Bài giảng Tin học ứng dụng (Bản đẹp)

BÀI GIẢNG TIN HỌC ỨNG DỤNG (45 tiết) BỘ MÔN KẾT CẤU XÂY DỰNG GV: ĐỖ VĂN LINH NỘI DUNG MÔN HỌC GV: ĐỖ VĂN LINH ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT5 GIỚI THIỆU CÁC PHẦN MỀM1 ĐẠI CƯƠNG VỀ PHẦN MỀM ETABS2 ỨNG DỤNG ETABS ĐỂ LẬP MÔ HÌNH3 ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG4 PHẦN 1: GIỚI THIỆU CÁC PHẦN MỀM 1.1.Các nhóm phần mềm của CSI: 1. Phần mềm SAP2000 (V14) Áp dụng cho tất cả các dạng kết cấu; Hợp lý cho kết cấu có hình dáng đặc biệt; 2. Phần mềm ETABS (V9.7, 2013) Áp dụng cho kết cấu nhà khung và nhiều tầng; 3. Phần mềm SAFE (V12.30) Áp dụng cho kết cấu dạng bản phẳng; Bộ môn kết cấu xây dựng3 PHẦN 1: GiỚI THIỆU CÁC PHẦN MỀM 1.2. Các nhóm phần mềm tính tường chắn 1. Phần mềm PLASIX (V8) Áp dụng cho các kết cấu chịu áp lực đất; Trong công trình DD: tường cừ, tường chắn; 1.3. Nhóm phần mềm tính kết cấu cầu- đường 1. Phần mềm MIDAS MIDAS Gen, MIDAS Civil, MIDAS Fea 2. Phần mềm NOVA Bộ môn kết cấu xây dựng4 PHẦN 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHẦN MỀM ETABS 2.1.Giới thiệu về phần mềm ETABS Đã được phát triển từ những năm 1970 -> ETABS 2013. Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn; Các bài toán ứng dụng: • Tĩnh học và động học; • Bài toán tính kết cấu cầu; • Bài toán tính toán tiết diện ( bài toán thiết kế); Bộ môn kết cấu xây dựng5 PHẦN 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHẦN MỀM ETABS 2.2.Các khái niệm cơ bản a. Hệ trục tọa độ Hệ trục tọa độ tổng thể (Global) : Oxyz - cố định cho một file tính; Hệ trục tọa độ địa phương (Local): • O123 -gắn với mỗi phần tử; • Có tâm O trùng với trọng tâm phần tử; • Trục 1 màu đỏ, trục 2 màu trắng, trục 3 màu xanh Bộ môn kết cấu xây dựng6 PHẦN 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHẦN MỀM ETABS b. Các dạng phần tử Phần tử nút – joint (HTĐ, bậc tự do, chuyển vị) Phần tử thanh – Frame (HTĐ, tiết diện, nội lực) Phần tử tấm - shell, plate, membrane (HTĐ, chiều dầy, nội lực) ; Phần tử khối (Asolid, solid) Bộ môn kết cấu xây dựng7 PHẦN 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHẦN MỀM ETABS c. Các dạng liên kết Liên kết tuyệt đối cứng ( liên kết nối đất –Restrains): là liên kết có độ cứng vô cùng lớn; Liên kết đàn hồi ( Spring): liên kết có độ cứng hữu hạn; Liên kết các phần tử với nhau ( nút cứng, khớp) Bộ môn kết cấu xây dựng8 PHẦN 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHẦN MỀM ETABS 2.3. Giao diện của chương trình a. Giao diện Bộ môn kết cấu xây dựng9 Thanh Trình đơn Thanh Công cụ Cửa sổ thao tác Cửa sổ thao tác PHẦN 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHẦN MỀM ETABS b. Chức năng chính các menu File: thao tác với file; View: các chế độ hiển thị; Define: khai báo các thông số ban đâu; Assign: gán các đặc trưng cho sơ đồ kết cấu; Analysis: phân tích kết cấu; Display: xem và xuất kết quả; Design: thiết kế cấu kiện; Option: các tủy chỉnh; Bộ môn kết cấu xây dựng10 PHẦN 3. ỨNG DỤNG ETABS ĐỂ LẬP MÔ HÌNH Bộ môn kết cấu xây dựng11 MÔ HÌNH HÓA CẤU KIỆN1 MÔ HÌNH HÓA LIÊN KẾT2 MÔ HÌNH HÓA TẢI TRỌNG3 PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG 4.1. Tính toán tải trọng gió tĩnh  Phương thức tác dụng: Do áp lực gió lên bề mặt kết cấu; Truyền tải vào cột hoặc dầm biên;  Tính toán gió tĩnh: Áp lực gió lên bề mặt: W = n.k.C.Wo daN/m2 Tải trọng gió quy về mức sàn: 1. , / 2 j j j H H W W daN m   12 Bộ môn kết cấu xây dựng PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Sơ đồ chất tải gió tĩnh 13 Bộ môn kết cấu xây dựng PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Bộ môn kết cấu xây dựng 4.2. Thành phần động 4.2.1.Phương thức tác dụng: Xung vận tốc gió; Lực quán tính của công trình gây ra; Truyền vào tâm khối lượng của kết cấu; 4.2.2. Phạm vi tính gió động: Công trình dạng tháp, trụ, cột điện.. Nhà cao tầng cao trên 40m; Nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp cao trên 36m và H/L>1,5; 14 PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG 4.2.3. Tính toán thành phần động của tải trọng gió. Bước 1: Mô hình hóa kết cấu bằng phần mềm Etabs 15 Bộ môn kết cấu xây dựng PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Lưu ý: 1) Khai báo Mass soure: khai báo khối lượng dùng để phân tích động: 16 Bộ môn kết cấu xây dựng PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Bộ môn kết cấu xây dựng17 2) Khai báo sàn tuyệt đối cứng: Diagram • Mục đích: • Chương trình xác định tâm khối lượng; • Chương trình xác định chuyển vị của các tầng theo tâm khối lượng; • Yêu cầu: • Mỗi sàn khai báo một Diagram riêng; PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Bước 2: Chất tải trọng Tĩnh tải Hoạt tải sử dụng Bước 3: Phân tích động Chạy chương trình; Xuất kết quả liên quan đến dao động Phân tích các dạng dạo động để xác định tần số fs Bộ môn kết cấu xây dựng18 PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Bộ môn kết cấu xây dựng19 Lưu ý: dạng dao động vào mode dao động khác nhau; PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Bước 4: Lựa chọn số dạng dao động cần tính toán Bộ môn kết cấu xây dựng20 Nếu f1 > fL: chỉ cần tính với 1 dạng dao động đầu tiên; Nếu fs < fL < fs+1 : cần xác dịnh với s dạng dao động; PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Bước 5: Tính toán thành phần gió động. TH1: f1 > fL: Chỉ xét đến xung vận tốc gió Wpj = Wj.j. .B daN Trong đó: • Wpj : giá trị tiêu chuẩn thành phần động tầng thứ j; • Wj : giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh tầng thứ j, daN/m; • j : hệ số áp lực động; •  : hệ số tương quan không gian áp lực động; • B : Bề rộng diện đón gió của công trình Bộ môn kết cấu xây dựng21 PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Xác định hệ số  Bộ môn kết cấu xây dựng22 PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Xác định hệ số  theo 1 trong bản sau phụ thuộc vào tham số  và  Bộ môn kết cấu xây dựng23 PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Xác đinh tham số  và  Bộ môn kết cấu xây dựng24 PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG TH2: fs < fL<fs+1 : Xét đến cả xung vận tốc gió và lực quán tính. Wpji = Mj. i.ψi.yji daN Trong đó: • Wpji : giá trị tiêu chuẩn thành phần động tầng thứ j của dạng dao động thứ i; • Mj : Khối lượng tầng thứ j • i : hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i; • ψi : hệ số; • yji : chuyển vị tỷ đối của tầng thứ j, dạng dao động thứ I; Bộ môn kết cấu xây dựng25 PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Xác định các hệ số Hệ số động lực i : phụ thuộc độ giảm lôga của dao động và thông số i : Trong đó: Wo áp lực gió tiêu chuẩn tính bằng đơn vị N/m2; •fi : tần số dao động dạng thứ i; • =1,2 : hệ số vượt tải Bộ môn kết cấu xây dựng26 γ. ε 940. W o i f i  PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Hệ số động lực j được tra theo biểu đồ sau: Bộ môn kết cấu xây dựng27 PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Hệ số động lực i : Trong đó: Wpj thành phần xung vận tốc gió tập trung xác định theo công thức: Wpj = Wj.j.i.B, daN Bộ môn kết cấu xây dựng28 1 i 2 1 . . r pj j j r j j j W y M y       PHẦN 4: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH GIÓ ĐỘNG Giá trị tính toán thành phần động: Wtt = Wpji . Trong đó: •  : hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng Bộ môn kết cấu xây dựng29 PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Bộ môn kết cấu xây dựng30 Bước 1: Mô hình hóa kết cấu bằng phần mềm Etabs PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Bộ môn kết cấu xây dựng31 Lưu ý: 1) Khai báo Mass soure: khai báo khối lượng dùng để phân tích động cho tính động đất. M =Gk +E,k . Qk Trong đó: • Gk : Tải trọng thường xuyên thứ k; • Qk : Tải trọng tạm thời thứ k; • E,k : Hệ số tổ hợp của tải trọng tạm thời thứ k; PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Xác định hệ số tổ hợp hoạt tải: E,k = . 2,k Bộ môn kết cấu xây dựng32 Loại tác động thay đổi Tầng  Các loại từ A-C* Mái Các tầng được sử dụng đồng thời Các tầng được sử dụng độc lập 1,0 0,8 0,5 Các loại từ D-F* và kho lưu trữ 1,0 Bảng 5.1. Giá trị của  để tính toán E,k PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Bộ môn kết cấu xây dựng33 Tác động Tải trọng đặt lên nhà loại Loại A: Khu vực nhà ở, gia đình 0,3 Loại B: Khu vực văn phòng 0,3 Loại C: Khu vực hội họp 0,6 Loại D: Khu vực mua bán 0,6 Loại E: Khu vực kho lưu trữ 0,8 Loại F: Khu vực giao thông, trọng lượng xe ≤ 30kN 0,6 Loại G: Khu vực giao thông, 30kN≤ trọng lượng xe ≤ 160kN 0,3 Loại H: Mái 0 Bảng 5.2: Các giá trị 2,k đối với nhà PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Bước 2: Chất tải trọng Tĩnh tải Hoạt tải sử dụng  Lưu ý: có nhiều trường hợp hoạt tải khác nhau tương ứng với các khu vực nên khi phân tích động cần tính toán trước hoạt tải riêng cho giai đoạn này. Bước 3: Phân tích động Chạy chương trình; Xuất kết quả liên quan đến dao động Phân tích các dạng dạo động để xác định tần số f Bộ môn kết cấu xây dựng34 PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Bước 4: Tính toán tải trọng động đất Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương Phạm vi áp dụng: Công trình thỏa mãn tính đều đặn và khi chu kỳ dao động cơ bản T1 theo hai hướng chính thảo mãn: Trong đó: Tc là giá trị chu kỳ dao động giới hạn cho trong bảng sau. Bộ môn kết cấu xây dựng35 1 4. 2,0 CTT s     PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Bộ môn kết cấu xây dựng36 Lo¹i nÒn ®Êt S TB(s) TC(s) TD(s) A 1,0 0,15 0,4 2,0 B 1,2 0,15 0,5 2,0 C 1,15 0,20 0,6 2,0 D 1,35 0,20 0,8 2,0 E 1,4 0,15 0,5 2,0 Bảng 5.3. Giá trị của các tham số mô tả các phổ phản ứng đàn hồi PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Xác định phổ phản ứng thiết kế theo phương ngang: Bộ môn kết cấu xây dựng37 2 2,5 2 0 : ( ) . . 3 3 B d g B T T T S T a S T q              2,5 : ( ) . .B C d gT T T S T a S q      2,5 . : . C g C D d g T a S q TT T T S T a           2 .2,5 . : . C D g D d g T T a S q TT T S T a        PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Xác định các tham số phổ phản ứng: •Se(T) :Phổ phản ứng thiết kế đàn hồi ; •T :Chu kỳ dao động của hệ; •ag :Gia tốc nền thiết kế trên nền loại A (ag = I. agR); •I: Hệ số tầm quan trọng (tiêu chuẩn) •agR : gia tốc nền tham chiếu trên nền loại A (tiêu chuẩn) •TB ,TC , TD : Các giá trị cho trong bản trên; •S :Hệ số nền; •q :Hệ số ứng sử – xác định theo mục 6.3.2 TC 375; Bộ môn kết cấu xây dựng38 PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Xác định giá trị lực cắt đáy: Fb = Sd (T1) . m .  Trong đó: • T1 :Chu kỳ dao động cơ bản của nhà do chuyển động ngang theo phương đang xét; • m :Tổng khối lượng của nhà ở trên móng; •  :Hệ số hiệu chỉnh, lấy như sau:  = 0,85 nếu T1 2 TC với nhà có trên 2 tầng hoặc  = 1,0 với các trường hợp khác. Bộ môn kết cấu xây dựng39 PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Phân phối tải trọng ngang cho các tầng Trong đó: • Fi : lực ngang tác dụng tại tầng thứ i; • Fb : lực cắt đáy do động đất tính theo (4.5); • si , sj : lần lượt là chuyển vị của các khối lượng mi , mj trong dạng dao động cơ bản; • mi, mj : khối lượng của tầng thứ I và j; Bộ môn kết cấu xây dựng40 . . . i i j j i b s mF F s m  PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Phương pháp phổ phản ứng đàn hồi. Phạm vi áp dụng: mọi công trình Xác định khối lượng dao động hữu hiệu của 1 dạng dao động: ( tương tự cho phương y của dạng dao động này) Trong đó: • sx,j , sy,j : là chuyển vị của các khối lượng mj trong dạng dao động cơ bản theo phương x và y; Bộ môn kết cấu xây dựng41 , 2 , 2. , . ( )x j j jx j x i s m M s m   PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Xác định số tần số cần tính động đất Số tần số cần tính phải thỏa mãn 1 trong hai điều kiện sau: • Tổng các khối lượng hữu hiệu của các dạng dao động được xét chiếm ít nhất 90% tổng khối lượng của kết cấu; • Tất cả các dạng dao động có khối lượng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng khối lượng đều được xét đến. Bộ môn kết cấu xây dựng42 , 90%x i j M m    , 5%x i j M m   PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Tính toán giá trị tải trọng động đất dạng dao động thứ i: Giá trị lực cắt đáy theo các phương xác định như sau: Fx,b = Sd (T) . Mx,i Fy,b = Sd (T) . My,i Lưu ý: trong cùng một dạng dao động, có cả thành phần động đất theo 2 phương tính toán. Bộ môn kết cấu xây dựng43 PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Phân phối tải trọng động đất theo các tầng: Thành phần theo phương x của dạng dao động thứ i: Thành phần theo phương y của dạng dao động thứ i: Bộ môn kết cấu xây dựng44 , , . , , . x ji j jx ji x ji x b s m F F s m  , , . , , . y ji j jx ji y ji y b s m F F s m  PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Tổ hợp tác động động đất theo một phương (x,y) của các dạng dao động: Khi hai dạng dao động tính toán thỏa mãn:Ts+1 <0,9Ts Trong đó: • Ex(y): hệ quả của tác động động đất theo phương x (y); • Ex,i: hệ quả của tác động động đất theo phương x ứng với dạng dao động thứ I; Bộ môn kết cấu xây dựng45 2 ,x x iE E  PHẦN 5: ỨNG DỤNG ETABS TÍNH ĐỘNG ĐẤT Tổ hợp tác động động đất lên công trình Tác động động đất theo phương X: Tác động động đất theo phương Y: Bộ môn kết cấu xây dựng46 0,3.Ex x yE E E  0,3.Ey x yE E E 