Đường quan hệ giữa trọng lượng và mômen dẻo
Với mặt cắt chữ I, ta có công thức gần đúng sau:
g = cM p0.6

(2.7)

- Phương trình (2.7) có thể biểu diễn gần đúng qua hệ thức tuyến tính sau đây:
g = a + bM p

(2.8)

trong đó a, b là các hằng số.
- Nếu dùng biểu thức tuyến tính (2.8) thì trọng lượng bản thân của kết cấu có thể xác
định bằng công thức đơn giản sau đây:
G = ΣgL = ΣaL + ΣbM P L

(2.9)

trong đó L là chiều dài thanh
Số hạng ΣaL là hằng số với kết cấu đã cho, vậy G là nhỏ nhất khi ΣbM P L cực tiểu, số
hạng này được ký hiệu là x:
x = ΣbM P L

(2.10)

và được gọi là hàm muc tiêu.
Bài toán trọng lượng tối ưu đưa về xét cực tiểu hàm mục tiêu được xác định theo công
thức (2.10) với các ràng buộc về cường độ.
Phương pháp giải và ví dụ minh họa
Xét một dầm liên tục 2 nhịp có kích thước và chịu tải trọng như ở hình 2.4. Nhịp trái
có mômen dẻo là µ 1 và nhịp phải có mômen dẻo là µ 2 .
Theo công thức (2.10) ta có hàm mục tiêu của bài toán như sau:
x= 3µ 1 + 3µ 2

16

Hình 2.4 – Sơ đồ cơ cấu phá hủy dẻo
Xác định mômen dẻo µ 1 và µ 2 của dầm liên tục hai nhịp để hàm mục tiêu cực tiểu.
- Phương trình cân bằng:
(I)

1,5M 1 - 0,5M 2 = 60

(II)

- M 2 + 2M 3 = 45

- Điều kiện ràng buộc:
- µ 1 ≤ M i ≤ µ 1 (i = 1, 2) và µ 2 ≤ M i ≤ µ 2 (i = 2, 3)
(I)

µ 1 [ µ2
µ1 > µ2

(II)

µ 1 [ µ2

2µ 1 / 60

(a)

1,5µ 1 + 0,5µ 2 / 60
µ 1 + 2µ 2 / 45

µ1 > µ2

3µ 2 / 45

(b)
(c)
(d)

- Tìm nghiệm bằng phương pháp hình học được biểu diễn trên hình 2.5.

Hình 2.5 – Xác định nghiệm tối ưu bằng đồ thị
17


- Hình chiếu của đỉnh B lên đường thẳng 3µ 1 - 3µ 2 = 0 gần gốc tọa độ nhất, vậy tọa độ
của đỉnh B là nghiệm của bài toán:
µ 1 =35kNm và µ 2 = 15kNm
2.2 Thiết kế tối ưu kết cấu thép bằng phần mền SAP2000
2.2.1 Các bài toán trong thiết kế kết cấu thép
Tính toán kết cấu thép hệ thanh theo các Tiêu chuẩn thiết kế trong phần mềm
SAP2000 thường gặp hai bài toán cơ bản sau:
Bài toán kiểm tra: Kiểm tra về cường độ kết cấu hệ thanh với các số liệu đã biết (kích
thước hình học của kết cấu, tải trọng, vật liệu, . . .) được tiến hành như sau:
- Xây dựng mô hình tính toán và phân tích nội lực kết cấu.
- Chọn Tiêu chuẩn thiết kế, xác định tỷ số giữa ứng suất tính toán và cường độ tính
toán của vật liệu thép làm cấu kiện kết cấu được gọi là hệ số sử dụng vật liệu hay hệ
số ứng suất, nếu tỷ số này lớn hơn 1 thì kết cấu không thỏa mãn điều kiện về cường
độ.
- Cho hiển thị các phân tố không đủ khả năng chịu lực.
Bài toán thiết kế: Xác định mặt cắt ngang của các phần tử thanh của kết cấu sao cho

tỷ số giữa ứng suất tính toán và cường độ tính toán của vật liệu thép làm kết cấu xấp xỉ
bằng và nhỏ hơn 1 để cho kết cấu thỏa mãn điều kiện về cường độ, đồng thời tận dụng
hết khả năng làm việc của vật liệu, được tiến hành như sau:
- Xây dựng mô hình tính toán, chọn hình dạng tiết diện các phần tử thanh, giả thiết sơ
bộ kích thước tiết diện của các nhóm phần tử thanh AUTO1, AUTO2, …và gán vào
các phần tử thanh. Chương trình tự chọn một số hiệu tiết diện cho mỗi phần tố kết cấu
hệ thanh, thường là tiết diện trung bình trong nhóm phần tử thanh AUTO1, AUTO2 và
được gọi là tiết diện phân tích. Sau đó cho chạy chương trình phân tích nội lực kết cấu
hệ thanh.
- Chọn Tiêu chuẩn thiết kế, chương trình tự chọn một số hiệu trong nhóm tiết diện đó
trên cơ sở nội lực ứng với tiết diện phân tích, xác định tỷ số giữa ứng suất tính toán và
khả năng chịu lực của vật liệu của phần tử thanh thích hợp nhất, được gọi là tiết diện
thiết kế. Với các thanh có tỷ số này quá nhỏ so với 1, cần chọn thêm một số số hiệu nhỏ
hơn, còn với các thanh có tỷ số này lớn hơn so với 1, cần chọn thêm một số số hiệu lớn

18


hơn trong AUTO1, AUTO2, … , để chương trình chọn lại số hiệu thích hợp, trong bước
phân tích sau.
- Nếu không có phần tử nào có hệ số ứng suất lớn hơn 1, cập nhật tiết diện thiết kế vào
hệ thanh, cho chương trình chạy lại và hiển thị lại tỷ số sử dụng vật liệu của tất cả các
phần tử thanh, nếu hệ số này xấp xỉ bằng hoặc nhỏ hơn 1, kết thúc bài toán thiết kế tối
ưu hệ thanh.
Chú thích:
- Tiết diện phân tích và tiết diện thiết kế:
Cần phân biệt tiết diện phân tích và tiết diện thiết kế. Các tiết diện phân tích chỉ được
hiển thị khi nhấn chuột vào View > Set Display Options > Chọn Sections trong cột
Frames > OK. Để hiển thị tiết diện thiết kế nhấn Design > Xuất hiện bảng Display
Design Info…> Xuất hiện bảng Design Steel Design Results > Chọn  Design

Sections trong Design Input > OK.
- Phân tích lại kết cấu với các phân tử đã cập nhật tiết diện thiết kế
Sự thay đổi đặc trưng tiết diện của các phần tử trong bước tính hệ số sử dụng vật liệu,
chỉ làm thay đổi cục bộ ở pha tính toán ứng suất. Nói cách khác, việc chọn các đặc
trưng tiết diện chỉ ảnh hưởng tới giá trị ứng suất mà không làm thay đổi nội lực trong
các phần tử nhận được khi phân tích với sự thay đổi như vậy. Sự phân bố lại nội lực
của các phần tử do sự thay đổi độ cứng có ảnh hưởng khi cho chạy lại chương trình.
Cần hoàn thiện lại mô hình phân tích, phân tích lại mô hình và thiết kế lại kết cấu,
được tiến hành như sau:
- Mở khóa chương trình > Từ menu Design > Display Design Info…> Xuất hiện bảng
Design Steel Design Results > Chọn  Design Sections trong Design Input > OK..
- Từ menu Design > Chọn Run, ngay lập tức chương trình bắt đầu tiến hành phân tích
Một cửa sổ nhỏ phía trên được mở ra trong đó hiển thị các thông báo về phân tích. Các
kết quả sẽ khác kết quả phân tích ban đầu, vì chúng ta đã cập nhật thay đổi đặc trưng
tiết diện ở bước thiết kế > Nhấn OK để đóng cửa sổ nhỏ này.
- Từ menu Design > Nhấn Start Design/Check of Structures. Thiết kế lại kết cấu với
tiết diện thiết kế và hiển thị hệ số ứng suất mới. Hiệu quả của việc thay thế này là tiết
diện phân tích tối ưu và chuyển về khâu tự động tính hệ số sử dụng vật liệu. Vì thế
việc chọn menu này là bước cuối cùng chúng ta cần làm.
19