Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

Để xem các thông tin thiết kế, định vị chuột vào một phần tử nào đó và nhấn
chuột phải, chương trình sẽ mở hộp thoại Concrete Design Information hoặc vào
Design  Concrete Frame Design  Display Design Information, cho bíêt các
thơng tin về cốt thép dọc, thép đai trong từng mặt cắt. muốn xem chi tiết hơn, nhấn
vào ô Detail sẽ hiện hộp thoại mới và cho các thông tin sau:
 Frame ID: tên phần tử; Station ID: tên mặt cắt; Section ID: tên tiết diện;
Combo ID: tên tổ hợp dùng cho thiết kế.
 Các giá trị liên quan đến tiết diện và tham số thiết kế của vật liệu: L,B, E, Fy,
fc…
 Các giá trị lực dùng cho thiết kế: PU, M2, M3 và diện tích thép tương ứng
(Rebar area)
* Thay đổi các tham số trong quá trình thiết kế:
 Redefine: chọn lại thông tin thiết kế
 Reset Design Selection: lấy lại tiết diện ban đầu
 Update Analysis Section: lấy các tiết diện thay đổi làm tiết diện tính nội lực.
 Nên sử dụng P- Delta để kiểm tra điều kiện ổn định của cột
4.5. Thiết kế kết cấu thép
 khai báo vật liệu: fy: cường độ giới hạn chảy
 Trình tự thực hiện: giống như kết cấu bê tông
 Kiểu phần tử
 Column: phần tử này song song với phương Z
 Beam:phần tử song song mặt phẳng XY
 Giằng: (Bracded)

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 61

Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

 Effective Lengh Factor K: phụ thuộc vào liên kết (phần tử, gối tựa,
phương…), SAP2000 sẽ tự động tính số K.

B. MỘT SỐ VÍ DỤ TÍNH TỐN TRONG THIẾT KẾ CẦU
1. Bài 1 : Tính tốn dầm BTCT nhịp giản đơn
1.1.1. u cầu bài tốn


Tính tốn nội lực trong dầm



Vẽ được đường ảnh hưởng các giá trị trong dầm, tổ hợp các trường hợp
tải trọng, xuất các kết quả nội lực cũng như các đường ảnh hưởng



Làm thêm một số bài toán để nâng cao kĩ năng. Tuỳ biến được cách mơ
hình các bài tốn khác nhau; các tải trọng khác nhau và các liên kết khác
nhau trong dầm. Dùng được chức năng design trong Sap 2000 để tính
tốn thép theo các tiêu chuẩn.

1.1.2. Mơ hình bài tốn
1.1.2.1. Tính tóan nội lực

 Khi khởi động Sap2000 chúng ta sẽ nhìn thấy giao diện như hình sau đây. Chú ý
rằng các thanh toolbar có thể tùy biến theo ý người sử dụng giống như trong
Microsoft Word.

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 62


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

 Để khởi tạo được mơ hình bài tốn. Ta bấm File  New Model… sẽ hiện ra
giao diện như sau . Trên giao diện này ta thấy có các mơ hình được tạo sẵn tạo
sự tiện lợi cho người sử dụng.
Ta thấy một số templates có các
chức năng như sau:
 Blank : Khơng có sẵn bất
kì đối tượng nào.
 Grid only : Chỉ tạo đối
tượng tượng từ các hệ
lưới.
 Beam : Hệ dầm.
 2D Trusses: Hệ giàn 2D
 3D Trusses: Hệ giàn 3D
 2D Frames: Hệ khung 2D
 3D Frames: Hệ khung 3D

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng


Trang 63


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta
 Wall: Tường mỏng
 ………………………

Ta thấy rằng với yêu cầu bài toán là dầm đơn giản, nhịp 20m, ta chọn Beam, hộp
thoại sau sẽ hiện ra. Chọn các thông số như hình vẽ. Chú ý rằng
 Number of Spans: Số lượng nhịp.
 Span Length: Chiều dài của một nhịp.
 Section properties: Chọn tiết diện của dầm. Ở đây ta sẽ để nguyên như mặc
định và sẽ chọn tiết diện sau khi định nghĩa mặt cắt dầm.

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 64


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

 Chọn các loại vật liệu làm dầm. Chọn Define → Materials… Hộp thoại sau sẽ
hiện lên. Trong hộp thoại này, chương trình đã mặc định sẵn cho bạn 5 loại vật
liệu khác nhau. Ở đây, ta quan tâm nhiều hơn đến Bêtông (CONC) và thép
(STEEL).


Nếu như muốn định nghĩa một loại vật liệu khác, bấm Add New Materials,
còn nếu muốn chỉnh sửa tính chất của vật liệu cho phù hợp với yêu cầu bài toán ta
bấm Modify/Show Materials. Lúc này sẽ hiện ra bảng hộp thoại như sau:

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 65


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

Một số tính chất quan trọng của vật liệu mà ta quan tâm được thể hiện trong bảng:
 Mass per unit Volume : Khối lượng riêng
 Weight per unit Volume : Trọng lượng riêng
 Modulus of Elasticity: Modyl đàn hồi
 Poisson’s Ratio: Hệ số possion.
 Coeff of Thernal Expansion: Hệ số giãn nở nhiệt.
 Shear Modulus: Modyl cắt
Với các giá trị này, có thể thay đổi trong mỗi ơ để phù hợp với đặc trưng vật
liệu của bài toán. Ở đây ta để các giá trị mặc định của chương trình. Các
chức năng khác sẽ được quan tâm ở phần nâng cao.
 Nhấn OK để kết thúc.

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 66



Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

 Chọn các mặt cắt của dầm ta bấm Define → Frame Sections... Sau khi hộp thoại
Frame Properties hiện ra thị chọn Add Tee trong mục Choose Frame Property
to Add. Các thao tác trên là định nghĩa mặt cắt chữ T của dầm.
Hộp thoại Tee Section giúp ta có thể xây dựng được mặt cắt chữ T với các kích
thước được nhập vào tuỳ theo bài tốn.
 Đặt tên cho mặt cắt ở mục Section Name (MAT CAT DAM).
 Nhập vật liêu tương ứng với mặt cắt ở Material: CONC.
 Nhập các thơng số như hình vẽ
o Outside stem: 1.5; Chiều cao dầm
o Outside flange: 1.2; Bề rộng cánh dầm
o Flange thickness: 0.15; Chiều dày cánh
o Stem thickness: 0.2; Bề rộng thân dầm

 Các chức năng khác như:
o Section properties: Các đặc trưng hình học của tiết diện ứng với số liệu
được nhập vào
Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 67


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta


o Set Modifiers: Hiệu chỉnh các số liệu theo một tỉ lệ cho trước.
o Concrete Reinforcement: Xem ???
 Nhấn OK để kết thúc.

 Để định nghĩa các loại tải trọng cho dầm ta bấm Define → Load Cases... Sau
khi hộp thoại Define Loads hiện ra thị, nhập tên (TT), loại tải trọng (DEAD) và
hệ số tải trọng bản thân (Self Weight Multiplier = 1) vào các ô tương ứng như
hình vẽ, bấm Add New Load. Tải trọng mới sẽ được thêm vào.
 Chú ý rằng hệ số tải trọng ở đây bằng 1 có nghĩa là với loại tải trọng này. tải
trọng bản thân được tính tốn tự động nhờ vào tiết diện của mặt cắt. Nếu như
ta khai báo thêm tải trọng ngoài với loại tải trọng này thì tải trọng tính tốn
sẽ bằng cả hai loại tải trọng cộng lại.
 Nhấn OK để kết thúc.

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 68


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

 Gán mặt cắt. Chọn dầm, sau đó bấm Assign → Frame/Cable/Tendon → Frame
section.
 Chọn MATCTATDAM, nhấn OK để gán mặt cắt cho dầm.

 Tiến hành phân tích bài toán Analyze → Set Analysis Options... Hộp thoại sau
hiện ra


Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 69


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

Bạn có thể nhấn vào khung Plane Frame để bài tốn phân tích theo sơ đồ phẳng
nhằm giảm số lượng ẩn khơng cần thiết. Sau đó nhấn OK.
 Để xem nội lực trong dầm, bấm Display → Show Forces/Stresses →
Frames/Cables… Hộp thoại sau hiện ra:

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 70


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

o Case/Combo: Chọn trường hợp
tải trọng gây ra nội lực muốn xem
trong dầm.
o Axial Force: Xem lực dọc.
o Shear 2-2: Xem lực cắt
o Moment 3-3: Xem moment
o Scaling: Tùy chọn để xem biểu

đồ nội lực theo tỷ lệ tùy ý hoặc
mặc định của máy.
o Fill Diagram: Tùy chọn để biểu
đồ được tô đậm.
o Show Values on Diagram: Tùy
chọn để xem giá trị nội lực tại các
mặt cắt của dầm.
o Show deformed Shape: Tùy
chọn để xem biến dạng của dầm
khi chịu tác động của tải trọng.

Sau khi chọn xong, nhấn OK để
xem biểu đồ.

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 71


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

Lần lượt chọn xem biểu đồ
momen và lực cắt trong
dầm, ta được các biểu đồ
như hình vẽ bên.
Chú ý rằng dấu của biểu
đồ momen được quy ước
như Cơ học kết cấu.

 Muốn xem chi tiết hơn các biểu đồ nội lực ở các mặt cắt của dầm, ở màn
hình xem nội lực, ta bấm trực tiếp vào cấu kiện, lúc này sẽ hiện hộp thoại
như hình bên dưới.

Bộ mơn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 72


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

o Khi di chuyển vị trí của con chuột, các giá trị nội lực tại các mặt cắt
và độ võng sẽ hiển thị rõ ràng trong các ô tương ứng với tổ hợp hoạt
tải đã chọn.
o Ngồi ra cịn có thể xem được vị trí và giá trị của nội lực lớn nhất
bằng cách nhấn vào “Show Max”.

1.1.2.2. Tải trọng di động và đường ảnh hưởng

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 73


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta


Để tính tốn được đường ảnh hưởng của nội lực trong dầm, ta phải khai báo các
trường hợp tải trọng với loại tải trọng là Live (Tải trọng động) và buộc phải khai
báo Analysis Cases Type là Moving Load.

 Khai báo loại tải trọng
o Chọn Option → Lock Model để mở khoá (hoặc bấm nút mở khoá trên
toolbar)
o Định nghĩa thêm các trường hợp tải trọng khác. Chọn Define → Load case,
sau đó lần lượt nhập tên tải trọng TT2, Hoattai. Nhấn Add New Case. Tuy
nhiên chí ý rằng cần phải để Self-weight Multiplier là 0 (vì ta sẽ nhập trực tiếp
tải trọng vào), chọn Type như hình vẽ.
o Kết quả nhập xong như hình vẽ.

 Khai báo làn xe (Mục đích khai báo làn xe là để khai báo đường xe chạy)

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 74


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

o Chọn Define → Bridge Load →
Lanes... Hộp thoại Define Lanes
hiện ra.

o Nhấn


vào

Add

New

Lane

Defined from Frames. Hộp thoại
Lane Data hiện ra. Đặt tên cho
làn xe (Lane Name) để như mặc
định.

o Ở đây chỉ có 1 cấu kiện là dầm
nên ta nhập 1 vào ơ Frame (như
hình vẽ), nhấn Add để thêm cấu
kiện mà xe chạy qua.

o Nếu như có nhiều cấu kiện thì ta
phải khai báo đầy đủ các cấu
kiện theo thứ tự mà xe đi qua.

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 75


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

Một mẹo nhỏ ở đây là chỉ
cần đặt tên làn xe, sau đó
thốt ra khỏi cửa sổ này,
sử dụng chuột để chọn
các frames mà đường xe
chạy đi qua, sau đó nhấn
Assign→Cables/Frames/
Tendon→Lanes, như vậy
chỉ cần vào Lane Data
kiểm tra theo đúng thứ tự
chưa.

Sau khi khai báo xong, nhấn OK sẽ trở về Define Lanes như ban đầu (xem hình
vẽ). Nhấn OK để thoát
 Khai báo xe (Vehicle): Để khai báo các loại xe, trong đó có thể chọn các loại xe
có sẵn hoặc khai báo một xe mới theo giao diện mà Sap cho sẵn.
Chọn Define → Bridge Load → Vehicles... sẽ hiện ra khung Define Vehicles.
Chọn Add Vehicles sẽ hiện ra khung Standard Vehicle Data.
 Chọn loại xe theo tiêu chuẩn AASHTO ở Vehicle Type
 Có thể chọn loại xe mà gần giống với loại xe thiết kế. Sau đó bấm Convert
to General Vehicle để chuyển sang loại xe tổng quát và chỉnh sửa.
Ở đây, ta chọn loại xe P5 để làm ví dụ. Nhấn OK sẽ trở lại với hộp thoại Define
Vehicles

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 76


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu


Version βeta

 Khai báo hạng xe (Vehicle Classes):

Hạng xe ở đây được định nghĩa như là
một hay nhiều xe hoạt động trên các làn
xe được phân tích trong một trường hợp
phân tích tải trọng di động (Moving
Load Analysis Case). Cần chú ý rằng
chỉ một loại xe hoạt động riêng lẻ trên
các làn xe khi phân tích và trường hợp
bất lợi nhất sẽ được ghi nhận vào kết
quả đối với hạng xe đó. Trong hạng xe,
các xe có thể được khai báo với các tỉ lệ
khác nhau nhờ vào Scale Factor .

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 77


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

Chọn Define → Bridge Load → Vehicles... sẽ hiện ra khung Vehicle Class Data.
Trong ô Vehicle Name, chọn loại xe (Vehicle) P5 mà mình khai báo. Nhấn OK để
thốt ra ngồi.
 Khai báo trường hợp phân tích tải trọng (Analysis Cases)

Chọn Define → Analysis Cases… sẽ hiện ra hộp thoại Analysis Cases (Hình dưới).
Trong hộp thoại này chọn Hoattai ở ơ Case Name, sau đó nhấn Modify/Show
Case… để chính sửa trường hợp này.

Ở hộp thoại Analysis Case Data, trong ô Analysis Case Type, chọn Moving Load.
Trong mục Loads Applied, chọn hạng xe là VECL1, tỉ lệ là 1, nhấn Add.
Nhấn OK để thốt ra ngồi.

Bộ mơn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 78


Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

 Chạy chương trình và xem kết quả tương tự như trên.

2. Bài 2 : Tính tốn dầm liên tục 2 nhịp
2.1.1. Yêu cầu bài toán
Cho E= 3600 ksi. Hệ số possion 0,2
f’c= 4 ksi
fy = 60 ksi
Hãy xác đinh lượng thép chịu lực và thép đai theo tiêu chuẩn ACI 318-95

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 79



Giáo án môn học: Tin ứng dụng trong Thiết kế cầu

Version βeta

2.1.2. Hướng dẫn:
1. Chọn File menu → New Model, hộp thoại New Model xuất hiện.
2. Chọn đơn vị là kip, ft, F
3. Chọn Beam, hiện ra hộp thoại Beam. Sau đó chọn tất cả các giá trị mặc định.
Nhấn OK.
4. Chọn “X” ở góc trái cửa sổ 3-D để đóng lại.
5. Chọn Define → Materials, họpp thoại Define Materials hiện ra. In that form:

 Chọn CONC trong Materials, và chọn Modify/Show Material để hiện ra
hộp thoại Material Property Data form.

 Nhập 0.15 vào ô Weight per Unit Volume.

 Nhấn OK trong cửa sổ Material Property Data and Define Materials forms
to close all forms.
6. Thay đổi đơn vị để nhập đơn vị được dễ dàng. Thay đổi sang Kip, in, F
.

7. Chọn Define menu → Materials, hộp thoại Define Materials xuất hiện.

Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 80