Phương pháp xây dựng mô hình có thừa kế để phân tích kết cấu bằng phần mềm SAP2000

TÓM TẮT:

Để phân tích kết cấu bằng phần mềm Sap2000 thông thường cần thực hiện theo trình tự nhất định, bất kỳ mô hình kết cấu nào cũng cần trải qua khoảng 10 bước thực hiện. Và khi thiết kế một mô hình kết cấu khác, công việc ấy vẫn cứ lặp đi lặp lại, đôi khi gây nhàm chán, nhầm lẫn, mất thời gian của người thiết kế kết cấu. Chính vì vậy, để người làm công tác thiết kế kết cấu xây dựng bằng phần mềm Sap2000 chính xác hơn, nhanh chóng hơn, bài viết hướng dẫn một phương pháp xây dựng mô hình có thừa kế từ những mô hình kết cấu đã thực hiện trước đó.

Từ khóa: Sap2000, xây dựng mô hình có thừa kế, thực hành trong Sap2000.

1. Đặt vấn đề

Để phân tích kết cấu thì việc xác định nội lực là công việc rất quan trọng và chắc chắn phải thực hiện. Phần mềm Sap2000 được sinh viên, cán bộ kỹ thuật làm công tác thiết kế ứng dụng để xác định nội lực kết cấu rất phổ biến. Những mô hình kết cấu mẫu mà phần mềm đưa ra rất phong phú, phù hợp với nhiều ngành, như: xây dựng dân dụng, cầu đường, cơ khí, kỹ thuật hạ tầng,…

Hình 1: Mô hình kết cấu mẫu trong SAP2000

Từ mô hình kết cấu mẫu, chúng ta có thể thực hiện bài toán bằng cách sử dụng mô hình dạng dầm (Beam), khung phẳng 2D (2D Frames), khung không gian 3D (3D Frames),… Các bước để thực hiện bài toán như sau:

Bước 1. Tạo mô hình (chọn đơn vị, chọn mô hình kết cấu mẫu, lưu mô hình)

Bước 2. Định nghĩa vật liệu

Bước 3. Định nghĩa tiết diệ

Bước 4. Gán tiết diện cho các phần tử

Bước 5. Định nghĩa các trường hợp tải trọng

Bước 6. Định nghĩa các trường hợp phân tích

Bước 7. Định nghĩa các tổ hợp phản ứng

Bước 8. Gán tải trọng tương ứng các trường hợp tải

Bước 9. Phân tích kết cấu

Bước 10. Xem và khai thác kết quả phân tích.

Qua quá trình sử dụng phần mềm SAP2000, chúng ta nhận thấy từ bước 1 đến bước 7, các mô hình kết cấu giống nhau thì công việc này cứ lặp đi lặp lại. Phần mềm SAP2000 đã rất khéo léo trang bị cho chúng ta thêm công cụ là Initialize Model from an Existing File để thừa kế các bước thực hiện này từ những mô hình kết cấu đã thực hiện trước đó. Từ đây, các bước thực hiện được rút ngắn lại là:

Bước 1. Chọn công cụ là Initialize Model from an Existing File, tạo mô hình (chọn đơn vị, chọn mô hình kết cấu mẫu Grid Only, lưu mô hình).

Bước 2. Xây dựng mô hình kết hợp gán tiết diện cho phần tử.

Bước 3. Gán tải trọng tương ứng các trường hợp tải.

Bước 4. Phân tích kết cấu.

Bước 5. Xem và khai thác kết quả phân tích.

Như vậy, công cụ Initialize Model from an Existing File trong SAP2000 đã giúp cho người sử dụng thao tác được dễ dàng, thuận tiện, nhanh chóng trong quá trình thiết kế kết cấu.

2. Phương pháp xây dựng mô hình tính toán

Điều kiện tiên quyết của phương pháp này là chúng ta phải có mô hình đã thực hiện, sau đó chúng ta xây dựng mô hình mới thừa kế các khai báo của mô hình đã có.

2.1. Dữ liệu đầu vào

Ở đây, tác giả lấy ví dụ mô hình đã có (Đào Đình Nhân - Nguyễn Hữu Anh Tuấn. 2008. Sap 2000 Thực hành phân tích và Thiết kế kết cấu; NXB Khoa học & Kỹ thuật - trang 190 đến 204) như sau:

Hình 2: Mô hình khung phẳng 6 tầng

Một khung phẳng 6 tầng (Hình 2). Dùng bê tông mác 250 (E = 2,65x10⁵ kG/cm2 = 2,4x10⁶ T/m2; u = 0,2). Tiết diện cột la 250 x 400 cho 3 tầng dưới, 250 x 300 cho 3 tầng trên. Tiết diện dầm là 250 x 400. Tải trọng: bao gồm tĩnh tải, hoạt tải minh họa trên hình là hoạt tải chất đầy, hoạt tải này được định nghĩa thành 6 trường hợp HT1, HT2, HT3, HT4, HT5, HT6 theo nguyên tắc cách tầng cách nhịp và tải trọng gió.

- Tĩnh tải (TT): g = 1,5 T/m; g_m = 1,8 T/m; G₁ = 2,5 T; G₂ = 5,5 T; G_m = 3 T;

- Hoạt tải (HT): p = 0,8 T/m; pm = 0,5 T/m; P₁ = 1,5 T; P₂ = 3,3 T; P_m = 1,2 T;

- Hoạt tải gió: được quy về phân bố trên chiều dài cột khung:

Bảng 1. Hoạt tải gió

Bảng 2. Các trường hợp tải trọng

Bảng 3. Các tổ hợp

2.2. Phương pháp thực hiện mô hình mới thừa kế từ mô hình đã có

Khi chúng ta cần thực hiện mô hình mới, với các thông tin giống như mô hình đã có bên trên, hoặc có thay đổi một vài thông tin, thì việc thực hiện mô hình mới thừa kế mô hình đã có được thực hiện như sau:

Bước 1: Chọn công cụ là Initialize Model from an Existing File, tạo mô hình (chọn đơn vị, chọn mô hình kết cấu mẫu Grid Only, lưu mô hình)

- Mở phần mềm SAP2000, chọn đơn vị là T, m, C theo dữ liệu đầu bài. Vào menu File/new model, chọn công cụ là Initialize Model from an Existing File và chọn tạo sơ đồ theo hệ lưới Grid Only.

Hình 3: Công cụ Initialize Model from an Existing File
và chọn xây dựng mô hình từ Grid Only

- Xuất hiện hộp thoại Open Model File, ta chọn mô hình đã thực hiện trước đó

Hình 4: Mô hình đã thực hiện trước

- Xuất hiện hộp thoại New Coord/Grid System, ta khai báo các thông tin để tạo mô hình mới. Ở đây, chọn mô hình mới vẫn có 6 tầng, 3 nhịp. Sau đó chọn Edit Grid…

Hình 5: Hộp thoại New Coord/Grid System

Hình 6: Hộp thoại Define Grid Data

- Trong hộp thoại Define Grid Data (Hình 6), ta khai báo các thông tin mô hình mới có khoảng cách các nhịp lần lượt là 2m; 5m; 7m; chiều cao tầng trệt là 4,2m; các tầng còn lại là 3,6m (các số liệu này phù hợp với mô hình mới mà chúng ta muốn thực hiện). Sau đó, click OK ta được kết quả như Hình 7.

Hình 7: Xuất hiện Mô hình mới

- Lúc này, chúng ta kiểm tra các thông tin

như: Định nghĩa vật liệu; Định nghĩa tiết diện; Định nghĩa các trường hợp tải trọng; Định nghĩa các trường hợp phân tích; Định nghĩa các tổ hợp phản ứng mà chúng ta đã thừa kế có phù hợp với mô hình mới hay không, có thể thay đổi tùy theo đầu bài.

- Tiến hành Lưu mô hình bằng chức năng File/Save As.

Bước 2: Xây dựng mô hình kết hợp gán tiết diện cho phần tử

- Vào Menu Draw/Quick Draw Frame/Cable/ Tendon vẽ và kết hợp gán tiết diện cho phần tử dầm, cột và gán liên kết gối tựa là ngàm, ta được kết quả như Hình 8.

Hình 8: Mô hình đã xây dựng xong

Các bước còn lại: Gán tải trọng tương ứng các trường hợp tải; Phân tích kết cấu; Xem và khai thác kết quả phân tích, chúng ta thực hiện phù hợp với mô hình mới.

3. Kết luận

Tóm lại, bằng việc sử dụng công cụ Initialize Model from an Existing File kết hợp tạo mô hình với Grid Only cũng không quá phức tạp, đã giúp cho việc thực hiện phân tích bài toán kết cấu trên phần mềm Sap2000 được hiệu quả, chính xác cao, đặc biệt là tiết kiệm được rất nhiều thời gian cho sinh viên, cán bộ kỹ thuật làm công tác thiết kế. Qua đó, cho thấy được tính ưu việt của phần mềm Sap2000 trong việc thiết kế kết cấu công trình.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

Đào Đình Nhân - Nguyễn Hữu Anh Tuấn. (2008). Sap 2000 Thực hành phân tích và Thiết kế kết cấu. Hà Nội: NXB Khoa học & Kỹ thuật.
Trần Hành. (2010). Phân tích nội lực và Thiết kế cốt thép bằng SAP 2000 Version 10.0.1. TP. Hồ Chí Minh: NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
Nguyễn Khánh Hùng, Trần Trung Kiên, Nguyễn Ngọc Phúc. (2005). Thiết kế nhà cao tầng bằng Etabs 9.04. Hà Nội: NXB Thống kê.
Nguyễn Khánh Hùng, Phạm Thái Mạnh. (2007). Tính nội lực cốt thép bằng SAP 2000 v9.03. Hà Nội: NXB Thống kê.
Huỳnh Hữu Trí. (2019). Bài giảng Hướng dẫn thực hành SAP2000 V10. Bộ môn Xây dựng, Trường Đại học Trà Vinh, tỉnh Trà Vinh.

THE METHOD OF BUILDING MODELS

WITH INHERITANCE FOR STRUCTURAL ANALYSIS

WITH SAP2000 SOFTWARE

• Master. HUYNH HUU TRI

Lecturer, Faculty of Engineering and Technology

Tra Vinh University

ABSTRACT:

To analyze the structure with normal Sap2000 software, it needs to be done in a certain order, and any structural model needs to go through about ten steps. The work of designing structural model is sometimes boring, confusing and time consuming for the structural designer. This paper is to provide a method of building models that inherits from existing structural models to improve the accuracy and working speed of structural designers.

Keywords: Sap2000, building models with inheritance, practice in Sap2000.