Mô hình hóa và phân tích kết cấu PII

1

Mục lục
CHƯƠNG 7

MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHÂN TÍCH CẦU BÊ TÔNG THI CÔNG TRÊN ĐÀ
GIÁO CỐ ĐỊNH...........................................................................................................4

7.1
Tổng quan về các phương pháp thi công cầu bê tông ..............................................................4
7.2
Trình tự chung khi mô hình hoá và phân tích quá trình thi công cầu bê tông bằng
MIDAS/Civil ..............................................................................................................................................5
7.3
Mô hình hoá và phân tích cầu bê tông dự ứng lực kéo sau thi công trên đà giáo di động .......6
7.3.1 Đặc điểm của quá trình thi công .........................................................................................6
7.3.2 Đặc điểm của việc mô hình hoá kết cấu trong giai đoạn thi công .......................................6
7.3.3 Ví dụ ...................................................................................................................................7
CHƯƠNG 8

MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHÂN TÍCH CẦU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC HẪNG .
......................................................................................................................................29

8.1
Đặc điểm của quá trình thi công đúc hẫng .............................................................................29
8.2
Đăc điểm của việc mô hình hoá kết cấu trong giai đoạn thi công..........................................30
8.3
Ví dụ ......................................................................................................................................30
8.3.1 Giới thiệu chung ...............................................................................................................30
8.3.2 Xác định các thông số ban đầu của mô hình .....................................................................31

8.3.3 Khai báo vật liệu ...............................................................................................................32
8.3.4 Khai báo các thuộc tính co ngót & từ biến và biến thiên cường độ của vật liệu ...............33
8.3.5 Khai báo mặt cắt ...............................................................................................................35
8.3.6 Xây dựng mô hình kết cấu ................................................................................................36
8.3.7 Mô hình hoá quá trình thi công .........................................................................................40
8.3.8 Phân tích ...........................................................................................................................65
8.3.9 Đánh giá kết quả ...............................................................................................................67
CHƯƠNG 9

MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU TREO DÂY VĂNG ............73

9.1
Tổng quan về cầu treo dây văng ............................................................................................73
9.1.1 Các bộ phận cấu tạo ..........................................................................................................73
9.1.2 Các phương pháp thi công phổ biến..................................................................................74
9.2
Tổng quan về tính toán cầu treo dây văng với MIDAS/Civil ................................................75
9.2.1 Khái quát về các nội dung và phương pháp tính toán .......................................................75
9.2.2 Các phương pháp điều chỉnh nội lực cầu dây văng...........................................................76
9.2.3 Các nội dung trong điều chỉnh nội lực cầu dây văng ........................................................77
9.2.4 Tính toán lực điều chỉnh theo phương pháp hệ số tải trọng ẩn (Unknown Load Factor) ..78
9.2.5 Tính toán điều chỉnh lực theo phương pháp Lack of Fit Force .........................................80
9.2.6 Giới thiệu chung về mô hình hoá và phân tích cầu treo dây văng với MIDAS/Civil .......81
9.3
Ví dụ ......................................................................................................................................82
9.3.1 Số liệu tính toán ................................................................................................................83
9.3.2 Các bước mô hình hoá và phân tích trong MIDAS/Civil ..................................................89
9.3.3 Mô hình hoá kết cấu ..........................................................................................................89
9.3.4 Xây dựng mô hình kết cấu ở trạng thái hoàn thành cầu ..................................................100
9.3.5 Mô hình hoá và phân tích kết cấu trong quá trình thi công theo phương pháp thuận .....107

CHƯƠNG 10

MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU TREO DÂY VÕNG ..........121


2

10.1
Tổng quan về cầu treo dây võng ..........................................................................................121
10.2
Tổng quan về tính toán cầu treo dây võng ...........................................................................122
10.3
Giới thiệu chung về mô hình hoá và tính toán cầu treo dây võng với MIDAS/Civil ...........124
10.4
Ví dụ ....................................................................................................................................125
10.4.1
Số liệu ban đầu ...........................................................................................................125
10.4.2
Xác định các thông số của mô hình phân tích ............................................................126
10.4.3
Xây dựng mô hình trạng thái hoàn thành cầu.............................................................130
10.4.4
Mô hình hoá và phân tích kết cấu trong giai đoạn khai thác ......................................141
10.4.5
Mô hình hoá và phân tích kết cấu trong giai đoạn thi công........................................141
10.4.6
Mô hình hoá một số chi tiết đặc biệt ..........................................................................151
CHƯƠNG 11

MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU EXTRADOSED ................154

11.1
Tổng quan về cầu extradosed...............................................................................................154
11.2
Nguyên tắc mô hình hoá cầu extradosed với MIDAS/Civil ................................................155
11.3
Ví dụ ....................................................................................................................................156
11.3.1
Giới thiệu chung .........................................................................................................156
11.3.2
Mô hình hoá kết cấu ...................................................................................................160
11.3.3
Mô hình hoá quá trình thi công ..................................................................................168
11.3.4
Khởi tạo các giai đoạn thi công, các nhóm kết cấu, điều kiện biên và tải trọng .........170
11.3.5
Mô hình hoá đà giáo cố định ......................................................................................170
11.3.6
Khai báo tải trọng .......................................................................................................171
11.3.7
Phân tích.....................................................................................................................174
11.3.8
Xử lý kết quả ..............................................................................................................175
CHƯƠNG 12

PHÂN TÍCH THUỶ NHIỆT ...................................................................................178

12.1
Tổng quan về phân tích thuỷ nhiệt.......................................................................................178
12.2

Phân tích truyền nhiệt ..........................................................................................................179
12.3
Phân tích ứng suất nhiệt .......................................................................................................180
12.3.1
Tuổi tương đương.......................................................................................................181
12.3.2
Nhiệt độ cộng dồn ......................................................................................................181
12.3.3
Cường độ chịu nén của bê tông tính theo tuổi tương đương và nhiệt độ cộng dồn ....182
12.4
Mô hình hoá và phân tích thuỷ nhiệt với MIDAS/Civil ......................................................182
12.5
Ví dụ ....................................................................................................................................183
12.5.1
Số liệu ban đầu ...........................................................................................................183
12.5.2
Mô hình hoá kết cấu ...................................................................................................184
12.5.3
Mô hình hoá quá trình thi công ..................................................................................195
12.5.4
Thực hiện phân tích ....................................................................................................196
12.5.5
Phân tích kết quả ........................................................................................................196
12.5.6
Mô hình hoá nâng cao – Hệ thống làm lạnh ...............................................................199
CHƯƠNG 13

PHÂN TÍCH KẾT CẤU CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT .................................202

13.1

Tổng quan về phân tích kết cấu chịu tải trọng động đất ......................................................202
13.2
Xác định sự phân bố khối lượng trong kết cấu ....................................................................203
13.3
Xác định các thông số phân tích trị riêng ............................................................................205
13.4
Phân tích kết cấu chịu tác động động đất theo phương pháp phổ đáp ứng ..........................205
13.4.1
Trình tự ......................................................................................................................206
13.4.2
Ví dụ...........................................................................................................................206


3

13.5
Phân tích kết cấu chịu tác động động đất theo phương pháp lịch sử thời gian ....................212
13.5.1
Trình tự ......................................................................................................................212
13.5.2
Ví dụ...........................................................................................................................212
CHƯƠNG 14

MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHÂN TÍCH CỤC BỘ .........................................................220

14.1
Tổng quan về phân tích cục bộ ............................................................................................220
14.2
Mô hình hoá và phân tích cục bộ theo phương pháp phần tử hữu hạn ................................222
14.2.1

Quá trình mô hình hóa kết cấu cục bộ ........................................................................222
14.2.2
Một số loại phần tử hữu hạn hay được sử dụng để mô hình hóa kết cấu cục bộ ........222
14.2.3
Một số chỉ dẫn về việc xây dựng mô hình phân tích ..................................................224
14.3
Ví dụ 1: Phân tích cục bộ liên kết trong kết cấu giàn đà giáo ..............................................225
14.3.1
Số liệu tính toán .........................................................................................................225
14.3.2
Mô hình hóa và phân tích tổng thể .............................................................................227
14.3.3
Mô hình hóa và phân tích cục bộ vùng chốt liên kết ..................................................227
14.3.4
Phân tích kết quả ........................................................................................................233
14.4
Ví dụ 2: Phân tích cục bộ kết cấu trụ cầu ............................................................................235
14.4.1
Số liệu tính toán .........................................................................................................235
14.4.2
Mô hình hóa và phân tích cục bộ ...............................................................................236
14.4.3
Kết quả tính toán ........................................................................................................240
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................................................244


4

CHƯƠNG 7

7.1

MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHÂN TÍCH CẦU BÊ
TÔNG THI CÔNG TRÊN ĐÀ GIÁO CỐ
ĐỊNH

Tổng quan về các phương pháp thi công cầu bê tông

Cầu bê tông cốt thép và nhất là cầu bê tông dự ứng lực đang là dạng cầu phổ biến nhất
ở nước ta hiện nay. Trong thực tế xây dựng, cầu bê tông được áp dụng cho từ những nhịp
rất nhỏ, khoảng 6 m đối với cầu bản, đến những nhịp rất lớn, hơn 100 m, đối với cầu dầm
và hơn 400 m với cầu treo dây văng.
Cầu bê tông là loại kết cấu có trọng lượng bản thân lớn hơn nhiều so với tải trọng khai
thác. Ngoài ra, bê tông là vật liệu có các đặc tính cường độ, độ cứng và biến dạng thay
đổi theo thời gian. Sự thay đổi biến dạng theo thời gian được thể hiện ở tính co ngót và từ
biến. Bên cạnh sự thay đổi đặc trưng vật liệu, các đặc trưng mặt cắt của các bộ phận kết
cấu bê tông dự ứng lực cũng thay đổi theo quá trình thi công phụ thuộc vào quá trình bơm
vữa vào ống gen cũng như tương quan độ cứng giữa bê tông và cốt thép.
Do các đặc điểm kể trên nên trạng thái nội lực cuối cùng của kết cấu cầu bê tông phụ
thuộc rất lớn vào quá trình, phương pháp và công nghệ thi công. Việc mô hình hoá và
tính toán kết cấu cầu bê tông, do đó, phải được thực hiện phụ thuộc vào quá trình cũng
như công nghệ thi công.
Hiện nay, các phương pháp phổ biến được áp dụng trong thi công cầu bê tông là [18]:
 Thi công trên hệ thống đà giáo cố định. Trong phương pháp thi công này, hệ thống
đà giáo phục vụ thi công được tựa lên nền đất (có thể là nền đất đã được gia cố).
Đây là phương pháp thi công được áp dụng lâu đời nhất trong xây dựng cầu bê
tông và, hiện nay, phương pháp này vẫn được sử dụng có hiệu quả trong những
điều kiện thích hợp như kết cấu nhịp không quá cao, nền đất không quá yếu, v.v.
Ưu điểm của hệ thống đà giáo cố định là an toàn, kết cấu chịu lực theo một sơ đồ
duy nhất nên tiết kiệm vật liệu và nâng cao chất lượng công trình.

 Thi công trên đà giáo di động. Trong điều kiện địa chất yếu hoặc trụ cầu cao, việc
áp dụng các hệ thống đà giáo cố định sẽ rất tốn kém. Để phát huy các lợi thế của
việc thi công trên đà giáo và khắc phục các khó khăn của việc xây dựng các trụ
tạm, có thể sử dụng các hệ thống đà giáo di động (MSS – Movable Scraffolding
System). Dạng phổ biến của hệ thống đà giáo di động là sử dụng các dầm hoặc
giàn thép tựa lên các trụ để chịu toàn bộ trọng lượng bê tông và tải trọng thi công.
Sau khi thi công xong một bộ phận, hệ thống đà giáo sẽ được di chuyển sang vị trí


5

mới để thi công bộ phận khác. Phương pháp này cho phép thi công kết cấu nhịp có
mặt cắt bất kỳ.
 Thi công bằng phương pháp hẫng (FCM – Free Caltileved Method). Phương pháp
thi công hẫng bao gồm đúc hẫng hoặc lắp hẫng. Ở đây, các đoạn dầm được đổ tại
chỗ hoặc lắp ghép từ một bên hay đối xứng qua trụ cho đến khi các dầm được nối
(hợp long) với nhau. Trong quá trình thi công, các đốt dầm chủ yếu chịu mô men
âm nên hầu hết cốt thép dự ứng lực được đặt ở phía trên mặt cắt. Cũng như phương
pháp thi công trên đà giáo di động, phương pháp thi công hẫng không yêu cầu trụ
tạm nên có thể thi công qua khu vực có điều kiện địa chất xấu, kết cấu nhịp cao
hay yêu cầu thông thuyền. Các kết cấu cầu được thi công theo phương pháp hẫng
có sơ đồ chịu lực hợp lý nên tiết kiệm vật liệu và có hình dáng đẹp.
 Thi công bằng phương pháp đẩy. Phương pháp đẩy (ILM – Incremental Launching
Method) chủ yếu là đúc đẩy. Các đoạn dầm được đúc ở trên bãi đúc ở một bên mố
và được đẩy dần cho đến khi chạm mố bên kia. Phương pháp này cũng khắc phục
được các nhược điểm của phương pháp đà giáo cố định nhưng nhược điểm chính
của phương pháp là sơ đồ chịu lực của kết cấu thường xuyên thay đổi trong quá
trình thi công nên không tiết kiệm vật liệu.

7.2

Trình tự chung khi mô hình hoá và phân tích quá trình thi
công cầu bê tông bằng MIDAS/Civil

Việc mô hình hoá và phân tích các kết cấu cầu bê tông dự ứng lực với MIDAS/Civil,
nói chung đều được thực hiện theo các bước chính sau:
 Lựa chọn dạng kết cấu,
 Khai báo vật liệu và mặt cắt,
 Xây dựng mô hình. Trong quá trình này nên sử dụng tối đa các tính năng của các
chương trình hỗ trợ mô hình hoá (Wizard), nếu có thể. Trong các phiên bản hiện
thời, MIDAS/Civil cung cấp Wizard cho các dạng kết cấu: cầu bản, cầu thi công
đúc hẫng (FCM), cầu thi công đúc đẩy (ILM), cầu thi công trên đà giao di động
MSS, v.v.
 Mô hình hoá quá trình thi công,
 Phân tích và xử lý kết quả.
Các phần sau của chương này sẽ được sử dụng để trình bày phương pháp mô hình hoá
và phân tích các kết cấu cầu bê tông dự ứng lực trong giai đoạn thi công theo các phương
pháp đúc trên đà giáo cố định và đúc hẫng. Việc mô hình hoá và phân tích kết cấu được


6

thi công theo phương pháp đà giáo di động cũng được thực hiện hoàn toàn tương tự như
đối với trường hợp thi công trên đà giáo cố định.

7.3

7.3.1

Mô hình hoá và phân tích cầu bê tông dự ứng lực kéo sau

thi công trên đà giáo di động
Đặc điểm của quá trình thi công

Theo phương pháp thi công này, các dầm thường được đổ bê tông theo từng đoạn, có
thể là một hoặc nhiều nhịp. Mối nối thi công ở mỗi đoạn được bố trí trùng với điểm
“không” trên biểu đồ mô men – thường là điểm cách gối một khoảng bằng 0,2 lần chiều
dài nhịp. Đối với các kết cấu cầu dầm liên tục, cáp dự ứng lực sẽ được neo tạm tại các
mối nối thi công và sẽ được nối với cáp ở phần dầm thi công sau. Sau khi bê tông đã đủ
khả năng chịu lực, đà giáo sẽ được tháo và chuyển sang phục vụ cho giai đoạn thi công
khác. Như vậy, trong quá trình thi công, kết cấu sẽ trải qua các trạng thái chính như sau:
 Bê tông dầm được đúc xong nằm tựa trên đà giáo,
 Dầm được kéo dự ứng lực,
 Ống gen được bơm vữa,
 Dầm được tháo ván khuôn, đà giáo và tựa lên trụ, chịu trọng lượng bản thân và các
tải trọng thi công khác.

7.3.2

Đặc điểm của việc mô hình hoá kết cấu trong giai đoạn thi
công

Tương ứng với quá trình thi công và các đặc điểm chịu lực của kết cấu trong quá trình
này, việc mô hình hoá kết cấu cần phản ánh được những đặc điểm sau:
 Điều kiện biên của kết cấu trước khi tháo đà giáo. Khi này, kết cấu được kê trên đà
giáo, là bộ phận có độ cứng hữu hạn. Như vậy, đà giáo cần được mô hình hoá
thành các liên kết đàn hồi. Độ cứng của các liên kết này cần được xác định theo kết
quả đo đạc thực tế. Ngoài ra, liên kết giữa đà giáo và dầm là dạng liên kết chỉ chịu
nén do giữa bê tông dầm và đà giáo hoàn toàn không có liên kết.
 Mô hình hoá các giai đoạn và các bước thi công. Một quá trình thi công cho đến
khi hoàn thành xong một đoạn dầm có thể được mô hình hoá thành một giai đoạn

thi công. Tuy nhiên, trong quá trình đó, có khá nhiều bước thi công cần được phản
ánh, ví dụ, kéo và neo cáp dự ứng lực, bơm vữa, tháo đà giáo, ván khuôn, v.v.
Trong MIDAS/Civil, một giai đoạn thi công (construction stage) có thể được chia
thành nhiều bước, mỗi bước ứng với một thời điểm hoàn thành công việc nhất


7

định. Việc phân chia giai đoạn và bước thi công phụ thuộc chủ quan của người lập
mô hình phân tích, tuy nhiên, để dễ xử lý dữ liệu, các giai đoạn thi công trên mô
hình nên phản ánh đúng ý nghĩa thực tế của nó.

7.3.3

Ví dụ

Các nội dung nổi bật của ví dụ này là:
 Mô hình hoá mặt cắt bằng công cụ SPC;
 Mô hình hoá hệ thống đà giáo cố định;
 Mô hình hoá cáp dự ứng lực.
Quá trình mô hình hoá kết cấu cùng các giai đoạn thi công có thể được thực hiện đơn
giản bằng Wizard FSM. Tuy nhiên, để tổng quát, ví dụ sau sử dụng cách mô hình hoá đơn
giản nhất từ các công cụ hỗ trợ mô hình hoá phổ thông của MIDAS/Civil.
7.3.3.1

Giới thiệu chung

Ví dụ sau trình bày cách mô hình hoá và phân tích một kết cấu cầu dầm liên tục thi
công trên đà giáo cố định. Đây là một phần cầu dẫn trong một hệ thống cầu lớn. Hình 7.1
thể hiện sơ đồ bố trí chung của phần cầu dẫn, các Hình 7.2 và Hình 7.3 thể hiện mặt cắt

ngang điển hình và mặt cắt ngang trên gối của kết cấu nhịp. Hình 7.4 minh hoạ cách bố
trí cáp theo phương dọc cầu và Hình 7.5 minh hoạ cách bố trí cáp dự ứng lực trên mặt cắt
ngang. Do phần cầu dẫn được cấu tạo từ 3 nhóm nhịp và cách thi công cả 3 nhóm này là
như nhau nên ví dụ này chỉ xem xét quá trình thi công cho nhóm nhịp thứ nhất. Sơ đồ quá
trình thi công được thể hiện trên Hình 7.6 và Hình 7.7.
Trong giai đoạn thi công thứ nhất, dầm được đổ bê tông trên nhịp 1 và 0,2 lần chiều
dài nhịp 2 (10 m). Trong giai đoạn 2, phần được đổ bê tông là phần còn lại của nhịp 2 và
0,3 lần chiều dài nhịp 3 (10 m). Phần còn lại của nhịp 3 được thi công trong giai đoạn 3.

Hình 7.1

Bố trí chung phần cầu dẫn


8

250

400

2365

2432.5

600

200

400

9000

400

250

200

300

Các kích thước của mặt cắt ngang điển hình

Hình 7.2

200
200

400

200

9000

1200

1990

2365

1680

3650

Hình 7.3

Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang ở gối

150

c6
c1
c2
c3
c4
c5
c7

c9

c9
c8

c8

c7

c8

1

Sơ đồ bố trí cáp

1546

Hình 7.4

1560

773
3650

Hình 7.5

Sơ đồ cáp dự ứng lực trên một mặt cắt ngang

c6
c1
c2
c3
c4
c5
c8


9

thi công nhịp 1

thi công nhịp 2

thi công nhịp 3

Hỡnh 7.6

S b trớ thi cụng
3.0%

Ván khuôn ngoài

Tăng đơ

Tăng đơ

Ván khuôn đáy

Tấm bê tông

Hỡnh 7.7

7.3.3.2

Tng th h giỏo, vỏn khuụn

Xỏc nh thụng s ban u ca mụ hỡnh

H thng n v: h thng n v c s dng vớ d ny l m, kN. Cỏc giỏ tr
ny c nhp nh trờn Hỡnh 7.8. Mt s n v õy c dựng mc nh vỡ s
khụng c s dng trong quỏ trỡnh tớnh toỏn.

10

 Mô hình: mô hình được xây dựng là mô hình 3 chiều. Nhiệt độ ban đầu được đặt là
25oC. Chương trình cũng sẽ được yêu cầu chuyển đổi trọng lượng thành khối
lượng tập trung một cách tự động. Các thông số này được đặt trong giao diện
Structure Type (Kiểu kết cấu) như trên Hình 7.9.

7.3.3.3

Hình 7.8

Xác định hệ thống đơn vị

Hình 7.9

Đặt các thông số kết cấu

Khai báo vật liệu

Vật liệu chế tạo dầm được thống kê trong Bảng 7-1. Ví dụ về việc khai báo vật liệu
vào mô hình được thực hiện như trên Hình 7.10. Chi tiết hơn về cách khai báo vật liệu đã
được trình bày trong mục 5.3.2 của Tập 1.
Bảng 7-1

Các đặc trưng cơ bản của vật liệu

Đặc trưng vật liệu

Bê tông dầm

Cốt thép dự ứng lực

Tên trong mô hình

DeskConcrete

Tendon

Modun đàn hồi (kN/m2)

3,1350e+007

1,9500e+008

Hệ số Poisson

0,3

0,3

Hệ số dãn nở nhiệt (1/oC)

1,000e-005

1,000e-005

Trọng lượng riêng (kN/m3)

24,5

78,5

Cường độ 28 ngày (kN/m2)

340000


11

Hình 7.10

7.3.3.4

Nhập các thông số vật liệu

Khai báo các thuộc tính co ngót & từ biến và biến thiên cường độ
của vật liệu

Mô hình tính toán từ biến và sự thay đổi cường độ theo thời gian của bê tông dầm
(DeskConcrete) là mô hình của Tiêu chuẩn CEB-FIP. Cách nhập mô hình từ biến được
thể hiện trên Hình 7.11. Ở đây, cường độ bê tông sau 28 ngày được lấy là 34 MPa (34000
kN/m2); độ ẩm tương đối của môi trường là 70%; kích thước danh định của cấu kiện là 1
m (giá trị này sẽ được MIDAS/Civil tự động tính toán lại). Xi măng được dùng trong mô
hình này là loại xi măng thông thường hay đông cứng nhanh. Hình 7.12 minh hoạ cách
nhập dữ liệu cho mô hình tính toán sự thay đổi cường độ bê tông theo thời gian và Hình
7.13 thể hiện cách gán các đặc trưng từ biến và biến thiên cường độ cho vật liệu bê tông
dầm.

Hình 7.11

Khai báo hàm từ biến, co ngót theo CEB-FIP


12

Hình 7.12

Khai báo hàm biến thiên cường độ theo CEB-FIP

Hình 7.13

7.3.3.5

Gán thuộc tính thời gian cho vật liệu

Xây dựng mô hình mặt cắt

Mặt cắt của dầm thuộc loại đã được định nghĩa sẵn trong thư viện mặt cắt của
MIDAS/Civil và có thể nhập theo các thông số của chúng. Tuy nhiên, để tận dụng các
hình vẽ mặt cắt đã được xây dựng trong AutoCAD, ví dụ này sử dụng cách xây dựng mặt
cắt với chương trình hỗ trợ SPC (menu Tools>Section Property Calculator). Mục
5.3.3.4, Tập 1 đã trình bày chi tiết cách xây dựng mô hình mặt cắt trên với với chương
trình SPC này.
Mặt cắt đã được vẽ trên AutoCAD sẽ được lưu thành dạng file dxf sau đó import vào
SPC. Kết quả của việc import là một tập hợp đường mô tả biên của mặt cắt (Hình 7.14).
Mặt cắt sẽ được tạo ra từ các đường này bằng lệnh Generate Section (Hình 7.15). Bước
tiếp theo là yêu cầu SPC tính toán các đặc trưng hình học của mặt cắt này. Mặt cắt kết
quả sau đó sẽ được export thành dạng file mặt cắt của MIDAS (MIDAS Section) (Hình

13

7.16). Cách nhập mô hình đã được định nghĩa vào MIDAS/Civil được thể hiện trên Hình
7.17.

Hình 7.14

Import dạng mặt cắt từ file AutoCad dxf

Hình 7.15

Hình 7.16

Xây dựng mặt cắt trong SPC

Export mặt cắt thành dạng file MIDAS Section


14

Hình 7.17

Nhập mặt cắt đã định nghĩa vào MIDAS/Civil

Tương ứng với hai dạng mặt cắt trên các Hình 7.2 và Hình 7.3, sẽ có 2 mặt cắt trong
mô hình được xây dựng: “MidSpan” cho phần giữa nhịp và “Support” cho phần trên gối.
Thông thường, giữa hai mặt cắt này có một đoạn chuyển đổi, ở đó, các đặc trưng mặt cắt
sẽ được thay đổi dần từ mặt cắt mặt cắt giữa nhịp thành mặt cắt gối. Tuy nhiên, để đơn
giản, ví dụ này chỉ xem xét hai mặt cắt trên.
7.3.3.6

Xây dựng mô hình kết cấu

Lựa chọn mặt phẳng làm việc là mặt phẳng XZ. Do độ dốc dọc của kết cấu là 4% nên
chênh lệch về cao độ giữa điểm đầu và điểm cuối của mỗi dầm là 0,04  50  2 m . Từ đó,
lưới trục khống chế được chọn như trên Hình 7.18. Các phần tử dầm được tạo ra đi qua
điểm giao của lưới khống chế kể trên. Ở trên mỗi gối, chiều dài dầm có mặt cắt dạng
“Support” là 2 m phân bố đều về hai phía của gối.

Hình 7.18

Xây dựng lưới khống chế

Quá trình thực hiện việc mô hình hoá kết cấu như sau:


15

 Tạo 3 phần tử dầm đi qua giao của lưới khống chế bằng lệnh Create Elements
(menu Model>Elements>Create Element…). Dạng mặt cắt được chọn là
“MidSpan”.
 Chia các dầm thành các đoạn có chiều dài 2 m bằng lệnh Divide Elements (menu
Model>Elements>Devide Element…). Do có độ nghiêng nên chiều dài dầm
thực tế sẽ lớn hơn 50 m, do đó, mỗi dầm sẽ được chia thành 25 phần tử. Việc chia
này sẽ đảm bảo độ chính xác và phù hợp với việc tạo mối nối thi công cũng như
mô hình hoá gối tạm trong khi thi công. Riêng ở trên gối, các phần tử dầm được
chia thành 2 đoạn có chiều dài 1 m về mỗi bên gối.
 Gán mặt cắt “Support” cho các phần tử có chiều dài 1 m sát hai bên gối.
 Gán toạ độ nút cho các điểm gối. Do dầm có độ dốc dọc khá lớn nên các điểm gối
cần được gán hệ toạ độ riêng để phản ánh độ dốc này. Hệ toạ độ của các nút gối

được gán với góc quay quanh trục y một góc là -2,29 độ, tương ứng với độ dốc 4%
(Hình 7.19).
 Gán gối cố định cho gối phải và gối di động cho hai gối còn lại. Trong thực tế, hầu
hết các gối cầu là gối đàn hồi và giữa mặt gối ở dầm và mặt gối ở mố trụ có
khoảng cách nhưng để đơn giản, trong ví dụ này, các gối được mô hình hoá thành
dạng gối cứng và nằm ngay ở đáy dầm (Hình 7.20).
 Đặt lại mã số nút và phần tử. Để dễ quản lý mô hình trong các bước tiếp theo, các
nút và phần tử của mô hình cần được đặt lại mã số bằng lệnh Renumbering (menu
Model>Elements>Renumbering…). Các nút và các phần tử được sắp xếp theo
thứ tự tăng dần từ trái sang phải (trục toạ độ thứ nhất để sắp xếp là trục X) và bắt
đầu từ 1. Số bắt đầu có thể được chọn tuỳ ý.
 Thử mô hình. Trước khi tiến hành các bước tiếp theo, mô hình đã được tạo ra cần
được kiểm tra để đảm bảo độ chính xác. Về mặt cấu tạo, có thể sử dụng lệnh Check
and Remove Duplicate Elements (menu Model>Check and Remove Duplicate
Elements). Về mặt tĩnh học, nên tính thử kết cấu với một trường hợp tải đơn giản
là trọng lượng bản thân.


16

Hình 7.19

Gán hệ toạ độ nút cho các gối

Hình 7.20

7.3.3.7

Mô hình gối

Mô hình hoá cáp dự ứng lực

Việc mô hình hoá cáp dự ứng lực đã được trình bay chi tiết trong các ví dụ của chương
6, Tập 1. Phần sau đây chỉ nêu các bước chính của quá trình này.
a) Khai báo thuộc tính cáp dự ứng lực (Property). Các thuộc tính cáp dự ứng lực cần
nhập bao gồm loại cáp (đã được định nghĩa trong phần vật liệu), diện tích bó cáp
(15 tao đường kính 15,2 mm) và các thuộc tính liên quan giới hạn chảy, giới hạn
đàn hồi, ma sát, v.v. Hình 7.21 minh hoạ cách nhập thuộc tính cáp được sử dụng
trong ví dụ này. Để đơn giản, rất nhiều thông số ở đây được lấy là các giá trị mặc
định.


17

Nhập các thông tin về thuộc tính cáp

Hình 7.21

b) Nhập các thông số toạ độ cho trắc dọc cáp (Profile). Hình 7.5 thể hiện cách bố trí
cáp trên mặt cắt ngang điển hình. Các Bảng 7-2, Bảng 7-3 và Bảng 7-4 thể hiện toạ
độ trắc dọc cáp cho các giai đoạn thi công 1, 2 và 3. Các cáp được nhập cho 1 sườn
dầm và sau đó lấy đối xứng sang sườn còn lại. Hình 7.22 thể hiện cách nhập trắc
dọc cáp. Kiểu nhập toạ độ được chọn là “Straight”. Các toạ độ của trắc dọc cáp
được nhập trong mặt phẳng xz (các toạ độ theo phương y được gán = 0) và sau đó
quay theo phương x trong mặt phẳng gốc để được góc nghiêng của sườn dầm. Theo
phương dọc, cáp được quay 1 góc là -2,29 độ phù hợp với độ dốc dọc của dầm. Toạ
độ gốc của cáp cho giai đoạn 1 là điểm có toạ độ (trong hệ toạ độ chung) 0, 1.560, 0
cho sườn dầm trái hoặc 0, -1.560, 0 cho sườn dầm phải. Cho giai đoạn thi công thứ
2, các toạ độ gốc của cáp tương ứng là 60, 1.560, 0 và 60, -1.560, 0. Cho giai đoạn
thi công thứ 3, các giá trị này là 110, 1.560, 0 và 110, -1.560, 0. Hình 7.23 thể hiện

kết quả nhập trắc dọc cáp dự ứng lực cho giai đoạn thi công thứ nhất.
Bảng 7-2
Cáp C1
x

Cáp C2
z

x

Toạ độ trắc dọc cáp cho giai đoạn thi công 1
Cáp C3

z

x

Cáp C4
z

x

Cáp C5
z

x

Cáp C7
z

x

z

0.000

2.000

0

1.6

0

1.2

0

0.8

0

0.4

0

0.25

11.633

0.642

8.848

0.501

6.499

0.358

4.456

0.211

1.593

0.202

0.739

0.175

12.792

0.575

10.08

0.425

7.784

0.275

5.766

0.125

2.829

0.125

1.743

0.125

24.413

0.575

26.578

0.425

29.641

0.275

31.94

0.125

35.357

0.125

42.262

0.125

25.521

0.637

27.723

0.491

30.845

0.348

33.19

0.203

36.723

0.219

44.694

0.425

39.991

2.25

41.651

2.096

43.962

1.939

45.722

1.783

46.873

1.618

45.977

0.747

41.099

2.312

42.796

2.161

45.166

2.011

46.972

1.862

48.239

1.618

49.315

2.312

48.866

2.161

49.315

2.011

49.314

1.862

49.316

1.618

57.531

2.312

54.936

2.161

53.464

2.011

51.656

1.862

50.393

1.711


18

58.639

2.250

56.081

2.069

54.668

1.939

52.906

1.783

51.759

1.618

60.000

2.166

60.000

1.766

60.000

1.366

60.000

0.966

60.000

0.566

Bảng 7-3
Cáp C1

Toạ độ trắc dọc cáp cho giai đoạn thi công 2

Cáp C2

x

z

Cáp C3

x

Cáp C4

Cáp C5

z

x

z

x

z

x

z

0

2.166

-0.07

1.766

-0.07

1.366

-0.07

0.966

0

0.566

0.994

2.264

11.069

0.491

8.396

0.348

6.05

0.203

2.519

0.219

1.991

2.312

12.214

0.425

9.6

0.275

7.3

0.125

3.885

0.125

10.094

2.312

18.165

0.425

21.405

0.275

23.622

0.125

25.931

0.125

18.304

2.312

19.43

0.505

22.913

0.389

25.338

0.273

27.657

0.275

19.404

2.251

32.967

2.231

33.784

2.047

34.469

1.863

35.855

1.711

20.168

2.166

34.232

2.312

35.292

2.161

36.185

2.012

37.581

1.862

39.393

2.312

39.392

2.161

39.391

2.012

39.392

1.862

44.554

2.312

43.492

2.161

42.597

2.012

41.203

1.862

45.819

2.231

45

2.047

44.313

1.863

42.929

1.711

50

1.766

50

1.366

50

0.966

50

0.566

Bảng 7-4
Cáp C1

Toạ độ trắc dọc cáp cho giai đoạn thi công 3

Cáp C2

x

z

Cáp C3

x

z

Cáp C4

x

z

x

z

0

2.166

0

1.766

0

1.366

0

0.966

13.831

0.636

11.181

0.49

8.512

0.346

6.173

0.201

14.931

0.575

12.315

0.425

9.702

0.275

7.403

0.125

26.45

0.575

29.161

0.425

31.457

0.275

33.475

0.125

27.609

0.642

30.393

0.501

32.742

0.358

34.785

0.211

40

2

40

1.6

40

1.2

40

0.8


19

Hình 7.22

Hình 7.23

Các thông số trắc dọc cáp

Trắc dọc cáp cho giai đoạn thi công 1

c) Định nghĩa tải trọng dự ứng lực. Trường hợp tải trọng được định nghĩa có tên là
“Prestress” và gán với nhóm “Prestress”. Tất cả các cáp dự ứng lực đều được kéo
đầu cuối (1st Jacking = “End”) với lực là 1900 kN. Lực này tương ứng với khoảng
60% giới hạn đàn hồi của cáp. Các cáp sẽ được bơm vữa sau 1 giai đoạn thi công
(Grouting after 1 stage). Hình 7.24 thể hiện cách định nghĩa trường hợp tải trọng
cho dự ứng lực.

20

Hình 7.24

7.3.3.8

Định nghĩa trường hợp tải trọng cho dự ứng lực

Mô hình hoá quá trình thi công

Tương ứng với phương pháp thi công đã được chỉ ra ở trên, việc mô hình hoá quá trình
thi công sẽ được thực hiện theo các bước sau:
7.3.3.8.1

Mô hình hoá đà giáo.

Vai trò của đà giáo trong quá trình thi công được mô hình hoá thành các liên kết đàn
hồi dạng “Compression Only” – nghĩa là các liên kết chỉ chịu nén. Độ cứng của liên kết
thường được xác định độ cứng của hệ đà giáo khi thử tải. Trong ví dụ này, độ cứng của
liên kết được lấy bằng 107 kN/m . Các liên kết được đặt vào các nút của các phần tử dầm.
Để tạo các liên kết này, trước hết cần tạo các nút làm “chân” của liên kết bằng lệnh
Translate (menu Model>Nodes>Translate…) theo kiểu Copy các nút của các phần tử
dầm theo phương trục Z một đoạn bằng -1 m. Bước tiếp theo là tạo các liên kết để nối các
nút đó với các nút tương ứng ở dầm như được thể hiện ở Hình 7.26.


21

Các nút là “chân” liên kết này đều được gán gối cứng, không cho phép chuyển vị theo
mọi phương.

Hình 7.25

Tạo các nút làm chân liên kết bằng lệnh “Translate Nodes”

Hình 7.26

7.3.3.8.2

Tạo liên kết đàn hồi mô hình hoá đà giáo

Xác định các giai đoạn thi công.

Theo sơ đồ thi công kể trên, các bước thi công chính sẽ là:
 Đổ bê tông trên đà giáo nhịp 1 và 0,2 lần chiều dài nhịp 2,
 Kéo cáp dự ứng lực cho phần bê tông đã đổ,
 Bơm vữa,
 Tháo ván khuôn, đà giáo cho phần bê tông đã đổ,


22

 Lặp lại các bước kể trên cho các nhịp 2 và 3.
Như vậy, tổng cộng sẽ có 12 giai đoạn thi công chính và được đặt tên theo thứ tự là
CS1_1 đến CS3_4 như được thống kê trong Bảng 7-5.
Bảng 7-5

Các giai đoạn thi công

Giai đoạn thi công

Nội dung công việc

Thời gian (ngày)

CS1_1

Đổ bê tông trên đà giáo nhịp 1 và 0,2 lần chiều dài nhịp 2

23

CS1_2

Kéo cáp dự ứng lực cho phần bê tông đã đổ trong CS1_1

0

CS1_3

Bơm vữa

1

CS1_4

Tháo ván khuôn, đà giáo cho phần bê tông đã đổ trong
CS1_1

1

CS2_1

Đổ bê tông trên đà giáo nhịp 0,8 lần chiều dài nhịp 2 và
0,2 lần chiều dài nhịp 3

23

CS2_2

Kéo cáp dự ứng lực cho phần bê tông đã đổ trong CS2_1

0

CS2_3

Bơm vữa

1

CS2_4

Tháo ván khuôn, đà giáo cho phần bê tông đã đổ trong
CS2_1

1

CS3_1

Đổ bê tông trên đà giáo nhịp 0,8 lần chiều dài nhịp 3

23

CS3_2

Kéo cáp dự ứng lực cho phần bê tông đã đổ trong CS7

0

CS3_3

Bơm vữa

1

CS3_4

Tháo ván khuôn, đà giáo cho phần bê tông đã đổ trong
CS8

1

7.3.3.8.3

Định nghĩa nhóm kết cấu, tải trọng và điều kiện biên

Ứng với các quá trình thi công đã mô tả ở trên, cần định nghĩa một số nhóm kết cấu,
nhóm tải trọng và nhóm điều kiện biên. Chi tiết về các nhóm này được thể hiện trong
Bảng 7-6, Bảng 7-7 và Bảng 7-8.
Bảng 7-6

Nhóm kết cấu

Nhóm kết cấu

Thành phần

SG0

Các nút làm chân của các liên kết thể hiện đà giáo

SG1

Các nút và các phần tử ứng với giai đoạn đổ bê tông thứ nhất

SG2

Các nút và các phần tử ứng với giai đoạn đổ bê tông thứ hai

SG3

Các nút và các phần tử ứng với giai đoạn đổ bê tông thứ ba

Bảng 7-7

Nhóm điều kiện biên

Nhóm điều kiện biên

Thành phần

BG0

Các nút làm chân của các liên kết thể hiện đà giáo


23

BG1

Liên kết thể hiện đà giáo trong giai đoạn đổ bê tông thứ nhất

BG2

Liên kết thể hiện đà giáo trong giai đoạn đổ bê tông thứ hai

BG3

Liên kết thể hiện đà giáo trong giai đoạn đổ bê tông thứ ba

SP1

Liên kết thể hiện gối vĩnh cửu của đoạn dầm thứ nhất. Liên kết này sẽ tham gia
chịu sau khi tháo đà giáo ứng với giai đoạn thi công thứ nhất

SP2

Liên kết thể hiện gối vĩnh cửu của đoạn dầm thứ hai. Liên kết này sẽ tham gia
chịu sau khi tháo đà giáo ứng với giai đoạn thi công thứ hai

SP3

Liên kết thể hiện gối vĩnh cửu của đoạn dầm thứ hai. Liên kết này sẽ tham gia
chịu sau khi tháo đà giáo ứng với giai đoạn thi công thứ ba

Bảng 7-8

Nhóm tải trọng

Nhóm tải trọng

Thành phần

SW

Trọng lượng bản thân kết cấu

Prestress1

Tải trọng dự ứng lực trong giai đoạn đổ bê tông thứ nhất

Prestress2

Tải trọng dự ứng lực trong giai đoạn đổ bê tông thứ hai

Prestress3

Tải trọng dự ứng lực trong giai đoạn đổ bê tông thứ ba

7.3.3.8.4

Gán các thành phần tương ứng cho nhóm kết cấu, tải trọng và điều kiện
biên

Cho đến thời điểm này, các bộ phận kết cấu, liên kết và tải trọng đều chưa được gán
cho các nhóm thích hợp. Thực hiện các bước như đã được mô tả trong mục 5.3.6 của tập
1 để gán thành phần cho các nhóm này.
7.3.3.8.5

Xây dựng mô hình cho các quá trình thi công

Tương ứng với các giai đoạn thi công kể trên, các giai đoạn thi công sẽ được định
nghĩa trong MIDAS/Civil theo các bước đã được trình bày trong mục 5.3.7 Tập 1. Cấu
trúc các giai đoạn thi công được thống kê trong Bảng 7-9. Hình 7.27 thống kê các giai
đoạn thi công có trong mô hình và Hình 7.28 thể hiện cách nhập dữ liệu cho một giai
đoạn thi công.
Bảng 7-9
Giai đoạn thi
công

Nhóm kết cấu
Kích hoạt

CS1_1

CS1_2

SG0,
SG1
(tuổi
vật

liệu=5 ngày)

Bỏ kích hoạt

Cấu trúc các giai đoạn thi công
Nhóm điều kiện biên

Nhóm Tải trọng

Kích hoạt

Kích hoạt

BG0, BG1

Bỏ kích hoạt

SW

Prestress1

Bỏ kích hoạt


24

CS1_3
CS1_4
CS2_1

BG1
SG2 (tuổi vật
liệu=5 ngày)

BG2

CS2_2

Prestress2

CS2_3
CS2_4
CS3_1

BG2
SG3 (tuổi vật
liệu=5 ngày)

BG3

CS3_2

Prestress3

CS3_3
CS3_4

BG3

Hình 7.27

Tổng thể các giai đoạn thi công

Hình 7.28

Cấu trúc một giai đoạn thi công

7.3.3.9

Phân tích

7.3.3.9.1

Đặt các tham số phân tích thi công


25

Khi phân tích các kết cấu bê tông dự ứng lực, các tham số phân tích cần được quan
tâm là sự thay đổi của các đặc trưng vật liệu theo thời gian, co ngót, từ biến và các mất
mát dự ứng lực. Các tham số này cần được đặt trong giao diện điều khiển Construction
Stage Analysis Control Data (Hình 7.29).

Hình 7.29

7.3.3.9.2

Đặt các tham số phân tích thi công

Thực hiện quá trình phân tích:

Quá trình phân tích được thực hiện hoàn toàn tương tự như cho các trường hợp phân
tích khác (bấm F5 hoặc gọi menu Analysis>Perform Analysis).
7.3.3.10

Xử lý kết quả

7.3.3.10.1 Nội lực trong kết cấu theo các giai đoạn thi công
Biểu đồ nội lực của các bộ phận kết cấu theo các giai đoạn thi công được thể hiện như
sau:
 Chọn thành phần nội lực cần thể hiện. Ví dụ, cần vẽ biểu đồ mô men My: menu
Results > Forces > Beam Diagram; chọn My.
 Chọn giai đoạn thi công cần quan tâm. Ví dụ, chọn giai đoạn thi công CS1_1.
Các hình sau biểu diễn biểu đồ mô men của các bộ phận kết cấu theo các giai đoạn thi
công.