Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

CHƯƠNG 3
Midas Civil
3.1

GIỚI THIỆU
Họ sản phẩm Midas được phát triển bởi Công ty POSCO, Hàn Quốc, từ năm

1996. Một số sản phẩm thuộc họ Midas:


MIDAS/Civil (Civil Structure): Phân tích và thiết kế các các kết cấu công
trình giao thông và dân dụng



MIDAS/Gen (General Structure): Phân tích và thiết kế các kết cấu phổ
thông



MIDAS/SDS (Slab & basemat Design System): Phân tích và thiết kế sàn
và móng



MIDAS/FEModeler: Chương trình tự động phát sinh ra lưới phần tử hữu
hạn



MIDAS/GTS (Geotechnical & Tunnel Analysis System): Hệ thống phân
tích hầm và địa kỹ thuật.

Các tính năng nổi bật:


Không hạn chế số lượng phầntử, nút



Hỗ trợ hầu hết các kiểu phầntử: thanh, cáp, dầm có mặt cắt thay đổi, bản
vỏ, tấm, khối, v.v.



Có các chương trình hỗ trợ (Wizard) cho các loại cầu phổ biến khác nhau



Tốc độ tính toán cao



Khả năng phân tích kết cấu:



Phân tích phi tuyến P-Delta




Phân tích phi tuyến Push-over



Phân tích kết cấu theo các giai đoạn thi công



Tính toán thay đổi của vật liệu theo thời gian như co ngót, từ biến của bê
tông
3-1


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU


Tính toán truyền nhiệt, nhiệt độ thay đổi, thủy hóa củaBT



Tính toán với hoạt tải theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau: AASHTO, BS,
KN…



Phân tích động lực học: trị riêng, phổ phản ứng (response spectrum), lịch

sử thời gian (time history)

3.2
3.2.1

3.2.2

GIAO DIỆN MIDAS/CIVIL:
Main menu (Menu chính)
-

Model: mô hình (vật liệu, tiết diện, sơ đồ kc, v.v)

-

Load (Tải trọng)

-

Analysis (Phân tích)

-

Results (Kết quả)

Các cửa sổ:
-

3.2.3


Thể hiện sơ đồ kết cấu

Tree Menu:
-

Menu (Các thực đơn ở dạng cây)

-

Tables (Các bảng số liệu)

-

Group (Làm việc với các nhóm)

-

Works (Các công việc)

3-2


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

Hình 3.1 Giao diện Midas/Civil

Hình 3.2 Các thanh công cụ trong Midas/Civil
3-3



Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU
3.2.4

Các thanh công cụ

•

File: các chức năng về File

•

Graphic & Snap: thể hiện hệ lưới và bắt điểm

•

UCS/GCS: lựa chọn các hệ tọa độ

•

View Control: các lựa chọn về hiển thị

•

Selection: Các cách lựa chọn đối tượng

•

Activation: kích hoạt các đối tượng


•

View Point: điều chỉnh góc nhìn

3.2.4.1 View Control

Hình 3.3 Các chức năng hiển thị mô hình kết cấu

3-4


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

Hiển thị các đặc tính của đối tượng
View\Display
Thông tin về nút
Thông tin về phần tử
Vật liệu, tiết diện
Tải trọng
Điều kiện biên
Các loại khác

3.2.4.2 Lựa chọn đối tượng

Hình 3.4 Các chức năng lựa chọn đối tượng

3-5



Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU
3.2.4.3 View Point

Hình 3.5 Các chức năng lựa quan sát mô hình

3-6


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU
3.2.4.4 Kích hoạt đối tượng

3-7


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU
3.2.5

Chức năng nhúng thả

Hình 3.6 Chức năng nhúng thả
3.3
3.3.1

3.3.2

CÁC HỆ TỌA ĐỘ (COORDINATE SYSTEMS)

Hệ tọa độ tổng thể (Global Coordinate System - GCS)
–

Ký hiệu: X, Y, Z

–

Tọa độ nút, chuyển vị nút, phản lực nút

Hệ tọa độ người sử dụng (User Coordinate System - UCS)
–

Ký hiệu X, Y, Z

–

Sử dụng để mô hình hóa trên các mặt phẳng không trùng với các MP của
GCS

3-8


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

3-9


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

3.3.3

Hệ tọa độ địa phương của nút (Nodal Coordinate System - NCS)

Hệ tọa độ địa phương của nút
(Nodal Coordinate System - NCS)
• HTĐ địa phương của nút:
– Dùng khi định nghĩa điều kiên biên của nút
– Ký hiệu: x,y,z
• Model\Boundaries\Node Local Axis
– Angle : xác định theo các góc xoay
– 3 points: xác định theo 3 điểm trên mặt phẳng (x,y)
– Vector: xác định theo 2 vec tơ trong MF (x,y)

3-10


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

Ví dụ: Điều kiện biên theo HTĐ của nút

3.3.4

Hệ tọa độ địa phương của phần tử (Element Coordinate System - ECS)

Hệ tọa độ địa phương của phần tử
(Element Coordinate System - ECS)
• ECS dùng để xác định tiết diện, nội lực, ứng suất của
phần tử. Ký hiệu: x, y, z

Model/Element/Change Element Parameters

• Phần tử thanh (dầm):
• Trục x là trục của thanh
• Góc  được dùng để xác định vị trí tương đối của ECS
so với GCS
• Góc  được qui định cho 2 trường hợp:
– x song song với Z
– x không song song với Z

3-11


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

ECS và nội lực trong dầm

x song song với Z

3-12


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

x không song song với Z

Phần tử tấm
(Plate/Shell)


3-13


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

Phần tử khối
(3-D Element)

Trục tọa độ của phần tử
khối trùng với trục tọa độ
của phần tử tấm tạo nên
mặt phẳng số 1 (Plane no.
1)

3.4

BÀI TOÁN CƠ BẢN
Các bước khai báo dữ liệu cho một bài toán cơ bản như sau:


Sơ đồ hình học
o Nút (Model\Node)
o Phần tử (Model\Element)



Điều kiên biên (Model\Boundary)




Các đặc trưng (Model\Properties)
o Vật liệu (Material)
o Tiết diện (Section)

3.4.1



Tải trọng (Load)



Phân tích kết cấu (Analysis)



Xem kết quả (Results)

Vẽ sơ đồ hình học của hệ kết cấu

3.4.1.1 Chọn đơn vị
Đơn vị tính có thể được điều chỉnh trong quá trình nhập số liệu tính toán và phân
3-14


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU
tính.

Tool / Unit System
Length> m ; Force> Kn

Hình 3.7 Khai báo đơn vị
3.4.1.2 Hệ lưới định vị:
•

Model\Grid\
–

Point Grid: Lưới điểm

–

Line Grid: Lưới đường thẳng

3-15


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

Hình 3.8 Định nghĩa lưới
3.4.1.3 Tạo nút
•

Model\Nodes\Create Nodes...: Tạo nút trên màn hình hoặc nhập tọa độ nút

•


Model\Nodes\Translate Nodes...: Copy hoặc di chuyển nút.

•

Model\Nodes\Merge Nodes...: Nhập các nút ở sát gần nhau lại thành một nút
Tolerance: dung sai.

3-16


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU
3.4.1.4 Tạo phần tử
•

Model\Elements\Create Elements: tạo phần tử mới

•

Model\Elements\Translate Elements: tạo PT mới từ các phần tử đã có

•

Model\Elements\Rotate Elements: xoay PT

•

Model\Elements\Divide Elements: chia PT

•


Model\Elements\Extrude Elements: tạo PT mới bằng cách tăng số chiều của đối
tượng (nút - thanh; thanh - tấm; v.v)

•

Model\Elements\Merge Elements... : Nối các phần tử thành một phần tử.

•

Model\Elements\Change Element Parameters... : Thay đổi các thông số của phần
tử (Hệ tọa độ địa phương ECS, tiết diện, vật liệu, loại phần tử,…)

3.4.2

Khai báo điều kiện biên

3.4.2.1 Gối
Model\Boudaries\Supports...: Mô hình hoá gối cứng thông thường.
•

Dx, Dy, Dz:
Các chuyển vị thẳng theo phương x, y, z

•

Rx, Ry, Rz:
Các chuyển vị xoay quanh các trục x, y, z
(!) x, y, z là các trục TĐ của nút (NCS)
(!) Lưu ý các lựa chọn

Add/Replace/Delete
Model\Boundaries\Point Spring Supports: gối đàn hồi
SDx, SDy, SDz: độ cứng ứng với chuyển vị thẳng theo phương x, y, z
SRx, SRy, SRz: độ cứng ứng với chuyển vị xoay quanh các trục x,y,z
Model\ Boudaries\ General Spring Supports: gối đàn hồi tổng quát, có độ cứng

theo bậc tự do. Thông số đàn hồi định nghĩa trong General Spring Type

3-17


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

Hình 3.9 Khai báo gối cứng và gối đàn hồi
3.4.2.2 Liên kết đàn hồi
•

Dùng để ràng buộc chuyển vị giữa 2 nút trong kết cấu

•

Elastic Link thực chất là một phần tử liên kết 2 nút

•

Elastic Link cũng có HTĐ địa phương

3-18



Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

Hình 3.10 Phần tử liên kết tổng quát
Model\Boudaries\Rigid Link...: liên kết cứng ràng buộc chuyển vị giữa một nút
chuẩn (master) vμ một hay nhiều nút phụ khác (slab).
Model _ Boudaries _Elastic Link...: liên kết đàn hồi ràng buộc chuyển vị hai
nút.
•

Link Type: loại liên kết
–

General: tổng quát

–

Rigid: cứng tuyệt đối

–

Tension only: chỉ kéo

–

Compression only: chỉ nén

•


SDx,y,z: độ cứng CV thẳng

•

SRx,y,z: độ cứng CV xoay

3-19


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU
•

2 Nodes: chọn 2 nút cần liên kết

3-20


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

Hình 3.11 Ví dụ sử dụng Elastic Link liên kết dây văng và dầm chủ
3.4.2.3 Giải phóng liên kết đầu thanh

(Beam End Release)

Model\Boundaries\Beam End Release

Hình 3.12 Ví dụ sử dụng Beam End Release mô hình liên kết dầm và trụ cầu


3-21


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

Hình 3.13 Giải phóng liên kết đầu thanh
- Chọn phần tử
•

i-Node, j-Node: nút đầu, nút cuối của phần tử
- Giải phóng liên kết gì thì tích vào ô có nội lực tương ứng
- Các lựa chọn nhanh:
_ Pinned – Pinned: 2 đầu khớp
_ Pinned – Fixed: đầu khớp - đầu ng_m
_ Fixed: – Pinned: đầu ng_m - đầu khớp
_ Fixed – Fixed: 2 đầu ng_m.
3-22


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU
3.4.3

Khai báo vật liệu
Model\Properties\Material

•

Type of Design: loại bài toán thiết kế


•

Standard: tiêu chuẩn vật liệu

•

DB: các vật liệu theo tiêu chuẩn

•

Các đặc trưng của vật liệu
–

Modulus of Elasticity: môđun đàn hồi

–

Poisson’s Ratio: hệ số poát xông

–

Thermal Coefficient: hệ số giãn nở nhiệt

–

Weight Density: trọng lượng riêng

Các đặc trưng của vật liệu thay đổi theo thời gian:
•


Model\Properties\Time dependent Material (Creep and Shrinkage) Function:
định nghĩa các hàm đặc trưng từ biến và co ngót

•

Model\Properties\Time dependent Material (Creep and Shrinkage): đặc trưng từ
biến và co ngót

•

Model\Properties\Time dependent Material (Comp. Strength): cường độ chịu nén

•

Model\Properties\Change Element Dependent Parameters: thay đổi các đặc trưng
phụ thuộc vào phần tử

3.4.4

Khai báo tiết diện
Model\Properties\Section

•

DB\User: tiết diện theo các tiêu chuẩn thiết kế

•

Value: nhập giá trị của các đặc trưng hình học


•

SRC: tiết diện bê tông thép

•

Combined: tiết diện kết hợp từ các tiết diện đơn giản

•

Tapered: tiết diện thay đổi (cho 1 phần tử)

•

PSC: Bê tông DƯL

•

Composite: tiết diện liên hợp

3-23


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU

Hình 3.14 Một số tiết diện trong Midas Civil

Hình 3.15 Một số loại tiết diện có kích thước thay đổi


3-24


Trường Đại học Xây dựng - Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
TIN HỌC ỨNG DỤNG CẦU
3.4.4.1 Tiết diện liên hợp:

Composite Section

•

Chức năng: định nghĩa tiết diện
mà các thành phần của nó hình
thành dần dần qua các giai đoạn
thi công

•

Slab: các đặc trưng của bản

•

Girder: các đặc trưng của dầm

•

Offset: điểm tham chiếu của tiết
diện


•

Es/Ec: tỷ số môđun đàn hồi
thép/bê tông

•

Ds/Dc: tỷ số TL riêng thép/bê
tông

Hình 3.16 Tiết diện liên hợp
3.4.4.2 Tiết diện thay đổi dọc theo phần tử

Tapered Section
•

Chức năng: định nghĩa tiết diện
cho các PT có kích thước thay
đổi dọc theo trục của nó

•

Section-i: tiết diện đầu

•

Section-j: tiết diện cuối

•


y,z Axis Variation: sự thay đổi
của mô men quán tính dọc theo
trục phần tử
– Linear: bậc 1
– Parabolic: bậc 2
– Cubic: bậc 3

Offset: điểm tham chiếu của tiết
diện

3-25