Phân tích dầm thi công đúc trên đà giáo cố định Midas civil Hiếm

Hướng dẫn nâng cao 19
Phân tích thi công theo giai đoạn cho
FSM (Đúc dầm trên đà giáo cố định)
sử dụng các chức năng cơ bản

Civil


Contents
Nội dung ......................................................................................................... 3
Thông số cầu và mặt cắt ............................................................................................................... 1
Vật liệu & cường độ ....................................................................................................................... 3
Tải trọng ............................................................................................................................................ 3
Cấu thành của thi công theo giai đoạn ..................................................................................... 4

Cài đặt môi trường làm việc của phần mềm ................................................ 7
Định nghĩa tính chất....................................................................................... 8
Định nghĩa vật liệu .......................................................................................................................... 8
Khai báo mặt cắt ............................................................................................................................. 9
Khai báo thuộc tính phụ thuộc vào thời gian của vật liệu ................................................. 13

Mô hình kết cấu ............................................................................................ 15
Khai báo phần tử .......................................................................................................................... 15
Khai báo gối đỡ ............................................................................................................................. 16
Khai báo nhóm (Group) ............................................................................................................... 17
Gán nhóm kết cấu......................................................................................................................... 18

Khai báo điều kiện gối/biên ......................................................................... 19
Liên kết cứng ................................................................................................................................. 19
Nhập dữ liệu gối đỡ ..................................................................................................................... 20

Nhập tải trọng thi công theo giai đoạn ....................................................... 21
Khai báo điều kiện tải trọng ....................................................................................................... 21
Tải trọng bản thân ........................................................................................................................ 22
Tĩnh tải ............................................................................................................................................. 23
Tải trọng cáo dự ứng lực ............................................................................................................ 26
Tĩnh tải chất thêm ......................................................................................................................... 31

Nhập tải trọng cho kết cấu hoàn chỉnh ...................................................... 32
Tải trọng gió ................................................................................................................................... 32
Nhiệt độ ........................................................................................................................................... 35
Hoạt tải ............................................................................................................................................ 38
Cố kết lệch ...................................................................................................................................... 44

Khai báo giai đoạn thi công ........................................................................ 46
Chạy phân tích kết cấu ................................................................................ 48


Kiểm tra kết quả phân tích .......................................................................... 50
Tính chất của phần tử & đặc trưng mặt cắt cho mỗi bước thi công ............................... 50
Kiểm tra lực và ứng suất của các phần tử trong quá trình thi công theo giai đoạn.... 52
Kiểm tra kết quả sử dụng biểu đồ ............................................................................................ 55
Kiểm tra kết quả sử dụng bảng ................................................................................................. 56
Mất mát ứng xuất dự ứng lực.................................................................................................... 58
Kiểm tra thông tin cáp ................................................................................................................. 59
Kiểm tra kết quả phân tích hoạt tải .......................................................................................... 63
Kiểm tra ứng suất gây ra bởi tổ hợp tải trọng....................................................................... 64

Nội dung
FSM (Full Staging construction Method – Phương pháp đúc dầm trên đà giáo cố định)
là một phương pháp rất thông dụng cho thi công cầu dự ứng lực căng sau. Tĩnh tải

bê tông, đà giáo, cốp pha được kéo lên cao độ của nhịp cầu cho tới khi dầm cầu đạt
tới cường độ thiết kế.
FSM được sử dụng cho mục đích kinh tế khi cầu cong, hoặc bản mặt cầu được mở
rộng ra hơn
Trong trường hợp cầu với nhịp dài, việc sử dụng cáp dự ứng lực có thể giới hạn,
trong trường hợp này có thể yêu cầu sử dụng mối nối. Từng đoạn dầm của nhịp sẽ
được thi công tuần tự. Phân tích kết cấu được thực hiện trên nguyên lý thi công theo


Construction stage analysis for FSM using general functions

giai đoạn với các mối nối. Mặc dù cầu thường được bố trí hệ chống đỡ, FSM được
mô hình và tính toán dựa trên lý thuyết bỏ qua hệ chống đỡ khi sử dụng cáp dự ứng
lực
Khi đưa vào sử dụng FSM để xây dựng cầu liên tục, giai đoạn đầu tiên là giai đoạn
dầm giản đơn, và từng bước nó trở thành cầu liên tục nhiều nhịp. trong một so sánh
khô tính toán tới việc thi công theo giai đoạn, Phân tích thi công theo giai đoạn gây ra
giá trị moment âm và dương đều lớn hơn. Vì đó, Vì thế khi sử dụng phương pháp
FSM, chúng ta cần xem xét đến mô hình thi công theo giai đoạn cho sự biến đổi của
kết cấu, tải trọng phần tử và điều kiện biên cũng như đặc trưng phụ thuộc theo thời
gian của vật liệu như đặc tính từ biến, co ngót, moment chảy dẻo.

Hình 1.

Mô hình cầu được dùng để phân tích

Thông số cầu và mặt cắt
Ví dụ này được đơn giản hóa từ một mô hình cầu thực tế để nhằm mục đích mình họa
cho phương pháp Phân tích thi công theo giai đoạn sử dụng FSM.
Thông số về kết cấu cầu được mô tả dưới đây:

Loại kết cấu: Cầu dầm hộp PSC 3 nhịp (F.S.M)
Nhịp cầu: L = 40.0 + 45.0 + 40.0 = 125.0m
Bề rộng: 8.5m
Góc nghiêng: 90˚

1


ADVANCED APPLICATIONS

Hình 2.

Mặt cắt dọc

8.5
1 .5

1 .4

1 .5

0.2
0.3

0.26
0 .7 1

0.26 8
2 .5

1 .34

0 .2

1 .232
0 .5

1

0.5

1 .4

1.232

4 .5
8.5

Hình 3.

2

Mặt cắt dầm


Construction stage analysis for FSM using general functions

Vật liệu & cường độ
▶ Bê tông

1)
2)

Cường độ: fcu  45MPa
Mô đun chảy dẻo: Ec  3.0124  104 MPa

▶ Cáp dự ứng lực căng sau
2)

Cường độ chảy dẻo: f py  1580MPa
Cường độ kéo căng: f pu  1860MPa

3)

Diện tiết mặt cắt danh định: Ap  100cm2

4)
5)

Moment chảy dẻo: E p  1.95  105 MPa
Lực căng cáp ban đầu: f pj  0.75 f pu  1395MPa

6)

Trượt neo:

7)

Hệ số ma sát đoạn cong :   0.25 / rad

8)

Hệ số ma sát rung lắc: k  0.0066 / m

1)

s  6 mm

Tải trọng
▶ Tải trọng cơ bản và tải trọng đặc biệt liên đới tới tải trọng cơ bản
1) Tĩnh tải
A. Bê tông cốt thép: 24.52kN / m2
B. Bê tông nhựa Asphalt: 22.56kN / m2
C. Giải ngăn cách và lan can
D. Lực căng cáp, từ biến, co ngót
2)

Hoạt tải

3)

Sư khác biệt về bố trí

A. Tải trọng xe cộ: Loại HA và loại tải trọng HB
: Tổ hợp bất lợi nhất cho mỗi trụ là 10mm
▶ Tải trọng thứ nguyên
1)

Nhiệt độ
A. Cho độ võng toàn phần (±15˚)

B. Chênh lệch nhiệt độ giữa thanh cổng trên và dưới (±5˚)

2)

Tải trọng gió

3


ADVANCED APPLICATIONS

Cấu thành của thi công theo giai đoạn
Hình dưới minh họa toàn bộ các bước của thi công theo giai đoạn. Các giai đoạn thi
công được khai báo ngoại trừ việc lắp dựng của hệ thống trụ tạm và chống đỡ, những
phần không có ảnh hưởng đến kết cấu.

Hình 4.

Biểu đồ thi công giai đoạn

Các giai đoạn thi công sau đây phản ánh trình tự phân tích.
CS1 (30 days)
CS2 (30 days)
CS3 (30 days)
CS4 (10,000 days)

4


Construction stage analysis for FSM using general functions

5


ADVANCED APPLICATIONS

Hình 5.

6

Bố trí bó cáp DUL


Construction stage analysis for FSM using general functions

Cài đặt môi trường làm việc của phần mềm
Với phương pháp đúc trên đà giáo cố định (FSM), mở file mới, (
lưu là (
Save) ‘FSM.mcb’.

New Project), và

Chọn ‘kN’ và ‘m’ cho hệ đơn vị. Hệ đơn vị có thể được thay đổi bao nhiêu tùy thích
theo nhu cầu của người dùng và loại dữ liệu nhập vào mà không ảnh hưởng đến kết
quả phân tích.

/

New Project

/

Save (FSM)

Tools / Unit System
Chiều dài - Length> m

; Lực- Force>kN





Hệ đơn vị có thể
được thay đổi bằng
cách “Unit
Selection” ( ) phía
dưới cùng của màn
hình làm việc

Hình 6.

Cài đặt hệ đơn vị

7


ADVANCED APPLICATIONS

Định nghĩa tính chất

Định nghĩa vật liệu
Khai báo vật liệu của dầm hợp PSC bằng cách lựa chọn trong thư viện dựng sẵn của
midas. Vật liệu dùng cho cáp DUL có thể sử dụng chức năng User Defined function.

Properties /

Material Properties

Click



Type>Concrete
DB>C45 
Apply

;

Standard>BS(RC)

Name>Tendon ; Type>User Defined
Modulus of Elasticity (1.95e8)
Weight Density (78.5) 



Khối lượng của
cáp tự động được
xét đến sau khi rót
vữa.

Hình 7.

8

Cửa số làm việc của việc khai báo tính chất vật liệu


Construction stage analysis for FSM using general functions

Khai báo mặt cắt
Tham khảo kích thước mặt cắt ở Hình 8 để khai báo dầm hộp PSC.
Properties /

Section Properties

Click



PSC tab
Section ID (1) ;

Name (Span)

PSC-1CELL, 2CELL
Joint On/Off>JO1 (on), JI1 (on), JI3 (on), JI5 (on)
Web Thick> for Shear t1 (on), t2 (on), t3 (on),
Offset>Center-Top

for Torsion(min) (on)

Outer

HO1 (0.2) ; HO2 (0.3) ; HO2-1 (0) ; HO3 (2.5)
BO1 (1.5) ; BO1-1 (0.5) ; BO2 (0.5) ; BO3 (2.25)
Inner

HI1(0.24) ; HI2(0.26) ; HI2-1(0) ; HI3(2.05) ; HI3-1(0.71)
HI4 (0.2) ; HI4-1 (0) ; HI5 (0.25)
BI1(2.2) ; BI1-1(0.7) ; BI2-1(2.2) ; BI3(1.932) ; BI3-1(0.7)
Hoặc kích

để nhập các dữ liệu nhập trong 1 bảng.

2.2
0 .7
0.2
0.3

0.24
0 .26
0.5
0.71
2.05
2 .5

1.932
0 .7
0.2

0 .25

1.5

Hình 8.

0.5

2 .25

Các thông số cho khai báo mặt cắt

9


ADVANCED APPLICATIONS

10


Construction stage analysis for FSM using general functions



Tích vào “Mesh
Size for Stiff Calc.”
cho phép người
dùng khai báo tối
đa kích thước
lưới, dùng để tính

toán đặc trưng
mặt cắt.



“Consider Shear
Deformation” chịu
trách nhiệm cho
biến dạng do lực
cắt.

Hình 9.

Ô hộp thoại dữ liệu nhập
Kích thước mặt cắt có thể được nhập dựa vào
một bảng, bằng cách kích
cho
mặt cắt PSC.
Cách này sẽ nhanh hơn nhiều so với việc nhập
thủ công từng thông số.
Bảng tương thích với excel. Các kích thước
thường xuyên được sử dụng của mặt cắt có thể
sử dụng chức năng copy & paste để sử dụng
thuận tiện hơn.
Bảng dữ liệu trở nên tương thích với excel bằng
cách nhập “0” để tắt Check Off ( ) and “1” for
Check on ( ).

Hình 10.

Bảng dữ liệu (PSC)

11


ADVANCED APPLICATIONS

Kiểm toán lực cắt
Gán vị trí tính toán lực cắt cho mặt cắt PSC. Dữ liệu số có thể được nhập thủ công
hoặc nếu chế độ “Auto” được chọn, Các tính toán lực cắt sẽ được tính toán tại vị trí
cánh trên hoặc dưới của mặt cắt. Kết quả sẽ được hiển thị tại no. 5~10 của ứng suất
dầm (PSC).

Chiều dầy cánh.
Cho lực cắt (total)
Nhập chiều dầy để tính toán lực cắt tại vị trí gán cho việc
kiểm toán lực cắt Z1 tới Z3. Nhập tổng chiều dầy tại vị
trí cần xét. Tích chọn “Auto” cho tính toán tự động.
Xoắn (min.)
Nhập một giá trị độ dày bé nhất để tính toán xoắn.

12


Construction stage analysis for FSM using general functions

Khai báo thuộc tính phụ thuộc vào thời gian của vật liệu
Khai báo đặc tính phụ thuộc vào thời gian của bê tông ( từ biến, co ngót, cường độ)

Properties /

Time Dependent Material / Creep/Shrinkage
Click
; Name>C45 ; Code>CEB-FIP(1990)
Cường độ chịu nén của bê tông ở ngày tuổi 28 (45000)
Độ ẩm của môi trường (40-99) (70)
Kích thước quy ước (0.364)
Loại xi măng Normal or rapid hardening cement (N, R)
Tuổi của bê tông bắt đầu co ngót (3) 
Properties /

Time Dependent Material / Comp. Strength

Chọn
; Name>C45 ; Code>CEB-FIP
Cường độ chịu nén của bê tông ở ngày tuổi 28 (45000)
Tỷ lệ xi măng >N, R : 0.25 

Hình 11.

Dử liệu phụ thuộc thời gian của vật liệu

13


ADVANCED APPLICATIONS

Gán đặc tính phụ thuộc thời gian của vật liệu vào đặc tính của vật liệu. hệ số từ biến,
co ngót và đường cong biểu đồ biểu thị cường độ của vật liệu theo thời gian cần được
gán cho tính chất thay đổi theo thời gian của vật liệu để sử dụng cho phân tích thi
công theo giai đoạn

Properties / Time Dependent /
Time Dependent Material Type
Creep/Shrinkage>C45
Comp. Strength>C45
Chọn vật liệu để gán>Materials>
1:C45
Chọn vật liệu

Hình 12.

14

Material Link

Gán đặc tính thay đổi theo thời gian của vật liệu vào đặc tính của vật
liệu


Construction stage analysis for FSM using general functions

Mô hình kết cấu
Khai báo phần tử
Mô hình dầm bằng chức năng “Extrude”.
Node/Element /
Create Nodes
Coordinates (x, y, z) (0, 0, 0)



Node/Element /

Extrude
Select All
Extrude Type>Node -> Line Element
Element Attribute
Element Type>Beam
Material>1: C45
Section>1: Span
Translation > Unequal Distance
Axis>x
Distances (, 5@2, , 5@2, )



Zoom Fit

Hình 13.

Khai báo dầm

15


ADVANCED APPLICATIONS

Khai báo gối đỡ
Nhịp cầu đang nghiên cứu (40+45+40), tạo nút mà gối sẽ được gán vào đó.



Chiều cao dầm

là 3m, khoảng cách
giữa gối và điểm
chúng ta đang mô
hình dầm có điểm
tham chiếu là
Center-Top, các gối
được khai báo tại
Z=-3m & Y=±1.5m.

Node/Element
Create Nodes
Nút bắt đầu đánh số

Lựa chọn đánh số nút>User-Defined Number
Các số được tạo mới (61)

Coordinates (x, y, z) (0, 1.5, -3) 
Copy
(Copy số lần )Number of Times (1)
(Khoảng cách) Distances (dx, dy, dz) (0, -3, 0)
Node/Element /
Translate Node
Select Recent Entities
Mode>Copy
Translation
Unequal Distance
Axis>x
Distance (40, 45, 40)

Hình 14.

16



Khai báo nút gán gối đỡ




Construction stage analysis for FSM using general functions

Khai báo nhóm (Group)
Tham khảo “Construction Stage Configuration” trên Hình 4 cho danh sách nhóm sẽ
được khai báo

Structure / Group /
Structure
Name (SG) ; Suffix (1to3)



Structure / Group / B/L/T /
Define Boundary Group
Name (BG) ; Suffix (1to3)




Nhóm cáp dự

ứng lực sẽ không
được sử dụng để
cấu thành các bước
thi công, nhưng
được khai báo để
kiểm tra kết quả của
từng nhóm

Structure / Group / B/L/T /
Define Load Group
Name (Dead) ;
 ;
Name (Superimposed Dead) ;

Name (PS) ; Suffix (1to3) ;

Name (Diaphragm) ; Suffix (1to3) ;



Structure / Group / B/L/T /
Define Tendon Group 
Name (A) ; Suffix (1to4)

Name (B) ; Suffix (1to4)

Name (C) ; Suffix (1to4)




Tham khảo tên đã
được đặt cho
“Tendon Profile” Để
nhìn được các phần
tử của nhóm cáp
DUL “ Tendon
Group”.

Hình 15.

Khai báo nhóm

17


ADVANCED APPLICATIONS

Gán nhóm kết cấu
Gán các nút sẽ được kích hoạt trong các bước thi công, tới bước SG1~3 tương ứng.
gán các phần tử cho Structure Group bằng chức năng “Drag & Drop,” hoặc kích chuột
phải và chọn “Assign”.

Elements Numbers ;

Front View

Group Tab in the Tree Menu
Gõ số thứ tự của phần tử và nút như bên dưới minh họa

Select Nodes : 61to64 & Elements : 1to20
Structure Group > SG1 Drag & Drop or (Context Menu) Assign
Select Nodes : 65to66 & Elements : 21to39
Structure Group > SG2 Drag & Drop or (Context Menu) Assign
Select Nodes : 67to68 & Elements : 40to52
Structure Group > SG2 Drag & Drop or (Context Menu) Assign

[SG1] Node : 61to64 & Element : 1to20
[SG2] Node : 65to66 & Element : 21to39
[SG3] Node : 67to68 & Element : 40to52

Drag & Drop

Hình 16.

18

Gán nhóm kết cấu


Construction stage analysis for FSM using general functions

Khai báo điều kiện gối/biên
Liên kết cứng
Xét điểm chính giữa của dầm hộp PSC Box, liên kết cứng nốt với điểm đỡ.
Iso View
Boundary /
Elastic Link
Boundary Group>BG1
Link Type>Rigid Type

2Nodes (1, 61) ; (1, 62)

;

(18, 63)

;

(18, 64) 

Boundary Group>BG2
2Nodes (37, 65) ; (37, 66) 
Boundary Group>BG3
2Nodes (53, 67) ; (53, 68) 
Turn on the node number if necessary when picking up nodes

Hình 17.

Liên kết cứng

19


ADVANCED APPLICATIONS

Nhập dữ liệu gối đỡ
Xét các bước thi công, gối đỡ được khai báo như dưới.
Top View

;

Redraw

Boundary /
Define Supports
Boundary Group>BG1
Select Single (Node : 61 ) ; Support Type>Dy (on), Dz(on) 
Select Single (Node : 62 ) ; Support Type>Dz(on) 
Select Single (Node : 63 ) ; Support Type>Dx(on), Dy(on), Dz(on) 
Select Single (Node : 64 ) ; Support Type>Dx(on), Dz(on) 
Boundary Group>BG2
Select Single (Node : 65 ) ; Support Type>Dy(on), Dz(on) 
Select Single (Node : 66 ) ; Support Type>Dz(on) 
Boundary Group>BG3
Select Single (Node : 67 ) ; Support Type>Dy(on), Dz(on) 
Select Single (Node : 68 ) ; Support Type>Dz(on) 

BG1

BG1

Hình 18.

20

BG2

Nhập điều kiện biên

BG3

Construction stage analysis for FSM using general functions

Nhập tải trọng thi công theo giai đoạn
Khai báo điều kiện tải trọng
Khai báo trường hợp tải trọng cho phân tích
Chúng ta khai bào loại tải trọng “Type” sau đó chúng ta có thể tận dụng chức năng
"Auto Generate” để tự động khai báo các trường hợp tải trọng. Sử dụng các loại tải
trọng này có thể khai báo tổ hợp tải trọng sau khi áp dụng các hệ số tải trong được sử
dụng trong các tiêu chuẩn thiết kế..

Redraw
Load /
Static Load Cases
Name (Self Weight)
Name (Non-Structure Dead)
Name (Prestress)
Name (Superimposed)
Name (Wind)
Name (Temperature (+))
Name (Temperature (-))
Name (Top-Bot Temp Diff(+))
Name (Top-Bot Temp Diff(-))

Hình 19.

; Type>Construction Stage Load (CS) 
; Type>Construction Stage Load (CS) 
; Type>Construction Stage Load (CS) 

; Type>Construction Stage Load (CS) 
; Type>Wind Load on Structure (W) 
; Type>Temperature (T) 
; Type>Temperature (T) 
; Type>Temperature Gradient (TPG) 
; Type>Temperature Gradient (TPG) 

Khai báo trường hợp tải trọng

21


ADVANCED APPLICATIONS

Tải trọng bản thân
Nhập tải trọng bản thân
Khai báo và kích hoạt tải trọng bản thân tại bước thi công đầu tiên ngày thứ nhất. Và
tất cả các bước thi công sau đó sẽ được giữ nguyên tải trọng bản thân đã được kích
hoạt

Load /
Self Weight
Load Case Name>Self Weight
Load Group Name>Dead
Self Weight Factor>Z (-1)

Hình 20.

22



Nhập tải trọng bản thân