Kiến thức cơ bản

KiÕn thøc c¬ b¶n
Bài 1 : Mở đầu các qui ớc cơ bản
I. Giới thiêu:
- SAP 2000 (Structural Analysis Program) ra đời vào năm 1998 (Version 6.11) ĐH
Avenue Mỹ.
- Các phiên bản của SAP 2000 : + Nonlinear Version : phiên bản phi tuyến.
+ Standard Version : phiên bản chuẩn.
+ Plus Version : phiên bản nâng cao.
+ Education Version : phiên bản dành cho học tập.
- SAP 2000 dựa vào các phần tử mẫu nh: pt thanh, pt vỏ... để mô tả các dạng kết cấu.
- SAP 2000 tiến hành phân tích kết cấu dựa theo phơng pháp PTHH (dựa vào mô hình tơng
thích), tìm ra chuyển vị tại các điểm nút của các phần tử, từ đó tính đợc nội lực, ứng
suất..v...v..của phần tử.
- Khả năng của SAP2000:
+ Tính năng giao tiếp: dễ sử dụng, dễ mô tả các dạng kết cấu, sửa đổi-in ấn thuận tiện...
Kết quả tính toán có thể xem trực tiếp trên màn hình hay đọc ở dạng văn bản.
+ Khả năng tính toán-thiết kế: - Tính toán xác định ứng suất nội lực của kết cấu.
- Tải trọng có thể là tĩnh tải, hoạt tải, nhiệt độ...
- Thiết kế KCBTCT theo các tiêu chuẩn: BS, ACI,
AASHTO, CSA, EUROCODE, NZS.
- Giải các bài toán kiểm tra kết cấu thép theo các tiêu
chuẩn: BS, AISC, EUROCODE, CISC, AASHTO.
- Các File dữ liệu:
*.SDB : file dữ liệu chính.
*.S2k: file dữ liệu dới dạng text, có thể dùng các phần mềm soạn thảo văn bản để tạo dữ
liệu hoặc sửa chữa.
*.OUT, *.TXT : file dữ liệu chứa các kết quả đợc xuất ra.
II. Giao diện:
- Hệ thống menu (Menu bar): File Edit View Define Draw Select ...
- Hệ thống thanh công cụ ( Tool bar) : ..........
- Các cửa sổ hiển thị: có thể hiển thị từ 1ữ4 cửa sổ cùng một lúc.

- Thanh trạng thái + hộp đơn vị chuẩn:
Để xây dựng mô hình kết cấu và thực hiện tính toán đợc nhanh chóng cần sử dụng kết hợp hệ
thống Menu, hệ thống các thanh công cụ...
III. Trình tự giải bài toán kết cấu bằng phần mền SAP2000:
1. Xác định hệ đơn vị.
2. Tạo các đờng lới.
3. Xây dựng các mô hình kết cấu.
4. Định nghĩa và gán các thuộc tính cho đối tợng:
+ Vật liệu
+ Tiết diện
+ Điều kiện biên
+ Tải trọng
+ Tổ hợp tải trọng
5. Thực hiện tính toán ( chạy chơng trình).
6. Xem, biểu diễn, xuất kết quả.
Xác định các số liệu đầu vào:
Xác đinh các yêu cầu tính toán, các kết quả cần tìm.
Xác định dạng hình học, tải trọng.
Rời rạc hoá kết cấu, chọn phần tử mẫu thích hợp.
Đánh số hoặc thay đổi số hiệu các điểm nút, phần tử ... nếu cần
Định nghĩa các phơng án tải trọng, gán tải trọng cho phần tử.
Thực hiện giải bài toán và
Kiểm tra kết quả
Biểu diễn, xuất kết quả:
+ Bằng hình vẽ.
+ Bằng File kết quả.
IV. Các qui ớc cơ bản :
1. Hệ thống đợn vị (Unit system):
Tuỳ từng bài toán mà chọn một đơn vị tính toán cho phù hợp. Khi tính toán chơng trình tự
động chuyển toàn bộ về hệ đợn vị đã chọn ban đầu.

2. Các hệ thống toạ độ (Coordinate systems):
- Hệ toạ độ tổng thể (Global coordinate system): OXYZ các trục toạ vuông góc với nhau
và hợp thành một tam diện thuận. Có một hệ toạ độ tổng thể.
- Hệ toạ độ con : để dễ dàng cho quá trình mô tả một bộ phận nào đó của kết cấu.
- Hệ toạ độ địa phơng (Local coordinate system):
Mỗi nút, phần tử đều có hệ toạ độ riêng của nó, các trục của hệ toạ độ địa phơng đợc kí
hiệu là: 1, 2, 3.
* Với phần tử thanh:
+ Trục 1 (màu đỏ) : đi dọc theo phẩn tử và có chiều dơng hớng từ nút i đến nút j
của phần tử .
+ Trục 1 và trục 2 hợp thành mặt phẳng thẳng đứng Z.
+ Trục 2 (màu trắng) : hớng theo chiều trục +Z, hoặc +X (khi phần tử thẳng
đứng).
+ Trục 3 (màu xanh) : song song với mặt phẳng XY.
Các trục toạ độ địa phơng tuân theo qui tắc tam diện thuận.
* Với phần tử tấm vỏ:
+ Trục 3 (màu xanh): là trục pháp tuyến với phần tử (vuông góc với mặt phần tử).
+ Trục 2 và trục 3 hợp thành mặt phẳng thẳng đứng Z.
+ Trục 2 (màu trắng) : hớng theo chiều + Z hoặc +Y(khi phần tử nằm ngang).
+ Trục 1 (màu đỏ) : nằm ngang mp(X-Y).
* Hệ toạ độ địa phơng của nút (1, 2, 3) song song với các trục (X, Y, Z) của hệ toạ độ
tổng thể.
3. Bậc tự do của nút (DOF Degree Of Freedom):
- Là số thành phần chuyển vị của nút đó (DOF).
- Mỗi nút có 6 bậc tự do.
- Các thành phần chuyển vị của nút đợc khống chế bằng điều kiện biên của nút (Joint
Restraints) hoặc dùng Menu Analyze > Set Analysis options... để khống chế các chuyển
vị của nút.

Joint

U2
U3
U1
R2
R1
R3
- Bậc tự do của nút ứng với các phần tử khác nhau đợc thể hiện ở bảng sau:
Loại phần tử
Các thành phần chuyển vị
U
1
U
2
U
3
R
1
R
2
R
3
Khung dầm phẳng (mp X-Y) 0 0 1 1 1 0
Khung dầm phẳng (mp Y-Z) 1 0 0 0 1 1
Khung dầm phẳng (mp Z-X) 0 1 0 1 0 1
Khung dầm không gian 0 0 0 0 0 0
Dàn không gian 0 0 0 1 1 1
Hệ dầm giao nhau 1 1 0 0 0 1
Tấm và Vỏ 0 0 0 0 0 0
Phần tử phẳng (mp X-Y) 0 0 1 1 1 1
Phần tử phẳng (mp Y-Z) 1 0 0 1 1 1

Phần tử phẳng (mp Z-X) 0 1 0 1 1 1
Phần tử khối 0 0 0 1 1 1
0: thành phần chuyển vị không bị khống chế.
1: thành phần chuyển vị bị khống chế.
U
i
: các thành phần chuyển vị thẳng theo trục i.
R
i
: các thành phần chuyển vị xoay quanh trục i.
V. Hệ thống kết cấu mẫu:
1. Hệ thống lới toạ độ (Grid line system)
- Khai báo hệ lới trong hệ toạ độ:
Menu File > New Model (Ctr+N) > Grid Only
Cartersian : hệ toạ độ lới vuông góc.
Cylindrical : hệ toạ độ cầu.
- Hiệu chỉnh hệ lới:
Menu Define > Coordinate Systems/Grids ...> Modify/Show System...
Tại đây ta có thể thêm, xoá, di chuyển lới.
+ Units: Hệ đơn vị muốn hiển thị.
+ Display Grids as: Xác định cách hiển thị lới.
Ordinates: Hiển thị lới theo hệ trục tọa độ.
Spacing: Hiển thị lới theo khoảng cách giữa các đờng lới.
+ Hide All Grid Lines: ẩn tất cả các đờng lới trong hệ tọa độ đó.
+ Glue to Grid Lines: Dính các nút vào lới (khi di chuyển lới, nút cũng bị kéo
theo).
+ Bubble Size: Kích thớc ô hiển thị chỉ dẫn lới.
+ Reset to Default Color: Trở lại màu hiển thị lới theo chế độ mặc định của máy.
+ Reorder Ordinates: Sắp xếp lại lới theo thứ tự tăng dần.
+ Locate System Origin: Định vị trí hệ tọa độ đang xét.

a
b
c
d
e
f
g
h
i
k
l
m
n o
p
q
2. Các loại kết cấu mẫu (Template)
SAP2000 có sẵn 16 loại kết cấu mẫu thờng gặp trong thực tế, từ các kết cấu mẫu này ta có thể
thêm, bớt, sửa đổi... để đợc kết cấu mong muốn một cách dễ dàng.
Để chọn một kết cấu mẫu:
Menu Menu File > New Model (Ctr+N)
Ngoại trừ hai lựa chọn đầu tiên (Blank; Grid Only), còn lại 16 lựa chon còn lại là 16 dạng
kết cấu mẫu thờng gặp trong thực tế.
a. Hệ dầm liên tục: (Beam)
Beam Dimensions: Kích thớc dầm.
Number of Span : Số nhịp.
Span length : Chiều dài một nhịp .
Use Custom Grid Spacing and Locate Origin: Dùng hệ thống lới để xác định vị trí và
kích thớc dầm.
Section Properties : Đặc trng tiết diện.
Beams : Chọn loại tiết diện dầm (tiết diện mặc

định theo các tiêu chuẩn của nớc
ngoài: chữ I, chữ T...).
Restraints : Vẽ các liên kết mặc định.

b. Hệ dàn phẳng (2D Trusses)
Number of Divisions : Số khoảng chia Division length : Chiều dài một khoảng chia
Height : Chiều cao của dàn

c. Hệ thanh dàn không gian (3D Trusses)
Number of Stories : Số tầng
Top (Bottom) width along X,Y : Bề rộng của đỉnh (đáy) dàn theo phơng X, Y
Story height : Chiều cao 1 tầng.
d. Hệ khung phẳng (2D Frames)
Number of Stories : Số tầng Story height : Chiều cao một tầng
Number of Bays : Số nhịp Bay Width : Chiều rộng một nhịp
e. Hệ khung không gian (3D Frames)
Number of Stories : Số tầng Story height : Chiều cao 1 tầng
Number of Bays along X,Y : Số nhịp theo hớng X,Y Bay Width : Chiều rộng 1 nhịp
f. Vách cứng: (Wall)
Number of Divisions X, Z : Số ô lới theo trục X,Z
Divisions Width X, Z : Chiều rộng một ô lới theo trục X-Z tơng ứng
g. Kết cấu sàn phẳng (Flat Slab)
Number of Divisions X, Y : Số khoảng chia theo hớng X,Y
Divisions width along X, Y : Độ dài của mỗi khoảng chia theo hớng X,Y
Milddle Strip width X, Y : Độ rộng của dải qua các gối đỡ theo phơng X,Y
h. Phần tử vỏ (Shell)
Number of Divisions, Z : Số khoảng lới theo chiều cao của mặt trụ.
Number of Divisions, Angular : Số khoảng lới theo chu vi
Cylinder height, radius : Chiều cao, bán kính mặt trụ.
.................

Bài 2 : công cụ xây dựng hình học
A. Công cụ xây dựng mô hình kết cấu
1. Nút (Joint):
a. Vẽ nút:
- Dùng Menu: Draw > Draw Special Joint Chỉ định vị trí nút.
- Dùng thanh công cụ Chỉ định vị trí nút
b. Xem thông tin về nút:
Chọn nút cần xem thông tin và click phải chuột trên nút.
+ Location: Định vị.
Identification : Tên của ràng buộc chuyển vị.
Label: Số hiệu nút.
Joint Coordinates: Tọa độ nút.
Connectivity: Nút liên kết các phần tử...
Special Jt (User Def): Định nghĩa đặc biệt gán cho nút.
+ Assignments: Các yếu tố đã gán cho nút.
Constraint: Ràng buộc chuyển vị.
Restrains: Các thành phần chuyển vị không chế.
Local axes: Góc xoay tơng đối giữa ba trục của hệ toạ độ địa phơng
của nút với ba trục tơng ứng của hệ toạ độ tổng thể.
Springs: Các thành phần của liên kết đàn hồi.
Name: Tên của ràng buộc chuyển vị.
Type : Loại ràng buộc (body, weld, diaphragm...).
Mass: Các thành phần khối lợng ngoài đặt tập chung tại nút.
Panel Zone: Nhóm nút có một số đặc điểm giống nhau.
Joint Pattern : Nút thuộc pattern ....
Group: Nút thuộc nhóm...
Generalized Displs: Các thành phần chuyển vị nút.
RS Named Sets: Các thành phần của nút đợc chọn để xuất ra cơ sở dữ liệu.
Plot Functions:
+ Load: Các thành phần lực tập chung tại nút.

Chức năng chủ yếu của hộp thoại này là để ta xem các thông tin về nút và thay đổi vị trí nút.
2. Phần tử thanh (Frame):
a. Vẽ phần tử thanh:
- Dùng Menu: Draw menu > Frame/Cable/Tendon Lần lợt bấm trái chuột vào các
điểm cần tạo Frame, bấm ESC khi hoàn thành.
Draw menu > Quick Draw Frame/Cable/Tendon. (vẽ nhanh) Bấm
vào đờng lới cần tạo Frame, bấm ESC khi hoàn thành.
- Dùng thanh công cụ: cũng có thể thực hiện đợc hai chức năng nh trên.

Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc vẽ bằng cách chỉ trực tiếp trên màn hình, Sap2000 có hỗ
trợ chế độ bắt điểm tự động (khi đang vẽ phần tử):
+ Dùng Menu: Draw > Snap to... point / Line ends and midpoints / Intersection /
Perpendicular projections / Lines and edges.
+ Dùng thanh công cụ: bấm các nút .... trên thanh công cụ khi dang vẽ phần tử.
b. Xem thông tin phần tử Frame:
Chọn phần tử Frame cần xem thông tin và click phải chuột trên phần tử đó.
+ Location: Định vị.
Identification : Tên của ràng buộc chuyển vị.
Label: Số hiệu phần tử.
Design procedure: Phần tử đợc sử dụng cho việc thiết kế: Kết cấu thép, Kết
cấu bê tông,....
Length: Chiều dài phần tử thanh.
Line Object Type: Dạng của phần tử thanh.
Start Joint(I): Nút bắt đầu của phần tử thanh (nút I).
Coordinate System: Hệ tọa độ mà nút bắt đầu của phần tử thanh (I) tham chiếu.
X, Y, Z: Tọa độ nút bắt đầu của phần tử thanh (nút I).
End Joint(J): Nút cuối của phần tử thanh (nút J).
Coordinate System: Hệ tọa độ mà nút cuối của phần tử thanh (nút J) tham chiếu.
X, Y, Z: Tọa độ nút cuối của phần tử thanh (nút J).
+ Assignments: Các yếu tố ràng buộc đã gán cho phần tử thanh.

Section Property: Tên tiết diện đã gán cho phần tử thanh.