Giao Trinh Ansys

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

VŨ HOÀNG HƯNG

NGUYỄN QUANG HÙNG

HÀ NỘI 12-2009 LỜI NÓI ĐẦU Cuốn tài liệu này được các tác giả biên soạn trong quá trình sử dụng phần mềm Ansys cho công việc học tập và nghiên cứu tại Trung Quốc. Đây là tập hợp các ví dụ cơ bản thường gặp trong phân tích kết cấu công trình xây dựng (đặc biệt là công trình thủy) theo phương pháp phần tử hữu hạn, cũng như trong thiết kế và nghiên cứu khoa học. Các ví dụ này được tham khảo từ rất nhiều tài liệu bằng tiếng Trung và trên các diễn đàn trao đổi học tập sử dụng phần mềm ANSYS như www.shuigong.com, www.xuelixue.cn, www.simwe.com... Ở Việt Nam hiện nay tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm có nhiều, rất cơ bản, chi tiết và dễ học, các tài liệu này là người bạn không thể thiếu của những người mới bắt đầu tiếp cận phần mềm. Tuy nhiên khi đi sâu ứng dụng phần mềm vào công việc chuyên môn riêng thường thì gặp không ít khó khăn và bỡ ngỡ. Với tiêu chí “có còn hơn không”, không mang nặng tính “hàn lâm”, chỉ mang tính chất như một tài liệu tham khảo, vì vậy tác giả mạnh dạn chuyển đến độc giả cuốn tài liệu này. Do trình độ còn hạn chế, kinh nghiệm viết và trình bày một vấn đề còn yếu, lại mong muốn sớm ra mắt bạn đọc, nên trong tài liệu không tránh khỏi những khiếm khuyết. Trong quá trình tiếp cận, nếu gặp các vướng mắc cần trao đổi, rất vui được giao lưu và mong được sự góp ý của các bạn. Vũ Hoàng Hưng, Nguyễn Quang Hùng - Đại học Thủy lợi, 175 Tây Sơn – Hà Nội Email: [email protected]; [email protected]

MỤC LỤC Chương 1

Giới thiệu phần mềm ANSYS

3

Chương 2

Phần tử thường dùng trong tính toán

7

Chương 3

Phân tích vấn đề bê tông cốt thép

35

Chương 4

Phân tích công trình nhà cao tầng

57

Chương 5

Phân tích tính ổn định mái dốc

107

Chương 6

Phân tích công trình cầu

157

Chương 7

Phân tích tính năng kháng chấn công trình đập

214

Chương 8

Một vài ví dụ phân tích công trình sử dụng ngôn ngữ thiết kế tham số hóa APDL

256

Phân tích thấm ổn định đập đất đầm nén

256

Phân tích quá trình đào đường hầm

271

Phân tích mô phỏng ba chiều đập trọng lực

280

Phân tích cửa van cung công trình thủy lợi thủy điện

289

Phân tích ứng suất biến dạng đập vòm

310

2

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ANSYS Trong chương này chủ yếu giới thiệu những nét chính về phần mềm ANSYS như khả năng ứng dụng, kết cấu của phần mềm, trình tự giải một bài toán bằng phần mềm ANSYS. Đồng thời cũng đề cập sơ qua về công năng ngôn ngữ thiết kế tham số hóa ANSYS (Ansys Parameter Design Language, APDL) và phân tích ưu nhược điểm của nó.

Gần 40 năm trở lại đây, máy tính được phát triển nhanh chóng và ứng dụng rộng rãi cùng với lý luận phần tử hữu hạn ngày càng hoàn thiện, đã xuất hiện rất nhiều phần mềm tính toán phần tử hữu hạn chuyên ngành, đồng thời được ứng dụng rộng rãi ở các lĩnh vực. Phần mềm ANSYS được xem là một phần mềm phân tích phần tử hữu hạn thông dụng có khả năng đủ tiến hành nghiên cứu khoa học về kết cấu, nhiệt, chất lỏng, điện từ cùng với âm thanh…, ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học các ngành công nghiệp phổ biến như công trình xây dựng, địa chất khoáng sản, thủy lợi, đường sắt, ôtô, công nghiệp quốc phòng, hàng không vũ trụ, tàu thủy, chế tạo cơ giới, công nghiệp hạt nhân, công nghiệp hóa dầu, công nghiệp nhẹ, điện tử, điện gia dụng và sinh vật…Phần mềm ANSYS là phần mềm thiết kế phần tử hữu hạn đầu tiên thông qua chứng nhận chất lượng ISO 9001, là phần mềm phân tích tiêu chuẩn nhận chứng nhận của Hiệp hội kỹ sư cơ giới của Mỹ (ASME), Cục an toàn hạt nhân Mỹ và với gần 20 Hiệp hội kỹ thuật chuyên ngành. Trên thế giới, phần mềm ANSYS đã trở thành phần mềm chủ yếu phân tích mô phỏng trong ngành xây dựng. Trong công trình xây dựng kết cấu thép và kết cấu bê tông cốt thép nhà cao tầng, nhà thi đấu thể dục thể thao, cầu dầm, đập lớn, đường hầm cùng với công trình ngầm…đã đạt được ứng dụng rộng rãi, thông qua nó có thể phân tích toàn diện chịu lực, biến hình, tính ổn định với các loại đặc tính động lực đối với các kết cấu này dưới điều kiện của tải trọng ngoài. Ở phương diện tính toán cơ học, phân tích tổ hợp…đã đề xuất phương án giải quyết toàn diện, cung cấp cho kỹ sư xây dựng công năng khá lớn mà còn thủ tục phân tích dễ dàng thuận tiện. Phần mềm ANSYS chủ yếu bao gồm ba bộ phận: khối tiền xử lý, khối tính toán phân tích và khối hậu xử lý (xem hình 1-1). Quá trình phân tích bao gồm ba bước chủ yếu: thiết lập mô hình phần tử hữu hạn (thiết lập mô hình hình học; phân chia mạng lưới); gán tải trọng đồng thời giải (gán tải trọng với lựa chọn hạng mục tải trọng; gán điều kiện ràng buộc; giải); kiểm tra kết quả (kiểm tra kết quả phân tích; kiểm nghiệm kết quả phân tích là chính xác hay không). Quá trình giải được cho ở sơ đồ hình 1-2. Khối tiền xử lý của ANSYS nội dung chủ yếu phân thành hai bộ phận thiết lập mô hình thực 3

thể và phân chia mạng lưới, công năng thiết lập mô hình ba chiều của nó khá lớn, có thể móc nối với CAD móc nối số liệu CAE linh hoạt, có thể thực hiện chuyển đổi mô hình giữa phần mềm phân tích không giống nhau, thích hợp với các loại kết cấu phức tạp trong phân tích phần tử hữu hạn; khối tính toán phân tích bao gồm phân tích kết cấu (phân tích tuyến tính và phi tuyến tính), phân tích động lực học lưu thể, phân tích trường điện từ, phân tích trường âm thanh, phân tích điện áp cùng với phân tích ngẫu hợp của nhiều trường vật lý, có thể mô phỏng tác dụng tương hỗ của nhiều loại môi trường vật lý, có khả năng phân tích độ nhanh nhạy với phân tích ưu hóa; khối hậu xử lý có hai loại xử lý số liệu và đồ hình. Xử lý đồ hình trực quan dùng hiển thị đồ hình kiểm tra kết quả tính toán, có thể định tính phán đoán kết quả tính toán với tính hợp lý thiết kế. Xử lý số liệu lấy hình thức bảng biểu xuất kết quả tính toán, có thể đối với số liệu tiến hành các loại xử lý sắp xếp, tính toán, đánh giá sai số…. Khối tiền xử lý (PREP7) Khối giải (SOLUTION) Hậu xử lý thông dụng (POST1) Kết cấu khối của ANSYS

Khối hậu xử lý Khối thiết kế ưu hóa (OPT)

Hậu xử lý lịch sử thời gian (POST26)

Các khối khác (OTHER)

Hình 1-1 Kết cấu chương trình ANSYS Xác định nhiệm vụ phân tích và mục tiêu phân tích Công trình thực tế

Xác định loại hình phân tích

Phương án phân tích ANSYS Quy hoạch mô hình

Xác định phạm vi mô hình Chế định phương án phân chia mạng lưới Chế định trường hợp tải trọng

Mô hình PTHH

Sử dụng hệ tọa độ và đơn vị hợp lý Kiểm tra tính chính xác của mô hình Xác định loại hình phân tích với lý luận thiết kế

Thi hành quá trình giải Sử dụng bộ phận giải lý luận toán học hợp lý Kiểm tra kết quả

Thiết lập hạng mục lựa chọn giải hợp lý

Hình 1-2 Trình tự giải bằng ANSYS Giống như quá trình phân tích của tất cả phần mềm PTHH, quá trình phân tích tiêu chuẩn của phần mềm ANSYS bao gồm ba bước: thiết lập mô hình phân tích đồng thời 4

gán điều kiện biên, tính toán yêu cầu giải và phân tích kết quả. Đối với một mô hình đơn giản, bất luận là phân tích mới hay là phân tích lại sau khi tiến hành cải sửa, dựa vào ba bước này tiến hành đều đơn giản. Nhưng với một mô hình phức tạp, tiến hành phân tích mô hình thiết lập mới cần thiết phải hoàn thành, nhưng khi phân tích lại sau khi tiến hành cải sửa, nếu tiếp tục dựa vào ba bước trên để làm, quá trình của nó là tương đối phức tạp và phí thời gian. Để giải quyết vấn đề này, phần mềm ANSYS đã cung cấp một loại công năng lấy phương thức mệnh lệnh tiến hành phân tích, tức là ngôn ngữ thiết kế tham số hóa ANSYS (Ansys Parameter Design Language, APDL). Nó có khả năng lợi dụng file LOG khi phân tích lần đầu, khi tiến hành cải sửa, người dùng sẽ có thể hoàn thành phân tích nhiều lần tùy ý, từ đó mà giảm nhỏ rất nhiều thời gian khi phân tích lại sau khi tiến hành cải sửa mô hình. (1) Khái niệm APDL Ngôn ngữ thiết kế tham số hóa ANSYS (APDL) là một cách thức dùng để tự động hoàn thành thao tác phân tích phần tử hữu hạn bình thường hoặc thông qua phương thức đại lượng biến thiên tham số hóa thiết lập ngôn ngữ phân tích mô hình, dùng để thiết lập chương trình phân tích trí năng hóa người dùng cung cấp quá trình phân tích phần tử hữu hạn hoàn toàn tự động, tức là đầu vào của chương trình có thể thiết định là dựa vào hàm số chỉ định, biến lượng cùng với loại hình phân tích lựa dùng để làm quyết định, là hoàn thành nền tảng chủ yếu nhất thiết kế ưu hóa và mạng lưới tự thích ứng. APDL cho phép số liệu đầu vào phức tạp, khiến người dùng trên thực tế đối với thiết kế hoặc thuộc tính phân tích bất kỳ có quyền khống chế, như kích thước của mô hình phân tích, tính năng của vật liệu, tải trọng, vị trí gán điều kiện biên và mật độ mạng lưới…APDL đã mở rộng phạm vi phân tích phần tử hữu hạn truyền thống, đồng thời đã mở rộng hơn vận dụng tính toán cao cấp bao gồm nghiên cứu độ nhanh nhạy, thiết lập mô hình tham số hóa kho linh kiện, sửa đổi thiết kế và ưu hóa thiết kế… APDL có sẵn công năng như dưới đây, đối với các công năng này người dùng có thể dựa vào yêu cầu tiến hành sử dụng tổ hợp hoặc sử dụng đơn độc: tham số đại lượng vô hướng; tham số mảng; biểu đạt thức và hàm số; phân nhánh và tuần hoàn; công năng lặp; chương trình người dùng. Tất cả đặc tính khống chế toàn cục này cho phép người dùng dựa vào yêu cầu cải biến chương trình để thỏa mãn mô hình riêng biệt và yêu cầu phân tích. Thông qua kế hoạch chi tiết, người dùng có khả năng đủ thiết lập một phương án phân tích hoàn thiện cao độ, nó có khả năng khiến chương trình phát huy hiệu suất lớn hơn trong phạm vi ứng dụng riêng biệt. (2) Đặc điểm của APDL Phần mềm ANSYS cung cấp hai loại phương thức làm việc, tức là phương thức trao đổi trực tiếp trên màn hình đồ họa (phương thức GUI) và phương thức nhập mệnh lệnh (phương thức BATCH). Đối với phương thức GUI, số đông những người đã quen sử dụng thao tác Window dường như không mấy khó khăn để nắm vững, người dùng không cần phải nhớ quy tắc 5

sử dụng ngôn ngữ viết chương trình với cách thức sử dụng mệnh lệnh, chỉ cần dùng chuột tiến hành thao tác trên màn hình đồ họa là được. Đối với một mô hình phân tích phần tử hữu hạn đơn giản có lẽ là nhanh hơn một chút, nhưng đối với một mô hình phần tử hữu hạn phức tạp, nhược điểm sử dụng phương thức GUI là rõ ràng. Do thường thường hoàn thành một phân tích yêu cầu tiến hành lặp đi lặp lại nhiều lần, đặc biệt là khi cần tiến hành phân tích lại sau khi tiến hành cải sửa mô hình, trong phương thức GUI sẽ có thể xuất hiện thao tác chồng chéo khá nhiều, công việc chồng chéo này có khi có thể chiếm thời gian tính toán lớn. Có khi đơn giản mà công việc chồng chéo phức tạp thậm chí có thể ảnh hưởng đến tâm trạng của người thiết kế, từ đó mà tạo thành chất lượng phân tích mô hình giảm xuống. Ngoài ra sử dụng có thể phát sinh file khá lớn, đối với một mô hình phân tích khá lớn, file số liệu sinh thành của nó có lẽ là mấy triệu byte, có khi là mấy chục triệu byte thậm chí là mấy trăm triệu byte, chiếm nhiều tài nguyên máy tính, không thuận tiện khi trao đổi file số liệu lớn như thế này. Còn đối với phương thức BATCH, nó có ưu điểm như dưới đây: có thể giảm nhỏ công việc trùng lặp lớn, đặc biệt thích hợp với trường hợp sau một chút sửa chữa (như sửa chữa mật độ mạng lưới) cần phải tính toán trùng lặp nhiều lần, có thể tiết kiệm thời gian và sức lực của người thiết kế. Để tiện bảo lưu và mang theo, một file ASCII của APDL thông thường chỉ có mấy chục nghìn byte, nhiều nhất cũng chỉ có mấy trăm nghìn byte, dung lượng file số liệu của nó vẻn vẹn chỉ bằng một phần nghìn file số liệu GUI, bất luận là dùng mạng hay trao đổi bình thường đều rất thuận tiện; file APDL không chịu hạn chế chỉ trong thao tác hệ thống phần mềm ANSYS, mà dùng phương thức GUI sinh thành file số liệu thì không có khả năng trực tiếp trao đổi; khi tiến hành phân tích thiết kế ưu hóa và mạng lưới tự thích ứng thì bắt buộc phải sử dụng file APDL; lợi dụng phương thức APDL người dùng rất dễ thiết lập kho linh kiện tham số hóa, có lợi sinh thành tốc độ nhanh mô hình phần tử hữu hạn; lợi dụng APDL có thể biên soạn một vài tập hợp mệnh lệnh thường dùng. Cho dù có ưu điểm ở trên, nhưng trong sử dụng APDL cũng có thể gặp phải nhược điểm dưới đây: trong phần mềm ANSYS đối ứng với mỗi một thao tác của phương thức GUI trên cơ bản đều có một mệnh lệnh thao tác, điều này sẽ phát sinh mệnh lệnh thao tác lớn, nên nhớ những mệnh lệnh này là rất khó khăn; phương thức file APDL không trực quan, do nó thuộc một loại ngôn ngữ lập trình, bắt buộc phải nhập xong mệnh lệnh trong file mới có khả năng thu được kết quả, đối với điều này người không có thói quen tiến hành điều chỉnh chương trình dễ phát sinh tâm lý phiền chán thậm chí có thể cho là quá khó mà bỏ sử dụng; đương nhiên khi thực hiện lặp cũng cần phí một thời gian nhất định.

6

CHƯƠNG 2

PHẦN TỬ THƯỜNG DÙNG TRONG TÍNH TOÁN Trong kho phần tử ANSYS có hơn 100 loại phần tử. Trong chương này chủ yếu giới thiệu một vài phần tử thường dùng trong công trình xây dựng, như phần tử trụ (LINK), phần tử lò xo (COMBIN), phần tử thanh (BEAM), phần tử phẳng (PLANE), phần tử vỏ (SHELL) và phần tử khối lượng (MASS), phần tử tiếp xúc (CONTA), phần tử khối (SOLID) …

1. PHẦN TỬ TRỤ (LINK) 1.1 Phần tử trụ LINK1 2-D Phần tử trụ LINK1 2-D được ứng dụng rất rộng rãi trong công trình xây dựng, thường dùng để mô phỏng kết cấu dàn, cột liền, móc nối, lò xo…Phần tử LINK1 là phần tử phẳng hai chiều, chỉ có khả năng chịu lực nén hoặc kéo dọc trục, tổng cộng gồm 2 điểm nút, mỗi một điểm có 2 độ tự do. Cần chú ý đối với phần tử này là trong giai đoạn hậu xử lý nên sử dụng phương thức bảng phần tử lấy ra thông tin kết quả phần tử ứng suất dọc trục, lực dọc…, chuyển vị điểm nút và phản lực gối tựa có thể trực tiếp hiển thị bảng. Hình thức hình học của phần tử trụ LINK1, vị trí điểm nút và hệ toạ độ được biểu thị như hình 2-1.

Hình 2-1 Phần tử LINK1 1.1.1 Số liệu đầu vào Định nghĩa phần tử LINK1 thông qua điểm nút, diện tích mặt cắt, biến dạng ban đầu và tính chất vật liệu. Phương trục X phần tử theo chiều dài trụ có chiều từ đầu I đến đầu J. Số liệu đầu vào của phần tử cho ở bảng 2-1.

Bảng 2-1 Số liệu đầu vào phần tử LINK1 7

Tên gọi phần tử

LINK1

Điểm nút

I, J

Độ tự do

UX, UY

Hằng số thực

AREA (diện tích mặt cắt), ISTRN (biến dạng ban đầu)

Đặc tính vật liệu

EX, ALPX (or CTEX or THSX), DENS, DAMP

Tải trọng bề mặt

Không

Tải trọng khối

Temperatures -- T(I), T(J); Fluences -- FL(I), FL(J)

Đặc tính

Tính dẻo, từ biến, dãn nở, ứng suất cứng hoá, biến hình lớn, Ptử sinh chết

1.1.2 Số liệu đầu ra Số liệu đầu ra phần tử bao gồm hai loại hình thức đầu ra chuyển vị nút và đầu ra kèm theo phần tử. Số liệu đầu ra phần tử được cho ở bảng 2-2, trong bảng [O] và [R] là biểu thị file Jobname.OUT (O) và tính khả năng áp dụng của file kết quả (R): [Y] biểu thị kết quả hoàn toàn có khả năng áp dụng; chữ số biểu đạt chú thích bên dưới, dùng để giải thích khả năng áp dụng dưới điều kiện gì. [-] biểu thị không khả năng áp dụng. Bảng 2-2 Số liệu đầu ra phần tử LINK1 Tên gọi

Định nghĩa

O

R

EL

Mã phần tử

Y

Y

NODES

Mã số điểm nút phần tử I, J

Y

Y

MAT

Mã vật liệu

Y

Y

VOLU

Thể tích

-

Y

XC, YC

Xuất kết quả toạ độ trung tâm

Y

2

TEMP

Nhiệt độ hai điểm nút T(I) và T(J)

Y

Y

FLUEM

Lưu lượng nhiệt hai điểm nút FL(I) và FL(J)

Y

Y

MFORX

Chịu lực theo phương X hệ toạ độ phần tử

Y

Y

SAXL

Ứng suất hướng dọc trục phần tử

Y

Y

EPELAXL

Ứng biến đàn hồi hướng dọc trục phần tử

Y

Y

EPTHAXL

Ứng biến nhiệt hướng dọc trục phần tử

Y

Y

EPINAXL

Ứng biến ban đầu hướng dọc trục phần tử

Y

Y

SEPL

Ứng suất tương đương ở đường cong ứng suất - biến dạng

1

1

SRAT

Tỉ số ứng suất ba trục và ứng suất chảy dẻo

1

1

EPEQ

Ứng biến tính dẻo tương đương

1

1

HPRES

Áp lực thủy tĩnh

1

1

EPPLAXL

Ứng biến tính dẻo đẳng trục

1

1

EPCRAXL

Ứng biến từ biến đẳng trục

1

1

EPSWAXL

Ứng biến giãn nở đẳng trục

1

1

1.1.3 Giả thiết và hạn chế 

Giả thiết hai đầu trụ chịu tải trọng hướng dọc, vật liệu là trụ thẳng đồng chất.



Chiều dài trụ nhất thiết phải lớn hơn 0, tức là điểm nút I và J không trùng hợp. 8



Trụ đòi hỏi nằm trong mặt phẳng X-Y mà còn giá trị diện tích lớn hơn 0.



Giả thiết biến đổi nhiệt độ tuyến tính xuôi theo chiều dài trụ.



Hàm số chuyển vị chứng tỏ ứng suất nội bộ trụ là phân bố bình quân.



Ứng biến ban đầu sẽ sử dụng trong tính toán ma trận độ cứng ứng suất, nếu có khả năng lặp lại tích luỹ ban đầu.



Tải trọng lưu thể và đặc tính vật liệu giảm dần không có khả năng sử dụng



Chỉ cho phép dùng đặc trưng thích hợp là phân tích độ cứng ứng suất và biến hình lớn.

1.2 Phần tử LINK8 3-D Phần tử LINK8 là phần tử trụ 3 chiều hai điểm nút, có khả năng chịu lực nén hoặc lực kéo dọc trục, trên mỗi điểm nút có 3 độ tự do. Đây là phần tử được ứng dụng rộng rãi trong công trình xây dựng, có thể dùng để mô phỏng phần tử thanh dàn không gian 3 chiều, dây thừng dạng mềm, móc xích và lò xo…Trong kết cấu liên kết đinh ghim, có thể không xét đến độ cong phần tử. Bao gồm đặc tính dẻo, từ biến, giãn nở, ứng suất cứng hoá và biến hình lớn. 1.2.1 Số liệu đầu vào Phần tử LINK8 và số liệu đầu vào được cho ở hình 2-2 và bảng 2-3.

Hình 2-2 Phần tử LINK8 Bảng 2-3 Số liệu đầu vào phần tử LINK8 Tên gọi phần tử

LINK8

Điểm nút

I, J

Độ tự do

UX, UY, UZ

Hằng số thực

AREA (diện tích mặt cắt), ISTRN (biến dạng ban đầu)

Đặc tính vật liệu

EX, ALPX (or CTEX or THSX), DENS, DAMP

Tải trọng bề mặt

Không

Tải trọng khối

Temperatures -- T(I), T(J); Fluences -- FL(I), FL(J)

Đặc tính

Tính dẻo, từ biến, dãn nở, ứng suất cứng hoá, biến hình lớn, phần tử sinh chết

1.2.2 Số liệu đầu ra Số liệu đầu ra phần tử bao gồm đầu ra chuyển vị nút và đầu ra kèm theo phần tử, Số liệu đầu ra phần tử cho ở bảng 2-4. Bảng 2-4 Số liệu đầu ra phần tử LINK8 9

Tên gọi

Định nghĩa

O

R

EL

Mã phần tử

Y

Y

NODES

Mã số điểm nút phần tử I, J

Y

Y

MAT

Mã vật liệu

Y

Y

VOLU

Thể tích

-

Y

XC, YC, ZC

Xuất kết quả toạ độ trung tâm

Y

2

TEMP

Nhiệt độ hai điểm nút T(I) và T(J)

Y

Y

FLUEM

Lưu lượng nhiệt hai điểm nút FL(I) và FL(J)

Y

Y

MFORX

Chịu lực theo phương X hệ toạ độ phần tử

Y

Y

SAXL

Ứng suất hướng dọc trục phần tử

Y

Y

EPELAXL

Ứng biến đàn hồi hướng dọc trục phần tử

Y

Y

EPTHAXL

Ứng biến nhiệt hướng dọc trục phần tử

Y

Y

EPINAXL

Ứng biến ban đầu hướng dọc trục phần tử

Y

Y

SEPL

Ứng suất tương đương ở đường cong ứng suất - biến dạng

1

1

SRAT

Tỉ số ứng suất ba trục và ứng suất chảy dẻo

1

1

EPEQ

Ứng biến tính dẻo tương đương

1

1

HPRES

Áp lực thủy tĩnh

1

1

EPPLAXL

Ứng biến tính dẻo đẳng trục

1

1

EPCRAXL

Ứng biến từ biến đẳng trục

1

1

EPSWAXL

Ứng biến giãn nở đẳng trục

1

1

1.3 Phần tử LINK10 1.3.1 Số liệu đầu vào Phần tử LINK10 được cho ở hình 2-3. Đối với phân tích cáp điện, giá trị biến dạng âm biểu thị hiệu ứng lỏng; trong phân tích rạn nứt, giá trị biến dạng dương biểu thị hiệu ứng đứt gãy. Số liệu đầu vào được cho ở bảng 2-5.

Hình 2-3 Phần tử LINK10

Bảng 2-5 Số liệu đầu vào phần tử LINK10 10

Tên gọi phần tử

LINK10

Điểm nút

I, J

Độ tự do

UX, UY, UZ

Hằng số thực

AREA (diện tích mặt cắt), ISTRN (biến dạng ban đầu)

Đặc tính vật liệu

EX, ALPX (or CTEX or THSX), DENS, DAMP

Tải trọng bề mặt

Không

Tải trọng khối

Temperatures -- T(I), T(J); Fluences -- FL(I), FL(J)

Đặc tính

Tính dẻo, từ biến, dãn nở, ứng suất cứng hoá, biến hình lớn, phần tử sinh chết

KEYOPT (2)

Cáp thép mềm: 0 - Không độ cứng 1 - Độ cứng theo phương chiều dài khá nhỏ 2 - Độ cứng theo phương chiều dài và phương thẳng góc khá nhỏ

KEYOPT (3)

Lựa chọn hình thức kéo/nén: 0 - Kéo hướng đơn 1 - Chịu nén hướng đơn

1.3.2 Số liệu đầu ra Số liệu đầu ra phần tử LINK10 được cho ở bảng 2-6. Bảng 2-6 Số liệu đầu ra phần tử LINK10 Tên gọi

Định nghĩa

O

R

EL

Mã phần tử

Y

Y

NODES

Mã số điểm nút phần tử I, J

Y

Y

MAT

Mã vật liệu

Y

Y

VOLU

Thể tích

-

Y

XC, YC, ZC

Xuất kết quả toạ độ trung tâm

Y

2

TEMP

Nhiệt độ hai điểm nút T(I) và T(J)

Y

Y

STAT

Trạng thái phần tử

1

1

MFORX

Chịu lực theo phương X hệ toạ độ phần tử

Y

Y

SAXL

Ứng suất hướng dọc trục phần tử

Y

Y

EPELAXL

Ứng biến đàn hồi hướng dọc trục phần tử

Y

Y

EPTHAXL

Ứng biến nhiệt hướng dọc trục phần tử

Y

Y

EPINAXL

Ứng biến ban đầu hướng dọc trục phần tử

Y

Y

2. PHẦN TỬ LÒ XO (COMBIN) Phần tử lò xo trong kho phần tử ANSYS có COMBIN7, COMBIN14, COMBIN39, COMBIN40…trong đó phần tử COMBIN14 ứng dụng rộng rãi nhất trong công trình xây dựng. Hình 2-4 biểu thị phần tử lò xo - cản COMBIN14, cho phép sử dụng ở trạng thái 1 chiều, 2 chiều hoặc 3 chiều, công năng làm việc của nó có chịu kéo nén hướng đơn hoặc xoay chuyển. Khi phần tử lò xo - cản chịu kéo nén hướng đơn dọc trục, mỗi một điểm nút có 3 độ tự do, tức là chuyển vị theo 3 phương X, Y, Z hệ toạ độ điểm nút, không xét đến độ cong hoặc xoay chuyển; khi xoay chuyển phần tử lò xo - cản chịu uốn cong, trên

11

mỗi một điểm nút có 3 độ tự do, tức là chuyển động của trục X, Y, Z của hệ toạ độ điểm nút, không xét đến độ cong hướng ngang hoặc kéo nén đơn. Lúc này phần tử lò xo - cản COMBIN14 không có khối lượng, nếu cần xét đến khối lượng, sử dụng kết hợp với MASS21, cũng có thể dùng phần tử COMBIN40 để thay thế tổ hợp trên.

Hình 2-4 Phần tử lò xo - cản COMBIN14 2.1 Số liệu đầu vào Số liệu đầu vào phần tử COMBIN14 được cho ở bảng 2-7. Bảng 2-7 Số liệu đầu vào phần tử COMBIN14 Tên gọi phần tử

COMBIN14

Điểm nút

I, J

Độ tự do

UX, UY, UZ……………….KEYOPT (3) = 0 ROTX, ROTY, ROTZ……..KEYOPT (3) = 1 ROTX, ROTY……………...KEYOPT (3) = 2

Hằng số thực

K, CV1, CV2

Đặc tính vật liệu

DAMP

Tải trọng bề mặt

Không

Tải trọng khối

Không

Đặc tính

Tính phi tuyến, ứng suất cứng hoá, biến chuyển lớn, phần tử sinh chết

KEYOPT (1)

Loại hình tính toán: 0 - Tính toán tuyến tính 1 - Tính toán phi tuyến (yêu cầu CV20)

KEYOPT (2)

Lựa chọn độ tự do 1-D: 0 - Lựa chọn sử dụng KEYOPT (3) 1- Phần tử lò xo - cản hướng dọc 1-D (độ tự do là UX) 2- Phần tử lò xo - cản hướng dọc 1-D (độ tự do là UY) 3- Phần tử lò xo - cản hướng dọc 1-D (độ tự do là UZ) 4- Phần tử lò xo - cản hướng dọc 1-D (độ tự do là ROTX) 5- Phần tử lò xo - cản hướng dọc 1-D (độ tự do là ROTY) 6- Phần tử lò xo - cản hướng dọc 1-D (độ tự do là ROTZ) 7- Độ tự do chịu nén phần tử tự do

12

8- Độ tự do nhiệt độ phần tử tự do KEYOPT (2)

Lựa chọn độ tự do 2-D hoặc 3-D: 0 - lò xo - cản hướng dọc 3-D 1 - lò xo - cản dần xoay chuyển 3-D 2 - lò xo - cản dần hướng dọc 2-D (phần tử 2-D nhất thiết phải trong mặt phẳng X-Y)

2.2 Số liệu đầu ra Số liệu đầu ra phần tử COMBIN14 được cho ở bảng 2-8, hạng mục đầu ra phần tử và mã số thứ tự cho ở bảng 2-9. Bảng 2-8 Số liệu đầu ra phần tử COMBIN14 Tên gọi

Định nghĩa

O

R

EL

Mã phần tử

Y

Y

NODES

Mã số điểm nút phần tử I, J

Y

Y

XC, YC, ZC

Xuất kết quả toạ độ trung tâm

Y

1

FORC hoặc TORQ

Lực hoặc mô men lò xo

Y

Y

STRETCH hoặc TWIST

Lượng dãn dài hoặc lượng xoay chuyển lò xo

Y

Y

RATE

Hệ số lò xo

Y

Y

VELOCITY

Tốc độ

-

Y

DAMPING FORCE hoặc TORQUE

Lực cản hoặc mômen

Y

Y

Bảng 2-9 Hạng mục và mã số thứ tự đầu ra phần tử COMBIN14 Tên gọi đầu ra

Mệnh lệnh đầu ra bảng phần tử và tính toán phần tử Hạng mục

Mã số thứ tự

FORC

SMISC

1

STRETCH

NMISC

1

VELOCITY

NMISC

2

DAMPING FORCE

NMISC

3

2.3 Giả thiết và hạn chế 

Nếu KEYOPT (2) =0, độ dài phần tử lò xo - cản không có khả năng là 0, tức là điểm nút I và J không có khả năng trùng hợp, vì vậy vị trí điểm nút quyết định phương hướng của lò xo.



Giả thiết độ cứng phần tử lò xo hướng dọc chỉ có tác dụng theo phương chiều dài của nó, độ cứng phần tử lò xo xoay chuyển chỉ có tác dụng theo phương vòng, tương tự xoay chuyển cấu kiện trụ.



Ứng suất trong phần tử lò xo giả thiết là phân bố đều.



Trong phân tích nhiệt, giả thiết nhiệt độ hoặc phương thức tác dụng của độ tự do áp lực cùng chuyển vị tương tự.

13



Giả thiết khi KEYOPT (2) = 0, phần tử thích ứng với ứng suất cứng hoá hoặc biến hình lớn; Khi KEYOPT (3) = 1, phần tử thích ứng với biến hình xoay lớn, nhưng hệ tọa độ không thể thay đổi.



Thông qua thiết lập giá trị K hoặc CV là 0 để loại trừ tính đàn hồi phần tử hoặc tính năng tắt dần.



Nếu CV2 0, nhận thấy phần tử là phi tuyến tính, đòi hỏi tiến hành tính toán lại (KEYOPT (1) = 1).



Nếu KEYOPT (2) >0 phần tử chỉ có 1 độ tự do.



Đối với điểm nút không trùng hợp mà KEYOPT (2) = 1, 2 hoặc 3, không bao gồm hiệu ứng mômen. Đó là khi đường tác dụng biến vị điểm nút sẽ không có khả năng thoả mãn tương đương mômen.



Nếu điểm nút I và J giao hoán, khi lò xo chịu nén điểm nút J tương đối với điểm nút I phát sinh chuyển vị là dương.

3. PHẦN TỬ THANH (BEAM) 3.1 Phần tử thanh đàn hồi BEAM3 2-D BEAM3 là phần tử thanh đàn hồi hai chiều chỉ có khả năng chịu kéo nén đơn và uốn. Phần tử có hai điểm nút, trên mỗi nút có 3 độ tự do là chuyển vị theo hai phương X, Y và xoay quanh trục Z. Phần tử BEAM3 ứng dụng rất rộng rãi trong công trình xây dựng, thường dùng mô phỏng công trình đường sắt, công trình cầu, công trình nhà cao tầng… 3.1.1 Số liệu đầu vào Hình dạng hình học của phần tử BEAM3, vị trí điểm nút và hệ toạ độ cho ở hình 25. Cần định nghĩa phần tử với điểm nút, diện tích mặt cắt, chuyển động quán tính và đặc tính vật liệu.

Hình 2-5 Phần tử thanh đàn hồi 2 chiều BEAM3 Số liệu đầu vào phần tử BEAM3 được cho ở bảng 2-10. Bảng 2-10 Số liệu đầu vào phần tử BEAM3 Tên gọi phần tử Điểm nút

BEAM3 I, J 14

Độ tự do

UX, UY, ROTZ

Hằng số thực

AREA, IZZ, HEIGHT, SHEARZ, ISTRN, ADDMAS

Đặc tính vật liệu

EX, ALPX, DENS, GXY, DAMP

Tải trọng bề mặt

Áp lực: Mặt 1 (I-J) (phương pháp tuyến –Y) Mặt 2 (I-J) (phương tiếp tuyến +X) Mặt 3 (I) (phương trục +X) Mặt 4 (J) (phương trục –Y)

Tải trọng khối

Nhiệt độ: T1, T2, T3, T4

Đặc tính

Ứng suất cứng hoá, biến chuyển lớn, phần tử sinh chết

KEYOPT (6)

Lực và mômen đầu ra: 0 - Không xuất lực và mômen 1 - Xuất lực và mômen trong hệ toạ độ phần tử

KEYOPT (9)

Xuất kết quả điểm giữa nút I và J: N - xuất kết quả điểm N (N = 0, 1, 3, 5, 7)

KEYOPT (10)

Dùng mệnh lệnh SFNEAM gán tải trọng bề mặt thay đổi tuyến tính 0 - Gán lượng biến vị (lấy đơn vị là độ dài) 1 - Gán lượng biến vị (lấy đơn vị tỉ suất độ dài)

3.1.2 Số liệu đầu ra Số liệu đầu ra của phần tử BEAM3 bao gồm tất cả chuyển vị điểm nút và đầu ra kèm theo phần tử, như biểu thị ở hình 2-6 và bảng 2-11.

Hình 2-6 Ứng suất đầu ra phần tử BEAM3 Bảng 2-11 Số liệu đầu ra phần tử BEAM3 Tên gọi

Định nghĩa

O

R

EL

Mã phần tử

Y

Y

NODES

Mã số điểm nút phần tử I, J

Y

Y

MAT

Mã vật liệu

Y

Y

VOLU

Thể tích

Y

Y

XC, YC

Toạ độ trung tâm phần tử

Y

3

TEMP

Nhiệt độ

Y

Y

PRES

Áp lực

Y

Y

SDIR

Ứng suất chính hướng trục

1

1

SBYT

Ứng suất cạnh uốn +Y phần tử thanh

1

1 15

SBBY

Ứng suất cạnh uốn -Y phần tử thanh

1

1

SMAX

Ứng suất lớn nhất (Ứng suất chính hướng trục + ứng suất uốn)

1

1

SMIN

Ứng suất nhỏ nhất (Ứng suất chính hướng trục - ứng suất uốn)

1

1

EPELDIR

Ứng biến đàn hồi hướng trục điểm đầu

1

1

EPELBYT

Ứng biến đàn hồi cạnh uốn +Y phần tử thanh

1

1

EPELBYB

Ứng biến đàn hồi cạnh uốn -Y phần tử thanh

1

1

EPTHDIR

Ứng biến nhiệt hướng trục điểm đầu

1

1

EPTHBYT

Ứng biến nhiệt cạnh uốn +Y phần tử thanh

1

1

EPTHBYB

Ứng biến nhiệt cạnh uốn -Y phần tử thanh

1

1

EPINAXL

Ứng biến hướng trục ban đầu phần tử

1

1

MFOR (X,Y)

Chịu lực theo phương X, Y hệ toạ độ phần tử

2

Y

MMOMZ

Mômen phương Z hệ toạ độ phần tử

2

Y

3.1.3 Giả thiết và hạn chế 

Phần tử thanh không chỉ chuyển vị trong mặt phẳng X-Y mà còn độ dài và diện tích phải lớn hơn 0.



Phần tử thanh có thể dùng với mặt cắt tuỳ ý, nhưng



Cao độ phần tử chỉ dùng với tính toán ứng suất nhiệt và độ võng.



Giả thiết thang độ lực nhiệt khi gán là biến đổi tuyến tính theo độ cao và độ dài.



Giả thiết khi không sử dụng biến hình lớn, mômen quán tính lấy là 0.



Đặc tính vật liệu giảm dần không cho phép sử dụng.



Chỉ cho phép sử dụng ứng suất cứng hoá và biến hình lớn, đây là hai loại tính năng đặc thù.

3.2 Phần tử thanh đàn hồi BEAM4 3-D BEAM4 là phần tử thanh đàn hồi 3 chiều có thể chịu kéo nén một trục, xoắn và uốn. Phần tử có 3 điểm nút, trên mỗi điểm nút có 6 độ tự do: độ tự do chuyển vị theo 3 phương X, Y, Z và độ tự do xoay quanh trục X, Y, Z. Phần tử vẫn có ứng suất cứng hoá và tính chất biến hình lớn. Trong phân tích biến hình lớn, có thể sử dụng cùng ma trận độ cứng hướng cắt. 3.2.1 Số liệu đầu vào Số liệu đầu vào phần tử BEAM4 cho ở bảng 2-12 và hình 2-7.

Bảng 2-12 Số liệu đầu vào phần tử BEAM4 Tên gọi phần tử

BEAM4

Điểm nút

I, J, K (K là nút định vị)

Độ tự do

UX, UY, ROTX, ROTY, ROTZ

Hằng số thực

AREA, IZZ, IYY, TKZ, TKY, THETA, ISTRN, IXX, SHEARZ, SHEARY, SPIN, ADDMAS

Đặc tính vật liệu

EX, ALPX, DENS, GXY, DAMP 16

Tải trọng bề mặt

Áp lực

Tải trọng khối

Nhiệt độ

Đặc tính

Ứng suất cứng hoá, biến chuyển lớn, phần tử sinh chết

KEYOPT (2)

Lựa chọn ứng suất cứng hoá: 0 - khi mở NLGEOM, sử dụng ma trận độ cứng hướng cắt chính 1 - khi mở NLGEOM và SOLCONTROL, sử dụng cùng ma trận độ cứng hướng cắt 2 - khi đóng SOLCONTROL, không sử dụng cùng ma trận độ cứng hướng cắt

KEYOPT (6)

Lực và mômen đầu ra: 0 - Không xuất lực và mômen 1 - Xuất lực và mômen trong hệ toạ độ phần tử

KEYOPT (7)

Ma trận xoay chuyển tắt dần: 0 - không xét ma trận xoay chuyển tắt dần 1 - tính toán ma trận xoay chuyển tắt dần

KEYOPT (9)

Xuất kết quả điểm giữa nút I và J: N - xuất kết quả điểm N (N = 0, 1, 3, 5, 7)

KEYOPT (10)

Dùng mệnh lệnh SFNEAM gán tải trọng bề mặt: 0 - Gán lượng biến vị (lấy đơn vị là độ dài) 1 - Gán lượng biến vị (lấy đơn vị tỉ suất độ dài)

Hình 2-7 Phần tử thanh đàn hồi 3 chiều BEAM4 3.2.2 Số liệu đầu ra Số liệu đầu ra của phần tử BEAM4 bao gồm tất cả chuyển vị điểm nút và kèm theo phần tử, như biểu thị ở bảng 2-13. Bảng 2-13 Số liệu đầu ra phần tử BEAM4 17

Tên gọi

Định nghĩa

O

R

EL

Mã phần tử

Y

Y

NODES

Mã số điểm nút phần tử I, J

Y

Y

MAT

Mã vật liệu

Y

Y

VOLU

Thể tích

Y

Y

XC, YC

Toạ độ trung tâm phần tử

Y

3

TEMP

Nhiệt độ

Y

Y

PRES

Áp lực

Y

Y

SDIR

Ứng suất chính hướng trục

1

1

SBYT

Ứng suất cạnh uốn +Y phần tử thanh

1

1

SBBY

Ứng suất cạnh uốn -Y phần tử thanh

1

1

SBZT

Ứng suất cạnh uốn +Z phần tử thanh

1

1

SBZB

Ứng suất cạnh uốn -Z phần tử thanh

1

1

SMAX

Ứng suất lớn nhất (Ứng suất chính hướng trục + ứng suất uốn)

1

1

SMIN

Ứng suất nhỏ nhất (Ứng suất chính hướng trục - ứng suất uốn)

1

1

EPELDIR

Ứng biến đàn hồi hướng trục điểm đầu

1

1

EPELBYT

Ứng biến đàn hồi cạnh uốn +Y phần tử thanh

1

1

EPELBYB

Ứng biến đàn hồi cạnh uốn -Y phần tử thanh

1

1

EPELBZT

Ứng biến đàn hồi cạnh uốn -Z phần tử thanh

1

1

EPELBZB

Ứng biến đàn hồi cạnh uốn +Z phần tử thanh

1

1

EPTHDIR

Ứng biến nhiệt hướng trục điểm đầu

1

1

EPTHBYT

Ứng biến nhiệt cạnh uốn +Y phần tử thanh

1

1

EPTHBYB

Ứng biến nhiệt cạnh uốn -Y phần tử thanh

1

1

EPTHBZT

Ứng biến nhiệt cạnh uốn +Z phần tử thanh

1

1

EPTHBZB

Ứng biến nhiệt cạnh uốn -Z phần tử thanh

1

1

EPINAXL

Ứng biến hướng trục ban đầu phần tử

1

1

MFOR (X,Y,Z)

Chịu lực theo phương X, Y, Z hệ toạ độ phần tử

2

Y

MMOM (X,Y,Z)

Mômen phương X, Y, Z hệ toạ độ phần tử

2

Y

3.2.3 Giả thiết và hạn chế 

Diện tích và chiều dài phần tử thanh đòi hỏi lớn hơn 0, nếu không có biến hình lớn thì mômen quán tính có thể là 0.



Mặt cắt thanh có thể là hình dạng tuỳ ý, nhưng



Độ dày phần tử chỉ sử dụng trong tính toán ứng suất nhiệt và độ võng.



Giả thiết thang độ lực nhiệt khi gán là biến đổi tuyến tính theo độ cao và độ dài.



Sử dụng cùng ma trận độ cứng phương cắt (KEYOPT(2) = 1), nên chú ý hằng số thực của phần tử thực tế.

Ngoài phân tử BEAM3 và BEAM4 đã nói ở trên, trong công trình xây dựng cũng vẫn thường dùng các loại phần tử BEAM23, BEAM24, BEAM44, BEAM89… 18

4. PHẦN TỬ PHẲNG (PLANE) Phần tử phẳng trong ANSYS có PLANE2, PLANE13, PLANE25, PLANE35, PLANE42 và PLANE53…Trong đó PLANE42 thường sử dụng trong công trình xây dựng, nó chủ yếu dùng để mô phỏng phần tử phẳng đất, bê tông… PLANE42 là phần tử kết cấu thực thể 2 chiều, có khả năng làm phần tử phẳng (ứng suất phẳng hoặc biến dạng phẳng) hoặc phần tử đối xứng trục. Phần tử có 4 điểm nút, trên mỗi điểm nút có 2 độ tự do chuyển vị theo hai phương X và Y. Phần tử vẫn có đặc tính dẻo, từ biến, giãn nở, ứng suất cứng hoá, biến hình lớn và biến dạng lớn… 4.1 Số liệu đầu vào Hình dạng hình học, vị trí điểm nút và hệ toạ độ của phần tử PLANE42 cho ở hình 2-8, số liệu đầu vào của nó cho ở bảng 2-14.

Hình 2-8 Hình dạng hình học, vị trí điểm nút và hệ toạ độ của phần tử PLANE42 Bảng 2-14 Số liệu đầu vào phần tử PLANE42 Tên gọi phần tử

PLANE42

Điểm nút

I, J, K, L

Độ tự do

UX, UY

Hằng số thực

Khi KEYOPT(3)=0, 1, 2 không hằng số thực Khi KEYOPT(3)=1 hằng số thực là chiều dày phần tử

Đặc tính vật liệu

EX, EY, EZ, (PRXY, PRYZ, PRXZ hoặc NUXY, NUYZ) ALPX, ALPY, ALPZ, DENS, DAMP

Tải trọng bề mặt

Áp lực: Mặt 1 (I-J), mặt 2 (I-J), mặt 3 (I), mặt 4 (J)

Tải trọng khối

Nhiệt độ: T(I), T(J), T(K), T(L) Lưu lượng nhiệt: FL(I), FL(J), FL(K), FL(L)

Đặc tính

Tính dẻo, từ biến, giãn nở, ứng suất cứng hoá, biến hình lớn, phần tử sinh chết, tự thích ứng hạ thấp

KEYOPT (1)

Định nghĩa hệ toạ độ phần tử: 0 - Hệ toạ độ tổng thể đồng hành cùng hệ toạ độ phần tử 1 - Hệ toạ độ phần tử lấy cạnh I-J phần tử làm chuẩn

KEYOPT (2)

Hình dạng chuyển vị lớn: 0 - Bao hàm hình dạng chuyển vị lớn 1 - Khống chế hình dạng chuyển vị lớn

KEYOPT (3)

Đặc tính phần tử: 0 - Ứng suất phẳng 19

1 - Đối xứng trục 2 - Ứng biến phẳng (biến dạng hướng trục Z bằng 0) 3 - Xét đến ứng suất phẳng của độ dày phần tử KEYOPT (5)

Xuất tính toán ứng suất phần tử: 0 - Tính toán phần tử cơ bản 1 - Tất cả tính toán cơ bản của điểm tích phân 2 - Tính toán ứng suất điểm nút

KEYOPT (6)

Xuất tính toán bề mặt phần tử: 0 - Tính toán phần tử cơ bản 1 - Tính toán mặt I-J 2 - Tính toán bề mặt mặt I-J và mặt K-L 3 - Tính toán phi tuyến tất cả điểm tích phân 4 - Tính toán tất cả mặt áp lực khác 0

KEYOPT (9)

Lựa chọn trình tự con ứng suất ban đầu: 0 - Người sử dụng không cung cấp trình tự con ứng suất ban đầu 1 - Đọc Số liệu ứng suất ban đầu từ trình tự con người sử dụng

4.2 Số liệu đầu ra Số liệu đầu ra phần tử PLANE42 bao hàm tất cả chuyển vị điểm nút của tính toán điểm nút và kèm theo phần tử như biểu thị ở hình 2-9. Số liệu đầu ra của phần tử cho ở bảng 2-15.

Hình 2-9 Ứng suất phần tử PLANE42 Bảng 2-15 Số liệu đầu ra phần tử PLANE42 Tên gọi

Định nghĩa

O

R

EL

Mã phần tử

Y

Y

NODES

Điểm nút phần tử I, J, K, L

Y

Y

MAT

Mã vật liệu

Y

Y

THICK

Độ dày bình quân

Y

Y

VOLU

Thể tích

Y

Y

XC, YC

Toạ độ trung tâm xuất kết quả phần tử

Y

3

TEMP

Nhiệt độ: T(I), T(J), T(K), T(L)

Y

Y

PRES

Áp lực

Y

Y

FLUEN

Lưu lượng nhiệt

Y

Y 20

S: INT

Cường độ ứng suất

Y

Y

S: EQV

Ứng suất tương đương

Y

Y

EPEL: X,Y,Z,XY

Ứng biến đàn hồi

Y

Y

EPEL: 1,2,3

Ứng biến đàn hồi chính

Y

Y

EPEL: EQV

Ứng biến đàn hồi tương đương

-

1

EPCR: X,Y,Z,XY

Ứng biến từ biến

1

1

EPSW

Ứng biến giãn nở

1

1

NL: SRAT

Tỉ số giữa ứng suất hướng trục và ứng suất mặt chảy dẻo

1

1

NL: SEPL

Ứng suất tương đương trên đường cong ứng suất biến dạng

1

1

NL: HPRES

Áp lực thủy tĩnh

-

1

FACE

Ký hiệu mặt

2

2

EPEL (PAR, PER, Z)

Ứng biến đàn hồi bề mặt (bề mặt song song, bề mặt thẳng đứng, Z)

2

2

S (PAR, PER, Z)

Ứng suất bề mặt (bề mặt song song, bề mặt thẳng đứng, Z)

2

2

SINT

Cường độ ứng suất bề mặt

2

2

SEQV

Ứng suất tương đương bề mặt

2

2

LOCI: X, Y, Z

Điểm toạ độ tích phân

-

Y

Nếu phần tử bao hàm vật liệu phi tuyến tính, thì tiến hành tính toán phi tuyến đồng thời xuất kết quả. Nếu KEYOPT(6) = 1, 2, 4 có xuất tính toán bề mặt. 4.3 Giả thiết và hạn chế 

Phần tử nhất thiết phải chuyển vị trong mặt phẳng X-Y mà còn diện tích không được bằng 0.



Khi phân tích đối xứng trục, nhất thiết phải lấy trục Y là trục đối xứng mà còn kết cấu đó phải dựng trong góc vuông của phương +X.



Định nghĩa điểm nút K, J của phần tử PLANE42 là một điểm, sẽ tạo thành phần tử tam giác.



Đặc tính vật liệu giảm dần không có khả năng sử dụng.



Trong đặc tính phần tử chỉ có ứng suất cứng hoá có hiệu quả.

5. PHẦN TỬ VỎ (SHELL) 5.1 Phần tử vỏ kết cấu đối xứng trục SHELL51 SHELL51 là phần tử vỏ kết cấu đối xứng trục SHELL51 có hai điểm nút, trên mỗi điểm nút có độ tự do chuyển vị theo phương X, Y, Z và độ tự do góc xoay quanh trục Z.

21

Hình 2-10 Hình dạng hình học, phương điểm nút và hệ toạ độ của phần tử SHELL51 Hình dạng hình học, phương điểm nút và hệ toạ độ của phần tử SHELL51 cho ở hình 2-10. Định nghĩa phần tử thông qua 2 điểm nút, độ dày hai đầu và tính chất vật liệu dị hướng để định nghĩa. Độ dày phần tử là biến đổi tuyến tính. Lúc này phần tử có tính chất tính dẻo, từ biến, giãn nở, ứng suất cứng hoá, biến hình lớn và xoay chuyển… 5.1.1 Số liệu đầu vào Số liệu đầu vào phần tử SHELL51 cho ở bảng 2-16. Bảng 2-16 Số liệu đầu vào phần tử SHELL51 Tên gọi phần tử

SHELL51

Điểm nút

I, J

Độ tự do

UX, UY, UZ, ROTZ

Hằng số thực

TK(I) - độ dày điểm nút đầu I TK(J) - độ dày điểm nút đầu J

Đặc tính vật liệu

EX, EY, EZ, PRXY, PRYZ, PRXZ (hoặc NUXY, NUYZ, NUXZ) ALPX, ALPZ (hoặc CTEX, CTEZ hoặc THSX, THSZ) DENS, GXZ, DAMP

Tải trọng bề mặt

Áp lực: Mặt 1 (I-J) (đỉnh, hướng –Y) Mặt 2 (I-J) (đáy, hướng +Y)

Tải trọng khối

Nhiệt độ: T1, T2, T3, T4 Lưu lượng nhiệt: FL1, FL2, FL3, FL4

Đặc tính

Tính dẻo, từ biến, giãn nở, ứng suất cứng hoá, biến hình lớn

KEYOPT (3)

Hình dạng chuyển vị lớn: 0 - Bao hàm hình dạng chuyển vị lớn 1 - Khống chế hình dạng chuyển vị lớn

KEYOPT (4)

Xuất lực và mômen: 0 - Không xuất lực và mômen 1 - Xuất lực và mômen trong hệ toạ độ phần tử

5.1.2 Số liệu đầu ra Số liệu đầu ra phần tử SHELL51 cho ở hình 2-11 và bảng 2-17.

22

Hình 2-11 Ứng suất phần tử SHELL51

Bảng 2-17 Số liệu đầu ra phần tử SHELL51 Tên gọi

Định nghĩa

O

R

EL

Mã phần tử

Y

Y

NODES

Điểm nút phần tử I, J

Y

Y

MAT

Mã vật liệu

Y

Y

LEN

Khoảng cách giữa điểm nút I và điểm nút J

Y

Y

XC, YC

Toạ độ trung tâm xuất kết quả phần tử

Y

3

TEMP

Nhiệt độ: T1, T2, T3, T4

Y

Y

PRES

Áp lực: P1 (đỉnh), P2 (đáy)

Y

Y

FLUEN

Lưu lượng nhiệt: FL1, FL2, FL3, FL4

Y

Y

T (X,Z,XZ)

Ứng suất phẳng phần tử

Y

Y

M (X,Z,XZ)

Mômen phần tử

Y

Y

MFOR (X,Z,XZ)

Lực phương X, Y, Z mỗi điểm nút trong hệ toạ độ phần tử

1

1

MMOMZ

Mômen mỗi điểm nút trong hệ toạ độ phần tử

1

1

S (M,THK,H,MH)

Ứng suất

2

2

EPEL (M,THK,H,MH)

Ứng biến đàn hồi

2

2

EPTH (M,THK,H,MH)

Ứng biến nhiệt

2

2

EPPL (M,THK,H,MH)

Ứng biến tính dẻo

2

2

EPCR (M,THK,H,MH)

Ứng biến từ biến

2

2

EPSW

Ứng biến giãn nở

2

2

SEPL

Ứng suất tương đương trên đường cong ứng suất biến dạng

2

2

SRAT

Tỉ số giữa ứng suất hướng trục và ứng suất bề mặt

2

2

HPRES

Áp lực thủy tĩnh

2

2

EPEQ

Ứng suất tính dẻo tương đương

2

2

SINT

Cường độ ứng suất bề mặt

2

2

SEQV

Ứng suất tính dẻo tương đương

2

2

S (1,2,3)

Ứng suất chính

2

2 23

5.1.3 Giả thiết và hạn chế 

Phần tử vỏ đối xứng trục nhất thiết phải định nghĩa trong mặt phẳng X-Y mà còn trục Y là trục đối xứng.



Độ dài phần tử và độ dày nút I đều không được bằng 0 mà còn hai đầu phần tử có giá trị toạ độ không âm.



Cho dù phần tử có cho phép hình dạng chuyển vị là hàm số chuyển vị không gian, cũng nên cho rằng là phần tử độ cong hằng số.



Nếu độ dày phần tử là hằng số, chỉ cần định nghĩa độ dày điểm nút I.



Độ dày phần tử từ điểm nút I đến điểm nút J biến đổi tuyến tính.



Phần tử không có khả năng dùng mệnh lệnh EKILL.



Tổ hợp nhiều phần tử vỏ có khả năng phát sinh một mặt vỏ cong tương đương, nhưng mỗi một phần tử nên chắn góc nhỏ hơn 5 độ.



Đặc tính vật liệu giảm dần không có khả năng sử dụng.



Trong đặc tính phần tử chỉ có ứng suất cứng hoá và biến hình lớn có thể sử dụng.

5.2 Phần tử vỏ đàn hồi SHELL63 SHELL63 là phần tử vỏ đàn hồi 4 điểm nút có độ cong và đặc tính màng mỏng, trong mặt phẳng và pháp tuyến đều có thể gán tải trọng. Mỗi một điểm nút có 6 độ tự do: độ tự do chuyển vị theo phương X, Y, Z và độ tự do góc xoay quanh trục X, Y, Z. Phần tử có tính năng ứng suất cứng hoá và biến hình lớn. Hình dáng hình học, phương hướng điểm nút, hệ toạ độ được cho ở hình 2-12. Định nghĩa phần tử thông qua 4 điểm nút, 4 độ dày, 1 độ cứng nền đàn hồi và tính chất vật liệu. Độ dày phần tử là biến đổi tuyến tính, lúc này phần tử có tính chất tính dẻo, từ biến, giãn nở, ứng suất cứng hoá, biến hình lớn và xoay chuyển…

Hình 2-12 Hình dáng hình học, điểm nút, hệ toạ độ phần tử SHELL63 5.2.1 Số liệu đầu vào 24

Số liệu đầu vào phần tử SHELL63 cho ở bảng 2-18. Bảng 2-18 Số liệu đầu vào phần tử SHELL63 Tên gọi phần tử

SHELL63

Điểm nút

I, J, K, L

Độ tự do

UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ

Hằng số thực

TK(I), TK(J), TK(K), TK(L), EFS, THETA, RMI, CTOP, CBOT

Đặc tính vật liệu

EX, EY, EZ, PRXY, PRYZ, PRXZ (hoặc NUXY, NUYZ, NUXZ) ALPX, ALPY, ALPZ (hoặc CTEX, CTEY, CTEZ hoặc THSX, THSY, THSZ) DENS, GXZ, DAMP

Tải trọng bề mặt

Áp lực: Mặt 1 (I-J-K-L) (đáy, hướng +Z) Mặt 2 (I-J-K,L) (đỉnh, hướng -Z) Mặt 3 (J-I), Mặt 4 (K-J), Mặt 5 (L-K), Mặt 6 (I-L)

Tải trọng khối

Nhiệt độ: T1, T2, T3, T4, T4, T5, T6, T7, T8

Đặc tính

Ứng suất cứng hoá, biến hình lớn, phần tử sinh chết

KEYOPT (1)

Độ cứng phần tử: 0 - Độ cứng uốn cong và độ cứng màng mỏng 1 - Độ cứng màng mỏng 2- Độ cứng uốn cong

KEYOPT (2)

Lựa chọn ứng suất cứng hoá: 0 - Dùng ma trận độ cứng cắt chính (khi NLGEOM là ON) 1 - Dùng ma trận độ cứng không đổi (khi NLGEOM là ON và KEYOPT (1) = 0) 2 - Đóng ma trận độ cứng không đổi (khi SOLCONTROL là ON)

KEYOPT (3)

Hình dạng biến hình lớn: 0 - Bao hàm hình dạng biến hình lớn 1 - Khống chế hình dạng biến hình lớn

KEYOPT (5)

Xuất kết quả ứng suất: 0 - Xuất phần tử cơ bản 2 - Xuất ứng suất nút

KEYOPT (6)

Tải trọng áp lực: 0 - Tải trọng áp lực giảm dần 2 - Tải trọng áp lực không đổi

KEYOPT (7)

Ma trận độ cứng: 0 - Ma trận độ cứng không đổi 1 - Ma trận độ cứng giảm dần

KEYOPT (8)

Ma trận độ cứng ứng suất : 0 - Ma trận độ cứng ứng suất gần như không đổi 1 - Ma trận độ cứng ứng suất giảm dần

KEYOPT (9)

Định nghĩa hệ toạ độ phần tử: 0 - Không sử dụng định nghĩa hệ toạ độ phần tử trình tự con người sử dụng 4- Sử dụng định nghĩa trục X phần tử trình tự con người sử dụng

KEYOPT (11)

Xác định phương thức bảo lưu số liệu: 0 - Chỉ bảo lưu Số liệu cho mặt đỉnh và mặt đáy 25

2 - Bảo lưu Số liệu mặt đỉnh, mặt đáy và mặt trung bình

5.2.2 Số liệu đầu ra Số liệu đầu ra phần tử SHELL63 được cho ở bảng 2-19 và hình 2-13.

Bảng 2-19 Số liệu đầu ra phần tử SHELL63 Tên gọi

Định nghĩa

O

R

EL

Mã phần tử

Y

Y

NODES

Điểm nút phần tử I, J, K, L

Y

Y

MAT

Mã vật liệu

Y

Y

AREA

Diện tích

Y

Y

XC, YC, ZC

Toạ độ trung tâm xuất kết quả phần tử

Y

1

TEMP

Nhiệt độ: T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8

Y

Y

PRES

Áp lực: P1 (I-J-K-L), P2 (I-J-K-L), P3 (J-I), P4 (K-J), P5 (L-K), P6 (I-L)

Y

Y

FLUEN

Lưu lượng nhiệt: FL1, FL2, FL3, FL4

Y

Y

T (X,Y,XY)

Ứng suất phẳng phần tử

Y

Y

M (X,Y,XY)

Mômen phần tử

Y

Y

FOUND PRESS

Ứng suất cơ bản

Y

-

LOC

Đỉnh, giữa hoặc đáy

Y

Y

S: X, Y, X, XY

Tổ hợp ứng suất màng mỏng và uốn cong

Y

Y

S: 1, 2, 3

Ứng suất chính

Y

Y

S: INT

cường độ ứng suất

Y

Y

S: EQV

Ứng suất tương đương

Y

Y

EPEL: X,Y,Z,XY

Ứng suất đàn hồi trung bình

Y

Y

EPEL: EQV

Ứng suất đàn hồi tương đương

-

Y

Hình 2-13 Ứng suất đầu ra phần tử SHELL63 5.2.3 Giả thiết và hạn chế 

Diện tích phần tử và độ dày bình quân không được bằng 0.

26



Giả thiết thang độ nhiệt hướng ngang biến hoá tuyến tính theo chiều dày, mà bề mặt vỏ là hai tuyến tính.



Nếu một phần tử phẳng chắn góc lớn hơn 15 độ, tổ hợp nhiều phần tử vỏ phẳng có thể tạo thành một vỏ mặt cong tương đương. Nếu nhập một độ cứng nền đàn hồi, mỗi một điểm nút chịu ¼ tổng độ cứng. Phần tử màng mỏng này không xét đến biến hình cắt.



Nếu định nghĩa điểm nút K và L trùng một điểm, phần tử vỏ sẽ tạo thành phần tử tam giác.



Đặc tính vật liệu giảm dần không sử dụng.



KEYOPT(2) và KEYOPT(9) chỉ có khả năng thiết lập bằng 0.

Phần tử vỏ kết cấu đối xứng SHELL51 và phần tử vỏ đàn hồi SHELL63 được nêu ở trên được ứng dụng rất nhiều trong công trình xây dựng. Ngoài ra phần tử vỏ SHELL61, SHELL91, SHELL93… cũng thường được sử dụng. 6. PHẦN TỬ KHỐI LƯỢNG (MASS) MASS21 là phần tử khối lượng 1 điểm nút. Trên điểm nút có 6 độ tự do: độ tự do chuyển vị theo phương X, Y, Z và độ tự do góc xoay quanh trục X, Y, Z. Mỗi phương toạ độ phần tử có thể gán khối lượng và chuyển động quán tính khác nhau. Phần tử MASS21 do 1 điểm nút, lấy hệ số khối lượng tập trung của phương hệ toạ độ phần tử và chuyển động quán tính của trục toạ độ phần tử để định nghĩa. Hình dạng hình học số liệu đầu vào phần tử MASS21 cho ở hình 2-14 và bảng 2-20.

Hình 2-14 Hình dạng hình học của phần tử MASS21 Bảng 2-20 Số liệu đầu vào phần tử MASS21 Tên gọi phần tử

MASS21

Điểm nút

I

Độ tự do

UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ (KEYOPT(3)=0) UX, UY, UZ (KEYOPT(3)=2) UX, UY, ROTZ (KEYOPT(3)=3) UX, UY (KEYOPT(3)=4)

Hằng số thực

MASSX, MASSY, MASSZ, IXX, IYY, IZZ (KEYOPT(3)=0) MASS (KEYOPT(3)=2) MASS, IZZ (KEYOPT(3)=3) MASS (KEYOPT(3)=4)

Đặc tính vật liệu

DENS (KEYOPT(1)=1) 27

Tải trọng bề mặt

Không

Tải trọng khối

Không

Đặc tính

Biến hình lớn, phần tử sinh chết

KEYOPT (1)

0 - Khối lượng và quán tính xoay coi như là hằng số thực 1 - Thể tích và quán tính xoay hoặc mật độ coi như hằng số thực

KEYOPT (2)

0 - Hệ toạ độ phần tử ban đầu song song với hệ toạ độ tổng thể 1 - Hệ toạ độ phần tử ban đầu song song với hệ toạ độ điểm nút

KEYOPT (3)

0 - Khối lượng phần tử 3-D mang quán tính xoay 2 - Khối lượng phần tử 3-D không mang quán tính xoay 3 - Khối lượng phần tử 2-D mang quán tính xoay 4 - Khối lượng phần tử 2-D không mang quán tính xoay

7. PHẦN TỬ THỰC THỂ (SOLID) Phần tử thực thể trong chương trình ANSYS có SOLID5, SOLID45, SOLID46, SOLID70 và SOLID266…Trong phần này chỉ giới thiệu phần tử SOLID45 thường sử dụng trong công trình xây dựng. SOLID45 là phần tử kết cấu thực thể 3 chiều có 8 điểm nút. Trên mỗi một điểm nút có 3 độ tự do: độ tự do chuyển vị theo 3 phương X, Y, Z. Phần tử có tính chất tính dẻo, từ biến, giãn nở, ứng suất cứng hoá, biến hình lớn và biến dạng lớn. Trong hình 2-15 thể hiện hình dạng hình học, điểm nút và hệ toạ độ phần tử SOLID45.

Hình 2-15 Hình dạng hình học, điểm nút và hệ toạ độ phần tử SOLID45 7.1 Số liệu đầu vào Số liệu đầu vào phần tử SOLID45 cho ở bảng 2-21. Bảng 2-21 Số liệu đầu vào phần tử SOLID45 Tên gọi phần tử

SOLID45

Điểm nút

I, J, K, L, M, N, O, P

Độ tự do

UX, UY, UZ

Hằng số thực

Giá trị mặc định thiết lập là 1, đề nghị lấy trong khoảng từ 1~10

Đặc tính vật liệu

EX, EY, EZ, PRXY, PRYZ, PRXZ (hoặc NUXY, NUYZ, NUXZ) ALPX, ALPY, ALPZ (hoặc CTEX, CTEY, CTEZ hoặc THSX, THSY, 28

THSZ) DENS, GXY, GYZ, GXZ, DAMP Tải trọng bề mặt

Áp lực: Mặt 1 (J-I-K-L) , Mặt 2 (I-J-N-M), Mặt 3 (J-K-O-N), Mặt 4 (K-L-P-O), Mặt 5 (L-I-M-P), Mặt 6 (M-N-O-P)

Tải trọng khối

Nhiệt độ: T(I), T(J), T(K), T(L), T(M), T(N), T(O), T(P) Lưu lượng nhiệt: FL(I), FL(J), FL(K), FL(L), FL(M), FL(N), FL(O), FL(P)

Đặc tính

Tính dẻo, từ biến, giãn nở, ứng suất cứng hoá, biến hình lớn, phần tử sinh chết, nhập ứng suất ban đầu

KEYOPT (1)

0 - Bao hàm hình dạng chuyển vị lớn 1 - Khống chế hình dạng chuyển vị lớn

KEYOPT (2)

Lựa chọn tích phân: 0 - Tích phân hoàn toàn có hoặc không có hình dạng chuyển vị lớn 1 - Tích phân giảm dần

KEYOPT (4)

Hệ toạ độ phần tử: 0 - Hệ toạ độ phần tử song song với hệ toạ độ tổng thể 1 - Hệ toạ độ phần tử lấy cạnh I-J làm chuẩn

KEYOPT (5)

0 - Xuất tính toán phần tử cơ bản 1 - Tính toán lặp tất cả điểm tích phân cơ bản 2 - Tính toán ứng suất điểm nút

KEYOPT (6)

0 - Xuất tính toán phần tử cơ bản 1 - Tính toán bề mặt cho mặt I-J-N-M 2 - Tính toán bề mặt cho mặt I-J-N-M và mặt K-L-P-O 3 - Tính toán phi tuyến mỗi điểm tích phân 4 - Tính toán tất cả mặt áp lực khác 0

KEYOPT (9)

0 – Trình tự con người sử dụng không cung cấp ứng suất ban đầu 4 - Từ trình tự con người sử dụng đọc ứng suất ban đầu

7.2 Số liệu đầu ra Số liệu đầu ra phần tử SOLID45 cho ở hình 2-16 và bảng 2-22.

Hình 2-16 Ứng suất phần tử SOLID45 Bảng 2-22 Số liệu đầu ra phần tử SOLID45 Tên gọi

Định nghĩa

O

R 29

EL

Mã phần tử

Y

Y

NODES

Điểm nút phần tử I, J, K, L, M, N, O, P

Y

Y

MAT

Mã vật liệu

Y

Y

VOLU

Thể tích

Y

Y

XC, YC, ZC

Toạ độ trung tâm xuất kết quả phần tử

Y

3

TEMP

Nhiệt độ

Y

Y

PRES

Áp lực điểm nút

Y

Y

FLUEN

Lưu lượng nhiệt

Y

Y

EPPL:X,Y,Z,XY,YZ,XZ

Ứng biến tính dẻo bình quân

1

1

T (X,Y,XY)

Ứng suất phẳng phần tử

Y

Y

M (X,Y,XY)

Mômen phần tử

Y

Y

FOUND PRESS

Ứng suất cơ bản

Y

-

LOC

Đỉnh, giữa hoặc đáy

Y

Y

S: X, Y, Z, XY,YZ,ZX

Ứng suất

Y

Y

S: 1, 2, 3

Ứng suất chính

Y

Y

S: INT

Cường độ ứng suất

Y

Y

S: EQV

Ứng suất tương đương

Y

Y

EPEL: X,Y,Z,XY,YZ,ZX

Ứng biến đàn hồi

Y

Y

EPEL: 1,2,3

Ứng biến đàn hồi chính

Y

-

NL: EPEQ

Ứng biến tính dẻo tương đương bình quân

1

1

AREA

Diện tích bề mặt

2

2

FACE

Ký hiệu mặt

2

2

EPEL

Ứng biến tính dẻo bề mặt

2

2

PRESS

Áp lực bề mặt

2

2

S (1,2,3)

Ứng suất chính bề mặt

2

2

SINT

Cường độ ứng suất bề mặt

2

2

SEQV

Ứng suất tương đương bề mặt

2

2

7.3 Giả thiết và hạn chế 

Phần tử thể tích không có khả năng là 0.



Phần tử không thể xoay tròn để tạo thành hai khối thể tích phân biệt.



Đặc tính vật liệu giảm dần không có khả năng sử dụng



Chỉ có đặc tính phần tử ứng suất cứng hoá có thể sử dụng.

8. PHẦN TỬ TIẾP XÚC (CONTA) Phần tử tiếp xúc thường dùng để mô phỏng tiếp giáp giữa hai môi trường không liên tục, tại vị trí tiếp giáp giữa hai môi trường có khả năng phát sinh trượt. Ví dụ như trong phân tích đập bê tông trọng lực, phần tử tiếp xúc dùng để mô phỏng tiếp giáp giữa đập bê tông và nền đá; trong phân tích đập đá đổ bản mặt bê tông, phần tử tiếp xúc dùng để mô phỏng mặt tiếp giáp giữa tấm bê tông bản mặt và tầng đệm, giữa các dải bê tông bản mặt 30

với nhau; trong phân tích đập vòm ba chiều, phần tử tiếp xúc dùng để mô phỏng các khe co dãn và khe biên đập vòm. Trong phân tích đập đá đổ bản mặt bê tông, vấn đề tiếp xúc của bê tông và tầng đệm thuộc về tiếp xúc mặt, ANSYS giúp đỡ tiếp xúc mặt thể cứng – thể mềm, mặt mục tiêu tương tác thể tính cứng, lần lượt dùng Targe169 và Targe170 để mô phỏng mặt mục tiêu 2D và 3D, bề mặt mặt tiếp xúc bị tương tác của thể tính mềm dùng Conta171, Conta172, Conta173 và Conta174 để mô phỏng, một phần tử mục tiêu và một phần tử tiếp xúc được gọi là đối tiếp xúc, trình tự thông qua một mã số thực dùng chung để phân biệt đối tiếp xúc, thiết lập một đối tiếp xúc là chỉ định mã số thực tương đồng phần tử mục tiêu và phần tử tiếp xúc. Bản mặt bê tông thiết lập là mặt mục tiêu, dùng phần tử Targe170 tiến hành mô phỏng; tầng đệm thiết lập là mặt tiếp xúc, dùng Conta173 tiến hành mô phỏng. Tính chất của phần tử Targe170 và Conta173 được cho ở hình 2-16, 2-17 và bảng 2-23, 2-24.

Hình 2-16 Phần tử TARGE170 Bảng 2-23 Số liệu đầu vào phần tử TARGE170 Tên gọi phần tử Tiếp điểm Độ tự do Hằng số thực Đặc tính vật liệu Tải trọng bề mặt Tải trọng khối Tải trọng đặc biệt

TARGE170 I, J, K, M, N, O, P UX, UY, UZ, TEMP, VOLT, MAG (ROTX, ROTY, ROTZ chỉ hữu hiệu đối với tiếp điểm pilot) R1, R2, (Cái khác định nghĩa tương đồng trong CONTA173, CONTA174 hoặc CONTA175) Không Không Không Phi tuyến tính, phần tử sinh chết

31

Tên gọi phần tử Tiếp điểm Độ tự do

Hằng số thực

Đặc tính vật liệu Tải trọng bề mặt Tải trọng đặc biệt

Hình 2-17 Phần tử CONTA173 Bảng 2-24 Số liệu đầu vào phần tử CONTA173 CONTA173 I, J, K, L UX, UY, UZ (nếu KEYOPT(1) = 0) UX, UY, UZ, TEMP (nếu KEYOPT(1) = 1) TEMP (nếu KEYOPT(1) = 2) UX, UY, UZ, TEMP, VOLT (nếu KEYOPT(1) = 3) TEMP, VOLT (nếu KEYOPT(1) = 4) UX, UY, UZ, VOLT (nếu KEYOPT(1) = 5) VOLT (nếu KEYOPT(1) = 6) MAG (nếu KEYOPT(7) = 1) R1, R2, FKN, FTOLN, ICONT, PINB, PMAX, PMIN, TAUMAX, CNOF, FKOP, FKT, COHE, TCC, FHTG, SBCT, RDVF, FWGT, ECC, FHEG, FACT, DC, SLTO, TNOP, TOLS, MCC DAMP, MU, EMIS Đối lưu, lưu lượng nhiệt Phi tuyến tính, biến hình lớn, phần tử sinh chết

9. PHẦN TỬ SOLID65 MÔ PHỎNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Phần tử SOLID65 của Ansys là phần tử chuyên mô phỏng vật liệu có khả năng chịu nén lớn hơn rất nhiều khả năng chịu kéo như bê tông, đá….Nó có thể mô phỏng cốt thép gia cường trong bê tong (hoặc thép lưới, thép hình…), cùng với hiện tượng kéo nứt và nén vỡ của vật liệu. Đây là phần tử 3D 8 điểm nút dựa trên cơ bản của phần tử SOLID45 bổ sung thêm tham số tính năng của bê tông và tổ hợp thức mô hình cốt thép. Phần tử SOLID65 nhiều nhất có thể định nghĩa ba loại vật liệu gia cố khác nhau, tức là phần tử này cho phép đồng thời dùng cùng lúc bốn loại vật liệu. Vật liệu bê tông có khả năng nứt, nén vỡ, biến dạng dẻo và xoắn; vật liệu gia cường chỉ có khả năng chịu kéo nén, không có khả năng chịu lực cắt. 9.1 Giả thiết  Chỉ cho phép mỗi một điểm tích phân nứt theo phương chính giao. 32

 Sau khi trên điểm tích phân xuất hiện vết nứt, sẽ thông qua điều chỉnh thuộc tính vật liệu để mô phỏng nứt, phương thức xử lý nứt sử dụng mô hình phân bố mà không phải là mô hình rời rạc.  Vật liệu bê tông ban đầu là đẳng hướng.  Ngoài nứt và nén vỡ, bê tông cũng có thể phát sinh biến hình tính dẻo, thường sử dụng mô hình mặt phá hoại Drucker-Prager mô phỏng tính dẻo của nó xem là quan hệ ứng suất biến dạng. Dưới tình trạng này, thông thường trước khi giả thiết nứt và nén vỡ, biến hình tính dẻo đã hoàn thành. 9.2 Phương pháp sử dụng 9.2.1 Nhập số liệu cơ bản Phần tử SOLID65 bao gồm một loại vật liệu thực thể và ba loại vật liệu gia cố (thông thường là cốt thép), có thể dùng mệnh lệnh MAT định nghĩa hằng số vật liệu bê tông; còn hằng số vật liệu gia cố có thể định nghĩa trong hằng số thực, bao gồm mã vật liệu, suất thể tích, góc phương hướng (có thể dùng mệnh lệnh /Eshape để kiểm tra). Suất thể tích là chỉ giá trị tỉ lệ thể tích của vật liệu gia cố với thể tích phần tử tổng thể. Phương của vật liệu gia cố thông qua hai góc trong hệ toạ độ phần tử để định nghĩa (xem hình 218). Khi mã vật liệu gia cố là 0 hoặc giống mã vật liệu phần tử, coi như bỏ qua thuộc tính vật liệu gia cố. Main Menu>Preprocessor>Real Constants>Add?Edit/Delete, xuất hiện cửa sổ Real Constant for Number 1 cho SOLID65. Trong cửa sổ này định nghĩa vật liệu cốt thép, tỉ lệ thể tích cốt thép, góc TH và PH…

Hình 2-18 Phương gia cố dưới hệ tọa độ phần tử 9.2.2 Định nghĩa Keyopt Keyopt(1) dùng khống chế biến hình lớn. Keyopt(5) dùng để khống chế tuyến tính. Keyopt(6) dùng để khống chế phi tuyến tính. 9.2.3 Định nghĩa vật liệu bê tông Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models , lựa chọn Concrete để định nghĩa tham số tiêu chuẩn phá hoại. ShrCf-Op: hệ số chuyền lực cắt khi mở vết nứt. 33

ShrCf-Cl: hệ số chuyền lực cắt khi đóng vết nứt. UnTensSt: cường độ kháng kéo. UnCompst: cường độ kháng nén đơn trục. BiCompSt: cường độ kháng nén hai trục. HydroPrs: áp lực thủy tĩnh. BiCompSt: cường độ kháng nén hai trục dưới áp lực thủy tĩnh. UnTensSt: cường độ kháng nén đơn trục dưới áp lực thủy tĩnh. TenCrFac: nhân tố giảm yếu ứng suất kéo. Trên đây đã giới thiệu phần tử ANSYS và đặc tính của nó thường sử dụng trong công trình xây dựng, vẫn có một vài phần tử trong công trình thực tế vẫn thường dùng, độc giả có thể tham khảo trong phần trợ giúp của chương trình.

CHƯƠNG 3

PHÂN TÍCH VẤN ĐỀ VỀ BÊ TÔNG CỐT THÉP Bê tông.cốt thép là vật liệu được ứng dụng rộng rãi nhất trong công trình xây dựng, phân tích vấn đề cơ học liên quan đến bê tông cốt thép là nền tảng tiến hành phân tích công trình xây dựng. Chương này chủ yếu giới thiệu mô hình vật liệu bê tông, thiết lập mô hình bê tông cốt thép, bê tông cốt thép ứng suất trước...

1. CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN 1.1 Mô hình bê tông cốt thép Mô hình phần tử hữu hạn bê tông cốt thép căn cứ vào phương thức xử lý cốt thép chủ yếu phân thành 3 loại mô hình: phương thức phân ly, phương thức chỉnh thể và phương thức tổ hợp. 1.1.1 Mô hình phân ly Bê tông và cốt thép xem là phần tử không giống nhau để xử lý, tức là bê tông và cốt thép tự mỗi bộ phận phân chia thành phần tử nhỏ, ma trận độ cứng của chúng phân tách để giải, coi cốt thép là một loại vật liệu nhỏ dài, thông thường có thể bỏ qua cường độ 34

kháng cắt hướng ngang, vì vậy có thể xem cốt thép là phần tử thanh. Giữa bê tông và cốt thép có thể thêm vào phần tử dính kết để mô phỏng chuyển vị và dính kết giữa bê tông và cốt thép. Thông thường bê tông cốt thép tồn tại nứt, nứt rõ ràng dẫn đến biến hình bê tông và cốt thép không giống nhau, hay nói cách khác là phát sinh mất hiệu lực dính kết với dịch chuyển tương đối, vì vậy mô hình này được ứng dụng rộng rãi nhất. 1.1.2 Mô hình chỉnh thể Cốt thép phân bố trong phần tử chỉnh thể, giả định bê tông và cốt thép dính kết rất tốt, đồng thời phần tử được xem là vật liệu đồng đều liên tục. Mô hình này khác mô hình phân ly ở chỗ nó đã tổng hợp ma trận độ cứng phần tử bê tông và cốt thép. 1,2,3 Mô hình tổ hợp Mô hình tổ hợp lại phân thành hai loại: một loại là hình thức tổ hợp phân lớp, trên mặt cắt ngang phân thành nhiều lớp bê tông và một vài lớp cốt thép, phương thức tổ hợp này ứng dụng rộng rãi trong kết cấu bản, vỏ bê tông cốt thép; phương pháp tổ hợp khác được sử dụng phần tử đẳng tham số màng đai cốt thép. Khi không xem xét dịch chuyển giữa bê tông và cốt thép, ba loại mô hình trên đều có thể. Mô hình phân ly và mô hình chỉnh thể thích hợp với phân tích kết cấu hai chiều và ba chiều. 1.2 Mô hình vật liệu và tiêu chuẩn phá hoại 1.2.1 Mô hình vật liệu Mô hình vật liệu bê tông cốt thép đối với phân tích phi tuyến tính kết cấu bê tông cốt thép có ảnh hưởng rất lớn. Mô hình vật liệu của bê tông cốt thép chính là biểu thị quan hệ biến đổi giữa ứng suất và biến dạng của bê tông cốt thép dưới tác dụng của các loại tải trọng ngoài. Khi thiết lập mô hình vật liệu bê tông cốt thép thông thường đều dựa trên lý luận cơ bản của cơ học môi trường liên tục hiện có, lại kết hợp với đặc tính cơ học của bê tông cốt thép, xác định thậm chí điều chỉnh các loại tham số trong mô hình vật liệu. Thông thường mô hình vật liệu bê tông cốt thép có thể phân thành 4 loại đàn hồi tuyến tính, đàn hồi phi tuyến tính, đàn dẻo và lý luận cơ học khác. Trong đó nghiên cứu nhiều nhất là mô hình vật liệu đàn hồi phi tuyến và đàn dẻo, các loại khác dùng rất ít. Lý luận đàn hồi tuyến tính cho rằng quan hệ ứng suất biến dạng khi gia tải và dỡ tải là tuyến tính, tuân theo định luật Hooke. Trong thiết kế kết cấu thực tế mô hình vật liệu đàn hồi tuyến tính vẫn được ứng dụng rộng rãi. Lý luận đàn hồi phi tuyến tính cho rằng ứng suất biến dạng không tỉ lệ thuận nhưng có quan hệ đối ứng. Sau khi dỡ tải không có biến dạng tàn dư, trạng thái ứng suất hoàn toàn do trạng thái biến dạng quyết định, còn với gia tải không có quan hệ. Mô hình vật liệu đàn hồi phi tuyến phân thành hai loại là mô hình toàn lượng (như mô hình Ottosen) và mô hình tăng lượng (như mô hình Darwin – Pecknold). Mô hình vật liệu đàn dẻo lấy mặt giới hạn và mặt phá hoại để xử lý. Dựa vào kết quả nghiên cứu thí nghiệm chịu nén một trục, trước khi ứng suất trong bê tông chưa đạt đến giới hạn cường độ của nó, quan hệ phi tuyến tính ứng suất biến dạng chủ yếu chịu ảnh 35

hưởng của biến hình tính dẻo, điều này có thể dùng lý luận mặt giới hạn để lý giải. Còn giai đoạn giảm thấp của đường cong ứng suất-biến dạng, quan hệ phi tuyến tính của bê tông chủ yếu chịu ảnh hưởng của vết nứt nhỏ trong bê tông, biểu hiện là quan hệ phá hoại nứt, có thể dùng tiêu chuẩn phá hoại để đánh giá. Thông thường trong lý luận cường độ kinh điển có tiêu chuẩn phá hoại Tresca, VonMises và Drucker-Prager…, ngoài ra vẫn có điều kiện phá hoại Zienkiewicz-Pande, W.F.Chen, Nilsson và tiêu chuẩn phá hoại Mohn. 1.2.2 Tiêu chuẩn phá hoại Tiêu chuẩn phá hoại của bê tông cốt thép cơ bản là dựa trên thí nghiệm, xem xét đến đặc tính của bê tông. Công thức phá hoại chịu nén đơn trục của bê tông có biểu đạt thức Hongnested, biểu đạt thức chỉ số hình và biểu đạt thức Saenz…; Tiêu chuẩn phá hoại dưới tải trọng hai trục có tiêu chuẩn Mohn-Culomb cải tiến, công thức Kupfer; Lý luận cường độ cổ điển chịu lực ba trục có lý luận ứng suất chính lớn nhất, lý luận ứng suất cắt lớn nhất, lý luận cường độ thứ tư và tiêu chuẩn phá hoại Drucker-Prager…, do tham số vật liệu trong lý luận cường độ cổ điển chỉ là 1 hoặc 2, rất khó hoàn toàn phản ánh đặc trưng mặt cong phá hoại của bê tông, vì vậy người nghiên cứu kết hợp đặc điểm phá hoại của bê tông, đã đề xuất tiêu chuẩn phá hoại bao hàm nhiều tham số hơn. Mô hình nhiều tham số đại đa số dựa trên thống kê thí nghiệm cường độ để lập ra đường cong, có mô hình ba tham số Bresler-Pister, Willam-Warnke, mô hình bốn tham số Ottossen và mô hình năm tham số Willam-Warnke. 2. PHÂN TÍCH CHỊU LỰC BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.1 Miêu tả vấn đề Ở trung tâm bản bê tông cốt thép mặt cắt hình chữ nhật tác dụng tải trọng chuyển vị -2mm, yêu cầu sử dụng mô hình tổng thể phân tích chịu lực, biến hình, nứt…. Đã biết: Tính năng vật liệu: (1) Môđun đàn hồi bê tông E=24GPa, hệ số Poisson =0.2, cường độ kháng kéo một trục ft = 3.1125MPa, hệ số chuyển mở vết nứt là 0.35, hệ số chuyển đóng vết nứt là 1. (2) Cốt thép có môđun đàn hồi E=200GPa, hệ số Poisson =0.25, ứng suất giới hạn 0.2=360MPa, độ nghiêng cứng hoá là 20000, hàm lượng cốt thép là 0.01, phương dài và rộng đều bố trí cốt thép. (3) Kích thước mặt cắt: dài 1.0m, rộng 1.0m, cao 0.1m. Giả thiết khi thiết lập mô hình: không xem xét nén vỡ của bê tông, để hội tụ tính toán thuận lợi, ở các góc gia cường các bản thép. 2.2 Thiết lập mô hình (1) Khởi động Ansys, nhập tên văn bản là btct_ban. (2) Định nghĩa loại hình phân tích là phân tích kết cấu. Từ Main Menu>Preferences lựa chọn Structural, sau đó nhấn OK.

36

(3) Định nghĩa loại hình phần tử. Từ Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete xuất hiện cửa sổ Element Type sau đó nhấn Add, lại xuất hiện cửa sổ mới Library of Element Types, lựa chọn phần tử SOLID65 là phần tử mã 1 (dùng để mô phỏng bê tong). Sử dụng phương pháp tương tự định nghĩa phần tử SOLID45 là phần tử mã 2 (dùng để mô phỏng tấm đệm bằng thép). Sau khi hoàn thành lựa chọn type 1 SOLID65, nhấn Options xuất hiện cửa sổ SOLID65 Element Type Options, trong K5 lựa chọn Ingtegration Pts, trong K6 lựa chọn Ingtegration Pts, sau đó nhấn OK, nhấn Close để đóng cửa sổ.

Hình 3-1 Định nghĩa hằng số thực bê tông

(4) Định nghĩa hằng số thực. Từ Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete xuất hiện cửa sổ Real Constants, nhấn Add xuất hiện một cửa sổ mới Element Type for Real Constants, sau đó lựa chọn phần tử SOLID65, nhấn OK xuất hiện cửa sổ hình 3-1. Trong cửa sổ hình 3-1 nhập các giá trị MAT1=2, VR1=0.01, THETA1=90, PHI1=0, MAT2=2, VR2=0.01, THETA2=0, PHI2=0, sau khi nhập xong nhấn OK, nhấn Close để đóng cửa sổ định nghĩa hằng số thực. (5) Định nghĩa thuộc tính vật liệu. Main Menu >Preprocessor > Material Props > Material Models xuất hiện cửa sổ Define Material Modal Behavior, trong menu Material nhấn lựa chọn New Model để thêm một mô hình vật liệu mới. Trong cửa sổ Define Material Modal Behavior, khung bên trái lựa chọn Material Models Number 1, khung bên phải lựa chọn Material Models Available > Structural > Linear > Elastic > Isotropic xuất hiện cửa sổ mới, trong cửa sổ này nhập các giá trị môđun đàn hồi EX là 2.4e4, hệ số Poissson PRXY là 0.2, sau đó nhấn OK để hoàn thành. Tiếp tục lựa chọn Material Models Available > Structural > Nonlinear > Inelastic > Non-metal Plasticity > Concrete sẽ xuất hiện cửa sổ Concrete for Material Number 1 như hình 3-2 và nhập các giá trị như trên hình vẽ, nhấn OK để hoàn thành.

37

Hình 3-2 Tham số tiêu chuẩn phá hoại BT

Hình 3-3 Nhập số liệu cốt thép

Tiếp tục trong cửa sổ Define Material Modal Behavior lựa chọn Material Models Number 2, và tương tự như làm đối với vật liệu 1 nhập các giá trị EX là 2e5 và PRXY là 0.25. Từ đường dẫn Material Models Available > Structural > Nonlinear > Inelastic > Rate Independent > Kinametic Hardening Plasticity > Mises Plasticity > Bilinear xuất hiện cửa sổ hình 3-4, trong Yield Stss nhập giá trị 360, trong Tang Mod nhập giá trị 20000, sau đó nhấn OK để hoàn thành. Cuối cùng thoát khỏi cửa sổ định nghĩa thuộc tính vật liệu. (6) Thiết lập mô hình hình học. Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Block > By 2 Corner&Z xuất hiện cửa sổ Block by 2 Corner&Z như hình 3-4. Trong cửa sổ này lần lượt nhập các giá trị Width=1000, Height=1000, Depth=100, sau đó nhấn OK. (7) Thay đổi hiển thị mô hình. Utility Menu > PlotCtrls > Pan ZoomRotate…, xuất hiện cửa sổ Pan-Zoom-Rotate, nhấn ISO, sau đó nhấn Close. Utility Menu > PlotCtrls > View Settings > Angle of Rotation, xuất hiện cửa sổ Angle of Rotation. Trong cửa sổ này, nhập giá trị 240 ở trong khung THETA, sau đó nhấn OK. Mô hình tổng thể của bản cho ở hình 3-5.

38

Hình 3-4 Thiết lập mô hình

Hình 3-5 Mô hình tổng thể bản

(8) Tạo mô hình hình học tấm đệm bằng thép Lặp lại bước (6) ở trên, trong hình 3-4 nhập các giá trị Width=100, Height=100, Depth=-50 sau đó nhấn OK tạo được một tấm đệm. Utility Menu > WorkPlane > Offset Wp by Increments xuất hiện cửa sổ Offset Wp, trong X,Y,Z Offsets nhập giá trị 1000 sau đó nhấn OK, tức là mặt phẳng làm việc sẽ dịch chuyển theo phương X là 1000. Lặp lại bước thứ (6), trong hình 3-4 nhập các giá trị Width=-100, Height=100, Depth=-50 sau đó nhấn OK được một tấm đệm thứ 2. Làm tương tự như trên, trong khung X,Y,Z Offsets nhập giá trị “0,1000,0”, sau đó nhấn OK, tức là mặt phẳng làm việc dịch chuyển theo phương Y là 1000. Lặp lại bước (6), trong cửa sổ hình 3-4 nhập các giá trị Width=-100, Height=-100, Depth=-50, nhấn OK được tấm đệm thứ 3. Tương tự như vậy dịch chuyển mặt phẳng làm việc theo phương X với khoảng cách 1000 bằng cách nhập giá trị “-1000,0,0” trong cửa sổ Offset Wp, tạo tấm đệm thứ 4 với các giá trị Width=100, Height=-100, Depth=-50. Mô hình sau khi hoàn thành cho ở hình 3-6.

39

Hình 3-6 Mô hình sau khi tạo tấm đệm 2.3 Phân chia mạng lưới Đầu tiên phân chia mạng lưới vật liệu bê tong, sau đó mới phân chia mạng lưới của tấm đệm bằng thép, các bước phân chia như dưới đây. (1) Phân chia mạng lưới bê tông Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > Manual Size > Lines > Picked Lines, dùng chuột lựa chọn 4 đường biên theo phương Z của mô hình bản, sau đó nhấn OK. Trong cửa sổ Element Sizes on Picked Lines, thiết lập khống chế số đoạn chia trên cạnh NDIV là 3, nhấn Apply, sau đó tiếp tục lựa chọn đường biên theo phương X và Y, thiết lập khống chế số đoạn chia trên cạnh là 20, nhấn Close để đóng cửa sổ. Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Volumes > Mapped > 4-6 sides, lựa chọn mô hình bản, nhấn OK hoàn thành phân chia mạng lưới như ở hình 3-7. (2) Phân chia mạng lưới tấm đệm thép Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Attributes > Default Attribs xuất hiện cửa sổ Meshing Attributes, lựa chọn phần tử tấm đệm SOLID45 và vật liệu tương ứng, loại hình phần tử đều là số 2. Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > Manual Size > Lines > Picked Lines, lựa chọn 4 đường biên của 4 tấm đệm theo phương Z, sau đó nhấn OK, tròn cửa sổ Element Size on Picked Lines, thiết lập khống chế số đoạn chia trên cạnh NDIV là 1, nhấn Apply, sau đó lựa chọn 4 cạnh biên theo phương X, Y của 4 tấm đệm, thiết lập khống chế số đoạn chia trên cạnh NDIV là 2, nhấn Close để đóng cửa sổ. Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Volumes > Mapped > 4-6 sides, lựa chọn mô hình 4 tấm đệm, nhấn OK hoàn thành phân chia mạng lưới. Mô hình PTHH sau khi hoàn thành cho ở hình 3-8. (3) Kết hợp các điểm nút và phần tử trùng lặp Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Merge Items xuất hiện cửa sổ Merge Coincident or Equivlently Defined Items, trong Label lựa chọn All, nhấn OK để hoàn thành kết hợp mã hiệu. Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Compress Numbers xuất hiện cửa sổ Compress Numbers, trong Label lựa chọn All, nhấn OK để hoàn thành sắp xếp lại thứ tự mã hiệu.

40

Hình 3-7 Mô hình mạng lưới bản

Hình 3-8 Mô hình PTHH hoàn chỉnh

2.4 Gia tải và tính toán 2.4.1 Gán điều kiện biên Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Areas, lựa chọn 4 mặt đáy tấm đệm tại Z=-50, gán ràng buộc tất cả các độ tự do. Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Nodes, lựa chọn điểm nút mặt Z=100 trung tâm của bản bê tông, gán chuyển vị theo phương Z bằng -2mm. 2.4.2 Thiết lập lựa chọn phân tích

Hình 3-9 Thiết lập lựa chọn phân tích Trong cửa sổ hình 3-9, lựa chọn biến hình lớn (Large Displacement Static), trong tab Basic thiết lập bước tải trọng Time at end of loadstep là 1, Number of substeps lựa chọn là 40, lựa chọn xuất kết quả Write every substep; trong tab Nonlinear thiết lập số vòng lặp lớn nhất là 40, tiếp tục nhấn Set Convergency Criteria…xuất hiện cửa sổ Nonlinear Convergence Criteria, nhấp Replace, nhập giá trị Tolerance about Value là 0.05, sau đó nhấn OK, nhấn Close đóng cửa sổ lựa chọn. 2.4.3 Lựa chọn tất cả nhân tố

41

Utility Menu > Select > Everything 2.4.4 Giải Main Menu > Solution > Solve > Current LS 2.5 Phân tích kết quả tính toán 2.5.1 Đường đẳng giá trị ứng suất chính lớn nhất Utility Menu > PlotCtrls > Device Options, nhấn lựa chọn Vector mode. Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu, lựa chọn 1st principal stress (S1), nhấn OK thu được kết quả như hình vẽ 3-10. 2.5.2 Tình trạng phân bố vết nứt Main Menu > General Postproc > Plot Results > Concrete Plot > Crack/Crush, vị trí vết nứt lựa chọn là điểm tích phân, lựa chọn tất cả vết nứt, sau khi lựa chọn nhấn OK thu được tình trạng phân bố vết nứt như ở hình 3-11.

Hình 3-10 Phân bố ứng suất chính S1

Hình 3-11 Tình trạng phân bố vết nứt

3. PHÂN TÍCH DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 3.1 Miêu tả vấn đề Một dầm đơn bê tông cốt thép mặt cắt hình chữ nhật, có bố trí cốt thép chịu kéo, chịu nén, thép đai, tải trọng với kích thước mặt cắt ngang cho ở hình vẽ 3-12 và 3-13. Yêu cầu phân tích tình trạng chịu lực của dầm này. Tính năng vật liệu: môđun đàn hồi của bê tong E=24GPa, hệ số Poisson =0.2, cường độ kháng kéo một trục f t = 3MPa, hệ số chuyển mở vết nứt là 0.4, hế số chuyển đóng vết nứt là 1. Cốt thép chịu kéo có môđun đàn hồi E=200GPa, hệ số Poisson =0.3, ứng suất giới hạn 0.2=350MPa, cốt thép chịu nén với thép đai E = 200GPa, hệ số Poisson =0.25, ứng suất giới hạn 0.2=200MPa. Tải trọng ngoài P=-5mm.

42

Hình 3-12 Kích thước hình học dầm và tải trọng (mm)

Hình 3-13 Bố trí cốt thép đai và thép chịu lực trên mặt cắt ngang (mm) 3.2 Thiết lập mô hình Do tính chất đối xứng, chỉ cần thiết lập 1/2 mô hình dầm. Trên mặt đối xứng sử dụng ràng buộc đối xứng. (1) Khởi động ANSYS, nhập tên văn bản là btct_dam. (2) Định nghĩa loại hình phân tích là kết cấu. Từ Main Menu>Preferences lựa chọn Structural, sau đó nhấn OK. (3) Định nghĩa loại hình phần tử. Từ Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete xuất hiện cửa sổ Element Type sau đó nhấn Add, lại xuất hiện cửa sổ mới Library of Element Types, lựa chọn phần tử SOLID65 có mã phần tử là 1 (dùng để mô phỏng bê tông). Sử dụng phương pháp tương tự định nghĩa phần tử PIPE20 có mã phần tử là 2 (dùng để mô phỏng cốt thép). Định nghĩa phần tử PLANE42 có mã phần tử là 3 (dùng để kéo dài tạo khối bê tông), sau đó nhấn OK, nhấn Close để đóng cửa sổ. (4) Định nghĩa hằng số thực. Từ Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete xuất hiện cửa sổ Real Constants, nhấn Add xuất hiện một cửa sổ mới Element Type for Real Constants, sau đó lựa chọn phần tử PIPE20, nhấn OK xuất hiện cửa sổ hình 3-14. Trong cửa sổ hình 3-14, nhập các giá trị OD=18, WTHK=8.99 sau đó nhấn OK để hoàn thành định nghĩa cốt thép chịu kéo. Tương tự định nghĩa hằng số thực cốt thép chịu nén và cốt đai với OD=8, WTHK=3.99 như hình 3-15. Lại tiếp tục lực chọn phần tử SOLID65, nhấn OK, xuất hiện cửa sổ Real Constant Set Number 3, for SOLID65, trong cửa sổ này chấp nhận mặc định, nhấn OK, nhấn Close để hoàn thành định nghĩa hằng số thực. 43

Hình 3-14 Hằng số thực thép chịu kéo

Hình 3-15 Hằng số thực thép chịu nén, đai

(5) Định nghĩa thuộc tính vật liệu. Main Menu >Preprocessor > Material Props > Material Models xuất hiện cửa sổ Define Material Modal Behavior, trong menu Material nhấn lựa chọn New Model để thêm hai mô hình vật liệu mới. Trong cửa sổ Define Material Modal Behavior, khung bên trái lựa chọn Material Models Number 1, khung bên phải lựa chọn Material Models Available > Structural > Linear > Elastic > Isotropic xuất hiện cửa sổ hình 3-16, trong cửa sổ này nhập các giá trị môđun đàn hồi EX là 2.4e4, hệ số Poissson PRXY là 0.2, sau đó nhấn OK để hoàn thành. Tiếp tục lựa chọn Material Models Available > Structural > Nonlinear > Inelastic > Non-metal Plasticity > Concrete sẽ xuất hiện cửa sổ Concrete for Material Number 1 như hình 3-17 và nhập các giá trị như trên hình vẽ, nhấn OK để hoàn thành.

Hình 3-16 Nhập E,  cho vật liệu 1 Hình 3-17 Nhập tham số tiêu chuẩn phá hoại BT Tiếp tục trong cửa sổ Define Material Modal Behavior lựa chọn Material Models Number 2, và tương tự như làm đối với vật liệu 1 nhập các giá trị EX là 2e5 và PRXY là 0.3. Từ đường dẫn Material Models Available > Structural > Nonlinear > Inelastic > Rate Independent > Kinametic Hardening Plasticity > Mises Plasticity > Bilinear xuất hiện cửa sổ hình 3-18, trong Yield Stss nhập giá trị 350, sau đó nhấn OK để hoàn thành. Tiếp tục trong cửa sổ Define Material Modal Behavior lựa chọn Material Models Number 3, và tương tự như làm đối với vật liệu 2 nhập các giá trị EX là 2e5 và PRXY là 0.25. Từ đường dẫn Material Models Available > Structural > Nonlinear > Inelastic > 44

Rate Independent > Kinametic Hardening Plasticity > Mises Plasticity > Bilinear, trong Yield Stss nhập giá trị 200, sau đó nhấn OK để hoàn thành. Cuối cùng thoát khỏi cửa sổ định nghĩa thuộc tính vật liệu hình 3-19.

Hình 3-18 Nhập số liệu cốt thép

Hình 3-19 Cửa sổ định nghĩa thuộc tính vật liệu

(6) Tạo tất cả các điểm nút của một nửa mô hình Từ Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Node > In Active CS xuất hiện cửa sổ hình 3-20, tạo 2 điểm nút 1(0,0,0) và 9(150,0,0).

Hình 3-20 Tạo 1 điểm nút

Hình 3-21 Thiết lập 9 điểm nút

Từ Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Node > Fill Between Nds xuát hiện cửa sổ lựa chọn điểm nút, dùng chuột lựa chọn điểm nút 1 và 9 sau đó nhấn OK, xuất hiện cửa sổ Create Nodes Between 2 Nodes, không cần chỉnh sửa chấp nhận mặc định, nhấn OK để hoàn thành, thu được 9 điểm nút như hình 3-21. Từ Main Menu > Preprocessor > Modeling > Copy > Nodes > Copy xuất hiện cửa sổ lựa chọn điểm nút cần copy, lựa chọn Pick all sau đó nhấn OK, xuất hiện cửa sổ Copy nodes hình 3-22, nhập các giá trị Itime = 11, DY = 30, INC = 9 sau đó nhấn OK thu được các điểm nút trên mặt cắt ngang như hình 3-23.

45

Hình 3-22 Lựa chọn các thông số copy

Hình 3-23Tạo điểm nút trên mặt cắt ngang

Tương tự như trên, copy tất cả các điểm nút vừa tạo theo phương Z với các thông số Itime = 19, DZ = 75, INC = 1000, thu được kết quả như hình 3-24.

Hình 3-24 Điểm nút một nửa mô hình (7) Tạo phần tử cốt thép chịu nén và cốt đai. Do việc chọn điểm nút trực tiếp trên màn hình là tương đối khó khăn (dùng phương thức GUI), nên phần này sử dụng phương thức mệnh lệnh APDL để hoàn thành. type,2

!Loại hình phần tử cốt thép chịu nén và cốt đai

real,2

!Hằng số thực cốt thép chịu nén và cốt đai

mat,3

!Thuộc tính vật liệu cốt thép chịu lực và cốt đai

!Thiết lập mô hình cốt đai nhánh ngang *do,ii,11,16,1 e,ii,ii+1 *enddo *do,ii,83,88,1 e,ii,ii+1 *enddo !Thiết lập mô hình cốt đai nhánh đứng 46

*do,ii,11,74,9 e,ii,ii+9 *enddo *do,ii,17,80,9 e,ii,ii+9 *enddo !Tạo cốt đai một nửa mô hình, xem hình 3-25. egen,19,1000,1,28,1 !Cốt chịu nén hướng dọc, xem hình 3-26. *do,ii,83,17083,1000 e,ii,ii+1000 *enddo *do,ii,89,17089,1000 e,ii,ii+1000 *enddo

Hình 3-25 Mô hình cốt đai

Hình 3-26 Cốt đai + cốt thép chịu nén

(8) Tạo phần tử cốt thép chịu kéo hướng dọc, sử dụng phương thức mệnh lệnh APDL. type,2

!Loại hình phần tử cốt thép chịu kéo

real,1

!Hằng số thực cốt thép chịu kéo

mat,2

!Thuộc tính vật liệu cốt thép chịu kéo

*do,ii,11,17011,1000 e,ii,ii+1000 *enddo *do,ii,17,17017,1000

47

e,ii,ii+1000 *enddo /eshape,1 eplot Mô hình tổng thể cốt thép trong dầm bê tông cốt thép cho ở hình 3-27.

Hình 3-27 Mô hình tổng thể cốt thép trong dầm (9) Tạo mặt hình học trên mặt cắt Z=0. Từ Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Actives CS xuất hiện cửa sổ như hình 3-28, lần lượt tạo 4 điểm đặc trưng 1(0,0,0), 2(150,0,0), 3(150,300,0), 4(0,300,0).

Hình 3-28 Tạo điểm đặc trưng Từ Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Through KPS tạo một mặt hình học từ 4 điểm đặc trưng ở trên. (10) Phân chia mạng lưới đối với mặt hình học vừa tạo. Từ Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Attributes > Default Attribs, thiết lập loại hình phần tử PLANE42 (mã số 3). Từ Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > Manual Size > Lines > Picked Lines, lựa chọn đường thẳng Y=0 và Y=300 trên diện tích hình học, thiết lập số phần phân chia mạng lưới là 8, tiếp tục lựa chọn đường thẳng X=0 và X=150, thiết lập số phần phân chia mạng lưới là 10. Từ Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Areas > Mapped > 3-4sides, phân chia mạng lưới mặt hình học, kết quả sau khi phân chia cho ở hình 3-29. 48

Hình 3-29 Mô hình PTHH có thêm mặt phụ trợ ở đầu dầm (11) Kéo dãn mặt phần tử tạo thành phần tử bê tông Từ Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Elem Ext Opts, chỉ định loại hình phần tử phân chia mạng lưới bê tông là SOLID65 (mã số 1), hằng số thực là 3, thuộc tính vật liệu là 1, No.Elem divs là 18, đồng thời tích xoá bỏ mạng lưới mặt ban đầu (xem hình 3-30). Từ Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Areas > By XYZ Offset, lựa chọn tất cả các mặt (chỉ có mặt đầu dầm), sau đó nhập DZ=-1350, nhấn OK thu được mô hình như hình 3-31.

Hình 3-30 Thông số phần tử bê tông

Hình 3-31 Mô hình PTHH bê tông

(12) Kết hợp, sắp xếp các điểm nút và phần tử trùng lặp Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Merge Items xuất hiện cửa sổ Merge Coincident or Equivlently Defined Items, trong Label lựa chọn All, nhấn OK để hoàn thành kết hợp mã hiệu.

49

Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Compress Numbers xuất hiện cửa sổ Compress Numbers, trong Label lựa chọn All, nhấn OK để hoàn thành sắp xếp lại thứ tự mã hiệu. (13) Hiển thị cốt thép có trong bê tông Utility Menu > PlotCtrls > Device Options, lựa chọn Vector mode, sau đó nhấn OK. Utility Menu > PlotCtrls > Numbering > Elem/Attrib numbering, lựa chọn Material numbers, sau đó nhấn OK thu được mô hình như hình vẽ 3-32.

Hình 3-32 Mô hình dầm bê tông cốt thép 3.3 Gia tải và tính toán (1) Điều kiện biên Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > Symmetry BC > On Areas, lựa chọn mặt Z-0 gán ràng buộc thành mặt đối xứng. Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On nodes, lựa chọn các điểm nút có Y=0 và Z=1275 để gán ràng buộc chuyển vị theo phương X và Y. Tiếp tục như trên chọn các điểm nút có Y=300 và Z=600 gán tải trọng chuyển vị cưỡng bức theo phương Y với giá trị -5mm như hình 3-33. Mô hình sau khi hoàn thành gán điều kiện biên cho ở hình vẽ 3-34.

Hình 3-33 Gán chuyển vị cưỡng bức

Hình 3-34 Mô hình sau khi gán điều kiện biên 50

(2) Thiết lập lựa chọn phân tích Main Menu > Solution > Analysis > Sol’n Controls, xuất hiện cửa sổ hình 3-35. Trong tab Basic của cửa sổ này, mở thuộc tính biến hình lớn, nhập bước gia tải là 200, lựa chọn xuất kết quả là Write every substep ; trong tab Nonlinear thiết lập số vòng tuần hoàn lớn nhất là 50, sau đó nhấn để hoàn thành.

Hình 3-35 Thiết lập lựa chọn hạng mục phân tích (3) Giải Utility Menu > Select > Everything Main Menu > Solution > Solve > Current LS 4. PHÂN TÍCH BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC 4.1 Khái niệm 4.1.1 Giới thiệu về bê tông cốt thép ứng suất trước Trong kết cấu bê tông cốt thép, do trong quy phạm quy định thông thường bề rộng vết nứt bê tông cốt thép không lớn hơn 0.2~0.3mm, lúc này ứng suất của cốt thép chỉ là 20~30MPa (biến dạng tương ứng là 0.1~0.1510-3), vì vậy nếu sử dụng cốt thép cường độ cao hay là bê tông cường độ cao là không phát huy hết tác dụng. Do phát sinh vết nứt khiến ma trận độ cứng của cấu kiện bê tông cốt thép giảm thấp, nếu cần thoả mãn yêu cầu khống chế nứt, thì cần tăng lớn kích thước mặt cắt cấu kiện hoặc tăng lượng cốt thép, điều này dẫn đến trọng lượng bản thân của kết cấu lớn, kết cấu nhịp lớn rất khó thiết kế. Để giải quyết mâu thuẫn này, người thiết kế thường nghĩ đến gán một lượng ứng suất nén nhất định tại vùng bê tông chịu kéo dưới tác dụng của tải trọng, khiến một bộ phận hoặc toàn bộ cấu kiện sẽ giảm ứng suất kéo do tải trọng phát sinh, tức là lợi dụng khả năng chịu kéo tốt của bê tông để bổ sung kháng kéo không đủ của nó, đây được gọi là bê tông ứng suất trước. 4.1.2 Phương pháp gán ứng suất trước (1) Phương pháp căng trước 51

Phương pháp căng trước là đầu tiên kéo căng cốt thép ứng suất trước, sau đó đổ bê tông, sau khi bê tông đạt đến cường độ yêu cầu, cắt đoạn hoặc nới lỏng cốt thép ứng suất trước, nhờ lực hồi co của cốt thép, thông qua lực dính kết giữa bê tông và cốt thép chuyển đến bê tông, khiến bê tông chịu ứng suất nén. (2) Phương pháp căng sau Phương pháp căng sau là đầu tiên đổ cấu kiện bê tông, đồng thời trong đó bố trí lỗ xuyên, sau khi bê tông đạt đến cường độ yêu cầu, đưa cốt thép vào trong các lỗ đã bố trí sẵn, sau khi kéo căng cốt thép đến lực kéo khống chế, lại dùng các biện pháp để neo giữ cốt thép trên cấu kiện bê tông, khiến bê tông được duy trì ứng suất nén, cuối cùng phun vữa bê tông vào trong các lỗ để bảo vệ cốt thép không bị ăn mòn, đồng thời tạo dính kết bê tông và cốt thép thành một khối chỉnh thể. 4.1.3 Xử lý vấn đề ứng suất trước trong ANSYS Phương thức phân tích bê tông cốt thép ứng suất trước trong ANSYS có hai loại: phương thức phân ly (discrete) và phương thức chỉnh thể (smeared). Phương thức phân ly chính là lần lượt xem xét tác dụng của bê tông và cốt thép chịu lực (đối với ảnh hưởng tổng thể), lấy hình thức của tải trọng để thay thế tác dụng của cốt thép ứng suất trước, như phương pháp tải trọng đẳng hiệu; phương thức chỉnh thể chính là xem xét tác dụng đồng thời của bê tông và cốt thép, dùng phần tử LINK mô phỏng cốt thép ứng suất trước như phương pháp giảm nhiệt, phương pháp biến dạng ban đầu. 4.2 Miêu tả vấn đề Một dầm đơn bê tông hình chữ I ứng suất trước, kích thước mặt cắt chịu lực của nó (giữa nhịp) như hình vẽ 3-36, yêu cầu phân tích tình trạng phân bố chịu lực của dầm khi không tải (chỉ xem xét chịu tải đàn hồi của bê tông). Tính năng vật liệu: bê tông có E=33.5GPa, =0.2; cốt thép dự ứng lực là thép cường độ cao có E=200GPa; hệ số dãn nở =2e-5, ứng suất trước p=1500MPa. Chiều dài dầm 4.0m, diện tích cốt thép chịu lực A=6126mm2.

Hình 3-36 Kích thước mặt cắt dầm (mm)

52

4.3 Thiết lập mô hình (1) Khởi động ANSYS, nhập tên văn bản là btct_ust. (2) Định nghĩa loại hình phân tích là kết cấu. Từ Main Menu>Preferences lựa chọn Structural, sau đó nhấn OK. (3) Định nghĩa loại hình phần tử. Từ Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete xuất hiện cửa sổ Element Type sau đó nhấn Add, lại xuất hiện cửa sổ mới Library of Element Types, lựa chọn phần tử LINK8 có mã phần tử là 1 (dùng để mô phỏng cốt thép ứng suất trước). Sử dụng phương pháp tương tự định nghĩa phần tử SOLID65 có mã phần tử là 2 (dùng để mô phỏng bê tông dầm). Định nghĩa phần tử PLANE42 có mã phần tử là 3 (dùng để tạo mặt mạng lưới ban đầu), sau đó nhấn OK, nhấn Close để đóng cửa sổ. (4) Định nghĩa hằng số thực. Từ Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete xuất hiện cửa sổ Real Constants, nhấn Add xuất hiện một cửa sổ mới Element Type for Real Constants, sau đó lựa chọn phần tử LINK8, nhấn OK xuất hiện cửa sổ Real Constant Set Number 1, for LINK8. Trong cửa sổ này nhập giá trị diện tích AREA là 6126 sau đó nhấn OK để hoàn thành định nghĩa cốt thép ứng suất trước. Tiếp tục lựa chọn phần tử SOLID65, nhấn OK, xuất hiện cửa sổ Real Constant Set Number 2, for SOLID65, trong cửa sổ này chấp nhận mặc định, nhấn OK, nhấn Close để hoàn thành định nghĩa hằng số thực. (5) Định nghĩa thuộc tính vật liệu. Main Menu >Preprocessor > Material Props > Material Models xuất hiện cửa sổ Define Material Modal Behavior, trong menu Material nhấn lựa chọn New Model để thêm một mô hình vật liệu mới. Trong cửa sổ Define Material Modal Behavior, khung bên trái lựa chọn Material Models Number 1, khung bên phải lựa chọn Material Models Available > Structural > Linear > Elastic > Isotropic xuất hiện cửa sổ mới, trong cửa sổ này nhập các giá trị môđun đàn hồi EX là 2e5, hệ số Poissson PRXY là 0.3, sau đó nhấn OK để hoàn thành. Tiếp tục lựa chọn Material Models Available > Structural > Thermal Expansion > Secant Coefficient > Isotropic sẽ xuất hiện cửa sổ Thermal Expansion Secant Coefficient for Material Number 1, nhập giá trị ALPX là 2e-5 sau đó nhấn OK để hoàn thành. Tương tự khung bên trái lựa chọn Material Models Number 2, khung bên phải lựa chọn Material Models Available > Structural > Linear > Elastic > Isotropic, nhập các giá trị môđun đàn hồi EX là 3.35e4, hệ số Poissson PRXY là 0.2, sau đó nhấn OK để hoàn thành. (6) Thiết lập mô hình hình học mặt cắt ngang dầm Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By 2 Corners để tạo các hình chữ nhật. Đầu tiên tạo bản cánh dưới, trong cửa sổ xuất hiện nhập các giá trị Width = 780, Height = 210, sau đó nhấn Apply. Tiếp tục tạo bản bụng 53

với các thông số Wpx = 275, Wpy = 210, Width = 230, Height = 1690, nhấn Apply, tiếp tục tạo bản cánh trên với các thông số Wpx = -570, Wpy = 1900, Width = 1920, Height = 200, cuối cùng nhấn OK. Utility Menu > WorkPlane > OffsetWp by Increments để di chuyển mặt phẳng làm việc đến vị trí cốt thép ứng suất trước, tức là tại điểm có toạ độ (390,191,0), đồng thời xoay mặt phẳng làm việc quanh trục X một góc 90 độ. Từ Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Divide > Area by WrkPlane phân chia diện tích A1 thành hai phần. Tiếp tục từ Utility > WorkPlane > OffsetWp by Increments để xoay mặt phẳng làm việc quanh trục Y một góc 90 độ. Dùng phương pháp tương tự ở trên phân chia diện tích A4, A5 và cuối cùng trong mô hình được tổng cộng 6 diện tích. Từ Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Glue > Area, lựa chọn tất cả các diện tích để dán chúng lại với nhau. Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Merge Items xuất hiện cửa sổ Merge Coincident or Equivlently Defined Items, trong Label lựa chọn All, nhấn OK để hoàn thành kết hợp mã hiệu. Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Compress Numbers xuất hiện cửa sổ Compress Numbers, trong Label lựa chọn All, nhấn OK để hoàn thành sắp xếp lại thứ tự mã hiệu. Kết quả cuối cùng tạo mô hình hình học cho ở hình vẽ 3-37.

Hình 3-37 Mô hình hình học mặt cắt ngang dầm 4.4 Phân chia mạng lưới 4.4.1 Phân chia mạng lưới mặt cắt ngang (1) Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > MenualSize > Lines > Picked Lines (2) Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Areas > Mapped > Concatenate > Lines (3) Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Areas > Mapped > 3 or 4 sided (4) Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Areas > Mapped > Del Conc > Lines

54

Phân chia diện tích bản cánh trên (mặt A6): dùng (1) tiến hành phân chia các đoạn thẳng (số khoảng chia có thể xem ở hình 3-38). Khi tiến hành phân chia mạng lưới đối với mặt, bắt buộc yêu cầu mặt là do 4 cạnh hợp thành, nhưng do sau khi dán các mặt ở phần trên vị trí các đường thẳng giao nhau sẽ bị tách rời, vì vậy cần phải tiến hành nối chúng lại. Dùng (2) lựa chọn 3 đường thẳng phía dưới mặt bản cánh trên để nối chúng lại với nhau, sau đó dùng (3) để tiến hành phân chia mạng lưới bản cánh trên. Sau khi phân chia xong dùng (4) để xoá đường thẳng liên tục. Tương tự như vậy, lần lượt phân chia các mặt A4, A3, A5, A1, A2 . Mô hình phân chia mạng lưới sau khi hoàn thành cho ở hình vẽ 3-38.

Hình 3-38 Phân chia mạng lưới mặt cắt ngang 4.4.2 Kéo dãn mạng lưới mặt thành mạng lưới khối Đầu tiên thiết lập thuộc tính có liên quan đến mạng lưới khối. Main Menu > Preprocessor > Operate > Extrude > Elem Ext Opts xuất hiện cửa sổ như hình 3-39, lựa chọn loại hình phần tử, mô hình vật liệu, hằng số thực đều là mã số 2, No.Elem divs lựa chọn là 40, sau khi lựa chọn kéo dãn, xoáđi mạng lưới mặt ban đầu bằng cách nhấn Yes ở trong ACLEAR, sau đó nhấn OK.

Hình 3-39 Thuộc tính mạng lưới khối

Hình 3-40 Thuộc tính cốt thép ƯST

4.4.3 Phân chia mạng lưới cốt thép ứng suất trước

55

Thiết lập thuộc tính phần tử cốt thép ứng suất trước. Từ Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Attributes > Default Attribs xuất hiện cửa sổ hình 3-40, lựa chọn loại hình phần tử, mô hình vật liệu, hằng số thực là mã số 1 sau đó nhấn OK. Tiếp tục từ Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Lines > Picked Lines, lựa chọn đường thẳng cốt thép ứng suất trước và phân chia thành 40 phần tử. Từ Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Lines để phân chia mạng cốt thép ứng suất trước. Kết quả phân chia mạng lưới phần tử hữu hạn cuối cùng cho ở hình 3-41.

Hình 3-41 Mô hình tính toán phần tử hữu hạn 4.5 Gia tải và tính toán (1) Điều kiện biên Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Lines, lựa chọn đường thẳng dưới cùng đầu dầm bên gốc toạ độ gán ràng buộc chuyển vị theo hai phương Y và Z, còn đầu còn lại gán ràng buộc chuyển vị theo phương Y. (2) Gán tải trọng nhiệt độ Tính toán nhiệt độ thay đổi đối ứng với ứng suất trước T=/E/ = 375. Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Temperature > On Lines, lựa chọn đối tượng gán là đường thẳng cốt thép ứng suất trước, sau đó gán giá trị nhiệt độ là -375. (3) Thiết lập lựa chọn hạng mục phân tích. Main Menu > Solution > Analysis > Sol’n Controls xuất hiện cửa sổ Solution Controls, trong tab Basic thiết lập thời gian gia tải là 5, bước gia tải là 10, lựa chọn xuất kết quả là Write every substep ; trong tab Nonlinear nhấn lựa chọn Set convergence criteria, sau đó sửa đổi sai số hội tụ của lực là 0.05. (4) Giải Main Menu > Solution > Solve > Current LS 56

4.6 Phân tích kết quả 4.6.1 Hiển thị biến dạng Main Menu > General Postproc > Plot Result > Deformed Shape thu được kết quả như hình 3-42. 4.6.2 Hiển thị phân bố ứng suất Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu, lựa chọn Z-Component of stress, kết quả phân bố ứng suất trước SZ cho ở hình 3-43.

Hình 3-42 Biến dạng dầm

Hình 3-43 Ứng suất trước SZ trong dầm

57

CHƯƠNG 4

PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG Trong chương này chủ yếu giới thiệu quá trình mô phỏng phân tích kết cấu nhà cao tầng bằng phần mềm Ansys, sau đó tiến hành phân tích hai ví dụ thực tế: ví dụ 1 phân tích hưởng ứng địa chấn kết cấu khung thép 3 tầng 2 nhịp và ví dụ 2 thiết lập mô hình mô phỏng một khung nhà bê tông cốt thép.

1. LỜI NÓI ĐẦU Đối với kết cấu công trình nhà cao tầng thường dùng nhiều loại phần mềm phân tích phần tử hữu hạn. Trong đó phần mềm phần tử hữu hạn thông dụng ANSYS phân tích kết cấu công trình nhà cao tầng có ưu thế lớn, nó đủ khả năng tiến hành phân tích tĩnh lực, phân tích động lực, phân tích tính năng tuyến tính và phi tuyến tính, phân tích tính ổn định, phân tích độ tin cậy… các kết cấu công trình phức tạp, mang lại cho người thiết kế thuận tiện rất lớn. Kho vật liệu và kho phần tử trong chương trình ANSYS rất phong phú, hầu như có thể mô phỏng hầu hết các loại hình thức kết cấu công trình. Có thể xuất đặc tính biến hình kết cấu, phân bố ứng suất, nội lực, tần suất dao động, chấn hình…hiệu quả khá chuẩn xác. Sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn tiến hành phân tích mô phỏng kết cấu công trình nhà cao tầng có thể thu được kết quả tương đối chuẩn xác. Trong phần này giới thiệu phân tích mô phỏng kết cấu công trình nhà cao tầng. Hình thức kết cấu nhà cao tầng có rất nhiều loại nhiều dạng, chủ yếu có kết cấu khối xây, kết cấu khung sườn, kết cấu tường lực cắt, kết cấu khung - cắt, kết cấu khung và mạng 58

sườn…Chủng loại vật liệu và phần từ trong ANSYS đa dạng, có thể mô phỏng các loại hình thức kết cấu rất tốt. Nội dung phân tích kết cấu công trình nhà cao tầng với mọi hình thức cơ bản là tương đồng. Muốn phân tích tĩnh học kết cấu có nhiều loại tải trọng có thể tiến hành tổ hợp các loại tải trọng. Khi phân tích động lực thông thường phân tích kết cấu dưới tác dụng của địa chấn hoặc dưới tác dụng của tải trọng động khác. Nội dung và quá trình phân tích kết cấu nhà cao tầng và các kết cấu công trình khác khá tương đồng, quá trình phân tích mô phỏng chủ yếu như sau: (1)

Căn cứ điều kiện, lựa chọn phần tử và vật liệu hợp lý, thiết lập mô hình phần tử hữu hạn kết cấu;

(2)

Gán tải trọng tĩnh lực hoặc động lực, gán điều kiện biên thích hợp;

(3)

Lựa chọn hình thức tính toán hợp lý để tiến hành tính toán;

(4)

Quan sát kết quả tính toán trong phần hậu xử lý;

2. QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG PHÂN TÍCH KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 2.1 Thiết lập môi trường vật lý Trước khi thiết lập mô hình kết cấu xây công trình nên tiến hành thiết lập môi trường làm việc. Thiết lập môi trường vật lý trong phần mềm ANSYS theo các bước dưới đây: (1) Thiết lập thanh lọc Menu GUI; (2) Định nghĩa tiêu đề phân tích (/TITLE); (3) Giải thích loại hình phần tử và lựa chọn các hạng mục của nó (KEYOPT); (4) Thiết lập hằng số thực và hệ thống đơn vị; (5) Định nghĩa thuộc tính vật liệu; 2.1.1 Giới hạn thanh Menu GUI Nếu thông qua con đường GUI để vận hành ANSYS, sau khi ANSYS bị kích hoạt đầu tiên nên lựa chọn Menu [Main Menu  Preference] sẽ xuất hiện cửa sổ như hình vẽ 3-1 sau đó lựa chọn [Structural]. Điều này ANSYS có thể căn cứ tham số lựa chọn để tiến hành giới hạn trên màn hình đồ họa GUI. Lựa chọn [Structural] để tiện khi tiến hành phân tích kết cấu lọc một vài menu không cần thiết trên màn hình đồ họa tương ứng. Phân tích kết cấu công trình nhà cao tầng thuộc phân tích kết cấu vì vậy nên lựa chọn hạng mục [Structural] . 2.1.2 Định nghĩa tiêu đề phân tích (/TITLE) Trước khi tiến hành phân tích, có thể định nghĩa tiêu đề biểu thị nội dung phân tích, như “Phan tich ket cau khung suon”, để từ tiêu đề này dễ phân biệt mô hình hình học vật lý tương tự khác. Dùng phương pháp dưới đây để định nghĩa tiêu đề phân tích. Phương thức mệnh lệnh: /TITLE Phương thức GUI: Utility Menu  File  Change Title 59

Cũng có thể sử dụng mệnh lệnh /STITLE thêm tiêu đề phụ, tiêu đề phụ sẽ xuất hiện trong thu xuất kết quả, còn trong màn hình đồ hoạ không hiển thị.

Hình 3-1 Lựa chọn giới hạn Menu trên màn hình đồ họa GUI 2.1.3 Định nghĩa loại hình phần tử và lựa chọn các thông số của nó (KEYOPT) Phân tích kết cấu đầu tiên nên tiến hành lựa chọn phần tử. Trong kho phần tử của ANSYS có hơn 100 chủng loại phần tử khác nhau, có thể dùng để mô phỏng các loại kết cấu và vật liệu trong công trình, tổ hợp các loại phần tử không đồng nhất với nhau tạo thành mô hình trừu tượng của vấn đề vật lý cụ thể. Trong phân tích mô phỏng kết cấu công trình nhà cao tầng, phần tử thường dùng có phần tử thanh, phần tử vỏ, phần tử thực thể, phần tử trụ. Ví dụ như phần tử thanh có thể mô phỏng trụ trong khung sườn, phần tử vỏ có thể mô phỏng bản mặt sàn, phần tử thực thể có thể mô phỏng bê tông khối lớn, phần tử trụ có thể mô phỏng cốt thép dự ứng lực…Phần tử có thể là tuyến tính cũng có thể là phi tuyến tính. Sau khi định nghĩa các loại phần tử và lựa trọng thông số của nó (KEYOPT), có thể thiết lập mô hình phần tử hữu hạn. Phân tích kết cấu xây dựng thường gặp các phần tử được cho ở bảng 3-1. Bảng 3-1 Phần tử thường gặp trong phân tích kết cấu xây dựng Phần tử

Số chiều

Hình thức và độ tự do

Đặc tính

LINK8

3-D

Tuyến tính, 2 điểm nút, 3 độ tự do

Trụ tính cứng, có thể chịu lực kéo và lực nén, dùng để mô phỏng cốt thép…Có thể định nghĩa diện tích mặt cắt của nó và biến dạng ban đầu.

BEAM3

2-D

Tuyến tính, 2 điểm nút, 3 độ tự do

Thanh đàn hồi 2 chiều, dùng để mô phỏng dầm, cột… Có thể định nghĩa diện tích mặt cắt của nó, mômen quán tính, biến dạng ban đầu, độ cao mặt cắt…

Tuyến tính, 2 điểm nút, 6 độ tự do

Thanh đàn hồi 3 chiều, dùng để mô phỏng dầm, cột… Có thể định nghĩa diện tích mặt cắt của nó, hình thái mặt cắt, mômen quán tính 3 hướng, biến dạng ban đầu, cao rộng mặt cắt…

BEAM4

3-D

60

3-D

Hình tứ giác hoặc hình tam giác, 4 điểm nút, 6 độ tự do

Vỏ tuyến tính 3 chiều, dùng để mô phỏng vỏ bản…Có thể định nghĩa độ dày tại các điểm nút của nó, độ cứng, độ cong ban đầu…

SOLID65

3-D

Khối 6 mặt hoặc khối 4 mặt, 8 điểm nút, 3 độ tự do

Thực thể bê tông cốt thép 3 chiều, dùng để mô phỏng bê tông cốt thép. Có thể định nghĩa vật liệu, suất thể tích, phương cốt thép…

SOLID45

3-D

Khối 6 mặt hoặc khối 4 mặt, 8 điểm nút, 3 độ tự do

Thực thể kết cấu 3 chiều, dùng để mô phỏng thực thể ở trạng thái khối, không đòi hỏi thiết lập hằng số thực.

SHELL63

Phương thức thiết lập phần tử và lựa chọn thông số đặc trưng của nó như dưới đây: Phương thức mệnh lệnh: ET KEYOPT Phương thức GUI: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete] xuất hiện cửa sổ [Element Type], nhấn tử, sau khi thêm phần tử nhấn

thể thêm loại hình phần

để định nghĩa lựa chọn hạng mục phần tử, nhấn

để xoá bỏ phần tử. Như biểu thị ở hình 3-2 và hình 3-3.

Hình 3-2 Thêm loại hình phần tử trong GUI

Hình 3-3 Lựa chọn loại hình phần tử trong GUI

2.1.4 Thiết lập hằng số thực và hệ thống đơn vị Hằng số thực phần tử và loại hình phần tử có quan hệ mật thiết, phần tử không giống nhau định nghĩa hằng số thực ý nghĩa không giống nhau. Dùng mệnh lệnh R hoặc Menu GUI tương ứng của nó để giải thích.Ví dụ như trong phân tích kết cấu, có thể sử dụng hằng số thực định nghĩa diện tích mặt cắt của phần tử thanh, mômen quán tính và cao độ, định nghĩa độ dày của phần tử bản…Thông thường mỗi một loại hình phần tử đều có hằng số thực của nó mà còn cùng một loại hình phần tử có thể có nhiều hằng số thực. Nếu nhiều mã hằng số thực của một loại hình phần tử tương đồng, ANSYS có thể đưa ra một lời cảnh báo. Hình 3-4, 3-5 lấy phần từ BEAM4 làm ví dụ, hiển thị định nghĩa hằng số thực của phần tử BEAM4 như thế nào. Phương thức mệnh lệnh: R Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Real Constants  Add/Edit/Delete] 61

Hình 3-4 Định nghĩa hằng số thực trong GUI

Hình 3-5 Định nghĩa hằng số thực trong GUI Phần mềm ANSYS không có chỉ định hệ thống đơn vị để phân tích, trừ phân tích từ trường, có thể sử dụng tuỳ ý một loại hệ thống đơn vị, chỉ cần đảm bảo mọi số liệu nhập đều là sử dụng cùng một loại hệ thống đơn vị. Trong phần này, mọi tính toán đều sử dụng hệ thống đơn vị quốc tế như m, N, kg, s, Pa, Hz… 2.1.5 Định nghĩa thuộc tính vật liệu Trong mô hình kết cấu xây dựng nhà cao tầng có thể có một loại hoặc nhiều loại vật liệu, bao gồm vật liệu thép các loại tính chất, bê tông, nền đất…Mỗi loại vật liệu đều nhập đặc tính vật liệu tương ứng. Đại đa số đặc tính vật liệu là đặc tính vật liệu tuyến tính, có thể là hằng số, cũng có thể tương quan với nhiệt độ, đẳng hướng hoặc dị hướng. Trong phân tích công trình xây dựng, vật liệu sử dụng thông thường dựa trên kết cấu phân tích hình tuyến, cơ bản lựa chọn vật liệu đàn hồi tuyến tính (Linear, Isotropic), phương thức định nghĩa vật liệu cho ở dưới đây. Phương thức mệnh lệnh: MP 62

Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Material Props  Material Models  Structural  Linear  Isotropic] như hình 3-6.

Hình 3-6 Thiết lập thuộc tính vật liệu trong GUI Trong thuộc tính vật liệu, số liệu chủ yếu cần nhập có: Môđun đàn hồi (EX), hệ số Poisson (PRXY), mật độ (Density) và vật liệu giảm dần (Damping)… Đối với vật liệu phi tuyến tính, có thể lựa chọn Nonlinear như hình 3-7.

Hình 3-7 Thiết lập thuộc tính vật liệu trong GUI 

Nhất thiết phải dựa theo hình thức định nghĩa độ cứng (như môđun đàn hồi EX, hệ số siêu đàn hồi…)



Đối với tải trọng quán tính (trọng lực), nhất thiết phải định nghĩa số liệu cần cho tính toán khối lượng như mật độ DENS.



Đối với tải trọng nhiệt độ, nhất thiết phải định nghĩa hệ số giãn nở ALPX.

2.2 Xây dựng mô hình, chỉ định đặc tính, phân chia mạng lưới 63

Sau khi định nghĩa đặc tính vật liệu, bước tiếp theo là phân tích miêu tả cách tạo chính xác mô hình phần tử hữu hạn (điểm và phần tử) của tính chất mô hình hình học. Trong phân tích kết cấu bằng ANSYS, có hai phương pháp thiết lập mô hình phần tử hữu hạn. Phương pháp thứ nhất là trực tiếp thiết lập tiếp điểm phần tử hình thành mô hình phần tử hữu hạn, có khả năng tự khống chế mỗi một phần tử, không đòi hỏi quá trình phân chia phần tử, phương pháp này có thể dùng để thiết lập kết cấu tương đối đơn giản. Phương pháp thứ hai là đầu tiên thiết lập mô hình hình học, sau đó sử dụng phần mềm phân chia mô hình hình học thành mô hình phần tử hữu hạn, phương pháp này thích hợp với kết cấu phức tạp, kết cấu không có quy tắc. 2.2.1 Tạo trực tiếp tiếp điểm và phần tử Phương thức mệnh lệnh: N Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Nodes] Phương thức mệnh lệnh: E Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Elements] 2.2.2 Đầu tiên tạo mô hình hình học, sau đó phân chia mạng lưới phần tử hình thành mô hình phần tử hữu hạn Phương thức mệnh lệnh: K Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Keypoints] Phương thức mệnh lệnh: L Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Line] Phương thức mệnh lệnh: A Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Areas] Phương thức mệnh lệnh: V Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Volumes] Thao tác mô hình hình học: Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Operate] Thao tác trên sử dụng hợp lý có thể thiết lập mô hình hình học khối kết cấu rất chuẩn xác. Sau đó có thể đối với mô hình hình học tiến hành phân chia mạng lưới phần tử, hình thành mô hình phần tử hữu hạn. Thao tác cụ thể phân chia phần tử như ở dưới đây. Phương thức mệnh lệnh: LSEL (lựa chọn phần tử đường muốn phân chia) TYPE (lựa chọn loại hình phần tử) MAT (lựa chọn thuộc tính vật liệu) 64

REAL (lựa chọn hằng số thực) ESYS (hệ toạ độ phần tử) MSHAPE (lựa chọn hình thức phần tử) MSHKEY (lựa chọn hình thức phân chia phần tử) LMESH (bắt đầu phân chia phần tử đường) Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Meshing  MeshTool] Trước khi phân chia phần tử, đầu tiên nên tiến hành khống chế thích hợp kích thước phần tử, hình thức…nếu không có thể xuất hiện kết quả phân chia không đạt được như muốn. 2.3 Gán điều kiện biên và tải trọng Khi gán điều kiện biên và tải trọng, có thể gán điều kiện biên và tải trọng lên mô hình thực thể (điểm đặc trưng, đường, mặt) cũng có thể gán lên mô hình phần tử hữu hạn (tiếp điểm và phần tử). Khi tính toán, chương trình ANSYS sẽ tự động chuyển điều kiện biên và tải trọng trên mô hình thực thể đến mô hình phần tử hữu hạn. Trong chương trình ANSYS, tải trọng phân thành 6 loại: ràng buộc DOF, lực, tải trọng phân bố bề mặt, tải trọng thể tích, tải trọng quán tính, tải trọng trường ngẫu hợp. Có hai thuật ngữ liên quan đến tải trọng: bước tải trọng và bước con. Bước tải trọng chỉ có khả năng sắp xếp tải trọng khi tính toán, ví dụ như trong phân tích kết cấu có thể gán tải trọng gió làm bước tính toán thứ nhất, gán trọng lực làm bước tính toán thứ hai; bước con là chỉ một bước số gia tăng trong bước tải trọng, chủ yếu là để nâng cao độ tinh phân tích và hội tụ trong phân tích trạng thái đột biến hoặc phân tích phi tuyến, bước con vẫn được gọi là bước thời gian, đại diện một đoạn thời gian. 

Khái niệm sử dụng thời gian trong phân tích trạng thái đột biến và phân tích tĩnh thái ở chương trình ANSYS. Trong phân tích trạng thái đột biến, thời gian đại diện thời gian thực tế dùng biểu thị giây, phút, giờ; trong phân tích tĩnh thái, thời gian chỉ xem như để máy tính lấy nhận dạng bước tải trọng và bước con.

Trong phương thức GUI, có thể thông qua một dãy Menu để thực hiện thao tác gia tải cho ở dưới đây. [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural] [Main Menu  Preprocessor  Define Loads  Apply  Structural] Lúc này chương trình ANSYS sẽ liệt kê tất cả loại hình điều kiện biên và tải trọng trong phân tích kết cấu. Sau đó căn cứ tình hình thực tế lựa chọn điều kiện biên và tải trọng hợp lý. Tải trọng chủ yếu có: Displacement, Force/Moment, Pressure, Inertia… Ví dụ như muốn gán tải trọng phân bố đều lên trên bản mặt sàn làm như sau:

65

[Main Menu  Preprocessor  Define Loads  Apply  Structural  Pressure  On Elements/On Areas] sau đó lựa chọn mặt hình học bản mặt sàn, có thể gán áp lực cục bộ lên trên mặt phần tử bản mặt sàn. Cũng có thể thông qua mệnh lệnh trong ANSYS để nhập tải trọng, mấy loại tải trọng phân tích kết cấu thường gặp như ở dưới đây. (1) Ràng buộc chuyển vị (UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ) Mệnh lệnh: D (2) Lực (FX, FY, FZ)/Mômen (MX, MY, MZ) Mệnh lệnh: F (3) Áp lực (PRES) Mệnh lệnh: SF (4) Nhiệt độ (TEMP) Mệnh lệnh: BF, BFK, BFL, BFA, BFV, BFE (5) Tải trọng lực quán tính (dùng để gán trọng lực, xoay tròn…) Mệnh lệnh: ACEL GUI: [Main Menu  Preprocessor  Define Loads  Apply  Structural  Inertia  Gravity] GUI: [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Inertia  Gravity] Trong phân tích động lực học, ngoài tải trọng quán tính, tất cả tải trọng khác đều có thể gán lên mô hình. 2.4 Tính toán Quá trình tính toán cơ bản kết cấu công trình nhà cao tầng như ở dưới đây. 2.4.1 Định nghĩa loại hình phân tích (1) Vào công cụ tính toán SOLUTION Phương thức mệnh lệnh: /SOLU Phương thức GUI: [Main Menu  Solution] (2) Lựa chọn loại hình phân tích Phương thức mệnh lệnh: ANTYPE Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  New Analysis] như hình 3-8.

66

Hình 3-8 Lựa chọn loại hình phân tích trong GUI 2.4.2 Lựa chọn loại hình phân tích Loại hình phân tích thường dùng trong phân tích kết cấu có mấy loại dưới đây. (1) Phân tích tĩnh Trong phân tích kết cấu, phân tích tĩnh học có một vị trí quan trọng, kiểm toán thiết kế của kết cấu điều đầu tiên phải thoả mãn yêu cầu tĩnh lực. Thông qua tính toán, cần xuất chuyển vị, nội lực, phân bố ứng suất, hình dạng biến hình, tính ổn định …. của kết cấu. Phương thức mệnh lệnh: ANTYPE,STATIC,NEW Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  New Analysis] sau đó lựa chọn hạng mục [Static] cuối cùng nhấn

.

(2) Phân tích dao động riêng (Modal) Trong phân tích Modal, có thể tính toán xuất tần suất dao động và các bước chấn hình, đồng thời cũng có thể xuất tham lượng và chất lượng của mỗi bước tần suất… Trước khi phân tích phổ nhất thiết phải phân tích Modal. Phương thức mệnh lệnh: ANTYPE,MODAL,NEW Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  New Analysis] sau đó lựa chọn hạng mục [Modal] cuối cùng nhấn

.

(3) Phân tích trạng thái đột biến (Transient) Phân tích trạng thái đột biến thường dùng với tính toán tình trạng hưởng ứng khi kết cấu đột nhiên chịu gia tải. Ví dụ như trong phân tích kết cấu công trình cầu, khi dầm cầu chịu tác dụng của địa chấn hoặc tính toán tình trạng mố cầu chịu đột nhiên va chạm, đều có thể lựa chọn sử dụng phân tích đột biến để tính toán hưởng ứng kết cấu. Phân tích động lực học trạng thái đột biến có thể sử dụng 3 loại phương pháp: phương pháp đầy đủ (Full), phương pháp co giảm (Reduced) và phương pháp chồng chất dao động (Modal).

67

Phương pháp đầy đủ là phương pháp có công năng lớn nhất trong 3 phương pháp. Ưu điểm là: sử dụng dễ dàng, không cần quan tâm lựa chọn độ tự do; cho phép bao gồm các loại đặc trưng phi tuyến tính; mỗi lần phân tích có khả năng thu được tất cả ứng suất và chuyển vị; cho phép gán tất cả loại hình tải trọng; cho phép gán tải trọng lên trên mô hình thực thể. Nhưng phương pháp này chi phí rất lớn. Trình tự phân tích của phương pháp đầy đủ cho ở dưới đây. 1/ Tạo mô hình. Có thể sử dụng phần tử tuyến tính hoặc phi tuyến tính, nhất thiết phải chỉ định môđun đàn hồi EX và mật độ DENS. 2/ Thiết lập điều kiện ban đầu. Bước tải trọng thứ nhất tình trạng thời khắc không. 3/ Thiết lập khống chế tính toán. Định nghĩa loại hình phân tích, lựa chọn hạng mục phân tích, thiết lập bước tải trọng. 4/ Thiết lập lựa chọn hạng mục yêu cầu tính toán khác. 5/ Gán tải trọng. Có thể gán ràng buộc chuyển vị, lực, tải trọng mặt, tải trọng khối, tải trọng quán tính. 6/ Lưu trữ trước khi thiết lập tải trọng của bước tải trọng trước. 7/ Lặp lại bước 3 đến bước 6 định nghĩa mỗi bước tải trọng khác. 8/ Bảo lưu vào kho Số liệu. Mệnh lệnh: SAVE. GUI: [Utility  File  Save As] 9/ Bắt đầu phân tích Transient Mệnh lệnh: LSSOLVE. GUI: [Main Menu  Solution  Solve  From LS Files] 10/ Thoát khỏi tính toán. Mệnh lệnh: FINISH. 11/ Quan sát kết quả. Dùng POST1 quan sát kết quả mô hình chỉnh thể chỉ định điểm thời gian. Dùng POST26 quan sát kết quả ở thời gian biến đổi tuỳ ý điểm chỉ định trong mô hình. Ưu điểm của phương pháp chồng chất dao động: tính toán nhanh nhất chi phí ít nhất; có thể lấy tải trọng phần tử gán trong phân tích Modal dẫn nhập đến trong phân tích Transient; cho phép suy xét đến dao động riêng tắt dần. Nhược điểm là: bước thời gian trong quá trình phân tích dài yêu cầu đảm bảo bất biến, không cho phép sử dụng bước thời gian dài tự động; chỉ cho phép điểm tiếp xúc phi tuyến tính; không có khả năng gán chuyển vị bằng 0. Trình tự phân tích phương pháp chồng chất dao động như dưới đây. 1/ Kiến tạo mô hình; 2/ Thu được giải Modal;

68

3/ Thu được giải phân tích Transient phương pháp chồng chất dao động. Trình tự từ phân tích Modal thu được chấn hình để tính toán ảnh hưởng Transient. 4/ Phương pháp chồng chất dao động mở rộng; 5/ Quan sát kết quả. Dùng POST1 và POST26 quan sát kết quả. Ưu điểm của phương pháp co giảm là: tốc độ tính toán khá nhanh chi phí nhỏ. Nhược điểm là: giải sơ bộ chỉ tính toán độ tự do chuyển vị, bước thứ hai tiến hành mở rộng; không có khả năng gán tải trọng phần tử; hạn chế gán trên mô hình thực thể; chỉ cho phép điểm tiếp xúc phi tuyến tính. Trình tự phân tích phương pháp co giảm như dưới đây. 1/ Kiến tạo mô hình; 2/ Thu được giải co giảm. Đòi hỏi định nghĩa độ tự do chính; 3/ Quan sát kết quả tính toán phương pháp co giảm, chỉ có khả năng dùng POST26 quan sát kết quả; 4/ Giải mở rộng, tiến hành ở trên điểm thời gian quan trọng; 5/ Quan sát kết quả đã mở rộng, dùng POST1 và POST26 quan sát kết quả. Phương thức mệnh lệnh: ANTYPE, TRANS, NEW Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  New Analysis] Lựa chọn hạng mục [Transient], nhấn

xuất hiện cửa sổ biểu thị ở hình 3-9,

tiếp tục lựa chọn phương pháp phân tích thích hợp, cuối cùng nhấn

.

Hình 3-9 Phân tích Transient bằng phương thức GUI (4) Phân tích phổ Phân tích phổ là một loại lấy kết quả phân tích Modal và liên hệ một phổ đã biết để tính toán phân tích kỹ thuật chuyển vị và ứng suất của mô hình. Phân tích phổ thay thế phân tích thời gian - lịch trình, chủ yếu dùng với kết cấu xác định đối với tải trọng ngẫu nhiên hoặc tình trạng hưởng ứng động lực của tải trọng thay đổi theo thời gian (như địa chấn, tải gió, sóng…). Trong phân tích kết cấu, phân tích phổ thường dùng tính toán kết cấu chịu ảnh hưởng của động đất. Thường dùng nhất là phổ phản ứng địa chấn. Chú ý trước khi phân tích phổ đầu tiên nên tiến hành phân tích Modal. 69

Phân tích phổ hưởng ứng của ANSYS có 3 loại hình: Phổ hưởng ứng điểm đơn (SPRS) và phổ hưởng ứng nhiều điểm (MPRS). Toàn bộ quá trình phân tích phổ hưởng ứng điểm đơn bao gồm mấy bước dưới đây. 1/ Thiết lập mô hình. Chỉ có tuyến tính mới có hiệu quả, đòi hỏi định nghĩa môđun đàn hồi của vật liệu EX và mật độ DENS. 2/ Phân tích Modal. Chú ý chỉ có phương pháp Block, Subspace và Reduced phân tích phổ mới có hiệu quả, khi phân tích Modal đầu tiên không nên tiến hành mở rộng Modal. 3/ Phân tích phổ. Nhập phổ hưởng ứng, có phổ phản ứng của gia tốc, phổ phản ứng chuyển vị, phổ phản ứng tốc độ, phổ phản ứng lực… 4/ Mở rộng Modal. Sau khi mở rộng chấn hình mới có khả năng trong hậu xử lý quan sát kết quả. Thiết lập hạng mục [Expansion pass option] trong hộp thoại [Expansion Pass dialog box] là [Yes], thiết lập hạng mục [Mode Expansion] trong hộp thoại [Mode Analysis Option] là [On], thao tác mở rộng Modal là một quá trình tính toán độc lập. 5/ Hợp nhất Modal. Hợp nhất Modal là một giai đoạn tính toán độc lập, bao gồm: a/ nhập công cụ tính toán; b/ chỉ định loại hình phân tích (phân tích mới, phân tích phổ); c/ lựa chọn phương thức hợp nhất Modal (phương thức tổ hợp của Modal trong quy phạm thiết kế kết cấu quy định lựa chọn phương thức [SRSS], tức là đầu tiên bình phương sau đó khai căn bậc hai); d/ Bắt đầu tính toán; e/ ra khỏi công cụ tính toán. 6/ Quan sát kết quả. Sử dụng POST1 quan sát kết quả. Cuối cùng thu được tổng hưởng ứng của kết cấu, tổng hưởng ứng bao gồm tổng chuyển vị, tổng ứng suất, tổng biến dạng, tổng phản lực tác dụng. Phương thức mệnh lệnh: ANTYPE, SPECTR, NEW Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  New Analysis ] Lựa chọn hạng mục [Spectrum] sau đó nhấn

.

2.4.3 Định nghĩa lựa chọn hạng mục loại hình phân tích Sau khi định nghĩa xong loại hình phân tích, sẽ thiết lập lựa chọn hạng mục phân tích. Cửa sổ lựa chọn hạng mục phân tích của mỗi loại phân tích không giống nhau. (1) Phân tích tĩnh lực. Phương thức mệnh lệnh: EQSLV. Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  Sol’n Controls] Trong lựa chọn hạng mục tính toán, có thể xem menu hiển thị ở hình 3-10.

70

Hình 3-10 Cửa sổ lựa chọn hạng mục tính toán phân tích tĩnh lực Thiết lập trong [Basic] đã cung cấp Số liệu ít nhất cần trong phân tích. Sau khi thiết lập xong trong [Basic] không cần thiết lập trong hạng mục lựa chọn khác, trừ khi cần tiến hành khống chế cao cấp mà cải sửa thiết lập mặc định khác. (2) Phân tích dao động riêng (Modal) Phương thức mệnh lệnh: EQSLV Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  Analysis Options], xuất hiện cửa sổ thiết lập lựa chọn hạng mục phân tích như biểu thị ở hình 3-11.

Hình 3-11 Cửa sổ lựa chọn hạng mục phân tích tính toán Modal

71

Phương pháp phân tích Modal tổng cộng có 7 loại ( Block Lanczos, Subspace, PCG Lanczos, Reduced, Unsymmetric, Damped, QR Damped), 4 phương pháp đầu tiên là những phương pháp thường dùng trong phân tích Modal. Trong tính toán phân tích kết cấu thông thường sử dụng phương pháp phân khối Lanczos và phương pháp không gian con. Ý nghĩa các hạng mục lựa chọn thường dùng như dưới đây. No.of modes to extract (chiết xuất số Modal): Ngoài phương pháp co giảm Reduced, các hạng mục lựa chọn chiết xuất Modal khác đều nhất thiết phải thiết lập. Expand mode shapes ( mở rộng Modal hay không): nếu chuẩn bị sau khi phân tích phổ tiến hành mở rộng Modal, hạng mục lựa chọn nên thiết lập là NO. No.of modes to expand (số Modal mở rộng): hạng mục lựa chọn này chỉ yêu cầu thiết lập khi sử dụng trong phương pháp co giảm Reduced, phương pháp phi đối xứng và phương pháp giảm dần Damped. Calculate elem results (tính toán kết quả phần tử): nếu muốn thu được kết quả tính toán phần tử, nên mở hạng mục này. Incl prestress effects (bao gồm hiệu ứng dự ứng lực hay không): hạng mục này dùng xác định xét đến ảnh hưởng chấn động kết cấu đối với dự ứng lực hay không. Quá trình phân tích mặc định không bao gồm hiệu ứng dự ứng lực, tức là trong kết cấu không có trạng thái dự ứng lực. (3) Phân tích trạng thái đột biến (Transient) Bây giờ lấy phương pháp hoàn toàn trong phân tích động lực học Transient là ví dụ. Phương thức mệnh lệnh: EQSLV Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  Sol’n Controls] xuất hiện cửa sổ hình 3-12, thiết lập hạng mục lựa chọn với phân tích tĩnh tương đồng.

Hình 3-12 Cửa sổ lựa chọn hạng mục tính toán phân tích Transient 72

Trong trang lựa chọn hạng mục [Basic]: 

Khi thiết lập ANTYPE và NLGEOM, nếu tiến hành một phân tích mới song không xét hiệu biến dạng hình lớn (như độ cong lớn, góc xoay lớn, biến dạng lớn), mời lựa chọn [Small Displacement Static]. Nếu mong muốn có độ cong lớn (như uốn cong của thanh mảnh dài) hoặc biến dạng lớn, lựa chọn [Large Displacement Static]. Nếu muốn khởi động một phân tích phi tuyến mới hoặc người sử dụng đã tiến hành phân tích tĩnh hoàn chỉnh mà muốn chỉ định tải trọng khác thì lựa chọn [Restart Current Analysis].

Khi thiết lập AUTOTS, nh ớ nên lựa chọn hạng mục bước tải trọng dựa vào tăng lớn hưởng ứng của kết cấu hoặc độ dài bước tích phân giảm nhỏ. Đối với đại đa số vấn đề, thiết nghĩ mở hạn trên dưới độ dài bước thời gian tự động và độ dài bước thời gian tích phân. Thông qua DELTIM và NSUBST chỉ định hạn trên dưới độ dài bước tích phân, giúp khống chế phạm vi không ổn định độ dài bước thời gian. DELTIM và NSUBST là hạng mục lựa chọn bước tải trọng, do chỉ định độ dài bước thời gian tích phân phân tích Transient. Độ dài bước thời gian tích phân là lượng tăng thời gian trong tích phân thời gian phương trình vận động. Lượng tăng tích phân thời gian có thể chỉ định trực tiếp hoặc gián tiếp (tức là thông qua số bước con). Kích thước của độ dài bước thời gian quyết định độ tinh tính toán. Khi thiết lập OUTERS ghi nhớ: trong phân tích động lực Transient phương pháp hoàn toàn, mặc định chỉ có bước con cuối cùng (điểm thời gian) được viết trong file kết quả, để viết tất cả bước con, nên thiết lập nhập tần số của tất cả bước con. Đồng thời mặc định chỉ có thứ tự kết quả 1000 đủ khả năng viết vào file kết quả, nếu vượt quá số này chương trình báo sai dừng máy. Có thể th ông qua [/CONFIG, NRES] tăng lớn giá trị giới hạn này. Trong trạng lựa chọn hạng mục [Transient]: 

TIMINT là hạng mục lựa chọn bước tải trọng động lực, dùng chỉ định là không mở hiệu ứng tích phân thời gian [TIMINT]. Đối với phân tích cần xét đến quán tính và hiệu ứng tắt dần nên mở hiệu ứng tích phân thời gian (nếu không thì xem như tĩnh lực tiến hành tính toán), vì vậy giá trị mặc định là mở hiệu ứng tích phân thời gian.

ALPHAD và BETAD là hạng mục lựa chọn bước tải trọng động lực, dùng để chỉ định tắt dần. Trong đại đa số kết cấu đều tồn tại tắt dần của loại hình thức nào đó, nên trong phân tích tiến hành suy xét. TINTP là hạng mục lựa chọn bước tải trọng động lực, dùng để chỉ định tham số tích phân Transient. Tham số tích phân Transient khống chế kỹ thuật tích phân thời gian Netmark, giá trị mặc định là sử dụng giá trị bình quân cố định phương pháp tính toán tích phân độ gia tốc. (4) Phân tích phổ 73

Phương thức mệnh lệnh: EQSLV Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  Analysis Options] như biểu thị ở hình 3-13.

Hình 3-13 Lựa chọn hạng mục tính toán phân tích phổ Định nghĩa loại hình phân tích và lựa chọn hạng mục phân tích Single-pt resp (phân tích phổ hưởng ứng điểm đơn) Multi-pt respons (phân tích phổ hưởng ứng nhiều điểm) D.D.A.M (phân tích thiết kế động lực) P.S.D (phân tích mật độ phổ công suất) Phân tích kết cấu thường sử dụng loại thứ nhất phân tích phổ hưởng ứng điểm đơn. Trong phân tích phổ đòi hỏi tiến hành mở rộng Modal, mở rộng Modal phải quay lại trong phân tích Modal tiến hành mở rộng Modal. Phương thức mệnh lệnh: ANTYPE,MODAL,NEW Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  New Analysis] sau đó lựa chọn hạng mục [Modal] cuối cùng nhấn

.

Định nghĩa hạng mục lựa chọn bước tải trọng 1/ Loại hình phổ hưởng ứng Phương thức mệnh lệnh: SVTYPE Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Load Step Opts  Spectrum  Single Point  Settings] Loại hình phổ có thể là chuyển vị, tốc độ, độ gia tốc, lực. Ngoài phổ lực ra tất cả phổ đều là phổ địa chấn, tức là chúng đều là giả định tác dụng trên nền tảng của kết cấu. 2/ Phương hướng kích thích. Phương thức mệnh lệnh: SED 74

Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Load Step Opts  Spectrum  Single Point  Settings] 3/ Đường cong tần suất - giá trị phổ: Phương thức mệnh lệnh: FREQ, SV Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Load Step Opts  Spectrum  Single Point  Freq Table] Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Load Step Opts  Spectrum  Single Point  Spectr Values] 2.4.4 Dành trước kho số liệu Nhấn [SAVE DB] trên thanh công cụ để dành trước kho số liệu, nếu trong quá trình tính toán xuất hiện sai khác, có thể dễ dàng khôi phục số số liệu mô hình. Khi khôi phục mô hình, sử dụng mệnh lệnh dưới đây: Phương thức mệnh lệnh: RESUME Phương thức GUI: [Utility Menu  File  Resume Jobname.db] 2.4.5 Bắt đầu tính toán Đối với phân tích tĩnh lực đơn giản, một lần gia tải có thể tính toán xuất kết quả. Đối với tải trọng động, phương thức gia tải tương đối phức tạp mà còn phải trải qua nhiều lần tính toán mới có khả năng xuất kết quả cuối cùng. Đối với gán tải trọng phức tạp thường sử dụng phương thức nhập mệnh lệnh, phương thức Menu nhập tương đối phức tạp. Dùng phương thức GUI dưới đây để tiến hành phân tích tĩnh lực: Phương thức mệnh lệnh: SOLVE Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] Kiểm tra thông tin tính toán trong cửa sổ, sau khi xác nhận không có sai xót, nhấn trong cửa sổ như hình 3-14.

Hình 3-14 Xác nhận tính toán 2.4.6 Hoàn thành tính toán Phương thức mệnh lệnh: FINISH Phương thức GUI: [Main Menu  Finish] 75

2.5 Hậu xử lý (Kiểm tra kết quả tính toán) Chương trình ANSYS sẽ bảo lưu kết quả tính toán trong file kết quả Jobname.rmg, trong đó bao gồm: (1) Kết quả cơ bản Chuyển vị điểm nút (UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ) (2) Kết quả dẫn xuất  Ứng suất điểm nút và phần tử  Ứng biến điểm nút và phần tử  Lực phần tử  Phản lực điểm nút  … Có thể xem kết quả xử lý trong công cụ hậu xử lý thông dụng POST1 hoặc công cụ hậu xử lý POST26. POST1 dùng quan sát kết quả chỉ định điểm thời gian toàn bộ mô hình ; POST26 dùng quan sát kết quả chỉ định điểm tuỳ thuộc thời gian biến đổi trong mô hình. Khi quan sát kết quả, trong kho Số liệu nhất thiết phải bao gồm với tính toán mô hình tương đồng. Đồng thời file kết quả Jobname.RST cũng nhất thiết phải tồn tại. Phương thức mệnh lệnh: /POST1 Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc] Phương thức mệnh lệnh: /POST26 Phương thức GUI: [Main Menu  TimeHist Postproc] Phương thức kiểm tra Số liệu kết quả như dưới đây: * Đọc dữ liệu từ trong kho file Phương thức mệnh lệnh: RESUME Phương thức GUI: [Utility Menu  File  Resume from] * Đọc tập kết quả thích hợp Dùng bước tải trọng, bước con hoặc thời gian để phân vùng kết quả tập kho số liệu. Nếu giá trị thời gian chỉ định không tồn tại trong kết quả tương ứng, ANSYS có thể sẽ thông qua toàn bộ số liệu thêm giá trị tuyến tính thu được kết quả trên điểm thời gian. Phương thức mệnh lệnh: SET Phương thức GUI: Main Menu  General Postproc  ReadResult  By Load Step] Nếu mô hình không trong kho số liệu nên dùng mệnh lệnh RESUME sau đó lại dùng mệnh lệnh SET hoặc .

76

Muốn quan sát kết quả giải trong file có thể sử dụng LIST. Có thể phân biệt kiểm tra bước gia tải và bước con khác nhau hoặc tập số liệu kết quả với thời gian không giống nhau. Thao tác hậu xử lý thông dụng POST1 chủ yếu có mấy loại dưới đây: 1/ Hiển thị biến hình PLDISP; 2/ Liệt xuất phản lực và phản mômen PRESOL; 3/ Liệt xuất lực và mômen nút PRESOL, F (hoặc M); 4/ Kết quả phần tử đường ETABLE, PLLS; 5/ Hiển thị đường đồng mức PLNSOL, PLESOL; 6/ Hiển thị thất lượng PLVECT; 7/ Hiển thị bảng liệt kê PRNSOL, PRESOL, PRRSOL; 8/ Bảng hiển thị tất cả tần số SET, LIST; 9/ Bảng hiển thị độ tự do chính MIST, ALL; Dưới đây giới thiệu sử dụng POST26. POST26 muốn dùng đến bảng quan hệ kết quả - thời gian, tức là biến lượng. Mỗi một biến lượng đều có một mã tham số, biến lượng số 1 được mặc định là thời gian. * Định nghĩa biến lượng Phương thức mệnh lệnh: NSOL (số liệu cơ bản tức là chuyển vị điểm nút) ESOL (số liệu sinh ra tức là số liệu giải phần tử, như ứng suất) RFORCE (số liệu lực phản tác dụng) FORCE (hợp lực, hoặc phân lượng tĩnh lực của hợp lực, phân lượng giảm dần, phân lượng lực quán tính) SOLU (bước dài thời gian, số lần cân bằng thay thế, tần số hưởng ứng… Phương thức GUI: [Main Menu  TimeHist Postproc  Define Variables] * Vẽ đường cong biến lượng hoặc liệt xuất giá trị biến lượng Thông qua quan sát kết quả lịch trình thời gian điểm quan tâm mô hình hoàn chỉnh, có thể giả định nên dùng công cụ hậu xử lý POST1 tiến một bước điểm thời gian giới hạn xử lý. Phương thức mệnh lệnh: PLVAR (vẽ đường cong biến lượng thay đổi) PLVAR , EXTREM (bảng giá trị biến lượng) Phương thức GUI: [Main Menu  TimeHist Postproc  Graph Variables] [Main Menu  TimeHist Postproc  List Variables] 77

[Main Menu  TimeHist Postproc  List Extremes] POST26 vẫn có thể sử dụng rất nhiều công năng hậu xử lý khác, như trong tiến hành tính toán toán học biến lượng thời gian, giá trị biến lượng chuyển thành tổ số nguyên tố, cuối cùng số tổ nguyên tố chuyển thành biến lượng…

3. VÍ DỤ 1– PHÂN TÍCH HƯỞNG ỨNG ĐỊA CHẤN KẾT CẤU KHUNG THÉP Trong ví dụ này tiến hành phân tích hưởng ứng địa chấn một kết cấu khung 3 tầng hai nhịp đơn giản, phân biệt sử dụng phương thức GUI và phương thức mệnh lệnh. 3.1 Tóm tắt vấn đề Có một kết cấu dầm bản nào đó, tính toán tình trạng hưởng ứng của toàn bộ kết cấu dưới tác dụng của phổ hưởng ứng chuyển vị địa chấn theo phương Y, kích thước cơ bản hình chiếu đứng và chiếu cạnh của kết cấu dầm bản cho ở hình 3-15, phổ địa chấn cho ở bảng 3-2, số liệu khác cho ở dưới đây.

Hình 3-15 Kích thước kết cấu khung thép Bảng 3-2 Bảng giá trị tuần suất – phổ Phổ hưởng ứng Tần suất (Hz)

Chuyển vị (10-3m)

0.5

1.0

1.0

0.5

2.4

0.9

3.8

0.8

17

1.2

18

0.75

20

0.86

32

0.2

78

1. Vật liệu là thép A3, môđun đàn hồi EX=2e11 N/m2, hệ số Poisson PRXY=0.3, mật độ DENS =7.8e3 kg/m3. 2. Chiều dày bản vỏ 2e-3 m. 3. Tính chất hình học thanh: diện tích mặt cắt 1.6e-5 m2, mômen quán tính 64/3e-13 m4, bề rộng 4e-3m, chiều cao 4e-3m. 3.2 Phương pháp thao tác GUI 3.2.1 Thiết lập môi trường vật lý (1) Thanh lọc giới hạn màn hình đồ hoạ Từ Menu [Main Menu  Preference] xuất hiện cửa sổ [Preferences for GUI Filtering], nhấn lựa chọn hạng mục [Structural]. (2) Định nghĩa tiêu đề công việc Từ [Utility Menu  File  Change Title] xuất hiện cửa sổ [Change title], nhập tên công việc [Phan tich huong ung dia chan] như hình 3-16, sau đó nhấn

.

Hình 3-16 Định nghĩa tiêu đề công việc (3) Định nghĩa loại hình phần tử Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete] xuất hiện cửa sổ [Element Types], nhấn xuất hiện cửa sổ [Library of Element Types] như hình 3-17. Trong cửa sổ bên trái lựa chọn [Structural Shell] tương ứng bên phải lựa chọn [Elastic 4node 63], nhấn hoàn thành định nghĩa phần tử SHELL63, tiếp tục trong cửa sổ bên trái hình 3-17 lựa chọn [Structural Beam] tương ứng bên phải lựa chọn [3D elastic 4] nhấn cùng nhấn

hoàn thành định nghĩa phần tử BEAM4 như hình 3-18. Cuối đóng cửa sổ [Element Types].

Hình 3-17 Kho lựa chọn loại hình phần tử

Hình 3-18 Loại hình phần tử

(4) Định nghĩa hằng số thực phần tử 79

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Real Constants  Add/Edit/Delete] xuất hiện cửa sổ [Real Constants], nhấn

xuất hiện cửa sổ [Element Type for R…] như

hình 3-19, lựa chọn [Type 1 SHELL63] sau đó nhấn

tiếp tục xuất hiện cửa sổ

[Real Constants Set Number 1], nhập giá trị [2e-3] tại vị trí TK(I) sau đó nhấn Tiếp tục nhấn

.

để thiết lập hằng số thực 2, trong cửa sổ [Element Type for R…]

lựa chọn [Type 2 BEAM4] sau đó nhấn , trong cửa sổ [Real Constants Set Number 2, for BEAM4] lần lượt nhập các giá trị như trong hình 3-20, nhập xong nhấn . Cuối cùng nhấn

Hình 3-19 Lựa chọn phần tử

đóng cửa sổ khai báo hằng số thực.

Hình 3-20 Định nghĩa hằng số thực

(5) Chỉ định thuộc tính vật liệu Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Material Props  Material Models] xuất hiện cửa sổ [Define Material Model Behavior], trong cửa sổ bên phải nhấn đúp theo đường dẫn [Structural  Linear  Elastic  Isotropic] xuất hiện cửa sổ [Linear Isotropic Properties for Material Number 1] như hình 3-21, trong cửa sổ nhập giá trị EX là [2E11], nhập giá trị PRXY là [0.3], nhấn đóng cửa sổ khai báo. Tiếp tục trong cửa sổ [Define Material Model Behavior] nhấn đúp vào [Density] xuất hiện cửa sổ [Density for Material Number 1] như hình 3-22, trong cửa sổ nhập giá trị DENS là [7800], nhấn đóng cửa sổ khai báo. Cuối cùng đóng cửa sổ [Define Material Model Behavior] như hình 3-23.

80

Hình 3-21 Nhập giá trị E,  cho mô hình

Hình 3-22 Nhập giá trị mật độ vật liệu

Hình 3-23 Định nghĩa thuộc tính vật liệu 3.2.2 Thiết lập mô hình phần tử hữu hạn (1) Thiết lập cột khung Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Keypoint  In Active CS] xuất hiện cửa sổ [Create Keypoints in Active Coordinate System], trong [X, Y, X Location in active CS] nhập giá trị toạ độ [0, 0, 0] sau đó nhấn . Tiếp tục như vậy trong [X, Y, X Location in active CS] nhập các giá trị toạ độ [0, 0.6, 0], [0, 1.2, 0], [0, 1.8, 0] cuối cùng nhấn

biểu thị như hình 3-24.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Lines  Straight line] dùng chuột lựa chọn điểm điểm đặc trưng 1 và 2, điểm 2 và 3, điểm 3 và 4 để tạo ba đường thẳng L1, L2 và L3 sau đó nhấn

biểu thị như hình 3-25.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Meshing  Mesh Attributes  Default Attribs] xuất hiện cửa sổ [Meshing Attributes], trong [TYPE] lựa chọn [2 BEAM4], trong [MAT] lựa chọn [1], trong [REAL] lựa chọn [2] , nhấn [Meshing Attributes].

đóng cửa sổ

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Meshing  Size Cntrls  ManualSize  Lines  All Lines] xuất hiện cửa sổ [Element Sizes on All Selected Lines], trong [NDIV] nhập giá trị [6] sau đó nhấn

như hình 3-26. 81

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Meshing  Mesh  Lines] nhấn [Pick All]. Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Copy  Lines] nhấn [Pick All] xuất hiện cửa sổ [Copy Lines], trong [ITIME] nhập giá trị [2], trong [DZ] nhập giá trị [0.5] sau đó nhấn

. Tiếp tục nhấn [Pick All] xuất hiện cửa sổ [Copy Lines], trong

[ITIME] nhập giá trị [3], trong [DX] nhập giá trị [0.5], cuối cùng nhấn như hình 3-27.

Hình 3-24 Thiết lập điểm đặc trưng

Hình 3-26 Sao chép điểm

biểu thị

Hình 3-25 Vẽ đường thẳng

Hình 3-27 Mô hình cột khung

(2) Thiết lập bản sàn Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Areas  Arbitrary  Through KPs] lựa chọn lần lượt các tiếp điểm 2, 6, 14, 10 sau đó nhấn được một phần diện tích. Thực hiện [Main Menu  Preprocessor  Meshing  Mesh Attributes All Areas], trong [MAT] lựa chọn [1], trong [REAL] lựa chọn [1], trong [TYPE] lựa chọn [1 SHELL63] sau đó nhấn

.

Thực hiện [Main Menu  Preprocessor  Meshing  Size Cntrls  ManualSize  Lines  Picked Lines] chọn đường 20 và 22 sau đó nhấn nhập giá trị [5], nhấn

, trong [NDIV]

đóng cửa sổ khai báo. 82

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Meshing  Mesh  Mapped  3 or 4 sided] xuất hiện cửa sổ lựa chọn, dùng chuột lựa chọn mặt 1, sau đó nhấn biểu thị ở hình 3-28.

như

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Copy  Areas] lựa chọn mặt 1 sau đó nhấn

xuất hiện cửa sổ [Copy Areas], trong [ITIME] nhập giá trị

[2], trong [DX] nhập giá trị [0.5] sau đó nhấn . Tiếp tục nhấn [Pick All] xuất hiện cửa sổ [Copy Areas], trong [ITIME] nhập giá trị [3], trong [DY] nhập giá trị [0.6], cuối cùng nhấn

, kết quả biểu thị như hình 3-29.

Hình 3-28 Phân chia phần tử

Hình 3-29 Kết cấu sau khi phân chia phần tử

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Numbering Ctrls  Merge Items] xuất hiện cửa sổ [Merge Coincident or Equivalently Defined Items], trong [Label] lựa chọn [All] sau đó nhấn

đóng cửa sổ như hình 3-30.

Hình 3-30 Hợp nhất trùng hợp tiếp điểm và phần tử Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Numbering Ctrls  Compress Number] xuất hiện cửa sổ [Compress Numbers], trong [Label] lựa chọn [All] sau đó nhấn đóng cửa sổ [Compress Numbers]. (3) Gán ràng buộc chuyển vị Giả thiết chân cột kết cấu ngàm cố định vào nền. 83

Từ Menu [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Displacement  On Nodes] xuất hiện cửa sổ lựa chọn điểm nút, dùng chuột lựa chọn 6 điểm chân cột sau đó nhấn xuất hiện cửa sổ [Apply U, ROT on Nodes], trong [DOFs to be constrained] lựa chọn [All DOF], trong [Apply as] lựa chọn [Constant value], trong [Displacement value] nhập giá trị [0] như hình 3-31, cuối cùng nhấn đóng cửa sổ khai báo. Kết quả gán ràng buộc cho mô hình được cho ở hình 332.

Hình 3-31 Ràng buộc độ tự do điểm nút

Hình 3-32 Mô hình sau khi gán ràng buộc

3.2.3 Tính toán Modal (1) Lựa chọn loại hình phân tích Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis  New Analysis] xuất hiện cửa sổ [New Analysis], trong [Type of analysis] nhấn lựa chọn [Modal], sau đó nhấn

.

(2) Lựa chọn loại hình phân tích Modal Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis  Analysis Options] xuất hiện cửa sổ [Modal Analysis], trong [MODOPT] lựa chọn [Subspace], trong [No. of modes to extract] nhập giá trị [10], trong [MXPAND] nhấn lựa chọn [No] sau đó nhấn như hình 3-33. Sau khi nhấn

tiếp tục xuất hiện cửa sổ [Subspace Modal

Analysis], trong [FREQE] nhập giá trị [1000] như hình 3-34, chọn sổ khai báo.

để đóng cửa

84

Hình 3-33 Lựa chọn loại hình phân tích Modal

Hình 3-34 Thiết lập không gian phân tích Modal 3.2.3 Bắt đầu tính toán Từ Menu [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] xuất hiện hai cửa sổ [/STATUS Command] và [Solve Curent Load Step] tóm tắt toàn bộ các thông tin trước khi tính toán. Nhấn để bắt đầu quá trình tính toán. Sau khi kết thúc tính toán, đóng cửa sổ [Solution is done]. 3.2.4 Tính toán phổ (1) Lựa chọn loại hình phân tích 85

Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis  New Analysis] xuất hiện cửa sổ [New Analysis], trong [Type of analysis] nhấn lựa chọn [Spectrum], sau đó nhấn . (2) Lựa chọn loại hình phân tích phổ Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis  Analysis Options] xuất hiện cửa sổ [Spectrum Analysis], trong [SPOPT] lựa chọn [Single-pt resp], trong [NMODE] nhập giá trị [10], trong [Elcalc] chỉ định là [Yes] như hình 3-35, sau đó nhấn

.

Hình 3-35 Lựa chọn loại hình phổ (3) Thiết lập phổ phản ứng Từ Menu [Main Menu  Solution  Load Step Opts  Spectrum  Single Point  Setting] xuất hiện cửa sổ [Setting for Single-Point Response Spectrum], trong [SVTYP] lựa chọn [Seismic displac], trong [SED] nhập giá trị [0, 0, 1] như hình 3-36, nhấn

đóng cửa sổ khai báo.

Hình 3-36 Thiết lập phổ 86

Từ Menu [Main Menu  Solution  Load Step Opts  Spectrum  Single Point  Freq Table] xuất hiện bảng nhập giá trị tần số, nhập lần lượt giá trị tần số được cho ở trong bảng 3-2 như hình 3-37, sau khi nhập xong nhấn

đóng cửa sổ khai báo.

Hình 3-37 Bảng nhập giá trị tần số Từ Menu [Main Menu  Solution  Load Step Opts  Spectrum  Single Point  Spectr Values] xuất hiện cửa sổ [Spectrum Values – Damping ratio] nhấn nhận giá trị mặc định. Sau khi nhập các giá trị phổ tương ứng với tần số tiếp tục nhấn như hình 3-38.

Hình 3-38 Bảng nhập giá trị phổ

87

Từ Menu [Main Menu  Solution  Load Step Opts  Spectrum  Single Point  Show Status] xuất hiện bảng quan hệ giá trị tần số - phổ, sau khi kiểm tra không có sai xót đóng cửa sổ. (4) Bắt đầu tính toán Từ Menu [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] xuất hiện hai cửa sổ [/STATUS Command] và [Solve Curent Load Step] tóm tắt toàn bộ các thông tin trước khi tính toán. Nhấn để bắt đầu quá trình tính toán. Sau khi kết thúc tính toán, đóng cửa sổ [Solution is done]. 3.2.5 Tính toán mở rộng Modal (1) Lựa chọn loại hình phân tích Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis  New Analysis] xuất hiện cửa sổ [New Analysis], trong [Type of analysis] nhấn lựa chọn [Modal], sau đó nhấn

.

Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis  ExpansionPass] xuất hiện cửa sổ [Expansion Pass], trong [EXPASS] nhấn lựa chọn [On] như hình 3-39 sau đó nhấn .

Hình 3-39 Cửa sổ khai báo [Expansion Pass] (2) Thiết lập mở rộng Modal Từ Menu [Main Menu  Solution  Load Step Opts  ExpansionPass  Single Expand  Expand Modes] xuất hiện cửa sổ [Expand Modes], trong [NMODE] nhập giá trị [10], trong [SIGNIF] nhập giá trị [0.005], trong [Elcalc] nhấn lựa chọn [Yes] như hình 3-40 sau đó nhấn

.

Hình 3-40 Thiết lập mở rộng Modal (3) Bắt đầu tính toán 88

Từ Menu [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] xuất hiện hai cửa sổ [/STATUS Command] và [Solve Curent Load Step] tóm tắt toàn bộ các thông tin trước khi tính toán. Nhấn để bắt đầu quá trình tính toán. Sau khi kết thúc tính toán, đóng cửa sổ [Solution is done]. 3.2.6 Chồng chất Modal (1) Lựa chọn loại hình phân tích Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis  New Analysis] xuất hiện cửa sổ [New Analysis], trong [Type of analysis] nhấn lựa chọn [Spectrum], sau đó nhấn . Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis  Analysis Options] xuất hiện cửa sổ [Spectrum Analysis] nhấn

nhận giá trị mặc định như hình 3-41.

Hình 3-41 Lựa chọn loại hình phổ (2) Chồng chất Modal Từ Menu [Main Menu  Solution  Load Step Opts  Spectrum  Single Point  Mode Combine] xuất hiện cửa sổ [Mode Combination Methods], lựa chọn phương pháp [SRSS], trong [SIGNIF] nhập giá trị [0.15], trong [LABEL] lựa chọn [Displacement] như hình 3-42, cuối cùng nhấn

.

Hình 3-42 Thiết lập hợp nhất Modal (3) Bắt đầu tính toán 89

Từ Menu [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] xuất hiện hai cửa sổ [/STATUS Command] và [Solve Curent Load Step] tóm tắt toàn bộ các thông tin trước khi tính toán. Nhấn để bắt đầu quá trình tính toán. Sau khi kết thúc tính toán, đóng cửa sổ [Solution is done]. 3.2.7 Kiểm tra kết quả (1) Kiểm tra bảng liệt kê SET Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Results Summary] xuất hiện bảng liệt kê SET như hình 3-43, sau khi xem xong đóng cửa sổ.

Hình 3-43 Bảng kết quả mệnh lệnh SET (2) Đọc file kết quả Từ Menu [Utility Menu  File  Read Input from] xuất hiện cửa sổ [Read File], trong khung cửa sổ bên trái lựa chọn tên file [Jobname.mcom] sau đó nhấn

.

(3) Bảng hiển thị kết quả điểm nút Thực hiện [Main Menu  General Postproc  List Results  Nodal Solution], trong [List Nodal Solution] lựa chọn [Nodal Solution  DOF Solution  Displacement vector sum] tiếp theo nhấn khi xem xong đóng cửa sổ.

sẽ xuất hiện bảng liệt kê chuyển vị điểm nút, sau

(4) Bảng hiển thị kết quả phần tử Thực hiện [Main Menu  General Postproc  List Results  Element Solution], trong [List Element Solution] lựa chọn [Element Solution  Line Element Results  Element Results] tiếp theo nhấn khi xem xong đóng cửa sổ.

sẽ xuất hiện bảng liệt kê kết quả phần tử, sau

(5) Bảng hiển thị phản lực

90

Thực hiện [Main Menu  General Postproc  List Results  Reaction Solu], trong [List Reaction Solution] lựa chọn [All items] tiếp theo nhấn sẽ xuất hiện bảng liệt kê phản lực điểm nút bị ràng buộc, sau khi xem xong đóng cửa sổ. 3.2.8 Bảo lưu và thoát khỏi chương trình Nhấn [Quit] trên thanh công cụ xuất hiện cửa sổ [Exit from ANSYS], sau khi lựa chọn một phương thức bảo lưu nhấn

để thoát khỏi chương trình.

3.3 Phương pháp thực hiện mệnh lệnh /TITLE,Phan tich huong ung dia chan /COM,Structural /PREP7 ET,1,SHELL63 ET,2,BEAM4 R,1,0.002 R,2,1.6E-5,2.1333E-11,2.1333E-11,4E-3,4E-3 MP,EX,1,2E11 MP,PRXY,1,0.3 MP,DENS,1,7.8E3

K,1,0,0,0 K,2,0,0.6,0 K,3,0,1.2,0 K,4,0,1.8,0 LSTR,1,2 LSTR,2,3 LSTR,3,4 TYPE,2 MAT,1 REAL,2 ESYS,0 LESIZE,ALL,,,6,1, LMESH,ALL LGEN,2,ALL,,,,,0.5,,0 LGEN,3,ALL,,,0.5,,,,0

91

LSEL,ALL

A,2,6,14,10 TYPE,1 MAT,1 REAL,1 ESYS,0 ALLSEL,BELOW,AREA LSEL,U,LOC,X,0 LSEL,U,LOC,X,0.5 LESIZE,ALL,,,5,1 AMESH,1

AGEN,2,1,,,0.5 AGEN,3,ALL,,,,0.6 ALLSEL,ALL

NUMMRG,ALL,,, NUMCMP,ALL

NSEL,R,LOC,Y,0 D,ALL,,,,,,ALL ALLSEL,ALL

EPLOT FINISH

/SOLU ANTYPE,MODAL MODOPT,SUBSP,10 SOLVE FINISH

/SOLU 92

ANTYPE,SPECTR SPOPT,SPPS,10,YES SVTYP,3 SED,,1 FREQ,0.5,1.0,2.4,3.8,17,18,20,32 SV,0.1,1E-3,0.5E-3,0.9E-3,0.8E-3,1.2E-3,0.75E-3,0.86E-3,0.2E-3 SOLVE FINISH

/SOLU ANTYPE,MODAL EXPASS,ON MXPAND,10,,,YES,0.005 SOLVE FINISH

/SOLU ANTYPE,SPECTR SRSS,0.15,DISP SOLVE FINISH

/POST1 SET,LIST /INPUT,,mcom PRNSOL,DOF PRRSOL,ELEM PRRSOL,F FINISH

!/EXIT,ALL

4. VÍ DỤ 2 – THIẾT LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG KẾT CẤU KHUNG

93

Trong ví dụ này tiến hành phân tích xây dựng mô phỏng chân thực một kết cấu khung không gian, phân biệt sử dụng phương thức GUI và phương thức mệnh lệnh. 4.1 Tóm tắt vấn đề Kích thước hình chiếu bằng, chiếu đứng và chiếu cạnh kết cấu khung cho ở hình 344. Chiều dày bản sàn là 200mm, mặt cắt ngang cột 0.5m*0.5m, mặt cắt ngang dầm 0.3m*0.6m.

Hình 3-44 Kích thước kết cấu khung 4.2 Phương pháp thao tác GUI 4.2.1 Thiết lập môi trường vật lý (1) Thanh lọc giới hạn màn hình đồ hoạ Từ Menu [Main Menu  Preference] xuất hiện cửa sổ [Preferences for GUI Filtering], nhấn lựa chọn hạng mục [Structural]. (2) Định nghĩa tiêu đề công việc Từ [Utility Menu  File  Change Title] xuất hiện cửa sổ [Change title], nhập tên công việc [Phan tich ket cau khung], sau đó nhấn

.

(3) Định nghĩa loại hình phần tử Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete] xuất hiện cửa sổ [Element Types], nhấn xuất hiện cửa sổ [Library of Element Types]. Trong cửa sổ bên trái lựa chọn [Structural Solid] tương ứng bên phải lựa chọn [Brick 8node45], nhấn hoàn thành định nghĩa phần tử SOLID45, nhấn cửa sổ [Element Types].

đóng

(4) Định nghĩa hằng số thực phần tử

94

Do phần tử SOLID không có hằng số thực vì vậy không cần định nghĩa hằng số thực. (5) Chỉ định thuộc tính vật liệu Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Material Props  Material Models] xuất hiện cửa sổ [Define Material Model Behavior] như hình 3-45, trong cửa sổ bên phải nhấn đúp theo đường dẫn [Structural  Linear  Elastic  Isotropic] xuất hiện cửa sổ [Linear Isotropic Properties for Material Number 1] như hình 3-46, trong cửa sổ nhập giá trị EX là [3E10], nhập giá trị PRXY là [0.2], nhấn đóng cửa sổ khai báo. Tiếp tục trong cửa sổ hình 3-45 nhấn đúp vào [Density] xuất hiện cửa sổ [Density for Material Number 1] như hình 3-47, trong cửa sổ nhập giá trị DENS là [2500], nhấn cửa sổ khai báo.

đóng

Hình 3-45 Cửa sổ định nghĩa thuộc tính vật liệu

Hình 3-46 Nhập giá trị E,  cho mô hình

Hình 3-47 Nhập giá trị mật độ vật liệu

4.2.2 Thiết lập mô hình thực thể (1) Thiết lập cột trong khung Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Keypoint  In Active CS] xuất hiện cửa sổ [Create Keypoints in Active Coordinate System], trong [NPT Keypoint number] nhập giá trị [1], trong [X, Y, X Location in active CS] nhập giá trị toạ độ [1.25, 0, 0.25] sau đó nhấn , tạo được điểm đặc trưng 1. Tiếp tục như vậy trong [NPT Keypoint number] nhập các giá trị [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8] tương 95

ứng trong [X, Y, X Location in active CS] nhập các giá trị toạ độ [1.25, 0, -0.25], [0.75, 0, 0.25], [0.75, 0, -0.25], [1.25, 12, 0.25], [1.25, 12, -0.25], [0.75, 12, 0.25], [0.75, 12, -0.25]cuối cùng nhấn

.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Volumes  Arbitrary  Throught KPs] lần lượt lựa chọn các điểm đặc trưng 1, 2, 4, 3, 5, 6, 8, 7 sau đó nhấn

được một cột như hình vẽ 3-48.

Hình 3-48 Mô hình kết cấu một cột trong khung Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Copy  Volumes] lựa chọn cột vừa thành lập sau đó nhấn

xuất hiện cửa sổ [Copy Volumes], trong [ITIME]

nhập giá trị [2], trong [DX] nhập giá trị [6] như hình 3-49 sau đó nhấn

.

Hình 3-49 Sao chép cột Tiếp tục nhấn [Pick All] lại xuất hiện cửa sổ [Copy Volumes], trong [ITIME] nhập giá trị [5], trong [DZ] nhập giá trị [5] sau đó nhấn

.

96

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Reflect  Volumes] nhấn [Pick All] xuất hiện cửa sổ [Reflect Volumes], trong [VSYMM] lựa chọn [Y-Z plane] như hình 3-50 sau đó nhấn

.

Kết quả tạo tất cả cột trong khung như ở hình 3-51.

Hình 3-50 Thiết lập đối xứng

Hình 3-51 Cột trong khung

(2) Thiết lập dầm ngang Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Keypoint  In Active CS] xuất hiện cửa sổ [Create Keypoints in Active Coordinate System], trong [X, Y, X Location in active CS] nhập giá trị toạ độ của 8 điểm đặc trưng lần lượt là [0.75, 3.4, -0.11], [0.75, 3.4, 0.11], [0.75, 4, 0.11], [0.75, 4, -0.11], [-0.75, 3.4, -0.11], [-0.75, 3.4, 0.11], [-0.75, 4, 0.11], [-0.75, 4, -0.11], sau đó nhấn

.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Volumes  Arbitrary  Throught KPs] lần lượt lựa chọn các điểm đặc trưng 161, 162, 163, 164, 165, 166, 167, 168 sau đó nhấn

thành lập được một đoạn dầm ngang.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Copy  Volumes] lựa chọn dầm số 21 vừa thành lập sau đó nhấn

xuất hiện cửa sổ [Copy Volumes], trong

[ITIME] nhập giá trị [5], trong [DZ] nhập giá trị [5] sau đó nhấn

.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Keypoint  In Active CS] xuất hiện cửa sổ [Create Keypoints in Active Coordinate System], trong [X, Y, X Location in active CS] nhập giá trị toạ độ của 8 điểm đặc trưng lần lượt là [1.25, 3.4, -0.11], [1.25, 3.4, 0.11], [1.25, 4, 0.11], [1.25, 4, -0.11], [6.75, 3.4, -0.11], [6.75, 3.4, 0.11], [6.75, 4, 0.11], [6.75, 4, -0.11], sau đó nhấn

.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Volumes  Arbitrary  Throught KPs] lần lượt lựa chọn các điểm đặc trưng 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208 sau đó nhấn

thành lập được một dầm ngang.

97

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Copy  Volumes] lựa chọn dầm số 26 vừa thành lập sau đó nhấn

xuất hiện cửa sổ [Copy Volumes], trong

[ITIME] nhập giá trị [5], trong [DZ] nhập giá trị [5] sau đó nhấn

.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Reflect  Volumes] lựa chọn dầm 26 đến 30 xuất hiện cửa sổ [Reflect Volumes], trong [VSYMM] lựa chọn [Y-Z plane] sau đó nhấn

.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Copy  Volumes] lựa chọn dầm số 21 đến 35 sau đó nhấn

xuất hiện cửa sổ [Copy Volumes], trong [ITIME]

nhập giá trị [3], trong [DY] nhập giá trị [4] sau đó nhấn

.

Kết quả cho ở hình 3-52.

Hình 3-52 Một bộ phận dầm ngang và cột trong khung Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Keypoint  In Active CS] xuất hiện cửa sổ [Create Keypoints in Active Coordinate System], trong [X, Y, X Location in active CS] nhập giá trị toạ độ của 8 điểm đặc trưng lần lượt là [0.89, 3.4, 0.25], [1.11, 3.4, 0.25], [1.11, 4, 0.25], [0.89, 4, 0.25], [0.89, 3.4, 4.75], [1.11, 3.4, 4.75], [1.11, 4, 4.75], [0.89, 4, 4.75], sau đó nhấn

.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Volumes  Arbitrary  Throught KPs] lần lượt lựa chọn các điểm đặc trưng 521, 522, 523, 524, 525, 526, 527, 528 sau đó nhấn

thành lập dầm ngang.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Copy  Volumes] lựa chọn dầm số 66 vừa thành lập sau đó nhấn

xuất hiện cửa sổ [Copy Volumes], trong

[ITIME] nhập giá trị [4], trong [DZ] nhập giá trị [5] sau đó nhấn

.

98

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Copy  Volumes] lựa chọn dầm số 66 đến 69 sau đó nhấn

xuất hiện cửa sổ [Copy Volumes], trong [ITIME]

nhập giá trị [2], trong [DX] nhập giá trị [6] sau đó nhấn

.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Reflect  Volumes] lựa chọn dầm 66 đến 73 xuất hiện cửa sổ [Reflect Volumes], trong [VSYMM] lựa chọn [Y-Z plane] sau đó nhấn

.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Copy  Volumes] lựa chọn dầm số 66 đến 81 sau đó nhấn

xuất hiện cửa sổ [Copy Volumes], trong [ITIME]

nhập giá trị [3], trong [DY] nhập giá trị [4] sau đó nhấn

.

Kết quả cuối cùng cho ở hình 3-53.

Hình 3-53 Kết cấu dầm ngang và cột trong khung (3) Thiết lập bản mặt Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Keypoint  In Active CS] xuất hiện cửa sổ [Create Keypoints in Active Coordinate System], trong [X, Y, X Location in active CS] nhập giá trị toạ độ của 8 điểm đặc trưng lần lượt là [-7.25, 3.8, -0.25], [-7.25, 3.8, 20.25], [7.25, 3.8, 20.25], [7.25, 3.8, -0.25], [-7.25, 4, -0.25], [7.25, 4, 20.25], [7.25, 4, 20.25], [7.25, 4, -0.25]sau đó nhấn

.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Volumes  Arbitrary  Throught KPs] lần lượt lựa chọn các điểm đặc trưng 905, 906, 907, 908, 909, 910, 911, 912 sau đó nhấn

thành lập một bản mặt sàn.

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Copy  Volumes] lựa chọn bản mặt sàn 114 vừa tạo sau đó nhấn

xuất hiện cửa sổ [Copy Volumes], trong

[ITIME] nhập giá trị [3], trong [DY] nhập giá trị [4] sau đó nhấn

.

99

(4) Nối tiếp khối hình học Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Operate  Booleans  Overlap  Volumes] sau đó nhấn [Pick All]. Kết quả mô hình hình học kết cấu khung cho ở hình 3-54.

Hình 3-54 Mô hình thực thể kết cấu khung 4.2.3 Phân chia phần tử (1) Định nghĩa thuộc tính phần tử Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Meshing  Mesh Attributes  Default Attribs] xuất hiện cửa sổ [Meshing Attributes], trong [TYPE] lựa chọn [1 SOLID45], trong [MAT] lựa chọn [1] như hình 3-55, nhấn Attributes].

đóng cửa sổ [Meshing

Hình 3-55 Lựa chọn thuộc tính phần tử (2) Khống chế kích thước mạng lưới

100

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Meshing  Size Cntrls  ManualSize  Lines  All Lines] xuất hiện cửa sổ [Element Sizes on All Selected Lines], trong [SIZE] nhập giá trị [1] biểu thị mỗi đường thẳng đều bị chia thành các đoạn có chiều dài 1m, sau đó nhấn

.

(3) Phân chia phần tử Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Meshing  Mesh  Volumes  Free] sau đó nhấn [Pick All] bắt đầu phân chia phần tử, sau khi phân chia phần tử được kết quả như hình 3-56.

Hình 3-56 Mô hình phần tử hữu hạn kết cấu khung 4.2.4 Gán tải trọng (1) Ràng buộc chuyển vị Từ Menu [Utility Menu  Select  Entities] xuất hiện cửa sổ [Select Entities] như hình 3-57, sau khi lựa chọn cụ thể như hình vẽ nhấn

.

Từ Menu [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Displacement  On Areas] nhấn [Pick All] xuất hiện cửa sổ [Apply U, ROT on Areas] như hình 3-58, trong [DOFs to be constrained] lựa chọn [All DOF], trong [Apply as] lựa chọn [Constant value], trong [Displacement value] nhập giá trị [0], cuối cùng nhấn đóng cửa sổ khai báo.

101

Hình 3-57 Lựa chọn mặt

Hình 3-58 Gán ràng buộc chuyển vị

Thực hiện [Utility Menu  Select  Everything] để lựa chọn tất cả thực thể. (2) Gán gia tốc trọng trường Từ Menu [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Inertia  Gravity  Grobal] xuất hiện cửa sổ [Apply (Gravitational) Acceleration], trong [Global Cartesian Y - comp] nhập giá trị gia tốc trọng trường [9.8] sau đó nhấn hoàn thành gán gia tốc trọng trường. 4.2.5 Tính toán tĩnh lực (1) Lựa chọn loại hình phân tích Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis  New Analysis] xuất hiện cửa sổ [New Analysis], trong [Type of analysis] nhấn lựa chọn [Static], sau đó nhấn

.

(2) Bắt đầu tính toán Từ Menu [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] xuất hiện hai cửa sổ [/STATUS Command] và [Solve Curent Load Step] tóm tắt toàn bộ các thông tin trước khi tính toán. Nhấn để bắt đầu quá trình tính toán. Sau khi kết thúc tính toán, đóng cửa sổ [Solution is done]. 4.2.6 Kiểm tra kết quả tính toán (1) Hiển thị phổ chuyển vị Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Contour Plot  Nodal Solu] xuất hiện cửa sổ [Contour Nodal Solution Data], dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  Displacement vector sum] sau đó lại nhấn sẽ được phổ chuyển vị tổng như hình 3-59.

102

Hình 3-59 Phổ chuyển vị kết cấu (2) Hiển thị phổ ứng suất chính Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Contour Plot  Nodal Solu] xuất hiện cửa sổ [Contour Nodal Solution Data], dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Stress  3rd Principal stress] sau đó lại nhấn ứng suất chính thứ 3 như hình 3-60.

sẽ được phổ

Hình 3-60 Phổ ứng suất chính S3 của kết cấu Độc giả có thể căn cứ yêu cầu trong quá trình hậu xử lý để hiển thị hoặc liệt kê các kết quả khác, phần này sẽ không giới thiệu lại. 4.2.7 Bảo lưu và thoát khỏi chương trình Nhấn [Quit] trên thanh công cụ xuất hiện cửa sổ [Exit from ANSYS], sau khi lựa chọn một phương thức bảo lưu nhấn

để thoát khỏi chương trình.

103

4.3 Phương pháp thực hiện mệnh lệnh /BATCH /TITLE, Phan tich ket cau khung /COM, Structural

!Lựa chọn loại hình phân tích là phân tích kết cấu

/PREP7

!Tiền xử lý

ET,1,SOLID45

!Định nghĩa loại hình phần tử số 1

MP,EX,1,3E10

!Định nghĩa thuộc tính môđun đàn hồi vật liệu 1

MP,DENS,1,2500

!Định nghĩa thuộc tính mật độ vật liệu 1

MP,PRXY,1,0.2

!Định nghĩa hệ số Poisson vật liệu 1

K,1,1.25,0,0.25

!Định nghĩa điểm đặc trưng

K,2,1.25,0,-0.25 K,3,0.75,0,0.25 K,4,0.75,0,-0.25 K,5,1.25,12,0.25 K,6,1.25,12,-0.25 K,7,0.75,12,0.25 K,8,0.75,12,-0.25 V,1,2,4,3,5,6,8,7

!Thiết lập khối cột

VGEN,2,ALL,,,6,,,,0

!Sao chép khối

VGEN,5,ALL,,,,,5,,0 VSYMM,X,ALL,,,,0,0

!Đối xứng khối

K,,0.75,3.4,-0.11

!Định nghĩa điểm đặc trưng

K,,0.75,3.4,0.11 K,,0.75,4,0.11 K,,0.75,4,-0.11 K,,-0.75,3.4,-0.11 K,,-0.75,3.4,0.11 K,,-0.75,4,0.11 K,,-0.75,4,-0.11 V,161,162,163,164,165,166,167,168 !Thiết lập khối dầm VGEN,5,21,,,,,5,,0

!Sao chép khối

104

K,,1.25,3.4,-0.11

!Định nghĩa điểm đặc trưng

K,,1.25,3.4,0.11 K,,1.25,4,0.11 K,,1.25,4,-0.11 K,,6.75,3.4,-0.11 K,,6.75,3.4,0.11 K,,6.75,4,0.11 K,,6.75,4,-0.11 V,201,202,203,204,205,206,207,208 !Thiết lập khối dầm VGEN,5,26,,,,,5,,0

!Sao chép khối

VSYMM,X,26,30,,,0,0

!Đối xứng khối

VGEN,3,21,35,,,4,,,0

!Sao chép khối

K,,0.89,3.4,0.25

!Định nghĩa điểm đặc trưng

K,,1.11,3.4,0.25 K,,1.11,4,0.25 K,,0.89,4,0.25 K,,0.89,3.4,4.75 K,,1.11,3.4,4.75 K,,1.11,4,4.75 K,,0.89,4,4.75 V,521,522,523,524,525,526,527,528 !Thiết lập khối dầm VGEN,4,66,,,,,5,,0

!Sao chép khối

VGEN,2,66,69,,6,,,,0

!Sao chép khối

VSYMM,X,66,73,,,0,0

!Đối xứng khối

VGEN,3,66,81,,,4,,,0

!Sao chép khối

K,,-7.25,3.8,-0.25

!Định nghĩa điểm đặc trưng

K,,-7.25,3.8,20.25 K,,7.25,3.8,20.25 K,,7.25,3.8,-0.25 K,,-7.25,4,-0.25 K,,-7.25,4,20.25 K,,7.25,4,20.25 105

K,,7.25,4,-0.25 V,905,906,907,908,909,910,911,912 !Thiết lập khối bản mặt VGEN,3,114,,,,4,,,0

!Sao chép khối

VOVLAP,ALL

!Nối tiếp khối

LESIZE,ALL,1,,,,1,,,1,

!Khống chế kích thước phần tử

TYPE,1

!Lựa chọn loại hình phần tử

MAT,1

!Lựa chọn thuộc tính vật liệu

ESYS,0

!Hệ toạ độ đơn vị

MSHAPE,1,3D

!Định nghĩa hình thức thực thể phần tử

MSHKEY,0

!Phương thức phân chia

VMESH,ALL

!Phân chia phần tử

ASEL,S,LOC,Y,0

!Lựa chọn mặt

DA,ALL,ALL,

!Ràng buộc tất cả độ tự do

ALLSEL,ALL

!Lựa chọn tất cả thực thể

ACEL,0,9.8,0,

!Gán tải trọng trọng lực

FINISH

/SOLU

!Tính toán

ANTYPE,0

!Lựa chọn loại hình phân tích

SOLVE

!Tính toán

FINISH

/POST1

!Hậu xử lý

PLDISP,2

!Hiển thị biến hình kết cấu

PLNSOL,U,SUM,0,1.0

!Hiển thị phổ tổng chuyển vị

PLNSOL,S,1,2,1.0

!Hiển thị phổ ứng suất chính thứ nhất

PLNSOL,S,3,2,1.0

!Hiển thị phổ ứng suất chính thứ ba

PRRSOL,F

!Hiển thị kết quả phản lực

FINISH !/EXIT,ALL

!Ra khỏi ANSYS đồng thời bảo lưu tất cả thông tin

106

CHƯƠNG 5

PHÂN TÍCH TÍNH ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH MÁI DỐC Trong chương này sẽ giới thiệu trình tự phân tích tính ổn định mái dốc bằng Ansys và phân tích một ví dụ thực tế.

107

1. TRÌNH TỰ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC BẰNG ANSYS Phân tích tính ổn định mái dốc bằng ANSYS thông thường phân thành mấy bước sau đây: (1) Thiết lập môi trường vật lý; (2) Thiết lập mô hình, phân chia mạng lưới, gán đặc tính cho các vùng của mô hình không đồng nhất; (3) Gán điều kiện biên và tải trọng; (4) Tính toán; (5) Hậu xử lý (kiểm tra kết quả tính toán) 1.1 Thiết lập môi trường vật lý Dựa theo mấy bước dưới đây để thiết lập môi trường vật lý. 1.1.1

Chọn lọc Menu GUI

Nếu thông qua con đường GUI để vận hành ANSYS, sau khi ANSYS bị kích hoạt việc đầu tiên nên làm là từ “Main Menu  Preferences” lựa chọn “Structural”, cửa sổ xuất hiện khai báo được cho ở hình 4-1. Điều này ANSYS có thể căn cứ tham số lựa chọn để tiến hành lọc mặt giới hạn trên màn hình đồ họa GUI. Lựa chọn “Structural” để tiện khi tiến hành phân tích tính ổn định mái dốc, lọc một vài menu không cần thiết và trên màn hình đồ họa tương ứng.

108

Hình 4-1 Thanh lọc mặt giới hạn trên màn hình đồ họa GUI 1.1.2

Định nghĩa tiêu đề phân tích (/TITLE)

Trước khi tiến hành phân tích, có thể định nghĩa tiêu đề biểu thị nội dung phân tích như “Phan tich on đinh mai doc”, để từ tiêu đề này dễ phân biệt mô hình hình học vật lý tương tự khác. Dùng phương pháp dưới đây để định nghĩa tiêu đề phân tích. Phương thức mệnh lệnh: /TITLE Phương thức GUI: Utility Menu  File  Change Title 1.1.3

Giải thích loại hình phần tử và lựa chọn hạng mục của nó (KEYOPT)

Với các phân tích khác của ANSYS, cũng phải tiến hành lựa chọn phần tử. Phần mềm ANSYS có tổng cộng trên 100 loại hình phần tử, có thể sử dụng mô phỏng vật liệu và các loại kết cấu trong công trình, tổ hợp cùng lúc các loại phần tử không giống nhau tạo nên mô hình trừu tượng của vấn đề vật lý cụ thể. Ví dụ như mái dốc đất có thuộc tính vật liệu không đồng đều dùng phần tử PLANE82 để mô phỏng. Đại đa số loại hình phần tử đều có lựa chọn hạng mục đặc trưng (KEYOPTS), hạng mục lựa chọn này dùng để cải chính đặc tính phần tử. Ví dụ như, phần tử PLANE82 có KEYOPTS dưới đây: KEYOPT(2)

thiết lập bao hàm hoặc khống chế biến dạng lớn

KEYOPT(3)

thiết lập ứng suất phẳng, đối xứng trục, biến dạng phẳng hoặc xét đến ứng suất phẳng của độ dày

KEYOPT(9)

thiết lập ứng suất ban đầu trình tự con của người sử dụng

Phương thức thiết lập phần tử và lựa trọn hạng mục đặc trưng như ở dưới đây: Phương thức mệnh lệnh: ET KEYOPT 109

Phương thức GUI: Main Menu  Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete 1.1.4

Định nghĩa đơn vị

Phân tích kết cấu chỉ có 3 đơn vị cơ bản là đơn vị thời gian, đơn vị độ dài và đơn vị khối lượng, phương thức biểu đạt tất cả số liệu đầu vào đều cấu thành từ ba đơn vị này. Như đơn vị tiêu chuẩn quốc tế, thời gian là giây (s), độ dài là mét (m), khối lượng là kilôgam (kg), dẫn đến đơn vị lực là kg.m/s2 (tương đương với Niutơn N), đơn vị mô đun đàn hồi của vật liệu là kg/m.s2 (tương đương với Pascal Pa). Phương thức mệnh lệnh: /UNITS  1.1.5

Mệnh lệnh này không thể thực hiện bằng phương thức GUI Định nghĩa thuộc tính vật liệu

Đại đa số loại hình phần tử khi tiến hành phân tích đều yêu cầu chỉ định đặc tính vật liệu, chương trình ANSYS có khả năng định nghĩa thuận tiện các loại đặc tính vật liệu như tham số thuộc tính vật liệu kết cấu, tham số tính năng nhiệt, tham số tính năng thể lưu và tham số tính năng điện từ… Chương trình ANSYS có thể định nghĩa đặc tính vật liệu theo 3 loại dưới đây: -

Tuyến tính hoặc phi tuyến tính;

-

Tính đẳng hướng, dị hướng hoặc phi đàn hồi;

-

Nhiệt độ thay đổi thuận hoặc nhiệt độ thay đổi không thuận;

Vì phân tích mô hình mái dốc sử dụng mô hình tính đàn dẻo lý tưởng (mô hình D-P), do đó phân tích tính ổn định mái dốc yêu cầu định nghĩa thuộc tính vật liệu các khối đất trong mái dốc: dung trọng, mô đun đàn hồi, hệ số Poisson, lực dính và góc ma sát trong. Phương thức mệnh lệnh: MP Phương thức GUI: Main Menu  Preprocessor  Material Props  Material Models hoặc Main Menu  Solution  Load Step Opts  Other  Change Mat Props  Material Models Khi tiến hành tính toán phân tích tính ổn định mái dốc, sử dụng phương pháp triết giảm cường độ để thực hiện. Đầu tiên lựa chọn lấy hệ số triết giảm ban đầu F, sau đó đối với hệ số cường độ vật liệu khối đất mái dốc tiến hành triết giảm, sau khi triết giảm lực dính và góc ma sát trong được cho ở công thức 4-1 và 4-2. C' 

C F

(4-1) tan ' 



tan  F

(4-2)

C và  là lực dính và góc ma sát trong ban đầu của khối đất mái dốc.

110

 Tính toán mô hình mái dốc khi tiến hành triết giảm đối với C và , nếu hội tụ khi đó mái dốc là ổn định. Liên tục tăng lớn hệ số triết giảm F, đến khi đúng lúc không hội tụ khi đó hệ số triết giảm là hệ số ổn định hoặc an toàn. 1.2 Thiết lập mô hình và phân chia mạng lưới phần tử Sau khi thiết lập môi trường vật lý có thể thiết lập mô hình. Khi tiến hành phân tích tính ổn định mái dốc yêu cầu thiết lập mô phỏng khối đất mái dốc bằng phần tử PLANE82. Sau khi thiết lập xong chỉ định đặc tính trong mỗi một vùng mô hình (loại hình phần tử, hạng mục lựa chọn, hằng số thực và tính chất vật liệu…) có thể phân chia mạng lưới phần tử hữu hạn. Thông qua GUI để gán đặc tính mỗi vùng trong mô hình: -

Main Menu  Preprocessor  Meshing  Mesh Attributes  Picked Areas;

-

Nhấn vào vùng mô hình muốn lựa chọn;

-

Khai báo các thuộc tính cho vùng mô hình lựa chọn như mã số vật liệu, mã hằng số thực, mã loại hình phần tử và mã hệ toạ độ phần tử.

Thông qua mệnh lệnh để giao phó đặc tính mỗi vùng trong mô hình: ASEL ( lựa chọn vùng mô hình) MAT ( nói rõ mã số vật liệu) REAL (nói rõ mã số hằng số thực) TYPE (chỉ định mã số loại hình phần tử) ESYS (nói rõ mã số hệ toạ độ phần tử) 1.3 Gán ràng buộc và tải trọng Khi gán điều kiện biên và tải trọng, có thể gán điều kiện biên và tải trọng lên mô hình thực thể (điểm đặc trưng, đường, mặt) hoặc có thể gán lên mô hình phần tử hữu hạn (điểm nút hoặc phần tử). Khi tính toán, chương trình ANSYS sẽ tự động chuyển điều kiện biên và tải trọng trên mô hình thực thể đến mô hình phần tử hữu hạn. Trong phân tích tính ổn định mái dốc, chủ yếu là gán ràng buộc độ tự do ở dưới đáy và hai biên cạnh mái dốc. Phương thức mệnh lệnh: D Phương thức GUI: Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Displacement  on Nodes Gán tải trọng bao gồm: tải trọng bản thân và tải trọng đào mái dốc. 1.4 Tính toán Sau khi làm xong các bước trên có thể tiến hành tính toán, chương trình ANSYS căn cứ vào thiết lập lựa chọn hạng mục hiện có từ kho số liệu tiến hành tính toán, số liệu kết quả sẽ được viết vào trong file kết quả và kho số liệu. 111

Phương thức mệnh lệnh: SOLVE Phương thức GUI: Main Menu  Solution  Solve  Currents 1.5 Hậu xử lý Kết quả tính toán được xuất ra dưới dạng hình vẽ và bảng biểu. Đối với phân tích ổn định mái dốc, kiểm tra biến hình mái dốc với chuyển vị, ứng suất và biến dạng. Tuỳ thuộc tăng lớn của hệ số triết giảm cường độ, tăng lớn chuyển vị ngang của mái dốc, phát triển nhanh biến dạng tính dẻo, phát triển vùng tính dẻo hình thành một phạm vi thông suốt, tính toán không hội tụ khi đó mái dốc phát sinh phá hoại. Thông qua nghiên cứu chuyển vị, ứng suất và phạm vi tính dẻo, để đánh giá tổng thể tính ổn định của mái dốc. Phương thức mệnh lệnh: /POST1 Phương thức GUI: Main Menu  General Post 1.6 Giải thích bổ sung Định nghĩa phá hoại mất ổn định của mái dốc có rất nhiều loại, đối với mái dốc sử dụng mô hình tính toán tính đàn dẻo, yêu cầu suy xét tổng hợp các nhân tố dưới đây. (1)

Hội tụ hay không khi tính toán phần tử hữu hạn coi như là một tiêu chí đánh giá chủ yếu, tính toán hội tụ mái dốc ở trạng thái ổn định, khi mái dốc phá hoại tính toán không hội tụ.

(2)

Đồng thời mất ổn định mái dốc vẫn biểu hiện chuyển vị gia tăng nhanh chóng.

(3)

Mất ổn định mái dốc chung quy là gia tăng rõ ràng biến hình tính dẻo đi đôi với phát triển vùng tính dẻo, tình trạng phát triển vùng tính dẻo phản ánh trạng thái ổn định hay không ổn định của mái dốc.

Ngoài ra sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn tính đàn dẻo tiến hành tính toán có ưu thế riêng biệt. (1)

Phân tích tính đàn dẻo giả định khối đất là vật liệu tính đàn dẻo, khối đất thời kỳ đầu chịu lực ở vào trạng thái đàn hồi, sau khi đạt đến tiêu chuẩn giới hạn nhất định ở vào trạng thái tính dẻo.

(2)

Khi khối đất chịu tải trọng vượt quá cường độ vật liệu có thể xuất hiện rõ ràng mặt phá hoại trượt. Lúc này tính toán tính đàn dẻo không phải giả định hình dạng và vị trí mặt phá hoại, dựa vào lý luận cường độ ứng suất cắt tự động hình thành mặt phá hoại. Khi toàn bộ mái dốc phá hoại có thể xuất hiện vùng tính dẻo rõ ràng.

(3)

Có khả năng suy xét tổng hợp phá hoại mái dốc do mất ổn định cục bộ và mất ổn định tổng thể.

2. PHÂN TÍCH VÍ DỤ THỰC TẾ 2.1 Tóm tắt ví dụ thực tế

112

Ví dụ thực tế mái dốc được lựa chọn có kích thước như hình vẽ 4-2, mái dốc gồm hai loại vật liệu có tính dẻo và tính đàn hồi. Việc cần làm là tiến hành phân tích tính toán tính ổn định mái dốc, đánh giá tính ổn định và tính toán hệ số an toàn, thuộc tính của vật liệu được cho ở bảng 4-1. 800m

430m

1200m

378m

Vật liệu tính đàn dẻo vùng mái dốc 1

800m

400m

Vật liệu tính đàn hồi vùng mái dốc 2

Hình 4-2 Mô hình mái dốc Bảng 4-1 Bảng tham số vật liệu mô hình mái dốc Loại vật liệu

Môđun đàn hồi E (GPa)

Hệ số Poisson 

Dung trọng  (kN/m3)

Góc ma sát trong  (độ)

Lực dính c (MPa)

Vùng 1 (tính đàn dẻo)

30

0.25

2500

42.8

0.9

Vùng 2 (tính đàn hồi)

32

0.24

2700

-

-

2.2 Phương pháp thao tác GUI 2.2.1 Thiết lập môi trường vật lý (1) Từ Menu [Start  All Programs  ANSYS 11.0  ANSYS Product Launcher”] xuất hiện cửa sổ màn hình [ 11.0: ANSYS Product Launcher]. (2) Trong lựa chọn [File Management] ở [Working Directory] lựa chọn thư mục làm việc [D:\ANSYS11\Huong dan su dung], ở [Job Name] nhập tên văn bản [Mai doc]. (3) Nhấn

xuất hiện cửa sổ thao tác GUI của ANSYS 11.0.

(4) Thanh lọc giới hạn trên màn hình đồ hoạ: Từ [  Preferences] xuất hiện cửa sổ lựa chọn [Preferences for GUI Filtering], lựa chọn [Structural].

113

(5) Định nghĩa tiêu đề công việc: Từ [Utility Menu  File  Change Title] xuất hiện cửa sổ [Change title], nhập tên công việc [Phan tich on dinh mai doc], sau đó nhấn , như hình 4-3.

Hình 4-3 Định nghĩa tiêu đề công việc (6) Định nghĩa loại hình phần tử - Định nghĩa phần tử PLANE82: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete] xuất hiện cửa sổ [Element Types], nhấn xuất hiện cửa sổ như hình 4-4. Trong cửa sổ bên trái lựa chọn [Solid] tương ứng bên phải lựa chọn [Quad 8node 82], nhấn

hoàn thành định nghĩa phần tử PLANE82.

Hình 4-4 Cửa sổ định nghĩa phần tử PLANE82 - Thiết định lựa chọn hạng mục phần tử PLANE82: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete] xuất hiện cửa sổ [Element Types], lựa chọn [Type 1 PLANE82], nhấn xuất hiện cửa sổ [PLANE82 element type options] như hình 4-5. Trong [Element behavior K3] lựa chọn trong thực đơn [Plane Strain], các thiết định khác sử dụng mặc định trong ANSYS, cuối cùng nhấn

.

Hình 4-5 Cửa sổ lựa chọn loại hình phần tử PLANE82 (7) Định nghĩa thuộc tính vật liệu - Định nghĩa thuộc tính vật liệu 1

114

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Material Props  Material Models] xuất hiện cửa sổ [Define Material Model Behavior] như hình 4-6.

Hình 4-6 Cửa sỏ định nghĩa vật liệu cho mô hình Trong hình 4-6 sau khi nhấn đúp [Structural  Linear  Elastic  Isotropic] xuất hiện cửa sổ [Linear Isotropic Properties for Material Number 1] như hình 4-7, trong cửa sổ nhập giá trị EX là [3.0E10], nhập giá trị PRXY là [0.25], nhấn đóng cửa sổ khai báo. Tiếp tục nhấn đúp vào [Density] xuất hiện cửa sổ [Density for Material Number 1] như hình 4-8, trong cửa sổ nhập giá trị DENS là [2500], nhấn cửa sổ khai báo.

đóng

Tiếp tục trong cửa sổ hình 4-6 nhấn đúp theo đường dẫn [Structural  Nonlinear  Inelastic  Non-metal plasticity  drucker - prager] xuất hiện cửa sổ như hình 4-9. Trong [Cohesion] nhập giá trị lực dính của vật liệu 1 là [0.9e6], trong [Fric Angle] nhập giá trị góc ma sát trong của vật liệu 1 là [42.8] cuối cùng nhấn

Hình 4-7 Nhập giá trị E,  cho vật liệu 1

.

Hình 4-8 Nhập mật độ vật liệu 1

Hình 4-9 Định nghĩa mô hình vật liệu DP của vật liệu 1 115

- Định nghĩa thuộc tính vật liệu 2 Trong cửa sổ hình 6 dùng chuột lựa chọn [Material  New model…] xuất hiện cửa sổ [Define Material ID], trong ID nhập mã số vật liệu là [2] sau đó nhấn . Khai báo thuộc tính vật liệu trong [Material Model 2] giống như trong [Material Model 1], từ đường dẫn [Structural  Linear  Elastic  Isotropic] xuất hiện cửa sổ [Linear Isotropic Properties for Material Number 2], trong cửa sổ nhập giá trị EX là [3.2E10], nhập giá trị PRXY là [0.24], nhấn đóng cửa sổ khai báo. Tiếp tục nhấn đúp vào [Density] xuất hiện cửa sổ [Density for Material Number 2], trong cửa sổ nhập giá trị DENS là [2700], nhấn

đóng cửa sổ khai báo.

- Sao chép tính chất vật liệu 1 Trong cửa sổ khai báo hình 4-6 dùng chuột lựa chọn [Edit  Copy…] xuất hiện cửa sổ [Copy Material Model] như hình 4-10. Trong [from Material number] lựa chọn [1], trong [to Material number] nhập giá trị [3], nhấn lại xuất hiện cửa sổ 4-10, sau đó trong [to Material number] nhập lần lượt các giá trị [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], sau mỗi lần nhập số đều nhấn

.

Hình 4-10 Cửa sổ sao chép mô hình vật liệu 1

Cuối cùng thu được 4-10 mô hình vật liệu giống như vật liệu 1 cho ở hình 4-11.

Hình 4-11 Định nghĩa mô hình vật liệu sau khi triết giảm cường độ - Định nghĩa 10 mô hình vật liệu sau khi triết giảm cường độ Đầu tiên định nghĩa mô hình vật liệu sau khi triết giảm cường độ với hệ số F=1.2, trong cửa sổ khai báo 4-11, nháy đúp chuột lựa chọn [Material Model Number 3  116

Drucker - Prager] xuất hiện cửa sổ [Drucker Prager for Material Number 3] như hình 412, trong [Cohesion] nhập giá trị lực dính của vật liệu 1 sau khi triết giảm cường độ F=1.2 là [0.75e6], trong [Fric Angle] nhập giá trị góc ma sát trong là [37.7] cuối cùng nhấn

.

Hình 4-12 Định nghĩa vật liệu sau khi triết giảm cường độ hệ số F=1.2 Dùng phương pháp tương tự định nghĩa mô hình vật liệu với các hệ số triết giảm khác nhau: F=1.4, F=1.6, F=1.8, F=2.0, F=2.2, F=2.4, F=2.6, F=2.8, F=3.0. Bảng 4-2 Lực dính và góc ma sát trong ứng với các hệ số triết giảm cường độ F

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0

C’ 0.750 (MPa)

0.643

0.563

0.500

0.450

0.409

0.375

0.346

0.321

0.300

’ độ

33.5

30.0

27.2

24.8

22.8

21.1

19.6

18.2

17.1

37.7



Định nghĩa mô hình vật liệu sau khi triết giảm cường độ để phân tích tính ổn định mái dốc.



Triết giảm cường độ là giảm bớt lực dính và góc ma sát trong.

2.2.2 Thiết lập mô hình và phân chia mạng lưới phần tử (1) Xây dựng mô hình đường mái dốc - Nhập điểm đặc trưng: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Keypoint  In Active CS] xuất hiện cửa sổ [Create Keypoints in Active Coordinate System] như hình 4-13. Trong [NPT Keypoint number] nhập giá trị [1], trong [X, Y, X Location in active CS] nhập giá trị [0,0,0] sau đó nhấn , tạo được điểm đặc trưng 1. Tiếp tục như vậy trong [NPT Keypoint number] nhập các giá trị [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9] tương ứng trong [X, Y, X Location in active CS] nhập các giá trị [-800,0,0], [-800,-800,0], [-800,-1200,0], [1200,-1200,0], [1200,-800,0], [1200,0,0], [1200,378,0], [430,378,0],cuối cùng nhấn

.

117

Hình 4-13 Cửa sổ khai báo toạ độ điểm đặc trưng trong mô hình - Xây dựng mô hình đường mái dốc: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Lines  Lines  Straight line] xuất hiện cửa sổ [Create straight lines], dùng chuột nhấn vào hai điểm đặc trưng 1, 2 sau đó nhấn ta được đường thẳng L1, tương tự như vậy lần lượt với các điểm đặc trưng [2,3], [3,4], [4, 5], [5,6], [6,7], [7,8], [8,9], [9,1], [7,1], [6,3], cuối cùng nhấn bao mái dốc như hình 4-14.

ta sẽ được mô hình đường

Hình 4-14 Mô hình đường mái dốc (2) Xây dựng mô hình mặt mái dốc - Hiển thị mã số mặt: Từ [Utility Menu  PlotCtrls  Numbering] xuất hiện cửa sổ [Plot Numbering Controls] như hình 4-15. Trong [Areas numbers] lựa chọn [On] bằng cách nhấn chuột vào ô vuông trắng, sau đó nhấn

đóng cửa sổ khai báo hiển thị.

Hình 4-15 Bảng lựa chọn hiển thị mã số của các đối tượng 118

- Xây dựng mô hình mặt mái dốc: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Areas  Arbitrary  by Lines] xuất hiện cửa sổ [Create Area by lines], trên cửa sổ màn hình dùng chuột lựa chọn các đường thẳng L3, L4, L5, và L11 sau đó nhấn

sẽ phát sinh vùng diện tích mái dốc A1; tiếp tục dùng chuột lựa chọn

các đường thẳng L1, L2, L6, L11 và L10 sau đó nhấn

được vùng diện tích mái

dốc A2; tiếp tục lựa chọn L7, L8, L9 và L10 nhấn được vùng diện tích mái dốc A3. Cuối cùng thu được mô hình mặt mái dốc như hình 4-16.

Hình 16: Mô hình mặt mái dốc (3) Phân chia mạng lưới phần tử phạm vi vùng vật liệu 2 - Gán đặc tính vật liệu cho phạm vi vùng vật liệu 2: Từ [Main Menu  Preprocessor  Meshing  MeshTool] xuất hiện cửa sổ [Mesh Tool] như hình 4-17. Trong [Element Attributes] lựa chọn [Areas] sau đó nhấn [Set] xuất hiện cửa sổ [Area Attributes], trên màn hình đồ hoạ dùng chuột nhấn vùng diện tích mái dốc vật liệu 2 sau đó nhấn lại xuất hiện cửa sổ [Area Attributes] như hình 4-18, trong [Material number] lựa chọn mã vật liệu số [2], trong [Element type number] lựa chọn [1 PLANE82] sau đó nhấn

.

119

Hình 4-17 Công cụ phân chia lưới

Hình 4-18 Định nghĩa thuộc tính phần tử

- Thiết lập số phần phân chia mạng lưới: từ [Size Controls] trong công cụ phân chia mạng lưới phần tử hình 4-17, nhấn [Set] trong lựa chọn [Lines] xuất hiện cửa sổ lựa chọn, dùng chuột lựa chọn đường thẳng L3 và L5 trên màn hình đồ hoạ sau đó nhấn xuất hiện cửa sổ [Element Sizes on Picked Lines] như hình 4-19, trong [No of element divisions] nhập giá trị [5] tiếp tục nhấn đường thẳng L4 và L11, nhấn divisions] cuối cùng nhấn

, tương tự tiếp tục lựa chọn

, nhập giá trị [26] trong mục [No of element .

Hình 4-19 Thiết lập số phần phân chia mạng lưới - Phân chia mạng lưới phần tử: trong công cụ phân chia mạng lưới phần tử hình 4-17, nhấn [Mesh] xuất hiện cửa sổ lựa chọn diện tích cần phân chia, dùng chuột lựa chọn vùng diện tích A1 trên màn hình đồ hoạ sau đó nhấn lưới phần tử vùng mái dốc vật liệu 2.

hoàn thành phân chia mạng

(4) Phân chia mạng lưới phần tử phạm vi vùng vật liệu 1

120

- Thiết lập số phần phân chia mạng lưới: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Meshing  Size Controls  ManualSize  Lines  Picked Lines] xuất hiện cửa sổ như hình 4-20, dùng chuột lựa chọn các đường thẳng L1, L2 và L6 trên màn hình đồ hoạ sau đó nhấn

xuất hiện cửa sổ [Element Sizes on Picked Lines] như hình 4-21,

trong [No. of element divisions] nhập giá trị [10] cuối cùng nhấn

.

Sử dụng phương pháp tương tự thiết lập phân chia đường L8 và L10 thành 16 phần; phân chia đường L7 và L9 thành 12 phần. - Gán đặc tính vật liệu cho phạm vi vùng vật liệu 1: Từ [Main Menu  Preprocessor  Meshing  MeshTool] xuất hiện cửa sổ [Mesh Tool] như hình 4-17. Trong [Element Attributes] lựa chọn [Areas] sau đó nhấn [Set] xuất hiện cửa sổ [Area Attributes], trên màn hình đồ hoạ dùng chuột nhấn vùng diện tích mái dốc vật liệu 1 là A2 và A3 sau đó nhấn lại xuất hiện cửa sổ [Area Attributes], trong [Material number] lựa chọn mã vật liệu số [1], trong [Element type number] lựa chọn [1 PLANE82] sau đó nhấn .

Hình 4-20 Lựa chọn đường

Hình 4-21 Thiết lập số phần phân chia mạng lưới

- Phân chia mạng lưới phần tử: trong công cụ phân chia mạng lưới phần tử hình 4-17, nhấn [Mesh] xuất hiện cửa sổ lựa chọn diện tích cần phân chia, dùng chuột lựa chọn vùng diện tích A2 và A3 trên màn hình đồ hoạ sau đó nhấn chia mạng lưới phần tử vùng mái dốc vật liệu 1.

hoàn thành phân

Kết quả thu được sau khi phân chia mạng lưới phần tử được cho ở hình 4-22.

121

Hình 4-22 Mô hình phân chia mạng lưới phần tử mái dốc 2.2.3 Gán ràng buộc và tải trọng (1) Gán ràng buộc mô hình mái dốc - Gán ràng buộc hai biên mô hình: Từ Menu [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Displacement  on Nodes] xuất hiện cửa sổ lựa chọn tiếp điểm cần gán ràng buộc [Apply U, ROT on Nodes], lựa chọn cách chọn tiếp điểm là [Box] sau đó giữ trái chuột kéo một hình chữ nhật bao toàn bộ các tiếp điểm biên trái và một hình chữ nhật bao các tiếp điểm biên phải mô hình, tiếp theo nhấn

. Sau khi

nhấn xuất hiện cửa sổ [Apply U, ROT on Node] như hình 4-23, trong [DOFs to be constrained] lựa chọn [UX], trong [Apply as] lựa chọn [Constant value], trong [Displacement value] nhập giá trị [0], cuối cùng nhấn

đóng cửa sổ khai báo.

- Gán ràng buộc biên đáy mô hình: Từ Menu [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Displacement  on Nodes] xuất hiện cửa sổ lựa chọn tiếp điểm cần gán ràng buộc [Apply U, ROT on Nodes], lựa chọn cách chọn tiếp điểm là [Box] sau đó giữ trái chuột kéo một hình chữ nhật bao toàn bộ các tiếp điểm biên đáy mô hình, tiếp theo nhấn . Sau khi nhấn xuất hiện cửa sổ [Apply U, ROT on Node] như hình 4-24, trong [DOFs to be constrained] lựa chọn [UX, UY], trong [Apply as] lựa chọn [Constant value], trong [Displacement value] nhập giá trị [0], cuối cùng nhấn

đóng cửa sổ khai báo.

Hình 4-23 Gán chuyển vị hai biên

Hình 4-24 Gán chuyển vị biên đáy 122

(2) Gán gia tốc trọng trường Từ Menu [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Inertia  Gravity  Grobal] xuất hiện cửa sổ [Apply (Gravitational) Acceleration] như hình 4-25. Trong [Global Cartesian Y - comp] nhập giá trị gia tốc trọng trường [9.8] sau đó nhấn

hoàn thành gán gia tốc trọng trường.

Hình 4-25 Gán gia tốc trọng trường cho mô hình Sau khi gán ràng buộc chuyển vị và gia tốc trọng trường cho mô hình phần tử hữu hạn được kết quả như hình 4-26.

Hình 4-26 Mô hình mái dốc sau khi gán ràng buộc chuyển vị và gia tốc trọng trường 2.2.4 Tính toán (1) Thiết lập yêu cầu tính toán - Chỉ định loại hình tính toán: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis  New Analysis] xuất hiện cửa sổ như hình 4-27, trong [Type of analysis] nhấn lựa chọn [Static], sau đó nhấn

.

123

Hình 4-27 Chỉ định loại hình tính toán - Thiết lập bước tải trọng: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis Type  Sol’n Controls] xuất hiện cửa sổ [Solution Controls], dùng chuột nhấn vào mục [Basis] như hình 4-28, trong [Number of substeps] nhập giá trị [5], trong [Max no. of substeps] nhập giá trị [100], trong [Min no. of substeps] nhập giá trị [1], cuối cùng nhấn

.

Hình 4-28 Thiết lập bước tải trọng - Thiết lập tìm kiếm tuyến tính: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis Type  Sol’n Controls] xuất hiện cửa sổ [Solution Controls], dùng chuột nhấn vào mục [Nonlinear] như hình 4-29, trong [Line search] lựa chọn [ON], sau đó nhấn

.

124

Hình 4-29 Xây dựng tìm kiếm tuyến tính - Thiết định lựa chọn Newton-Raphson: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis Type  Analysis Options], xuất hiện cửa sổ [Static or Steady – state Analysis] như hình 4-30, trong [Newton – Raphson option] lựa chọn [Full N-R] sau đó nhấn .

Hình 4-30 Thiết định lựa chọn Newton – Raphson

125

- Lựa chọn tính toán chuyển vị lớn: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis Type  Sol’n Controls  Basic] như hình 4-28, trong [Analysis Options] lựa chọn chuyển vị lớn [Large Displacement static], sau đó nhấn

.

- Thiết lập điều kiện hội tụ: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Loads  Load Step Opts  Nonlinear  Convergence Crit] xuất hiện cửa sổ [Default Nonlinear Convergence Criteria] như hình 4-31. Trong hình vẽ hiển thị điều kiện hội tụ mặc định trong ANSYS: thiết lập điều kiện hội tụ của lực và mômen khác.

Hình 4-31 Điều kiện hội tụ mặc định trong ANSYS Để thuận lợi cho việc tính toán và thu được kết quả tốt, có thể cải sửa mặc định thiết lập hội tụ, có thể thiết lập điều kiện hội tụ lực, mômen và chuyển vị khác. Nhấn [Replace] trong cửa sổ hình vẽ 4-31, xuất hiện cửa sổ [Nonlinear Convergence Criteria] như hình 4-32. Trong [Lab Convergence is based on] lựa chọn [Structural] và [Force F]; trong [TOLER Tolerance about VALUE] nhập giá trị [0.005]; trong [NORM Convergence norm] lựa chọn [L2 norm]; trong [MINREF Minimum reference value] nhập giá trị [0.5] sau đó nhấn

, thiết lập xong điều kiện hội tụ lực khi tính toán.

Hình 4-32 Thiết lập điều kiện hội tụ lực Sau khi nhấn

trong cửa sổ hình 4-32 xuất hiện cửa sổ như hình 4-33, tiếp tục

nhấn xuất hiện cửa sổ như hình 4-34. Trong [Lab Convergence is based on] lựa chọn [Structural] và [Displacement U]; trong [TOLER Tolerance about VALUE] nhập giá trị [0.05]; trong [NORM Convergence norm] lựa chọn [L2 norm]; trong [MINREF Minimum reference value] nhập giá trị [1] sau đó nhấn

, thiết lập xong điều kiện

126

hội tụ chuyển vị khi tính toán. Nhấn Convergence Criteria].

đóng cửa sổ [Default Nonlinear

Hình 4-33 Thiết lập xong điều kiện hội tụ lực

Hình 4-34 Thiết lập điều kiện hội tụ chuyển vị (2) Tính toán mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.0 - Tính toán: Từ Menu [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] xuất hiện hai cửa sổ [/STATUS Command] và [Solve Curent Load Step] tóm tắt toàn bộ các thông tin trước khi tính toán. Nhấn để bắt đầu tính toán đến khi xuất hiện thông báo [Soluiton is done] biểu thị kết thúc tính toán. - Bảo lưu kết quả tính toán: Từ Menu [Utility Menu  File  Save as] xuất hiện cửa sổ [Save Database], trong [Save Database to] nhập tên văn bản [F1.db], sau đó nhấn . (3) Tính toán biên dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.2 - Triết giảm cường độ mái dốc: đầu tiên lựa chọn phần tử cần triết giảm, sau đó từ Menu [Main Menu  Solution  Load Step Opts  Other  Change Mat Props  Change Mat Num] xuất hiện cửa sổ [Change Material Number] như hình 4-35, trong [New material number] nhập giá trị mã số vật liệu mới [3], trong [Element no. to be modified] nhập [ALL], biểu thị vật liệu phần tử mới lựa chọn thay bằng vật liệu số 3, cuối cùng nhấn

.

127

Hình 4-35 Cải biến mã vật liệu - Tính toán: Từ Menu [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] xuất hiện hai cửa sổ [/STATUS Command] và [Solve Curent Load Step] tóm tắt toàn bộ các thông tin trước khi tính toán. Nhấn để bắt đầu tính toán đến khi xuất hiện thông báo [Soluiton is done] biểu thị kết thúc tính toán. - Bảo lưu kết quả tính toán: Từ Menu [Utility Menu  File  Save as] xuất hiện cửa sổ [Save Database], trong [Save Database to] nhập tên văn bản [F1.2.db], sau đó nhấn . (4) Tương tự như vậy tiến hành tính toán với các hệ số triết giảm cường độ khác F=1.4, F=1.6, F=1.8, F=2.0, F=2.2, F=2.4, F=2.6, F=2.8, F=3.0, đến khi tính toán không hội tụ là dừng, đồng thời bảo lưu kết quả tính toán ở mỗi lần triết giảm cường độ: [F1.4.db], [F1.6.db], [F1.8.db], [F2.0.db], [F2.2.db], [F2.4.db], [F2.6.db], [F2.8.db] (như hình 436), [F3.0.db]. Khi hệ số triết giảm cường độ F=3.0, tính toán không hội tụ, lúc này quá trình tính toán thay thế lực và chuyển vị không hội tụ biểu thị như hình 4-37. 

Phân tích phần tử hữu hạn tính ổn định biên dốc thông thường sử dụng phương pháp triết giảm cường độ thể thu được hệ số an toàn biên dốc.



Căn cứ công thức 1 và 2 để tiến hành triết giảm.



Tính toán không hội tụ là một chuẩn tắc để đánh giá mái dốc không ổn định.

Hình 4-36 Quá trình thay thế F=2.8 tính toán hội tụ 128

Hình 4-37 Quá trình thay thế F=3.0 tính toán không hội tụ 2.2.5 Hậu xử lý Đi đôi với việc tăng hệ số triết giảm cường độ, biến dạng tính dẻo của biên dốc cũng tăng lên, vùng dẻo cũng tăng lên, khi vùng tính dẻo phát triển thành một vùng thông suốt mái dốc sẽ mất ổn định, lúc này tính toán cũng không hội tụ. Đồng thời chuyển vị ngang mái dốc cũng lớn. Vì vậy chủ yếu thông qua quan sát biến dạng tính dẻo, vùng tính dẻo, chuyển vị và hội tụ của mái dốc trong hậu xử lý để đánh giá tính ổn định và không ổn định của mái dốc. (1) Phân tích kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=1.0 - Đọc số liệu kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=1.0: Từ Menu [Utility Menu  resume from…] xuất hiện cửa sổ [Resume Database], lựa chọn file mới bảo lưu [F1.db], sau đó nhấn

.

- Vẽ biến hình mái dốc: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deformed Shape] như hình 4-38. Nhấn lựa chọn [Def + undeformed] , sau đó nhấn

được kết quả như hình 4-39.

Hình 4-38 Lựa chọn hình thức vẽ biến hình mái dốc

129

Hình 4-39 Biến hình mái dốc khi F=1.0 - Hiển thị phổ chuyển vị mái dốc theo phương X: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Contour Plot  Nodal Solu] xuất hiện cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  X-Component of displacement] sau đó lại nhấn sẽ được phổ chuyển vị mái dốc theo phương X như hình 4-41. Chuyển vị mái dốc theo phương ngang lớn nhất là 58.815mm.

Hình 4-40 Lựa chọn kết quả phân tích tại điểm nút

130

Hình 4-41 Phổ chuyển vị mái dốc theo phương X khi F=1.0 - Hiển thị phổ biến dạng tính dẻo mái dốc: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Contour Plot  Nodal Solu] xuất hiện cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Plastic Strain  Von Mises plastic train] sau đó lại nhấn sẽ được phổ biến dạng tính dẻo của mái dốc như hình 4-42. Lúc này mô hình mái dốc không có biến dạng tính dẻo, không có vùng tính dẻo, cũng có thể nói lúc này mái dốc không có phát sinh biến hình tính dẻo.

Hình 4-42 Phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc khi F=1.0 (2) Phân tích kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=1.2 - Đọc số liệu kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=1.2: Từ Menu [Utility Menu  resume from…] xuất hiện cửa sổ [Resume Database], lựa chọn file mới bảo lưu [F1.2.db], sau đó nhấn

. 131

- Vẽ biến hình mái dốc: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deformed Shape]. Nhấn lựa chọn [Def + undeformed] , sau đó nhấn

được kết quả như hình 4-43.

Hình 4-43 Biến hình mái dốc khi F=1.2 - Hiển thị phổ chuyển vị mái dốc theo phương X: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  X-Component of displacement] sau đó lại nhấn sẽ được phổ chuyển vị mái dốc theo phương X như hình 4-44. Chuyển vị mái dốc theo phương ngang lớn nhất là 59.762mm.

Hình 4-44 Phổ chuyển vị mái dốc theo phương X khi F=1.2 - Hiển thị phổ biến dạng tính dẻo mái dốc: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Plastic Strain  Von Mises plastic train] sau đó lại nhấn

sẽ được phổ biến dạng tính 132

dẻo của mái dốc như hình 4-45. Lúc này mô hình mái dốc vẫn chưa có biến dạng tính dẻo, chưa có vùng tính dẻo, cũng có thể nói lúc này mái dốc không có phát sinh biến hình tính dẻo.

Hình 4-45 Phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc khi F=1.2 (3) Phân tích kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=1.4 - Đọc số liệu kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=1.4: Từ Menu [Utility Menu  resume from…] xuất hiện cửa sổ [Resume Database], lựa chọn file mới bảo lưu [F1.4.db], sau đó nhấn

.

- Vẽ biến hình mái dốc: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deformed Shape]. Nhấn lựa chọn [Def + undeformed] , sau đó nhấn

được kết quả như hình 4-46.

Hình 4-46 Biến hình mái dốc khi F=1.4

133

- Hiển thị phổ chuyển vị mái dốc theo phương X: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  X-Component of displacement] sau đó lại nhấn sẽ được phổ chuyển vị mái dốc theo phương X như hình 4-47. Chuyển vị mái dốc theo phương ngang lớn nhất là 59.757mm.

Hình 4-47 Phổ chuyển vị mái dốc theo phương X khi F=1.4 - Hiển thị phổ biến dạng tính dẻo mái dốc: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Plastic Strain  Von Mises plastic train] sau đó lại nhấn sẽ được phổ biến dạng tính dẻo của mái dốc như hình 4-48. Lúc này mô hình mái dốc có biến dạng tính dẻo, giá trị lớn nhất là 0.177E-05 , vùng tính dẻo bắt đầu xuất hiện ở dưới chân mái dốc.

Hình 4-48 Phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc khi F=1.4 (4) Phân tích kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=1.6

134

- Đọc số liệu kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=1.6: Từ Menu [Utility Menu  resume from…] xuất hiện cửa sổ [Resume Database], lựa chọn file mới bảo lưu [F1.6.db], sau đó nhấn

.

- Vẽ biến hình mái dốc: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deformed Shape]. Nhấn lựa chọn [Def + undeformed] , sau đó nhấn

được kết quả như hình 4-49.

Hình 4-49 Biến hình mái dốc khi F=1.6 - Hiển thị phổ chuyển vị mái dốc theo phương X: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  X-Component of displacement] sau đó lại nhấn sẽ được phổ chuyển vị mái dốc theo phương X như hình 4-50. Chuyển vị mái dốc theo phương ngang lớn nhất là 61.766mm.

Hình 4-50 Phổ chuyển vị mái dốc theo phương X khi F=1.6 135

- Hiển thị phổ biến dạng tính dẻo mái dốc: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Plastic Strain  Von Mises plastic train] sau đó lại nhấn sẽ được phổ biến dạng tính dẻo của mái dốc như hình 4-51. Lúc này mô hình mái dốc có biến dạng tính dẻo, giá trị lớn nhất là 0.313E-04.

Hình 4-51 Phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc khi F=1.6 (5) Phân tích kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=1.8 - Đọc số liệu kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=1.8: Từ Menu [Utility Menu  resume from…] xuất hiện cửa sổ [Resume Database], lựa chọn file mới bảo lưu [F1.8.db], sau đó nhấn

.

- Vẽ biến hình mái dốc: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deformed Shape]. Nhấn lựa chọn [Def + undeformed] , sau đó nhấn

được kết quả như hình 4-52.

Hình 4-52 Biến hình mái dốc khi F=1.8 136

- Hiển thị phổ chuyển vị mái dốc theo phương X: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  X-Component of displacement] sau đó lại nhấn sẽ được phổ chuyển vị mái dốc theo phương X như hình 4-53. Chuyển vị mái dốc theo phương ngang lớn nhất là 71.324mm.

Hình 4-53 Phổ chuyển vị mái dốc theo phương X khi F=1.8 - Hiển thị phổ biến dạng tính dẻo mái dốc: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Plastic Strain  Von Mises plastic train] sau đó lại nhấn sẽ được phổ biến dạng tính dẻo của mái dốc như hình 4-54. Lúc này mô hình mái dốc có biến dạng tính dẻo, giá trị lớn nhất là 0.977E-04.

Hình 4-54 Phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc khi F=1.8 (6) Phân tích kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=2.0

137

- Đọc số liệu kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=2.0: Từ Menu [Utility Menu  resume from…] xuất hiện cửa sổ [Resume Database], lựa chọn file mới bảo lưu [F2.0.db], sau đó nhấn

.

- Vẽ biến hình mái dốc: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deformed Shape]. Nhấn lựa chọn [Def + undeformed] , sau đó nhấn

được kết quả như hình 4-55.

Hình 4-55 Biến hình mái dốc khi F=2.0 - Hiển thị phổ chuyển vị mái dốc theo phương X: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  X-Component of displacement] sau đó lại nhấn sẽ được phổ chuyển vị mái dốc theo phương X như hình 4-56. Chuyển vị mái dốc theo phương ngang lớn nhất là 73.994mm.

Hình 4-56 Phổ chuyển vị mái dốc theo phương X khi F=2.0 138

- Hiển thị phổ biến dạng tính dẻo mái dốc: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Plastic Strain  Von Mises plastic train] sau đó lại nhấn sẽ được phổ biến dạng tính dẻo của mái dốc như hình 4-57. Lúc này mô hình mái dốc có biến dạng tính dẻo, giá trị lớn nhất là 0.164E-03.

Hình 4-57 Phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc khi F=2.0 (7) Phân tích kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=2.2 - Đọc số liệu kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=2.2: Từ Menu [Utility Menu  resume from…] xuất hiện cửa sổ [Resume Database], lựa chọn file mới bảo lưu [F2.2.db], sau đó nhấn

.

- Vẽ biến hình mái dốc: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deformed Shape]. Nhấn lựa chọn [Def + undeformed] , sau đó nhấn

được kết quả như hình 4-58.

Hình 4-58 Biến hình mái dốc khi F=2.2 139

- Hiển thị phổ chuyển vị mái dốc theo phương X: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  X-Component of displacement] sau đó lại nhấn sẽ được phổ chuyển vị mái dốc theo phương X như hình 4-59. Chuyển vị mái dốc theo phương ngang lớn nhất là 73.775mm.

Hình 4-59 Phổ chuyển vị mái dốc theo phương X khi F=2.2 - Hiển thị phổ biến dạng tính dẻo mái dốc: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Plastic Strain  Von Mises plastic train] sau đó lại nhấn sẽ được phổ biến dạng tính dẻo của mái dốc như hình 4-60. Lúc này mô hình mái dốc có biến dạng tính dẻo, giá trị lớn nhất là 0.259E-03.

Hình 4-60 Phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc khi F=2.2

140

(8) Phân tích kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=2.4 - Đọc số liệu kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=2.4: Từ Menu [Utility Menu  resume from…] xuất hiện cửa sổ [Resume Database], lựa chọn file mới bảo lưu [F2.4.db], sau đó nhấn

.

- Vẽ biến hình mái dốc: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deformed Shape]. Nhấn lựa chọn [Def + undeformed] , sau đó nhấn

được kết quả như hình 4-61.

Hình 4-61 Biến hình mái dốc khi F=2.4 - Hiển thị phổ chuyển vị mái dốc theo phương X: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  X-Component of displacement] sau đó lại nhấn sẽ được phổ chuyển vị mái dốc theo phương X như hình 4-62. Chuyển vị mái dốc theo phương ngang lớn nhất là 70.715mm.

Hình 4-62 Phổ chuyển vị mái dốc theo phương X khi F=2.4 141

- Hiển thị phổ biến dạng tính dẻo mái dốc: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Plastic Strain  Von Mises plastic train] sau đó lại nhấn sẽ được phổ biến dạng tính dẻo của mái dốc như hình 4-63. Lúc này mô hình mái dốc có biến dạng tính dẻo, giá trị lớn nhất là 0.446E-03.

Hình 4-63 Phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc khi F=2.4 (9) Phân tích kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=2.6 - Đọc số liệu kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=2.6: Từ Menu [Utility Menu  resume from…] xuất hiện cửa sổ [Resume Database], lựa chọn file mới bảo lưu [F2.6.db], sau đó nhấn

.

- Vẽ biến hình mái dốc: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deformed Shape]. Nhấn lựa chọn [Def + undeformed] , sau đó nhấn

được kết quả như hình 4-64.

Hình 4-64 Biến hình mái dốc khi F=2.6 142

- Hiển thị phổ chuyển vị mái dốc theo phương X: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  X-Component of displacement] sau đó lại nhấn sẽ được phổ chuyển vị mái dốc theo phương X như hình 4-65. Chuyển vị mái dốc theo phương ngang lớn nhất là 60.519mm.

Hình 4-65 Phổ chuyển vị mái dốc theo phương X khi F=2.6 - Hiển thị phổ biến dạng tính dẻo mái dốc: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Plastic Strain  Von Mises plastic train] sau đó lại nhấn sẽ được phổ biến dạng tính dẻo của mái dốc như hình 4-66. Lúc này mô hình mái dốc có biến dạng tính dẻo, giá trị lớn nhất là 0.906E-03.

Hình 4-66 Phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc khi F=2.6

143

(10) Phân tích kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=2.8 - Đọc số liệu kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=2.8: Từ Menu [Utility Menu  resume from…] xuất hiện cửa sổ [Resume Database], lựa chọn file mới bảo lưu [F2.8.db], sau đó nhấn

.

- Vẽ biến hình mái dốc: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deformed Shape]. Nhấn lựa chọn [Def + undeformed] , sau đó nhấn

được kết quả như hình 4-67.

Hình 4-67 Biến hình mái dốc khi F=2.8 - Hiển thị phổ chuyển vị mái dốc theo phương X: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  X-Component of displacement] sau đó lại nhấn sẽ được phổ chuyển vị mái dốc theo phương X như hình 4-68. Chuyển vị mái dốc theo phương ngang lớn nhất là 49.042mm.

Hình 4-68 Phổ chuyển vị mái dốc theo phương X khi F=2.8 144

- Hiển thị phổ biến dạng tính dẻo mái dốc: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Plastic Strain  Von Mises plastic train] sau đó lại nhấn sẽ được phổ biến dạng tính dẻo của mái dốc như hình 4-69. Lúc này mô hình mái dốc có biến dạng tính dẻo, giá trị lớn nhất là 0.001428.

Hình 4-69 Phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc khi F=2.8 (11) Phân tích kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=3.0 - Đọc số liệu kết quả khi hệ số triết giảm cường độ F=3.0: Từ Menu [Utility Menu  resume from…] xuất hiện cửa sổ [Resume Database], lựa chọn file mới bảo lưu [F2.8.db], sau đó nhấn

.

- Vẽ biến hình mái dốc: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deformed Shape]. Nhấn lựa chọn [Def + undeformed] , sau đó nhấn

được kết quả như hình 4-70.

Hình 4-70 Biến hình mái dốc khi F=3.0 145

- Hiển thị phổ chuyển vị mái dốc theo phương X: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  X-Component of displacement] sau đó lại nhấn sẽ được phổ chuyển vị mái dốc theo phương X như hình 4-71. Chuyển vị mái dốc theo phương ngang lớn nhất là 34.408mm, chuyển vị ngang giảm xuống nhanh chóng, có thể nói mái dốc đã bị phá hoại.

Hình 4-71 Phổ chuyển vị mái dốc theo phương X khi F=3.0 - Hiển thị phổ biến dạng tính dẻo mái dốc: trong cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 4-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Plastic Strain  Von Mises plastic train] sau đó lại nhấn sẽ được phổ biến dạng tính dẻo của mái dốc như hình 4-72. Lúc này mô hình mái dốc có biến dạng tính dẻo, giá trị lớn nhất là 0.002196, trong mô hình vùng tính dẻo dần dần mở rộng đồng thời nối thông đến đỉnh dốc. Có thể nói rằng lúc này mái dốc đã mất ổn định tức là mái dốc đã bị phá hoại.

Hình 4-72 Phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc khi F=3.0 146

2.3 Phân tích kết quả tính toán 2.3.1 Từ phân tích biến hình mô hình mái dốc Từ hình vẽ biến hình mái dốc có thể thấy rằng hệ số triết giảm cường độ càng tăng lên thì biến hình mái dốc càng lớn, khi F=3.0 tính toán không hội tụ, từ hình 4-72 nhận thấy mặt phá hoại mái dốc tương tự hình vòng cung có thể nói rằng lúc này mái dốc mất an toàn. 2.3.2 Từ phân tích phổ chuyển vị mái dốc theo phương ngang Chuyển vị mái dốc theo phương ngang tuỳ độ gia tăng của hệ số triết giảm F mà phát sinh không ổn định rất lớn, khi mới bắt đầu tăng F, chuyển vị ngang từ từ tăng lên; sau khi F=2.2 chuyển vị ngang của mô hình mái dốc bắt đầu giảm; sau khi F=2.8, chuyển vị ngang bắt đầu giảm xuống nhanh chóng; khi F=3.0 chuyển vị ngang của mô hình mái dốc giảm xuống còn 34.408mm, chứng tỏ lúc này mái dốc đã phát sinh phá hoại. 2.3.3 Từ phân tích phổ biến dạng tính dẻo Từ phổ vùng tính dẻo của mô hình mái dốc có thể thấy rằng, cũng tuỳ sự gia tăng của hệ số triết giảm F, biến dạng tính dẻo từ 0 dần dần tăng cao, vùng tính dẻo cũng từ 0 dần dần tăng lên, khi F=3.0 vùng tính dẻo nối thông đến đỉnh đập đồng thời tính toán không hội tụ, chứng tỏ lúc này mái dốc đã bị phá hoại. Vì vậy hệ số an toàn của mái dốc nên lấy là 2.9. Ngoài ra, vẫn có thể từ chuyển vị đứng của mái dốc và chuyển vị điểm đặc trưng (như chân và đỉnh dốc) để đánh giá tính ổn định mái dốc. 2.4 Thực hiện phương thức mệnh lệnh (1) Thiết lập môi trường vật lý. /COM, Structural

!Chỉ định phân tích kết cấu

/TITLE, Phan tich on dinh mai doc

!Định nghĩa tiêu đề công việc

/FILNAM, Mai doc

!Định nghĩa tên file

(2) Thiết lập mô hình. !Nhập công cụ tiền xử lý /PREP7 !Định nghĩa loại hình phần tử ET,1,PLANE82

!Định nghĩa phần tử mái dốc

KEYOPT,1,3,2

!Mô hình tính toán là biến dạng phẳng

!Định nghĩa thuộc tính vật liệu !Thuộc tính vật liệu vùng mái dốc 1 MP,EX,1,3E10

!Định nghĩa môđun đàn hồi vật liệu 1

MP,PRXY,1,0.25

!Định nghĩa hệ số Poisson vật liệu 1

MP,DENS,1,2500

!Định nghĩa mật độ vật liệu 1 147

TB,DP,1

!Định nghĩa bảng số liệu 1

TBDATA,1,9E5,42.8

!Nhập số liệu bảng số liệu đầu vào

!Thuộc tính vật liệu vùng mái dốc 2

!Sử dụng mô hình đàn hồi

MP,EX,2,3.2E10

!Định nghĩa môđun đàn hồi vật liệu 2

MP,PRXY,1,0.24

!Định nghĩa hệ số Poisson vật liệu 2

MP,DENS,1,2700

!Định nghĩa mật độ vật liệu 2

!Thuộc tính vật liệu mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.2 MP,EX,1,3E10 MP,PRXY,1,0.25 MP,DENS,1,2500 TB,DP,3 TBDATA,1,7.50E5,37.7 !Thuộc tính vật liệu mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.4 MP,EX,1,3E10 MP,PRXY,1,0.25 MP,DENS,1,2500 TB,DP,4 TBDATA,1,6.43E5,33.5 !Thuộc tính vật liệu mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.6 MP,EX,1,3E10 MP,PRXY,1,0.25 MP,DENS,1,2500 TB,DP,5 TBDATA,1,5.63E5,30 !Thuộc tính vật liệu mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.8 MP,EX,1,3E10 MP,PRXY,1,0.25 MP,DENS,1,2500 TB,DP,6 TBDATA,1,5.0E5,27.2 !Thuộc tính vật liệu mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.0 MP,EX,1,3E10 MP,PRXY,1,0.25 MP,DENS,1,2500 148

TB,DP,7 TBDATA,1,4.5E5,24.8 !Thuộc tính vật liệu mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.2 MP,EX,1,3E10 MP,PRXY,1,0.25 MP,DENS,1,2500 TB,DP,8 TBDATA,1,4.09E5,22.8 !Thuộc tính vật liệu mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.4 MP,EX,1,3E10 MP,PRXY,1,0.25 MP,DENS,1,2500 TB,DP,9 TBDATA,1,3.75E5,21.1 !Thuộc tính vật liệu mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.6 MP,EX,1,3E10 MP,PRXY,1,0.25 MP,DENS,1,2500 TB,DP,10 TBDATA,1,3.46E5,19.6 !Thuộc tính vật liệu mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.8 MP,EX,1,3E10 MP,PRXY,1,0.25 MP,DENS,1,2500 TB,DP,11 TBDATA,1,3.21E5,18.2 !Thuộc tính vật liệu mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=3.0 MP,EX,1,3E10 MP,PRXY,1,0.25 MP,DENS,1,2500 TB,DP,12 TBDATA,1,3.0E5,17.1 !Thiết lập mô hình hình học !Xây dựng đường mô hình mái dốc 149

K,1,,,,

!Tạo điểm đặc trưng 1

K,2,-800,,, K,3,-800,-800,, K,4,-800,-1200,, K,5,1200,-1200,, K,6,1200,-800,, K,7,1200,,, K,8,1200,378,, K,9,430,378,, L,1,2

!Tạo đường thẳng L1 từ hai điểm 1 và 2

L,2,3 L,3,4 L,4,5 L,5,6 L,6,7 L,7,8 L,8,9 L,9,1 L,1,7 L,3,6 !Xây dựng mô hình mặt dốc AL,3,4,5,11

!Tạo mặt A1 từ các đường thẳng 3,4,5,11

AL,1,2,11,6,10 AL,7,8,9,10 /PNUM,AREA,ON

!Mở hiển thị mã số mặt

!Phân chia mạng lưới mô hình phần tử hữu hạn !Phân chia mạng lưới phần tử vùng vật liệu 2 !Thiết lập số phần mạng lưới LSEL,S,,,3,5,2

!Lựa chọn đường L3 và L5

LESIZE,ALL,,,5

!Phân chia đường lựa chọn thành 5 đoạn

LSEL,S,,,4,11,7

!Lựa chọn đường L4 và L11

LESIZE,ALL,,,26

!Phân chia đường lựa chọn thành 26 đoạn

MAT,2

!Lựa chọn đặc tính vật liệu 2

TYPE,1

!Sử dụng loại hình phần tử 1 150

MSHKEY,0

!Thiết định phân chia mạng lưới tự do

MSHAPE,0

!Thiết định phân chia lưới hình 4 cạnh

AMESH,1

!Phân chia vùng diện tích A1

!Phân chia mạng lưới phần tử vùng vật liệu 1 !Thiết lập số phần mạng lưới LSEL,S,,,2,6,4

!Lựa chọn đường L2 và L6

LSEL,A,,,1

!Thêm lựa chọn đường L1

LESIZE,ALL,,,10

!Phân chia đường lựa chọn thành 10 đoạn

LSEL,S,,,8,10,2

!Lựa chọn đường L8 và L10

LESIZE,ALL,,,16

!Phân chia đường lựa chọn thành 16 đoạn

LSEL,S,,,7,9,2

!Lựa chọn đường L7 và L9

LESIZE,ALL,,,12

!Phân chia đường lựa chọn thành 12 đoạn

MAT,1

!Lựa chọn đặc tính vật liệu 1

TYPE,1

!Sử dụng loại hình phần tử 1

MSHKEY,0

!Thiết định phân chia mạng lưới tự do

MSHAPE,0

!Thiết định phân chia lưới hình 4 cạnh

AMESH,2

!Phân chia vùng diện tích A2

AMESH,3

!Phân chia vùng diện tích A3

ALLSEL !Bảo lưu mô hình mạng lưới phần tử SAVE,Maidoc-grid.db (3) Gán ràng buộc và tải trọng. !Gán ràng buộc biên mô hình !Gán ràng buộc theo phương X hai biên trái phải NSEL,S,LOC,X,-800

!Lựa chọn điểm nút trên đường X=-800

NSEL,A,LOC,X,1200

!Lựa chọn điểm nút trên đường X=1200

D,ALL,UX

!Ràng buộc tất cả điểm nút theo phương X

ALLSEL !Gán ràng buộc biên đáy mô hình NSEL,S,LOC,Y,-1200

!Lựa chọn điểm nút trên đường Y=-1200

D,ALL,UY

!Ràng buộc tất cả điểm nút theo phương X

D,ALL,UX

!Ràng buộc tất cả điểm nút theo phương Y

ALLSEL !Gán gia tốc trọng trường 151

ACEL,,9.8 (4) Tính toán. /SOLU !Thiết lập tính toán ANTYPE,STATIC

!Thiết định tính toán tĩnh lực

NSUBST,100

!Thiết định số bước lớn nhất là 100

PRED,ON

!Chỉ định phân tích phi tuyến

NROPT,FULL

!Thiết định hạng mục Newton-Rhapson

NLGEOM,ON

!Chỉ định biến hình lớn

LNSRCH,ON

!Tìm kiếm tuyến tính

OUTRES,ALL,ALL

!Xuất tất cả hạng mục

CNVTOL,F,,0.005,2,0.5 CNVTOL,U,,0.05,2,1

!Chỉ định tiêu chuẩn hội tụ lực !Chỉ định tiêu chuẩn hội tụ chuyển vị

!Tính toán mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.0 ALLSEL SOLVE

!Tiến hành tính toán

SAVE,F1.DB

!Bảo lưu kết quả tính toán khi F=1.0

!Tính toán mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.2 FINISH /SOLU ALLSEL ASEL,S,AREA,,2,3,1

!Lựa chọn diện tích A2, A3

MPCHG,3,ALL

!Lựa chọn thay đổi mã số vật liệu phần tử là 3

ALLSEL SOLVE

!Tiến hành tính toán

SAVE,F1.2.DB

!Bảo lưu kết quả tính toán khi F=1.2

!Tính toán mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.4 FINISH /SOLU ALLSEL ASEL,S,AREA,,2,3,1

!Lựa chọn diện tích A2, A3

MPCHG,4,ALL

!Lựa chọn thay đổi mã số vật liệu phần tử là 4

ALLSEL SOLVE

!Tiến hành tính toán 152

SAVE,F1.4.DB

!Bảo lưu kết quả tính toán khi F=1.4

!Tính toán mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.6 FINISH /SOLU ALLSEL ASEL,S,AREA,,2,3,1

!Lựa chọn diện tích A2, A3

MPCHG,5,ALL

!Lựa chọn thay đổi mã số vật liệu phần tử là 5

ALLSEL SOLVE

!Tiến hành tính toán

SAVE,F1.6.DB

!Bảo lưu kết quả tính toán khi F=1.6

!Tính toán mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.8 FINISH /SOLU ALLSEL ASEL,S,AREA,,2,3,1

!Lựa chọn diện tích A2, A3

MPCHG,6,ALL

!Lựa chọn thay đổi mã số vật liệu phần tử là 6

ALLSEL SOLVE

!Tiến hành tính toán

SAVE,F1.8.DB

!Bảo lưu kết quả tính toán khi F=1.8

!Tính toán mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.0 FINISH /SOLU ALLSEL ASEL,S,AREA,,2,3,1

!Lựa chọn diện tích A2, A3

MPCHG,7,ALL

!Lựa chọn thay đổi mã số vật liệu phần tử là 7

ALLSEL SOLVE

!Tiến hành tính toán

SAVE,F2.0.DB

!Bảo lưu kết quả tính toán khi F=2.0

!Tính toán mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.2 FINISH /SOLU ALLSEL ASEL,S,AREA,,2,3,1

!Lựa chọn diện tích A2, A3

MPCHG,8,ALL

!Lựa chọn thay đổi mã số vật liệu phần tử là 8 153

ALLSEL SOLVE

!Tiến hành tính toán

SAVE,F2.2.DB

!Bảo lưu kết quả tính toán khi F=2.2

!Tính toán mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.4 FINISH /SOLU ALLSEL ASEL,S,AREA,,2,3,1

!Lựa chọn diện tích A2, A3

MPCHG,9,ALL

!Lựa chọn thay đổi mã số vật liệu phần tử là 9

ALLSEL SOLVE

!Tiến hành tính toán

SAVE,F2.4.DB

!Bảo lưu kết quả tính toán khi F=2.4

!Tính toán mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.6 FINISH /SOLU ALLSEL ASEL,S,AREA,,2,3,1

!Lựa chọn diện tích A2, A3

MPCHG,10,ALL

!Lựa chọn thay đổi mã số vật liệu phần tử là 10

ALLSEL SOLVE

!Tiến hành tính toán

SAVE,F2.6.DB

!Bảo lưu kết quả tính toán khi F=2.6

!Tính toán mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.8 FINISH /SOLU ALLSEL ASEL,S,AREA,,2,3,1

!Lựa chọn diện tích A2, A3

MPCHG,11,ALL

!Lựa chọn thay đổi mã số vật liệu phần tử là 11

ALLSEL SOLVE

!Tiến hành tính toán

SAVE,F2.8.DB

!Bảo lưu kết quả tính toán khi F=2.8

!Tính toán mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=3.0 FINISH /SOLU ALLSEL 154

ASEL,S,AREA,,2,3,1

!Lựa chọn diện tích A2, A3

MPCHG,12,ALL

!Lựa chọn thay đổi mã số vật liệu phần tử là 12

ALLSEL SOLVE

!Tiến hành tính toán

SAVE,F3.0.DB

!Bảo lưu kết quả tính toán khi F=3.0

(5) Hậu xử lý. /POST1 !Phân tích kết quả mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.0 RESUME,’F1.DB’

!Đọc kết quả mái dốc khi F=1.0

SET,1,LAST

!Đọc kết quả ở bước cuối

PLDISP,1

!Vẽ biến hình mô hình mái dốc

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị mái dốc theo phương ngang

PLNSOL,EPPL,EQV

!Vẽ phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc

!Phân tích kết quả mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.2 RESUME,’F1.2.DB’

!Đọc kết quả mái dốc khi F=1.2

SET,1,LAST

!Đọc kết quả ở bước cuối

PLDISP,1

!Vẽ biến hình mô hình mái dốc

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị mái dốc theo phương ngang

PLNSOL,EPPL,EQV

!Vẽ phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc

!Phân tích kết quả mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.4 RESUME,’F1.4.DB’

!Đọc kết quả mái dốc khi F=1.4

SET,1,LAST

!Đọc kết quả ở bước cuối

PLDISP,1

!Vẽ biến hình mô hình mái dốc

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị mái dốc theo phương ngang

PLNSOL,EPPL,EQV

!Vẽ phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc

!Phân tích kết quả mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.6 RESUME,’F1.6.DB’

!Đọc kết quả mái dốc khi F=1.6

SET,1,LAST

!Đọc kết quả ở bước cuối

PLDISP,1

!Vẽ biến hình mô hình mái dốc

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị mái dốc theo phương ngang

PLNSOL,EPPL,EQV

!Vẽ phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc

!Phân tích kết quả mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=1.8 RESUME,’F1.8.DB’

!Đọc kết quả mái dốc khi F=1.8

SET,1,LAST

!Đọc kết quả ở bước cuối 155

PLDISP,1

!Vẽ biến hình mô hình mái dốc

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị mái dốc theo phương ngang

PLNSOL,EPPL,EQV

!Vẽ phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc

!Phân tích kết quả mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.0 RESUME,’F2.0.DB’

!Đọc kết quả mái dốc khi F=2.0

SET,1,LAST

!Đọc kết quả ở bước cuối

PLDISP,1

!Vẽ biến hình mô hình mái dốc

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị mái dốc theo phương ngang

PLNSOL,EPPL,EQV

!Vẽ phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc

!Phân tích kết quả mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.2 RESUME,’F2.2.DB’

!Đọc kết quả mái dốc khi F=2.2

SET,1,LAST

!Đọc kết quả ở bước cuối

PLDISP,1

!Vẽ biến hình mô hình mái dốc

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị mái dốc theo phương ngang

PLNSOL,EPPL,EQV

!Vẽ phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc

!Phân tích kết quả mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.4 RESUME,’F2.4.DB’

!Đọc kết quả mái dốc khi F=2.4

SET,1,LAST

!Đọc kết quả ở bước cuối

PLDISP,1

!Vẽ biến hình mô hình mái dốc

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị mái dốc theo phương ngang

PLNSOL,EPPL,EQV

!Vẽ phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc

!Phân tích kết quả mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.6 RESUME,’F2.6.DB’

!Đọc kết quả mái dốc khi F=2.6

SET,1,LAST

!Đọc kết quả ở bước cuối

PLDISP,1

!Vẽ biến hình mô hình mái dốc

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị mái dốc theo phương ngang

PLNSOL,EPPL,EQV

!Vẽ phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc

!Phân tích kết quả mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=2.8 RESUME,’F2.8.DB’

!Đọc kết quả mái dốc khi F=2.8

SET,1,LAST

!Đọc kết quả ở bước cuối

PLDISP,1

!Vẽ biến hình mô hình mái dốc

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị mái dốc theo phương ngang

PLNSOL,EPPL,EQV

!Vẽ phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc

!Phân tích kết quả mái dốc khi hệ số triết giảm cường độ F=3.0 156

RESUME,’F3.0.DB’

!Đọc kết quả mái dốc khi F=3.0

SET,1,LAST

!Đọc kết quả ở bước cuối

PLDISP,1

!Vẽ biến hình mô hình mái dốc

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị mái dốc theo phương ngang

PLNSOL,EPPL,EQV

!Vẽ phổ biến dạng tính dẻo mô hình mái dốc

157

CHƯƠNG 6

PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH CẦU Trong chương này chủ yếu giới thiệu quá trình mô phỏng kết cấu công trình cầu, sau đó tiến hành phân tích cụ thể một cầu dàn thép chịu tải trọng tĩnh lực và động lực theo hai phương thức GUI và phương thức APDL

1. LỜI NÓI ĐẦU Phần mềm phần tử hữu hạn thông dụng ANSYS có khả năng phát huy tác dụng rất lớn trong phân tích ứng dụng công trình xây dựng. Chúng ta có thể dùng nó để phân tích kết cấu công trình cầu, có thể mô phỏng rất tốt chịu lực, tình trạng thi công, tải trọng động ngẫu nhiên… của các loại hình cầu. Chương trình ANSYS có kho phần tử và kho vật liệu rất phong phú, gần như có thể mô phỏng chân thực công trình cầu với hình thức tuỳ ý. Trong phân tích tĩnh, có thể xuất biến hình kết cấu, phân bố ứng suất, tình trạng nội lực… khá chính xác; trong phân tích động lực có thể biểu đạt chính xác đặc tính tần suất tự chấn, dao động, tải trọng ngẫu hợp, hưởng ứng thời trình… của kết cấu. Lợi dụng phần mềm phần tử hữu hạn tiến hành phân tích mô phỏng kết cấu công trình cầu có thể đạt được kết quả phân tích khá chuẩn xác. Trong phần này giới thiệu mô phỏng kết cấu công trình cầu. Đây là một loại kết cấu công trình quan trọng, phân tích chuẩn xác kết cấu công trình cầu có giá trị công trình rất lớn. Loại hình của công trình cầu rất đa dạng như cầu dầm, cầu vòm, cầu dàn thép, cầu treo, cầu dây văng.., loại hình công trình cầu khác nhau có thể sử dụng phương pháp xây 158

dựng mô phỏng không giống nhau. Nội dung phân tích công trình cầu bao gồm phân tích tĩnh lực, mô phỏng quá trình thi công, phân tích hưởng ứng tải trọng động…có thể thấy quá trình phân tích chỉnh thể công trình cầu khá phức tạp. Xét về tổng thể, quá trình phân tích mô phỏng chủ yếu như sau: (1)

Căn cứ số liệu tính toán, lựa chọn phần tử và vật liệu hợp lý, thiết lập chuẩn xác mô hình phần tử hữu hạn công trình cầu;

(2)

Gán tải trọng tĩnh lực hoặc động lực, lựa chọn điều kiện biên thích hợp;

(3)

Căn cứ vấn đề phân tích không giống nhau, lựa chọn công cụ giải thích hợp để tiến hành tính toán;

(4)

Quan sát kết quả tính toán trong giai đoạn hậu xử lý;

(5)

Nếu có yêu cầu điều chỉnh mô hình hoặc điều kiện tải trọng thì tiến hành tính toán phân tích lại.

Loại hình công trình cầu và nội dung phân tích rất nhiều, loại hình cầu không giống nhau thì quá trình phân tích có chỗ không giống nhau. Ở đây chỉ đưa ra quá trình phân tích tổng thể, nội dung cụ thể cần xem xét vào từng bài toán thực tế. 2. QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH MÔ PHỎNG CÔNG TRÌNH CẦU ĐIỂN HÌNH 2.1 Thiết lập môi trường vật lý Trước khi thiết lập mô hình kết cấu xây công trình nên tiến hành thiết lập môi trường làm việc. Thiết lập môi trường vật lý trong phần mềm ANSYS theo các bước dưới đây: (1) Thiết lập thanh lọc Menu GUI; (2) Định nghĩa tiêu đề phân tích (/TITLE); (3) Lựa chọn loại hình phần tử và hạng mục của nó (KEYOPT); (4) Thiết lập hằng số thực và hệ thống đơn vị; (5) Định nghĩa thuộc tính vật liệu; 2.1.1 Thanh lọc Menu GUI Nếu thông qua con đường GUI để vận hành ANSYS, sau khi ANSYS bị kích hoạt đầu tiên nên lựa chọn Menu [Main Menu  Preference] sẽ xuất hiện cửa sổ như hình vẽ 5-1 sau đó lựa chọn [Structural]. ANSYS có thể căn cứ tham số lựa chọn để tiến hành lọc giới hạn trên màn hình đồ họa GUI. Lựa chọn [Structural] để tiện khi tiến hành phân tích kết cấu lọc một vài menu không cần thiết trên màn hình đồ họa tương ứng. Phân tích công trình cầu thuộc phân tích kết cấu vì vậy nên lựa chọn hạng mục [Structural] .

159

Hình 5-1 Thanh lọc mặt giới hạn trên màn hình đồ họa GUI 2.1.2 Định nghĩa tiêu đề phân tích (/TITLE) Trước khi tiến hành phân tích, có thể định nghĩa tiêu đề biểu thị nội dung phân tích, như “Cau dan”, để từ tiêu đề này dễ phân biệt mô hình hình học vật lý tương tự khác. Dùng phương pháp dưới đây để định nghĩa tiêu đề phân tích. Dưới đây dùng phương thức GUI để định nghĩa tiêu đề phân tích như hình vẽ 5-2. Phương thức mệnh lệnh: /TITLE Phương thức GUI: Utility Menu  File  Change Title Cũng có thể sử dụng mệnh lệnh /STITLE thêm tiêu đề phụ, tiêu đề phụ sẽ xuất hiện trong thu xuất kết quả, còn trong màn hình đồ hoạ không hiển thị.

Hình 5-2 Định nghĩa tiêu đề phân tích 2.1.3 Định nghĩa loại hình phần tử và các thông số của nó (KEYOPT) Phân tích kết cấu đầu tiên phải tiến hành lựa chọn phần tử. Trong kho phần tử của ANSYS có hơn 100 chủng loại phần tử khác nhau, có thể dùng để mô phỏng các loại kết cấu và vật liệu trong công trình, tổ hợp các loại phần tử không giống nhau tạo thành mô hình trừu tượng của vấn đề vật lý cụ thể. Trong phân tích mô phỏng kết cấu công trình cầu, phần tử thường dùng là phần tử thanh, ví dụ như phần tử thanh có thể mô phỏng thanh thép mặt cắt không giống nhau, thanh bê tông cốt thép…; phần tử vỏ và phần tử trụ cũng rất hay dùng, phần tử vỏ có thể mô phỏng bản mặt cầu, loại dầm hộp kết cấu bản mỏng, phần tử trụ có thể mô phỏng cốt thép dự ứng lực và thanh dàn….Sau khi định nghĩa các loại phần tử và lựa trọn hạng mục của nó (KEYOPT), có thể thiết lập mô hình 160

phần tử hữu hạn. Có thể sử dụng phần tử kết cấu tuyến tính hoặc phi tuyến. Phân tích kết cấu công trình cầu thường gặp các phần tử cho ở bảng 5-1. Bảng 5-1 Phần tử thường gặp trong phân tích kết cấu công trình cầu Phần tử

Số chiều

Hình thức và độ tự do

Đặc tính

LINK8

3-D

Tuyến tính, 2 điểm nút, 3 độ tự do

Trụ tính cứng, có thể chịu lực kéo và lực nén, dùng để mô phỏng cốt thép…Có thể định nghĩa diện tích mặt cắt của nó và biến dạng ban đầu.

LINK10

3-D

Tuyến tính, 2 điểm nút, 3 độ tự do

Trụ tính mềm, chỉ có khả năng chịu kéo, dùng để mô phỏng phần tử cáp. Có thể định nghĩa diện tích mặt cắt của nó và biến dạng ban đầu.

BEAM3

2-D

Tuyến tính, 2 điểm nút, 3 độ tự do

Thanh đàn hồi 2 chiều, dùng để mô phỏng dầm, cột… Có thể định nghĩa diện tích mặt cắt của nó, mômen quán tính, biến dạng ban đầu, độ cao mặt cắt…

Tuyến tính, 2 điểm nút, 6 độ tự do

Thanh đàn hồi 3 chiều, dùng để mô phỏng dầm, cột… Có thể định nghĩa diện tích mặt cắt của nó, hình thái mặt cắt, mômen quán tính 3 chiều, biến dạng ban đầu, cao rộng mặt cắt…

Mặt cắt thay đổi không đối xứng, 2 điểm nút, 6 độ tự do

Thanh đàn hồi 3 chiều, có khả năng định nghĩa nhiều diện tích cắt của 1 mặt cắt, hình thái mặt cắt, mômen quán tính 3 chiều, biến dạng ban đầu, cao rộng mặt cắt…

Hình tứ giác hoặc hình tam giác, 4 điểm nút, 6 độ tự do

Vỏ tuyến tính 3 chiều, dùng để mô phỏng vỏ bản…Có thể định nghĩa độ dày tại các điểm nút của nó, độ cứng, độ cong ban đầu…

BEAM4

3-D

BEAM44

3-D

SHELL63

3-D

Phương thức thiết lập phần tử và lựa chọn hạng mục đặc trưng của nó như dưới đây: Phương thức mệnh lệnh: ET KEYOPT Phương thức GUI: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete] xuất hiện cửa sổ [Element Type], nhấn tử, sau khi thêm phần tử nhấn

thể thêm loại hình phần

để định nghĩa lựa chọn hạng mục phần tử, nhấn

để xoá bỏ phần tử. Như biểu thị ở hình 5-3 và hình 5-4.

Hình 5-3 Thêm loại hình phần tử trong GUI

Hình 5-4 Lựa chọn loại hình phần tử trong GUI

2.1.4 Thiết lập hằng số thực và hệ thống đơn vị 161

Hằng số thực phần tử và loại hình phần tử có quan hệ mật thiết, dùng mệnh lệnh R (hoặc RMODIF..) hoặc Menu GUI tương ứng của nó để thiết lập.Ví dụ như trong phân tích kết cấu, có thể sử dụng hằng số thực định nghĩa diện tích mặt cắt của phần tử thanh, mômen quán tính và cao độ, định nghĩa độ dày của phần tử bản…Khi định nghĩa hằng số thực nên tuân thủ hai quy tắc dưới đây: 

Nhất thiết phải theo trình tự nhập hằng số thực;



Đối với mô hình nhiều loại hình phần tử, mỗi loại phần tử có thể có nhiều hằng số thực nhưng các hằng số thực độc lập (tức là mã số REAL không giống nhau).

Hình 5-5, 5-6 lấy phần từ BEAM4 làm ví dụ, hiển thị định nghĩa hằng số thực của phần tử BEAM4 như thế nào. Phương thức mệnh lệnh: R Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Real Constants  Add/Edit/Delete]

Hình 5-5 Định nghĩa hằng số thực bằng phương thức GUI

Hình 5-6 Định nghĩa hằng số thực phần tử BEAM4

162

Phần mềm ANSYS không có chỉ định hệ thống đơn vị để phân tích, trừ phân tích từ trường, có thể sử dụng tuỳ ý một loại hệ thống đơn vị, chỉ cần đảm bảo mọi số liệu nhập đều là sử dụng cùng một loại hệ thống đơn vị. Trong phần này, mọi tính toán đều sử dụng hệ thống đơn vị quốc tế như m, N, kg, s, Pa, Hz… 2.1.5 Xây dựng mặt cắt Trong phân tích kết cấu công trình cầu, sử dụng phần tử thanh thông thường đều đòi hỏi định nghĩa mặt cắt phần tử. Trong ANSYS, có thể thiết lập mặt cắt thông thường (tức là hình thái hình học tiêu chuẩn và vật liệu đơn nhất), cũng có thể mặt cắt tự định nghĩa (tức là hình thái mặt cắt tuỳ ý cũng có thể là nhiều loại vật liệu). Phương thức mệnh lệnh: SECTYPE SECDATA SECOFFSET Phương thức GUI: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Sections  Beam  Common Sections] Cũng có thể thông qua mạng lưới ô vuông người sử dùng tự thiết lập mặt cắt, lúc này đòi hỏi thiết lập file mạng lưới ô vuông người sử dụng. Đầu tiên nên thiết lập một mô hình thực thể 2D, sau đó bảo lưu. Phương thức mệnh lệnh: SECWRITE Phương thức GUI: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Sections  Beam  Write Sec Mesh] 2.1.6 Định nghĩa thuộc tính vật liệu Trong mô hình công trình cầu có thể có một loại hoặc nhiều loại vật liệu, bao gồm vật liệu thép các loại tính chất, bê tông, nền đất, đá xây…Mỗi loại vật liệu đều nhập đặc tính vật liệu tương ứng. Trong kho vật liệu chương trình ANSYS có một vài vật liệu đặc tính đã được định nghĩa, có thể trực tiếp sử dụng chúng, cũng có thể cải sửa thành hình thức cần sử dụng. Trong phân tích công trình cầu vật liệu sử dụng khá đơn giản, cơ bản lựa chọn vật liệu đàn hồi tuyến tính (Linear, Isotropic), phương thức định nghĩa vật liệu cho ở dưới đây. Phương thức mệnh lệnh: MP Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Material Props  Material Models  Structural  Linear  Isotropic] như hình 5-7.

163

Hình 5-7 Thiết lập thuộc tính vật liệu trong GUI Trong thuộc tính vật liệu, số liệu chủ yếu cần nhập có: Môđun đàn hồi (EX), hệ số Poisson (PRXY), mật độ (Density) và vật liệu tắt dần (Damping)… Đối với vật liệu phi tuyến tính, có thể lựa chọn Nonlinear như hình 5-8.

Hình 5-8 Thiết lập thuộc tính vật liệu trong GUI 

Nhất thiết phải dựa theo hình thức định nghĩa độ cứng (như môđun đàn hồi EX, hệ số siêu đàn hồi…)



Đối với tải trọng quán tính (trọng lực), nhất thiết phải định nghĩa số liệu cần cho tính toán khối lượng như mật độ DENS.



Đối với tải trọng nhiệt độ, nhất thiết phải định nghĩa hệ số giãn nở ALPX.

2.2 Xây dựng mô hình, chỉ định đặc tính, phân chia mạng lưới Sau khi định nghĩa đặc tính vật liệu, bước tiếp theo là phân tích miêu tả cách tạo chính xác mô hình phần tử hữu hạn (điểm và phần tử) của tính chất mô hình hình học. Trong phân tích kết cấu bằng ANSYS, có hai phương pháp thiết lập mô hình phần tử hữu 164

hạn. Phương pháp thứ nhất là trực tiếp thiết lập tiếp điểm phần tử hình thành mô hình phần tử hữu hạn, có khả năng tự khống chế mỗi một phần tử, không đòi hỏi quá trình phân chia phần tử, phương pháp này có thể dùng để thiết lập kết cấu tương đối đơn giản. Phương pháp thứ hai là đầu tiên thiết lập mô hình hình học, sau đó sử dụng phần mềm phân chia mô hình hình học thành mô hình phần tử hữu hạn, phương pháp này thích hợp với kết cấu phức tạp, kết cấu không có quy tắc. (1) Phương pháp thứ nhất Phương thức mệnh lệnh: N Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Nodes] Phương thức mệnh lệnh: E Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Elements] (2) Phương pháp thứ hai Phương thức mệnh lệnh: K Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Keypoints] Phương thức mệnh lệnh: L Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Line] Phương thức mệnh lệnh: A Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Areas] Phương thức mệnh lệnh: V Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Volumes] Thao tác mô hình hình học: Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Operate] Extrude: kéo trục Extend Line: kéo dài đường Booleans: thao tác Booleans Intersect: giao Add: cộng Subtract: trừ Divide: chia Glue: dán Overlap: liên tục 165

Partition: phân thành nhiều vùng nhỏ Scale: thang độ Thao tác trên sử dụng hợp lý có thể thiết lập mô hình hình học khối kết cấu rất chuẩn xác. Sau đó có thể đối với mô hình hình học tiến hành phân chia mạng lưới phần tử, hình thành mô hình phần tử hữu hạn. Thao tác cụ thể phân chia phần tử như ở dưới đây. Phương thức mệnh lệnh: LSEL (lựa chọn phần tử đường muốn phân chia) TYPE (lựa chọn loại hình phần tử) MAT (lựa chọn thuộc tính vật liệu) REAL (lựa chọn hằng số thực) ESYS (hệ toạ độ phần tử) MSHAPE (lựa chọn hình thức phần tử) MSHKEY (lựa chọn hình thức phân chia phần tử) LMESH (bắt đầu phân chia phần tử đường) Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Meshing  MeshTool] Trước khi phân chia phần tử, đầu tiên nên tiến hành khống chế thích hợp kích thước phần tử, hình thức…nếu không có thể xuất hiện kết quả phân chia không đạt được như muốn. Bây giờ lấy công cụ Mesh Tool làm ví dụ, giải thích rõ phương pháp phân chia phần tử như biểu thị ở hình 5-9. Element Attributes: lựa chọn loại hình phần tử, thuộc tính vật liệu, hằng số thực, hệ toạ độ phần tử, mã số mặt cắt. Smart Size: khống chế độ chính xác phần tử mô hình. Size Controls: thông qua chỉ định kích thước phân đoạn hình học hoặc khống chế kích thước và số lượng phần tử trên mỗi mặt hình học. Mesh: phân chia phần tử (điểm, đường, mặt, khối). Hình thức phần tử phân thành hình tam giác hoặc khối bốn mặt (Tet), hình 4 cạnh hoặc hình 6 cạnh (Hex); phương thức phân chia phân thành phân chia Free, phân chia Mapped và phân chia Sweep. Hình 5-9 Mesh Tool 

Phạm vi thay đổi nhanh chóng ứng suất hoặc biến dạng (thông thường là phạm vi chúng ta cần quan tâm), đòi hỏi mạng lưới phần tử dày hơn phạm vi có ứng suất và biến dạng gần như không thay đổi. 166



Khi xét ảnh hưởng tính phi tuyến, nên dùng mạng lưới đầy đủ để đạt được hiệu ứng phi tuyến. Như phân tích tính dẻo đòi hỏi mật độ điểm tích phân tương đương, bởi vì vùng thang độ biến hình tính dẻo cao đòi hỏi mạng lưới khá dày.

2.3 Gán điều kiện biên và tải trọng Khi gán điều kiện biên và tải trọng, có thể gán điều kiện biên và tải trọng lên mô hình thực thể (điểm đặc trưng, đường, mặt) cũng có thể gán lên mô hình phần tử hữu hạn (tiếp điểm và phần tử). Khi tính toán, chương trình ANSYS sẽ tự động chuyển điều kiện biên và tải trọng trên mô hình thực thể đến mô hình phần tử hữu hạn. Trong phương thức GUI, có thể thông qua một dãy Menu để thực hiện thao tác gia tải như hình 10 cho ở dưới đây. [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural] [Main Menu  Preprocessor  Define Loads  Apply  Structural] Lúc này chương trình ANSYS sẽ liệt kê tất cả loại hình điều kiện biên và tải trong trong phân tích kết cấu. Sau đó căn cứ tình hình thực tế lựa chọn điều kiện biên và tải trọng hợp lý. Tải trọng chủ yếu có: Displacement, Force/Moment, Pressure, Inertia… Ví dụ như muốn gán tải trọng phân bố đều lên trên bản mặt cầu làm như sau: [Main Menu  Preprocessor  Define Loads  Apply  Structural  Pressure  On Elements/On Areas] sau đó lựa chọn mặt hình học bản mặt cầu, có thể gán áp lực cục bộ lên trên mặt phần tử bản mặt cầu. Cũng có thể thông qua mệnh lệnh trong ANSYS để nhập tải trọng, mấy loại tải trọng phân tích kết cấu thường gặp như ở dưới đây. Hình 5-10 Menu gán tải trọng Ràng buộc chuyển vị (UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ) Ràng buộc độ tự do này thường gán lên biên mô hình, dùng làm định nghĩa tính cứng điểm chống đỡ, cũng có thể dùng để chỉ định điều kiện biên đối xứng và đã biết điểm chuyển động. Ví dụ như: một phần tử thanh hai chiều có 3 độ tự do, điều kiện biên là ràng buộc điểm đầu i theo 2 phương chuyển vị UX , UY, ràng buộc điểm đầu j theo phương chuyển vị UY. Trong phân tích kết cấu cầu, ràng buộc chuyển vị thông thường gán ở vị trí đáy cầu, nơi gối dầm chính, nơi đầu dầm…Ràng buộc chuyển vị có thể gán trên điểm, đường, mặt, điểm nút, cuối cùng đều có thể chuyển hoá thành gán ràng buộc điểm nút trên mặt. Phương chỉ định là dựa theo định nghĩa hệ toạ độ điểm nút. Mệnh lệnh: D 167

Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Define Loads  Apply  Structural  Displacement or Potential] Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Displacement] Lực (FX, FY, FZ)/Mômen (MX, MY, MZ) Lực tập trung thông thường chỉ định trên biên ngoài của mô hình, phương của nó là theo định nghĩa hệ toạ độ điểm nút. Lực tập trung hoặc mômen có thể mô phỏng tải trọng tập trung trên cầu. Ví dụ như: khi xe di chuyển trên mặt cầu, tải trọng giản hoá thành một tổ hợp lực tập trung tác dụng trên cầu để tính toán chịu tải của cầu. Lực tập trung hoặc mômen chỉ có khả năng gán ở điểm đặc trưng hoặc điểm nút trên mặt. Mệnh lệnh: F Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Define Loads  Apply  Structural  Force/Moment] Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Force/Moment] Tải trọng áp lực (PRES) Đây là tải trọng trên mặt, thông thường tác dụng ở mặt ngoài mô hình. Áp lực dương là chỉ hướng mặt phần tử (hiệu quả nén co). Tải trọng phân bố đều và tải trọng thang độ đều thuộc tải trọng áp lực, trong phân tích kết cấu cầu có thể thường gán tải trọng áp lực. Ví dụ như gán tải trọng người phân bố trên bản mặt cầu, cần lựa chọn phần tử bản mặt cầu sau đó gán tải trọng áp lực lên mặt hoặc phần tử lựa chọn. Cần chú ý là khi gán tải trọng áp lực lên mặt ba chiều, cần chú ý phương của mặt và phương của áp lực. Tải trọng áp lực có thể gán trên đường, mặt, điểm nút, phần tử, thanh. Mệnh lệnh: SF Phương thức GUI: [Main Menu  Preprocessor  Define Loads  Apply  Structural  Pressure] Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Pressure] Tải trọng lực quán tính (dùng để gán trọng lực, xoay tròn…) Trong phân tích kết cấu bằng ANSYS, thông thường thông qua gán lực quán tính để gán trọng lực kết cấu. Đồng thời cũng có thể dùng để gán độ gia tốc. Dùng để gán lực quán tính của trọng lực và tương phản phương của độ gia tốc trọng lực. Trước khi định nghĩa tải trọng quán tính cần định nghĩa mật độ. Ví dụ như: phương trọng lực là phương âm của trục Y, lực quán tính gán là phương dương của trục Y. Mệnh lệnh: ACEL

168

[Main Menu  Preprocessor  Define Loads  Apply  Structural  Inertia  Gravity] [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Inertia  Gravity] Trong phân tích động lực học, ngoài tải trọng quán tính, tất cả tải trọng khác đều có thể gán lên mô hình. 2.4 Tính toán Loại hình tính toán phân tích kết cấu tương đối nhiều, dựa theo yêu cầu không giống nhau để lựa chọn phương thức tính toán không giống nhau. Quá trình tính toán cơ bản kết cấu công trình cầu như ở dưới đây. 2.4.1 Định nghĩa loại hình phân tích Vào công cụ tính toán SOLUTION Phương thức mệnh lệnh: /SOLU Phương thức GUI: [Main Menu  Solution] Lựa chọn loại hình phân tích Phương thức mệnh lệnh: ANTYPE Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  New Analysis] như hình 5-11.

Hình 5-11 Lựa chọn loại hình phân tích trong GUI Loại hình phân tích thường dùng trong phân tích kết cấu cầu có mấy loại dưới đây. (1) Phân tích tĩnh (Static) Phân tích tĩnh học trong phân tích kết cấu cầu chiếm một vị trí quan trọng, kết quả phân tích tĩnh học nhất thiết phải thoả mãn yêu cầu thiết kế. Thông qua tính toán tĩnh lực, có thể xuất tính toán chuyển vị, nội lực, phân bố ứng suất, hình dạng biến hình, tính ổn định …. của kết cấu. Phương thức mệnh lệnh: ANTYPE,STATIC,NEW

169

Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  New Analysis] sau đó lựa chọn hạng mục [Static] cuối cùng nhấn

.

Nếu khởi động lại một phân tích, file kết quả phân tích đầu tiên Jobname.EMAT, Jobname.ESAV và Jobname.DB vẫn có thể dùng, sử dụng mệnh lệnh ANTYPE, STATIC, REST. (2) Phân tích dao động riêng (Modal) Trong phân tích Modal, có thể tính toán xuất tần suất dao động và các bước dao động, đồng thời cũng có thể xuất khối lượng tham dự của mỗi bước tần suất…Trước khi phân tích phổ nhất thiết phải phân tích Modal. Phương thức mệnh lệnh: ANTYPE,MODAL,NEW Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  New Analysis] sau đó lựa chọn hạng mục [Modal] cuối cùng nhấn

.

Phân tích Modal chủ yếu bao gồm 4 bước: 1/ Thiết lập mô hình 2/ Gia tải và tính toán. Ngoài ràng buộc chuyển vị bằng 0, các loại hình tải trọng khác như lực, ứng suất, độ gia tốc…có thể chỉ định trong phân tích Modal, nhưng khi tính toán Modal sẽ không xét đến; nội dung xuất tính toán chủ yếu có bảng tần suất cố hữu, hệ số tham dự… 3/ Modal mở rộng. Nhập file kết quả dao động để thu được dao động hoàn chỉnh; trước khi xử lý mở rộng nhất thiết phải tách khỏi công cụ tính toán (FINISH) đồng thời tiến hành nhập công cụ tính toán mới. 4/ Quan sát kết quả. Kết quả phân tích Modal bao gồm: tần suất cố hữu, dao động mở rộng, phân bố lực và ứng suất tương đối. Quan sát kết quả trong POST1. 

Trong phân tích Modal chỉ có hành vi tuyến tính là hữu hiệu, nếu chỉ định phần tử phi tuyến tính, nó sẽ bị xem là tuyến tính; trong phân tích Modal nhất thiết phải chỉ định dạng thức Modun EX và mật độ DENS.

(3) Phân tích trạng thái đột biến (Transient) Phân tích trạng thái đột biến thường dùng với tính toán tình trạng hưởng ứng khi tải trọng gia tăng đột biến. Ví dụ như trong phân tích kết cấu cầu, khi cầu chịu tác dụng của địa chấn hoặc tính toán tình trạng mố cầu chịu đột nhiên va chạm, đều có thể lựa chọn sử dụng phân tích đột biến để tính toán hưởng ứng kết cấu. Phương thức mệnh lệnh: ANTYPE,TRANSIENT,NEW Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  New Analysis] sau đó lựa chọn hạng mục [Transient] nhấn

xuất hiện cửa sổ [Transient Analysis]

như hình 5-12. Lựa chọn phương thức tính toán thích hợp sau đó nhấn

170

Hình 5-12 Lựa chọn phân tích Transient (4) Phân tích phổ Phân tích phổ là một loại lấy kết quả của phân tích Modal liên hệ với một phổ đã biết, tính toán phân tích kỹ thuật ứng suất và chuyển vị của mô hình. Phân tích phổ thay thế phân tích thời gian - lịch trình, chủ yếu dùng xác định kết quả tình trạng hưởng ứng động lực đối với tải trọng ngẫu nhiên hoặc tải trọng thay đổi theo thời gian ngẫu nhiên (như địa chấn, tải gió, sóng…). Trong phân tích kết cấu, phân tích phổ thường dùng tính toán kết cấu chịu ảnh hưởng của chấn động. Thường dùng nhất là phổ phản ứng địa chấn. Chú ý trước khi phân tích phổ đầu tiên nên tiến hành phân tích Modal. Phương thức mệnh lệnh: ANTYPE,SPECTR,NEW Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  New Analysis] sau đó lựa chọn hạng mục [Spectrum] cuối cùng nhấn

.

Quá trình phân tích phổ bao gồm mấy bước dưới đây. 1/ Thiết lập mô hình 2/ Phân tích Modal. Chú ý chỉ có phương pháp Block, phương pháp Subspace và phương pháp Reduced mới phân tích phổ có hiệu quả. 3/ Phân tích phổ. Nhập phổ phản ứng, có phổ phản ứng của gia tốc, phổ phản ứng tốc độ, phổ phản ứng lực… 4/ Mở rộng Modal. Sau khi mở rộng Modal mới có khả năng quan sát kết quả trong giai đoạn hậu xử lý. 5/ Tổ hợp Modal. Phương thức tổ hợp Modal trong quy phạm thiết kế cầu lựa chọn phương thức SRSS, tức là căn bậc hai của tổng bình phương. 6/ Quan sát kết quả. 2.4.2 Định nghĩa lựa chọn hạng mục phân tích Sau khi định nghĩa loại hình phân tích sẽ thiết lập lựa chọn hạng mục phân tích, cửa sổ lựa chọn hạng mục phân tích của mỗi loại phân tích không giống nhau. (1) Phân tích tĩnh Phương thức mệnh lệnh: EQSLV

171

Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  Sol’n Controls], trong lựa chọn hạng mục tính toán có thể xem ở hình 5-13.

Hình 5-13 Lựa chọn hạng mục tính toán phân tích tĩnh Basic: Small Displacement Static (Phân tích tĩnh lực chuyển vị nhỏ) Large Displacement Static (Phân tích tĩnh lực chuyển vị lớn) Small Displacement Transient (Phân tích trạng thái đột biến chuyển vị nhỏ) Large Displacement Transient (Phân tích trạng thái đột biến chuyển vị lớn) Calculate prestress efefect (Tính toán hiệu ứng dự ứng lực) Time at end of loadstep (Thời gian ở bước tải trọng cuối cùng) Number of substeps (Khống chế thông qua bước tải trọng con) Time increment (Khống chế thông qua tăng lượng thời gian) Write Items to Results File (Thiết lập file xuất kết quả) Thiết lập trong Basic đã cung cấp số liệu nhỏ nhất cần trong phân tích. Sau khi thiết lập đầy đủ trong tiêu chuẩn kiểm tra Basic, không cần thiết lập hạng mục lựa chọn trong tiêu chuẩn kiểm tra khác. Trừ khi vì muốn tiến hành khống chế cao cấp mà cải sửa thiết lập mặc định khác. 

Khi thiết lập ANTYPE và NLGEOM, nếu tiến hành một phân tích mới song không xét hiệu biến dạng hình lớn (như độ cong lớn, góc xoay lớn, biến dạng lớn), mời lựa chọn [Small Displacement Static]. Nếu mong muốn có độ cong lớn (như uốn cong của thanh mảnh dài) hoặc biến dạng lớn, lựa chọn [Large Displacement Static]. Nếu muốn khởi động một phân tích phi tuyến mới hoặc 172

người sử dụng đã tiến hành phân tích tĩnh hoàn chỉnh mà muốn chỉ định tải trọng khác thì lựa chọn [Restart Current Analysis]. 

Khi thiết lập TIME, nhớ lựa chọn hạng mục bước thời gian, chỉ định thời gian kết thúc bước tải trọng, giá trị mặc định là 1. Đối với bước tải trọng tiếp theo giá trị mặc định là 1 cộng phía trước 1 bước tải trọng thời gian chỉ định.



Khi thiết lập OUTERS, ghi nhớ: thời gian mặc định chỉ có 1000 tập kết quả ghi trong file kết quả, nếu vượt quá số này, chương trình sẽ dừng, có thể thông qua mệnh lệnh /CONFIG, NRES để tăng giá trị giới hạn này.

(2) Phân tích dao động riêng Modal Phương thức mệnh lệnh: EQSLV Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  Analysis Options] xuất hiện cửa sổ thiết lập hạng mục lựa chọn phân tích Modal, như hình 5-14. Phương pháp phân tích Modal tổng cộng có 7 loại ( Block Lanczos, Subspace, PCG Lanczos, Reduced, Unsymmetric, Damped, QR Damped), 4 phương pháp đầu tiên là những phương pháp thường dùng trong phân tích Modal. Trong tính toán phân tích kết cấu công trình cầu thông thường sử dụng phương pháp phân khối Lanczos. Ý nghĩa các hạng mục lựa chọn thường dùng như dưới đây. No.of modes to extract (chiết xuất số Modal): Ngoài phương pháp co giảm Reduced, các hạng mục lựa chọn chiết xuất Modal khác đều nhất thiết phải thiết lập. Expand mode shapes ( mở rộng Modal hay không): nếu chuẩn bị sau khi phân tích phổ tiến hành mở rộng Modal, hạng mục lựa chọn nên thiết lập là NO. No.of modes to expand (số Modal mở rộng): hạng mục lựa chọn này chỉ yêu cầu thiết lập khi sử dụng trong phương pháp co giảm Reduced, phương pháp phi đối xứng và phương pháp giảm dần Damped. Calculate elem results (tính toán kết quả phần tử): nếu muốn thu được kết quả tính toán phần tử, nên mở hạng mục này. Incl prestress effects (bao gồm hiệu ứng dự ứng lực hay không): hạng mục này dùng xác định xét đến ảnh hưởng chấn động kết cấu đối với dự ứng lực hay không. Quá trình phân tích mặc định không bao gồm hiệu ứng dự ứng lực, tức là trong kết cấu không có trạng thái dự ứng lực.

173

Hình 5-14 Thiết lập lựa chọn hạng mục phân tích Modal Khi lựa chọn phương pháp phân khối Lanczos, sau khi nhấn xuất hiện cửa sổ như hình 5-15, trong cửa sổ nhập tần suất bắt đầu và tần suất kết thúc. Đây cũng là quy định phạm vi tần suất, kết quả tần suất dao động tính toán đều ở trong phạm vi này.

Hình 5-15 Tính toán phương pháp phân khối Lanczos trong phân tích Modal Khi lựa chọn phương pháp Subspace, sau khi nhấn hình 5-16. Tiếp tục nhấn

xuất hiện cửa sổ như

để hoàn thành thiết lập.

174

Hình 5-16 Tính toán phương pháp Subspace trong phân tích Modal (3) Phân tích trạng thái đột biến (Transient) Phương thức mệnh lệnh: EQSLV Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  Analysis Options] xuất hiện cửa sổ như hình 5-17, thiết lập hạng mục lựa chọn với phân tích tĩnh tương đồng.

Hình 5-17 Tính toán phân tích trạng thái đột biến (Transient)

175

(4) Phân tích phổ Phương thức mệnh lệnh: EQSLV Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  Analysis Options] Lựa chọn loại hình phân tích phổ như ở hình 5-18. Single-pt resp (phân tích phổ hưởng ứng điểm đơn) Multi-pt respons (phân tích phổ hưởng ứng nhiều điểm) D.D.A.M (phân tích thiết kế động lực) P.S.D (phân tích mật độ phổ công suất) Phân tích kết cấu thường sử dụng loại thứ nhất phân tích phổ hưởng ứng điểm đơn.

Hình 5-18 Tính toán phân tích phổ Trong phân tích phổ, nhất thiết phải tiến hành mở rộng Modal, mở rộng Modal là quay lại trong phân tích Modal tiến hành mở rộng Modal. Phương thức mệnh lệnh: ANTYPE,MODAL,NEW Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Analysis Type  New Analysis] sau đó lựa chọn hạng mục [Modal] cuối cùng nhấn

.

2.4.3 Dành trước kho số liệu Nhấn [SAVE DB] trên thanh công cụ để dành trước kho số liệu, nếu trong quá trình tính toán xuất hiện sai khác, có thể dễ dàng khôi phục số số liệu mô hình. Khi khôi phục mô hình, sử dụng mệnh lệnh dưới đây: Phương thức mệnh lệnh: RESUME Phương thức GUI: [Utility Menu  File  Resume Jobname.db] 2.4.4 Bắt đầu tính toán Đối với phân tích tĩnh lực đơn giản, một lần gia tải có thể tính toán xuất kết quả.

176

Đối với tải trọng động, phương thức gia tải tương đối phức tạp mà còn phải trải qua nhiều lần tính toán mới có khả năng xuất kết quả cuối cùng. Đối với gán tải trọng phức tạp thường sử dụng phương thức nhập mệnh lệnh, phương thức Menu nhập tương đối phức tạp. Dùng phương thức GUI dưới đây để tiến hành phân tích tĩnh lực: Phương thức mệnh lệnh: SOLVE Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] Kiểm tra thông tin tính toán trong cửa sổ, sau khi xác nhận không có sai xót, nhấn trong cửa sổ như hình 5-19.

Hình 5-19 Xác nhận tính toán 2.4.5 Hoàn thành tính toán Phương thức mệnh lệnh: FINISH Phương thức GUI: [Main Menu  Finish] 2.5 Hậu xử lý (Kiểm tra kết quả tính toán) Chương trình ANSYS sẽ bảo lưu kết quả tính toán trong file kết quả Jobname.rmg, trong đó bao gồm: (1) Kết quả cơ bản Chuyển vị điểm nút (UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ) (2) Kết quả dẫn xuất  Ứng suất điểm nút và phần tử  Ứng biến điểm nút và phần tử  Lực phần tử  Phản lực điểm nút  … Có thể xem kết quả xử lý trong công cụ hậu xử lý thông dụng POST1 hoặc công cụ hậu xử lý POST26. Phương thức mệnh lệnh: /POST1 Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc] 177

Phương thức mệnh lệnh: /POST26 Phương thức GUI: [Main Menu  TimeHist Postproc] 

Nếu hy vọng kiểm tra kết quả trong công cụ hậu xử lý POST1 hoặc POST26, trong kho số liệu nhất thiết phải bao gồm mô hình tương đồng tính toán. Đồng thời file kết quả Jobname.RST cũng nhất thiết phải tồn tại.

Phương thức kiểm tra số liệu kết quả như dưới đây: 1/ Đọc số liệu từ trong kho file Phương thức mệnh lệnh: RESUME Phương thức GUI: [Utility Menu  File  Resume from] 2/ Đọc tập kết quả thích hợp Dùng bước tải trọng, bước con hoặc thời gian để phân vùng kết quả tập kho số liệu. Nếu giá trị thời gian chỉ định không tồn tại trong kết quả tương ứng, ANSYS có thể sẽ thông qua toàn bộ số liệu thêm giá trị tuyến tính thu được kết quả trên điểm thời gian. Phương thức mệnh lệnh: SET Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  ReadResult  By Load Step] Nếu mô hình không ở trong kho số liệu, sau khi dùng mệnh lệnh RESUME lại dùng mệnh lệnh SET hoặc nhập đường dẫn khác đến tập số liệu cần. Muốn quan sát kết quả giải trong file có thể sử dụng LIST. Có thể phân biệt kiểm tra bước gia tải và bước con khác nhau hoặc tập số liệu kết quả với thời gian không giống nhau. Thao tác hậu xử lý thông dụng POST1 chủ yếu có mấy loại dưới đây: 1/ Hiển thị biến hình Phương thức mệnh lệnh: PLDISP Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  Plot Results  Deformed Shape] Tham số KUND của mệnh lệnh PLDISP người sử dụng có thể chồng hình biến hình trên hình ban đầu. 2/ Liệt xuất phản lực và phản mômen Phương thức mệnh lệnh: PRESOL Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  List Results  Reaction Solu] Liệt xuất phản lực và mômen của điểm nút ràng buộc. Để hiển thị phản lực, chấp hành /PBC, RFOR, 1, sau đó hiển thị điểm nút và phần tử ( NPLOY hoặc EPLOYT). Nếu muốn hiển thị phản mômen, dùng RMOM thay thế RFOR. 178

3/ Liệt xuất lực và mômen nút Phương thức mệnh lệnh: PRESOL, F (hoặc M) Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  List Results  Element Solution] Cũng có thể liệt xuất tất cả lực và mômen điểm nút ở tập điểm nút được lựa chọn. Đầu tiên lựa chọn điểm nút sau đó liệt xuất tác dụng với tất cả lực trên các điểm nút này. Phương thức mệnh lệnh: FSUM Phương thức mệnh lệnh: Total Force Sum Cũng có thể kiểm tra tất cả lực và mômen trên điểm nút được lựa chọn. Đối với thực thể ở trạng thái phẳng, ngoài điểm tác dụng tải trọng với điểm nút tồn tại phải lực, tất cả các điểm khác tổng tải trọng bằng 0. Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  Nodal Calcs  Node

Sum@Each

Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  Options for Outpt] chỉ có tác dụng kiểm tra. 

Toàn bộ (mặc định)



Phân lượng tĩnh lực



Lượng đỉnh giảm dần



Phân lượng lực quán tính

Đối với thực thể ở trạng thái ổn định, ngoài điểm tác dụng tải trọng hoặc điểm nút tồn tại tải trọng phản lực, tổng tải trọng của tất cả điểm nút khác bằng 0. 4/ Kết quả phần tử đường Đối với phần tử đường, có thể thu được số liệu dẫn xuất như ứng suất, biến dạng…, số liệu kết quả dùng một mã tiêu chuẩn và một tổ hợp mã thứ tự, hoặc dùng tên phần tử để phân biệt. Phương thức mệnh lệnh: ETABLE Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  Element Table  Define Table] Sau khi định nghĩa xong bảng số liệu phần tử, có thể hiển thị kết quả phần tử đường, tức là có thể hiển thị biểu đồ mômen, lực cắt, lực dọc… Phương thức mệnh lệnh: PLLS Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  Plot Results  Contour Plot – Line Elem] 5/ Hiển thị đường đồng mức 179

Hầu như tất cả hạng mục kết quả đều có thể hiển thị là đường đồng mức, như ứng suất (SX, SY, SZ…), biến dạng (EPELX, EPELY, EPELZ…) và chuyển vị (UX, UY, UZ…). Mệnh lệnh KUND của PLNSOL và PLESOL có thể hiển thị chồng lên kết cấu ban đầu. Phương thức mệnh lệnh: PLNSOL PLESOL Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  Plot Results  Contour Plot – Nadal Solution] Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  Plot Results  Contour Plot – Element Solution] Hiển thị số liệu bảng phần tử và số liệu phần tử đường: Phương thức mệnh lệnh: PLETAB PLLS Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  Element Table  Plot Element Table] Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  Plot Results  Contour Plot – Line Elem Res] 6/ Hiển thị véc tơ Đối với quan sát véctơ như chuyển vị (DISP), góc xoay (ROT), ứng suất chính (S1, S2, S3), hiển thị véctơ (không nên lẫn lộn với véctơ Modal) là một loại biện pháp hữu hiệu. Hiển thị véctơ: Phương thức mệnh lệnh: PLVECT Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  Plot Results  Vector Plot  Predefined] Bảng véctơ: Phương thức mệnh lệnh: PRVECT Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  List Results  Vector Data] 7/ Hiển thị bảng liệt kê Trước khi hiển thị bảng, nên tiến hành xếp số liệu. Phương thức mệnh lệnh: NSORT ESORT Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  List Results  Sorted Listing  Sort Nodes] 180

Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  List Results  Sorted Listing  Sort Elems] Hiển thị bảng liệt kê: Phương thức mệnh lệnh: PRNSOL (kết quả điểm nút) PRESOL (kết quả giữa phần tử - phần tử) PRRSOL (phản lưc)… Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  List Results  Solution Option] 8/ Bảng hiển thị tất cả tần số Trong phân tích Modal, có thể hiển thị bảng liệt tần số. Phương thức mệnh lệnh: SET, LIST Phương thức GUI: [Main Menu  General Postproc  List Results  Results Shape] 9/ Bảng hiển thị độ tự do chính Trong phân tích Modal, có thể hiển thị bảng độ tự do chính của kết cấu. Phương thức mệnh lệnh: MIST, ALL Phương thức GUI: [Main Menu  Solution  Master DOFs  List ALL]

3. VÍ DỤ 1 – PHÂN TÍCH CẦU DÀN THÉP CHỊU LỰC TĨNH Trong ví dụ này tiến hành phân tích cụ thể một cầu cầu dàn thép chịu lực tĩnh, phân biệt sử dụng phương thức GUI và phương thức mệnh lệnh. 3.1 Tóm tắt vấn đề Cầu dàn thép được biểu thị như hình 5-20, đã biết tổng chiều dài cầu dàn cứng 72m chia làm 6 đoạn mỗi đoạn 12m, bề rộng cầu là 10m, chiều cao cầu 16m. Thiết kế bản mặt cầu bằng bê tông với chiều dày là 0.3m. Quy cách thanh dàn gồm 3 loại được cho ở bảng 5-2.

16m

12*6=72m Hình 5-20 Kích thước cầu dàn thép

181

Bảng 5-2 Quy cách cấu kiện thanh dàn thép Cấu kiện thanh

Mã số mặt cắt

Hình thức

Quy cách

Thanh đầu dàn

1

Thép hình chữ I

4004001616

Thanh cánh thượng hạ

2

Thép hình chữ I

4004001212

Thanh nối ngang

2

Thép hình chữ I

4004001212

Các thanh bụng dàn

3

Thép hình chữ I

4003001212

Thuộc tính vật liệu được cho ở bảng 5-3. Bảng 5-3 Thuộc tính vật liệu Tham số Môđun đàn hồi EX (Pa) Hệ số Poisson PRXY Mật độ DENS (kg/m3)

Vật liệu thép

Vật liệu bê tông

2.1e11

3.5e10

0.3

0.1667

7850

2500

3.2 Phương pháp thao tác GUI 3.2.1 Thiết lập môi trường vật lý (1) Thanh lọc giới hạn màn hình đồ hoạ Từ Menu [Main Menu  Preference] xuất hiện cửa sổ [Preferences for GUI Filtering], nhấn lựa chọn hạng mục [Structural]. (2) Định nghĩa tiêu đề công việc Từ [Utility Menu  File  Change Title] xuất hiện cửa sổ [Change Title], nhập tên công việc [Phan tich tinh cau dan] như hình 5-21, sau đó nhấn

.

Hình 5-21 Định nghĩa tiêu đề công việc Chỉ định tên văn bản Từ [Utility Menu  File  Change Jobname] xuất hiện cửa sổ [Change Jobname], trong [Enter new jobname] nhập tên văn bản [Ket cau], trong [New log and error files] lựa chọn [Yes] sau đó nhấn

như hình 5-22.

Hình 5-22 Chỉ định tên văn bản 182

(3) Định nghĩa loại hình phần tử và lựa chọn thuộc tính phần tử Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete] xuất hiện cửa sổ [Element Types], nhấn xuất hiện cửa sổ [Library of Element Types]. Trong cửa sổ bên trái lựa chọn [Structural Beam] tương ứng bên phải lựa chọn [3D elastic 4] như hình 5-23, nhấn hoàn thành định nghĩa phần tử BEAM4, tiếp tục trong cửa sổ bên trái hình 23 lựa chọn [Structural Shell] tương ứng bên phải lựa chọn [Elastic 4node 63] nhấn

hoàn thành định nghĩa phần tử SHELL63, kết quả thu

được như hình 5-24. Cuối cùng nhấn

đóng cửa sổ [Element Types].

Hình 5-23 Kho lựa chọn loại hình phần tử kết cấu

Hình 5-24 Lựa chọn loại hình phần tử cho mô hình cầu dàn (4) Định nghĩa mặt cắt phần tử thanh Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Sections  Beam  Common Sections] xuất hiện cửa sổ [Beam Tool], dựa vào như hình 5-25a tiến hành thiết lập mặt cắt. Sau đó nhấn

, dựa

vào hình 5-25b tiến hành thiết lập mặt cắt; sau đó nhấn

dựa vào hình 5-25c tiến hành thiết lập mặt cắt, cuối cùng nhấn

tiếp tục

.

Mỗi lần sau khi định nghĩa xong có thể nhấn [Preview] để quan sát đặc tính mặt cắt. Đặc tính mặt cắt 3 loại thép chữ I trong mô hình được cho ở hình 5-26.

183

(a)

(b)

(c)

Hình 5-25 Định nghĩa 3 loại mặt cắt thanh dàn

184

Hình 5-26 Ba loại mặt cắt và đặc tính của nó (5) Định nghĩa hằng số thực phần tử Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Real Constants  Add/Edit/Delete] xuất hiện cửa sổ [Real Constants], nhấn

xuất hiện cửa sổ [Element Type for R…] như

hình 5-27, lựa chọn [Type 1 BEAM4] sau đó nhấn tiếp tục xuất hiện cửa sổ [Real Constants Set Number 1, for BEAM4], tiến hành nhập các số liệu như hình 5-28 sau đó nhấn

. Tiếp tục nhấn

thiết lập hằng số thực 2, trong [Element Type

for R…] lựa chọn [Type 1 BEAM4] sau đó nhấn , trong [Real Constants Set Number 2, for BEAM4] nhập lần lượt các giá trị [2], [0.0141], [0.128e-3], [0.415e-3], [0.4], [0.4], nhập xong nhấn

. Tiếp tục nhấn

thiết lập hằng số thực 3,

trong [Element Type for R…] lựa chọn [Type 1 BEAM4] sau đó nhấn , trong [Real Constants Set Number 3, for BEAM4] nhập lần lượt các giá trị [3], [0.0117], [0.541e-3], [0.324e-3], [0.3], [0.4], nhập xong nhấn . Tiếp tục nhấn thiết lập hằng số thực 4, trong [Element Type for R…] lựa chọn [Type 2 SHELL63] sau đó nhấn

, trong cửa sổ [Real Constants Set Number 4, for SHELL63] tại [TK(I)]

nhập giá trị [0.3] , nhập xong nhấn báo hằng số thực

Hình 5-27 Lựa chọn phần tử

. Cuối cùng nhấn

đóng cửa sổ khai

Hình 5-28 Định nghĩa hằng số thực thứ nhất

(6) Định nghĩa thuộc tính vật liệu Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Material Props  Material Models] xuất hiện cửa sổ [Define Material Model Behavior], trong cửa sổ bên phải sau khi nhấn đúp theo đường dẫn [Structural  Linear  Elastic  Isotropic] xuất hiện cửa sổ [Linear 185

Isotropic Properties for Material Number 1] như hình 5-29, trong cửa sổ nhập giá trị EX là [2.1E11], nhập giá trị PRXY là [0.3], nhấn đóng cửa sổ khai báo. Tiếp tục trong cửa sổ [Define Material Model Behavior] nhấn đúp vào [Density] xuất hiện cửa sổ [Density for Material Number 1] như hình 5-30, trong cửa sổ nhập giá trị DENS là [7850], nhấn

đóng cửa sổ khai báo.

Sau khi thiết lập xong thuộc tính cho vật liệu thép, tiếp tục thiết lập vật liệu bê tông bản mặt cầu. Trong cửa sổ [Define Material Model Behavior], từ [Material  New model] lựa chọn mã số mặc định là [2] sau đó nhấn . Lúc này trong cửa sổ [Define Material Model Behavior] phía bên trái xuất hiện [Material Model Number 2], phương pháp thiết lập thuộc tính cho vật liệu này giống như vật liệu 1, trong cửa sổ [Linear Isotropic Properties for Material Number 2] nhập giá trị EX là [3.5E10], nhập giá trị PRXY là [0.1667], trong cửa sổ [Density for Material Number 2] nhập giá trị DENS là [2500], nhấn để kết thúc quá trình khai báo, biểu thị như hình 5-31. Cuối cùng đóng cửa sổ [Define Material Model Behavior].

Hình 5-29 Nhập giá trị E,  cho vật liệu 1

Hình 5-30 Nhập giá trị mật độ vật liệu 1

Hình 5-31 Định nghĩa thuộc tính vật liệu 3.2.2 Thiết lập mô hình phần tử hữu hạn (1) Tạo điểm nút một nửa dầm cầu

186

Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Nodes  In Active CS] xuất hiện cửa sổ [Create Nodes in Active Coordinate System], trong [X, Y, X Location in active CS] nhập giá trị toạ độ [0, 0, -5], sau đó nhấn

như hình 5-32.

Hình 5-32 Thiết lập điểm nút Sau đó lại sử dụng phương thức GUI: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Copy  Nodes  Copy] xuất hiện cửa sổ chọn nút, nhấn [Pick All] tiếp tục xuất hiện cửa sổ [Copy Nodes], sau đó nhập các giá trị như hình vẽ 5-33a. Kết thúc nhấn

.

Tiếp tục thực hiện GUI: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Copy  Nodes  Copy] xuất hiện cửa sổ chọn nút, nhấn [Pick All] tiếp tục xuất hiện cửa sổ [Copy Nodes], sau đó nhập các giá trị như hình vẽ 5-33b. Kết thúc nhấn

(a)

.

(b) Hình 5-33 Sao chép điểm nút

Tiếp tục thực hiện GUI: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Copy  Nodes  Copy] xuất hiện cửa sổ chọn nút, dùng chuột lựa chọn các điểm nút 2, 6, 10 trên màn hình đồ hoạ sau đó nhấn sẽ xuất hiện cửa cửa sổ [Copy Nodes], trong [ITIME] nhập giá trị [2], trong [DY] nhập giá trị [16], trong [INC] nhập giá trị [1], trong [RATIO] nhập giá trị [1], các giá trị khác để trống. Kết thúc nhấn .

187

Tiếp tục thực hiện lệnh GUI: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Copy  Nodes  Copy] xuất hiện cửa sổ chọn nút, dùng chuột lựa chọn các điểm nút 3, 7, 11 trên màn hình đồ hoạ sau đó nhấn sẽ xuất hiện cửa cửa sổ [Copy Nodes], trong [ITIME] nhập giá trị [2], trong [DZ] nhập giá trị [-10], trong [INC] nhập giá trị [1], trong [RATIO] nhập giá trị [1], các giá trị khác để trống. Kết thúc nhấn . Kết quả cuối cùng trên cửa sổ màn hình ANSYS như hình vẽ 5-34.

Hình 5-34 Điểm nút của một nửa dầm cầu (2) Tạo phần tử nửa dầm cầu Lựa chọn thuộc tính loại phần tử thứ nhất Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Elements  Elem Attributes] xuất hiện cửa sổ [Element Attributes] như hình 35, sau khi lựa chọn thuộc tính nhấn

để đóng cửa sổ lựa chọn.

Thiết lập phần tử thanh đầu dàn cầu Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Auto Numbered  Thru Nodes] xuất hiện cửa sổ lựa chọn điểm nút [Elem from Nodes], dùng chuột lựa chọn 2 điểm nút 11 và 14 sau đó nhấn đó nhấn

, tiếp tục lựa chọn 2 điểm nút 12 và 13 sau

, biểu thị như hình vẽ 5-36.

188

Hình 5-35 Lựa chọn thuộc tính phần tử

Hình 5-36 Thiết lập phần tử thanh đầu dàn

Lựa chọn thuộc tính loại phần tử thứ hai Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Elements  Elem Attributes] xuất hiện cửa sổ [Element Attributes], trong [REAL] lựa chọn [2], trong [SECNUM] lựa chọn [2], các số liệu khác không thay đổi, sau đó nhấn cửa sổ lựa chọn.

để đóng

Thiết lập phần tử thanh cánh thượng hạ và các thanh ngang Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Auto Numbered  Thru Nodes] xuất hiện cửa sổ lựa chọn điểm nút [Elem from Nodes], dùng chuột lựa chọn từng cặp điểm nút 2 và 6, 6 và 10, 10 và 14, 1 và 5, 5 và 9, 9 và 13, 3 và 7, 7 và 11, 4 và 8, 8 và 12, 1 và 2, 3 và 4, 5 và 6, 7 và 8, 9 và 10, 11 và 12, 13 và 14 để thiết lập phần tử. Cuối cùng nhấn

để đóng cửa sổ thiết lập phần tử.

Lựa chọn thuộc tính loại phần tử thứ ba Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Elements  Elem Attributes] xuất hiện cửa sổ [Element Attributes], trong [REAL] lựa chọn [3], trong [SECNUM] lựa chọn [3], các số liệu khác không thay đổi, sau đó nhấn cửa sổ lựa chọn.

để đóng

Thiết lập phần tử thanh bụng dàn Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Auto Numbered  Thru Nodes] xuất hiện cửa sổ lựa chọn điểm nút [Elem from Nodes], dùng chuột lựa chọn từng cặp điểm nút 3 và 6, 6 và 11, 4 và 5, 5 và 12, 2 và 3, 1 và 4, 6 và 7, 5và 8, 10 và 11, 9 và 12 để thiết lập phần tử. Cuối cùng nhấn phần tử.

để đóng cửa sổ thiết lập

Lựa chọn thuộc tính loại phần tử thứ tư Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Elements  Elem Attributes] xuất hiện cửa sổ [Element Attributes], trong [TYPE] lựa chọn [2 SHELL63], trong [MAT] lựa chọn [2], trong [REAL] lựa chọn [4], trong [SECNUM] lựa chọn [No 189

Section], trong [TSHAP] lựa chọn [4 node quad], các số liệu khác không thay đổi như hình 5-37, sau đó nhấn

để đóng cửa sổ lựa chọn.

Hình 5-37 Lựa chọn thuộc tính phần tử bản mặt cầu Thiết lập phần tử bản mặt cầu Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Auto Numbered  Thru Nodes] xuất hiện cửa sổ lựa chọn điểm nút [Elem from Nodes], dùng chuột lựa chọn từng nhóm điểm nút 1, 2, 6 và 5; 5, 6, 10 và 9; 9, 10, 14 và 13 để thiết lập 3 phần tử vỏ. Cuối cùng nhấn

để đóng cửa sổ thiết lập phần tử, biểu thị như hình 5-38.

Hình 5-38 Phần tử một nửa cầu (3) Tạo mô hình phần tử hữu hạn toàn kết cấu cầu Tạo đối xứng điểm nút Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Reflect  Nodes] xuất hiện cửa sổ lựa chọn [Reflect Nodes], tiếp tục nhấn [Pick All]. Trong cửa sổ tiếp theo lựa chọn [Y-Z plane], trong [INC] nhập giá trị [14], cuối cùng nhấn

. 190

Tạo đối xứng phần tử Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Reflect  Elements  Auto Numbered] xuất hiện cửa sổ lựa chọn [Reflect Elems], tiếp tục nhấp [Pick All]. Trong cửa sổ tiếp theo tại [INC] nhập giá trị [14], cuối cùng nhấn 5-39.

như hình vẽ

Hình 5-39 Phần tử toàn bộ kết cấu cầu (4) Hợp nhất nút và phần tử trùng hợp Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Numbering Ctrls  Merge Items] xuất hiện cửa sổ [Merge Coincident or Equivalently Defined Items], trong [Label] lựa chọn [All] sau đó nhấn

đóng cửa sổ như hình 5-40.

Nén giảm mã số Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Numbering Ctrls  Compress Number] xuất hiện cửa sổ [Compress Numbers], trong [Label] lựa chọn [All] sau đó nhấn đóng cửa sổ [Compress Numbers] như hình 5-41.

Hình 5-40 Hợp nhất nút và phần tử trùng hợp

Hình 5-41 Nén giảm mã số

(5) Bảo lưu file mô hình

191

Từ Menu [Utility Menu  File  Save as] xuất hiện cửa sổ [Save Database], trong [Save Database to] nhập tên file là [Ketcau_mohinh.db], sau đó nhấn

.

3.2.3 Gán điều kiện biên và tải trọng (1) Gán ràng buộc chuyển vị Tại vị trí mố hai đầu cầu sẽ ràng buộc độ tự do. Giả định đầu cầu trái là gối cố định, biên phải là gối di động. Từ Menu [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Displacement  On Nodes] xuất hiện cửa sổ lựa chọn điểm nút, dùng chuột lựa chọn nút 23 và 24 sau đó nhấn xuất hiện cửa sổ [Apply U, ROT on Nodes], trong [DOFs to be constrained] lựa chọn [UX, UY, UZ], trong [Apply as] lựa chọn [Constant value], trong [Displacement value] nhập giá trị [0] như hình 5-42, tương tự như vậy gán ràng buộc chuyển vị cho nút 13 và 14, sau khi lựa chọn nút 13 và 14 trong [DOFs to be constrained] lựa chọn [UY, UZ], trong [Apply as] lựa chọn [Constant value], trong [Displacement value] nhập giá trị [0] cuối cùng nhấn cho mô hình được cho ở hình 5-43.

Hình 5-42 Thiết lập ràng buộc chuyển vị điểm nút

. Kết quả gán ràng buộc

Hình 5-43 Mô hình sau khi gán ràng buộc chuyển vị

(2) Gán lực tập trung Gán tải trọng tập trung ở hai điểm nút trong nhịp cầu. Từ Menu [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Force/Moment  On Nodes] xuất hiện cửa sổ lựa chọn điểm nút, dùng chuột lựa chọn hai điểm nút 1 và 2 sau đó nhấn xuất hiện cửa sổ [Apply F/MNodes], trong [Lab] lựa chọn [FY], trong [VALUE] nhập giá trị [-100000] như hình 5-44. Cuối cùng nhấn

đóng cửa sổ khai báo tải trọng.

(3) Gán gia tốc trọng trường Từ Menu [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Inertia  Gravity  Grobal] xuất hiện cửa sổ [Apply (Gravitational) Acceleration],

192

trong [Global Cartesian Y - comp] nhập giá trị gia tốc trọng trường [9.8] sau đó nhấn hoàn thành gán gia tốc trọng trường. Mô hình sau khi gán tất cả tải trọng được cho ở hình 5-45.

Hình 5-44 Gán lực tập trung

Hình 5-45 Mô hình sau khi gán tải trọng

3.2.4 Tính toán (1) Lựa chọn loại hình phân tích Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis  New Analysis] xuất hiện cửa sổ [New Analysis], trong [Type of analysis] nhấn lựa chọn [Static], sau đó nhấn

.

(2) Bắt đầu tính toán Từ Menu [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] xuất hiện hai cửa sổ [/STATUS Command] như hình 5-46 và [Solve Curent Load Step] tóm tắt toàn bộ các thông tin trước khi tính toán. Nhấn để bắt đầu quá trình tính toán. Sau khi kết thúc tính toán, đóng cửa sổ [Solution is done].

Hình 5-45 Thông tin yêu cầu tính toán 3.2.5 Kiểm tra kết quả tính toán (1) Kiểm tra biến hình kết cấu

193

Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deformed Shape], nhấn lựa chọn [Def + undef edge] như hình 46 , sau đó nhấn

được kết quả như hình 5-47.

Hình 5-46 Lựa chọn hiển thị biến hình

Hình 5-47 Kết quả biến hình kết cấu

(2) Hiển thị phổ chuyển vị Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Contour Plot  Nodal Solu] xuất hiện cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình 5-48, trong [Nodal Solution  DOF Solution] bao gồm chuyển vị theo các phương X, Y, Z và tổng chuyển vị với góc xoay theo các phương X, Y, Z và góc xoay tổng thể; phía dưới lựa chọn hình thức biến dạng và tỉ lệ biến dạng. Nhấn sẽ hiển thị phổ tương ứng lựa chọn. Phổ kết quả chuyển vị tổng thể các điểm nút được cho ở hình 5-50.

Hình 5-50 Hiển thị phổ tổng chuyển vị (3) Hiển thị véc tơ chuyển vị nút Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Results  Vector Plot  Predefined] xuất hiện cửa sổ [Vector Plot of Predefined Vectors], trong [PLVECT] lựa

194

chọn [DOF solution] và [Translation U] sau đó nhấn hình 5-51.

. Kết quả được hiển thị như

Hình 5-51 Hiển thị véc tơ chuyển vị nút (4) Hiển thị nội lực kết cấu - Định nghĩa bảng phần tử Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Element Table  Define Table] xuất hiện cửa sổ [Element Table Data], nhấn xuất hiện cửa sổ [Define Additional Element Table Items], trong [Lab] điền [doc_i] (định nghĩa tên gọi lực dọc điểm nút i), trong [Item, Comp] khung bên trái lựa chọn [By sequence num], khung bên phải phía trên lựa chọn [SMISC] và phía dưới điền [SMISC, 1] như hình 5-52. Nhấn tiếp tục định nghĩa lực dọc nút j phần tử, trong [Lab] điền [doc_j] , phía dưới điền [SMISC, 7]. Nhấn

tiếp tục định nghĩa lực cắt nút i phần tử, trong [Lab] điền [cat_i] , phía

dưới điền [SMISC, 2]. Nhấn

tiếp tục định nghĩa lực cắt nút j phần tử, trong [Lab]

điền [cat_j] , phía dưới điền [SMISC, 8]. Nhấn

tiếp tục định nghĩa mômen nút i

phần tử, trong [Lab] điền [momen_i] , phía dưới điền [SMISC, 6]. Nhấn tiếp tục định nghĩa mômen nút j phần tử, trong [Lab] điền [momen_j] , phía dưới điền [SMISC, 12]. Nhấn Table Data].

để đóng cửa sổ. Cuối cùng nhấn

để đóng cửa sổ [Element

195

Hình 5-52 Định nghĩa bảng phần tử Trong lúc định nghĩa bảng phần tử nhất thiết phải kiểm tra hạng mục phần tử và mã số ở file trợ giúp tìm kiếm. Như hình 5-53 thể hiện hệ toạ độ phần tử của phần tử BEAM4 được lựa chọn dùng trong ví dụ, bảng 5-4 đã liệt kê hạng mục và mã số lượng thu xuất phần tử BEAM4, khi định nghĩa phần tử căn cứ lượng tìm kiếm cần thu xuất tiến hành nhập mã số tương ứng.

Hình 5-53 Phần tử BEAM4 Bảng 5-4 Hạng mục và mã số phần tử BEAM4 Lượng thu xuất

Hạng mục

Mã số điểm nút I

Mã số điểm nút J

MFORX (Lực phương X)

SMISC

1

7

MFORY (Lực phương Y)

SMISC

2

8

MFORZ (Lực phương Z)

SMISC

3

9

MMOMX (mômen phương X)

SMISC

4

10

MMOMY (mômen phương Y)

SMISC

5

11

MMOMZ (mômen phương Z)

SMISC

6

12

- Bảng liệt kê kết quả phần tử

196

Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Element Table  List Elem Table] xuất hiện bảng [List Element Table Data] lựa chọn tên nội lực mới định nghĩa [DOC_I, DOC_J, CAT_I, CAT_J, MOMEN_I, MOMEN_J] sau đó nhấn xuất hiện bảng [PRETAB Command], thể hiện nội lực nút của mỗi một phần tử như hình 5-54. Cuối cùng của bảng vẫn liệt xuất giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của mỗi một hạng mục và vị trí phần tử tương ứng.

Hình 5-54 Bảng kết quả phần tử - Hiển thị kết quả phần tử đường Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Results  Contour Plot  Line Elem Res] xuất hiện cửa sổ [Plot Line-Element Results], trong [LabI] lựa chọn [DOC_I], trong [LabJ] lựa chọn [DOC_J], trong [Fact] nhập giá trị tỉ lệ hiển thị (giá trị mặc định là [1], trong [KUND] lựa chọn không hiển thị biến hình. Nhấn hiển thị biểu đồ lực dọc như hình 5-55. Tiến hành thao tác mới hiển thị kết quả phần tử đường, trong [LabI] lựa chọn [CAT_I], trong [LabJ] lựa chọn [CAT_J] hiển thị biểu đồ lực cắt như hình 5-56a. Tiến hành thao tác mới hiển thị kết quả phần tử đường, trong [LabI] lựa chọn [MOMEN_I], trong [LabJ] lựa chọn [MOMEN_J] hiển thị biểu đồ mômen như hình 556b. Do kết cấu trong ví dụ thuộc hệ kết cấu thanh dàn nên mômen và lực cắt rất nhỏ vì vậy có thể bỏ qua.

197

Hình 5-55 Biểu đồ lực dọc

a/ Biểu đồ lực cắt

b/ Biểu đồ mômen

Hình 5-56 Biểu đồ lực cắt và mômen (5) Bảng kết quả điểm nút Từ Menu [Main Menu  General Postproc  List Result  Nodal Solution] xuất hiện cửa sổ [List Nodal Solution], lựa chọn [Nodal Solution  DOF Solution  Displacement vector sum] sau đó nhấn xuất hiện bảng [PRNSOL Command] liệt kê chuyển vị điểm nút như hình 5-57, trong đó bao gồm chuyển vị theo các phương X, Y, Z và chuyển vị tổng, cuối cùng của bảng vẫn liệt xuất giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của mỗi một hạng mục và vị trí nút tương ứng.

198

Hình 5-57 Bảng liệt kê chuyển vị nút 3.2.6 Bảo lưu và thoát khỏi chương trình Nhấn [Quit] trên thanh công cụ xuất hiện cửa sổ [Exit from ANSYS] như hình 5-58, sau khi lựa chọn một phương thức bảo lưu nhấn

để thoát khỏi chương trình.

Hình 5-58 Cửa sổ lựa chọn thoát khỏi chương trình ANSYS 3.3 Phương pháp thực hiện mệnh lệnh /TITLE, Phan tich tinh cau dan

!Chỉ định tiêu đề

/COM, Structural

!Lựa chọn loại hình phân tích là PT kết cấu

/PREP7

!Tiền xử lý

ET,1,BEAM4

!Định nghĩa loại hình phần tử số 1

ET,2,SHELL63

!Định nghĩa loại hình phần tử số 2

SECTYPE,1,BEAM,I,,0

!Định nghĩa mặt cắt hình chữ I số 1

SECOFFSET,CENT

!Trọng tâm mặt cắt không thay đổi

SECDATA,0.4,0.4,0.4,0.016,0.016,0.016,0,0,0,0

Tham số mặt cắt số 1

SECTYPE,2,BEAM,I,,0

!Định nghĩa mặt cắt hình chữ I số 2

SECOFFSET,CENT

!Trọng tâm mặt cắt không thay đổi

SECDATA,0.4,0.4,0.4,0.012,0.012,0.012,0,0,0,0 SECTYPE,3,BEAM,I,,0

Tham số mặt cắt số 2

!Định nghĩa mặt cắt hình chữ I số 3

199

SECOFFSET,CENT

!Trọng tâm mặt cắt không thay đổi

SECDATA,0.3,0.3,0.4,0.012,0.012,0.012,0,0,0,0

Tham số mặt cắt số 3

R,1,0.0187,0.17E-3,0.54E-3,0.4,0.4,0,

!Thiết lập hằng số thực số 1

R,2,0.0141,0.128E-3,0.415E-3,0.4,0.4,0,

!Thiết lập hằng số thực số 2

R,3,0.0117,0.541E-3,0.324E-3,0.3,0.4,0,

!Thiết lập hằng số thực số 3

R,4,0.3,,,,,,

!Thiết lập hằng số thực số 4

MP,EX,1,2.1E11

!Định nghĩa môđun đàn hồi vật liệu 1

MP,PRXY,1,0.3

!Định nghĩa hệ số Poisson vật liệu 1

MP,DENS,1,7850

!Định nghĩa mật độ vật liệu 1

MP,EX,2,3.5E10

!Định nghĩa môđun đàn hồi vật liệu 2

MP,PRXY,2,0.1667

!Định nghĩa hệ số Poisson vật liệu 2

MP,DENS,2,2500

!Định nghĩa mật độ vật liệu 2

N,,0,0,-5,,,,

!Thiết lập điểm nút

NGEN,4,4,ALL,,,12,,,1,

!Sao chép điểm nút

NGEN,2,1,ALL,,,,,10,1,

!Sao chép điểm nút

NGEN,2,1,2,10,4,,16,,1,

!Sao chép điểm nút

NGEN,2,1,3,11,4,,,-10,1,

!Sao chép điểm nút

TYPE,1

!Lựa chọn loại hình phần tử số 1

MAT,1

!Lựa chọn vật liệu số 1

REAL,1

!Lựa chọn hằng số thực số 1

ESYS,0

!Hệ toạ độ phần tử

SECNUM,1

!Lựa chọn mặt cắt số 1

TSHAP,LINE

!Lựa chọn phần tử đường

E,11,14

!Thiết lập phần tử

E,12,13

!Thiết lập phần tử

TYPE,1

!Lựa chọn loại hình phần tử số 1

MAT,1

!Lựa chọn vật liệu số 1

REAL,2

!Lựa chọn hằng số thực số 2

ESYS,0

!Hệ toạ độ phần tử

SECNUM,2

!Lựa chọn mặt cắt số 2

TSHAP,LINE

!Lựa chọn phần tử đường 200

E,2,6

!Thiết lập phần tử

E,6,10 E,10,14 E,1,5 E,5,9 E,9,13 E,3,7 E,7,11 E,4,8 E,8,12 E,1,2 E,3,4 E,5,6 E,7,8 E,9,10 E,11,12 E,13,14

TYPE,1

!Lựa chọn loại hình phần tử số 1

MAT,1

!Lựa chọn vật liệu số 1

REAL,3

!Lựa chọn hằng số thực số 3

ESYS,0

!Hệ toạ độ phần tử

SECNUM,3

!Lựa chọn mặt cắt số 3

TSHAP,LINE

!Lựa chọn phần tử đường

E,3,6

!Thiết lập phần tử

E,6,11 E,4,5 E,5,12 E,2,3 E,1,4 E,6,7 E,5,8 E,10,11 E,9,12 201

TYPE,2

!Lựa chọn loại hình phần tử số 2

MAT,2

!Lựa chọn vật liệu số 2

REAL,4

!Lựa chọn hằng số thực số 4

ESYS,0

!Hệ toạ độ phần tử

TSHAP,QUAD

!Lựa chọn phần tử hình 4 cạnh

E,1,2,6,5

!Thiết lập phần tử

E,5,6,10,9 E,9,10,14,13

NSYM,X,14,ALL

!Đối xứng tất cả điểm nút qua mặt YOZ

ESYM,,14,ALL

!Đối xứng tất cả phần tử qua mặt YOZ

NUMMRG,ALL,,,,LOW

!Hợp nhất điểm nút phần tử trùng hợp

NUMCMP,ALL

!Nén giảm mã điểm nút phần tử

FINISH

!Kết thúc giai đoạn tiền xử lý

/SOLU

!Tính toán

NSEL,S,,,23,24

!Lựa chọn điểm nút

D,ALL,,0,,,,UX,UY,UZ,,,,

!Ràng buộc 3 độ tự

NSEL,S,,,13,14

!Lựa chọn điểm nút

D,ALL,,0,,,,,UY,UZ,,,,

!Ràng buộc 2 độ tự do

NSEL,S,,,1,2

!Lựa chọn điểm nút

F,ALL,FY,-100000

!Gán tải trọng tập trung

ALLSEL,ALL

!Lựa chọn tất cả

ACEL,0,9.8,0,

!Gán gia tốc trọng trường

ANTYPE,0

!Lựa chọn loại hình phân tích tĩnh

SOLVE

!Tính toán

FINISH

!Kết thúc quá trình tính toán

/POST1

!Hậu xử lý

PLDISP,2

!Hiển thị biến hình kết cấu

PLNSOL,U,SUM,0,1.0

!Hiển thị phổ tổng chuyển vị

PLVECT,U,,,,VECT,ELEM,ON,0

!Hiển thị véc tơ tổng chuyển vị điểm nút

202

ETABLE,DOC_I,SMISC,1

!Định nghĩa bảng phần tử, lực dọc

ETABLE,DOC_J,SMISC,7

!Định nghĩa bảng phần tử, lực dọc

ETABLE,CAT_I,SMISC,2

!Định nghĩa bảng phần tử, lực cắt

ETABLE,CAT_J,SMISC,8

!Định nghĩa bảng phần tử, lực cắt

ETABLE,MOMEN_I,SMISC,6

!Định nghĩa bảng phần tử, mômen

ETABLE,MOMEN_J,SMISC,12

!Định nghĩa bảng phần tử, mômen

PRETAB,DOC_I,DOC_J,CAT_I,CAT_J,MOMEN_I,MOMEN_J !Hiển thị bảng kết quả phần tử PLLS,DOC_I,DOC_J,1,0

!Hiển thị biểu đồ lực dọc

PLLS,CAT_I,CAT_J,1,0

!Hiển thị biểu đồ lực cắt

PLLS,MOMEN_I,MOMEN_J,1,0

!Hiển thị biểu đồ mômen

PRNSOL,U,COMP

!Hiển thị bảng chuyển vị điểm nút

FINISH

!Kết thúc giai đoạn hậu xử lý

!/EXIT,ALL

!Ra khỏi ANSYS và lưu toàn bộ thông tin

4. VÍ DỤ 2 – PHÂN TÍCH ĐỘNG CẦU DÀN THÉP Trong ví dụ này tiến hành phân tích động một cầu dàn thép đã được giới thiệu ở ví dụ 1, phân biệt sử dụng phương thức GUI và phương thức mệnh lệnh. 4.1 Tóm tắt vấn đề Kích thước cầu dàn thép được biểu thị ở hình 5-20. Quy cách và thuộc tính vật liệu cấu kiện được cho ở bảng 5-2 và 5-3 ở ví dụ 5-1. 4.2 Phương pháp thao tác GUI Quá trình thiết lập mô hình tương tự như quá trình thiết lập mô hình ở ví dụ 1, gán ràng buộc chuyển vị tương đồng, nhưng không cần gán tải trọng (ngoài ràng buộc chuyển vị bằng 0, các loại hình tải trọng khác như lực, mô men, độ gia tốc… có thể trong phân tích Modal chỉ định, nhưng khi tính toán Modal sẽ không bị ảnh hưởng). 4.2.1 Yêu cầu tính toán (1) Lựa chọn loại hình phân tích Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis  New Analysis] xuất hiện cửa sổ [New Analysis], trong [Type of analysis] nhấn lựa chọn [Modal], sau đó nhấn

.

(2) Thiết lập lựa chọn hạng mục phân tích Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis  Analysis Options] xuất hiện cửa sổ [Modal Analysis], trong [MODOPT] lựa chọn [Subspace], trong [No. of modes to extract] nhập giá trị [6] như hình 5-59, sau đó nhấn

. Sau khi nhấn

tiếp 203

tục xuất hiện cửa sổ [Subspace Modal Analysis], trong [FREQE] nhập giá trị [100] như hình 5-60, nhấn

để đóng cửa sổ khai báo.

Hình 5-59 Lựa chọn phương thức tính toán Modal

Hình 5-60 Thiết lập không gian tính toán

204

(3) Bắt đầu tính toán Từ Menu [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] xuất hiện hai cửa sổ [/STATUS Command] (như hình 5-61) và [Solve Curent Load Step] tóm tắt toàn bộ các thông tin trước khi tính toán. Nhấn để bắt đầu quá trình tính toán. Sau khi kết thúc tính toán, đóng cửa sổ [Solution is done].

Hình 5-61 Thông tin yêu cầu tính toán 4.2.2 Kiểm tra kết quả tính toán (1) Bảng hiển thị tần suất Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Results Summary] xuất hiện bảng liệt kê kết quả tần suất như hình 61, sau khi xem xong đóng cửa sổ.

Hình 5-62 Bảng liệt kê tần suất (2) Hiển thị các bước tần suất dao động - Đọc bước tải trọng [Main Menu  General Postproc  Read Results  First Set], trong Menu First Set (bước thứ nhất), Next Set (bước tiếp theo), Previous Set (bước trước), Last Set (bước cuối cùng), Pick Set (lựa chọn bước số tuỳ ý)… có thể tuỳ ý lựa chọn đọc bước tải trọng, mỗi một bước thay thế một giai đoạn Modal. - Hiển thị dao động

205

Sau mỗi lần đọc một bước Modal, có thể hiển thị dao động. Sử dụng phương thức GUI: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Results  Contour Plot  Nodal Solu], lựa chọn [ Nodal Solution  DOF Solution  Displacement vector sum] có thể hiển thị dao động. Như hình 5-63 đến hình 5-68 thể hiện dao động ở 6 giai đoạn Modal.

Hình 5-63 Bước dao động thứ nhất

Hình 5-63 Bước dao động thứ ba

Hình 5-63 Bước dao động thứ năm

Hình 5-63 Bước dao động thứ hai

Hình 5-63 Bước dao động thứ tư

Hình 5-63 Bước dao động thứ sáu

(3) Kiểm tra thông tin yêu cầu giải Modal Trong ANSYS Output Window có thể kiểm tra thông tin yêu cầu giải khi tính toán Modal. Nếu muốn bảo lưu thông tin yêu cầu giải, đòi hỏi trước khi tính toán thao tác như 206

dưới đây: Trước khi tiến hành tính toán sử dụng phương thức GUI: thực hiện [Utility Menu  File  Switch Output to - File] xuất hiện cửa sổ [Switch Output to File], tiếp tục định nghĩa tên văn bản, sau khi lựa chọn đường dẫn vị trí thư mục bảo lưu, nhấn để thiết lập văn bản sau đó mới tính toán. Sau khi tính toán kết thúc, sử dụng phương thức GUI: [Utility Menu  File  Switch Output to – Output Window] làm cho thông tin tiếp tục hiển thị trong cửa sổ thu xuất, không bảo lưu trong văn bản thiết lập. Trong thông tin tính toán hoàn chỉnh chủ yếu bao hàm: tổng khối lượng, tổng chuyển động quán tính của các phương kết cấu, các loại khối lượng phần tử, các loại tần suất, chu kỳ, thừa số tham gia, tỉ lệ tham gia, khối lượng hữu hiệu, thừa số tích luỹ khối lượng hữu hiệu… Tính toán thừa số tham gia các phương Modal cho ở bảng 5-5. Bảng 5-5 Thừa số tham gia các bước Modal Tính toán thừa số tham gia theo phương X Thừa số tham gia Tỉ lệ tham gia

Khối lượng Thừa số tích luỹ khối hữu hiệu lượng hữu hiệu

Mode

Tần số

Chu kỳ

1

1.21223

0.82492

3.00E-04

0.000017

8.97E-08

1.51E-10

2

1.67855

0.59575

3.61E-06

0

1.30E-11

1.51E-10

3

2.32139

0.43078

-1.08E-04

0.000006

1.16E-08

1.71E-10

4

2.43707

0.41033

-16.465

0.917562

271.089

0.457088

5

3.98264

0.25109

-2.42E-04

0.000013

5.85E-08

0.457088

6

4.21138

0.23745

-17.944

1

321.989

1

593.077

Tính toán thừa số tham gia theo phương Y Thừa số tham gia Tỉ lệ tham gia

Khối lượng Thừa số tích luỹ khối hữu hiệu lượng hữu hiệu

Mode

Tần số

Chu kỳ

1

1.21223

0.82492

4.46E-03

0.000007

1.99E-05

4.30E-11

2

1.67855

0.59575

2.65E-05

0

7.03E-10

4.30E-11

3

2.32139

0.43078

-9.07E-03

0.000013

8.24E-05

2.21E-10

4

2.43707

0.41033

679.69

1

461981

1

5

3.98264

0.25109

6.67E-03

0.00001

4.46E-05

1

6

4.21138

0.23745

-0.38091

0.00056

0.14509

1

461981

Tính toán thừa số tham gia theo phương Z Mode

Tần số

Chu kỳ

1

1.21223

0.82492

Thừa số tham gia Tỉ lệ tham gia 218.8

1

Khối lượng Thừa số tích luỹ khối hữu hiệu lượng hữu hiệu 47871.8

0.999533

207

2

1.67855

0.59575

-3.3135

0.015144

10.9795

0.999762

3

2.32139

0.43078

3.3737

0.015419

11.3816

0.999999

4

2.43707

0.41033

-1.22E-03

0.000006

1.49E-06

0.999999

5

3.98264

0.25109

0.16423

0.000751

2.70E-02

1

6

4.21138

0.23745

3.41E-02

0.000156

1.16E-03

1

47894.2

Tính toán thừa số tham gia theo phương RX Thừa số tham gia Tỉ lệ tham gia

Khối lượng Thừa số tích luỹ khối hữu hiệu lượng hữu hiệu

Mode

Tần số

Chu kỳ

1

1.21223

0.82492

3040.7

1

9.25E+06

0.999024

2

1.67855

0.59575

8.9704

0.00295

80.4673

0.999033

3

2.32139

0.43078

-94.59

0.031108

8947.3

1

4

2.43707

0.41033

5.65E-04

0

3.19E-07

1

5

3.98264

0.25109

0.4919

0.000162

0.241963

1

6

4.21138

0.23745

0.25382

0.000083

6.44E-02

1

0.925481E+07

Tính toán thừa số tham gia theo phương RY Thừa số tham gia Tỉ lệ tham gia

Khối lượng Thừa số tích luỹ khối hữu hiệu lượng hữu hiệu

Mode

Tần số

Chu kỳ

1

1.21223

0.82492

-62.891

0.018978

3955.34

3.57E-04

2

1.67855

0.59575

3313.9

1

1.10E+07

0.992507

3

2.32139

0.43078

-18.722

0.00565

350.519

0.992539

4

2.43707

0.41033

3.79E-03

0.000001

1.43E-05

0.992539

5

3.98264

0.25109

-287.38

0.086721

82588.5

1

6

4.21138

0.23745

-0.12385

0.000037

1.53E-02

1

0.110688E+08

Tính toán thừa số tham gia theo phương RZ Thừa số tham gia Tỉ lệ tham gia

Khối lượng Thừa số tích luỹ khối hữu hiệu lượng hữu hiệu

Mode

Tần số

Chu kỳ

1

1.21223

0.82492

7.60E-02

0.000009

5.78E-03

7.68E-11

2

1.67855

0.59575

2.97E-03

0

8.82E-06

7.69E-11

3

2.32139

0.43078

-0.26368

0.00003

6.95E-02

1.00E-09

4

2.43707

0.41033

16.067

0.001852

258.148

3.43E-06

5

3.98264

0.25109

9.47E-02

0.000011

8.98E-03

3.43E-06

6

4.21138

0.23745

-8675.5

1

7.53E+07

1 208

0.752639E+08

4.2.3 Bảo lưu và thoát khỏi chương trình Nhấn [Quit] trên thanh công cụ xuất hiện cửa sổ [Exit from ANSYS] như hình 5-69, sau khi lựa chọn một phương thức bảo lưu nhấn

để thoát khỏi chương trình.

Hình 5-69 Cửa sổ lựa chọn thoát khỏi chương trình ANSYS 4.3 Phương pháp thực hiện mệnh lệnh /TITLE, Phan tich tinh cau dan

!Chỉ định tiêu đề

/COM, Structural

!Lựa chọn loại hình phân tích là PT kết cấu

/PREP7

!Tiền xử lý

ET,1,BEAM4

!Định nghĩa loại hình phần tử số 1

ET,2,SHELL63

!Định nghĩa loại hình phần tử số 2

SECTYPE,1,BEAM,I,,0

!Định nghĩa mặt cắt hình chữ I số 1

SECOFFSET,CENT

!Trọng tâm mặt cắt không thay đổi

SECDATA,0.4,0.4,0.4,0.016,0.016,0.016,0,0,0,0

Tham số mặt cắt số 1

SECTYPE,2,BEAM,I,,0

!Định nghĩa mặt cắt hình chữ I số 2

SECOFFSET,CENT

!Trọng tâm mặt cắt không thay đổi

SECDATA,0.4,0.4,0.4,0.012,0.012,0.012,0,0,0,0

Tham số mặt cắt số 2

SECTYPE,3,BEAM,I,,0

!Định nghĩa mặt cắt hình chữ I số 3

SECOFFSET,CENT

!Trọng tâm mặt cắt không thay đổi

SECDATA,0.3,0.3,0.4,0.012,0.012,0.012,0,0,0,0

Tham số mặt cắt số 3

R,1,0.0187,0.17E-3,0.54E-3,0.4,0.4,0,

!Thiết lập hằng số thực số 1

R,2,0.0141,0.128E-3,0.415E-3,0.4,0.4,0,

!Thiết lập hằng số thực số 2

R,3,0.0117,0.541E-3,0.324E-3,0.3,0.4,0,

!Thiết lập hằng số thực số 3

R,4,0.3,,,,,,

!Thiết lập hằng số thực số 4

MP,EX,1,2.1E11

!Định nghĩa môđun đàn hồi vật liệu 1

MP,PRXY,1,0.3

!Định nghĩa hệ số Poisson vật liệu 1 209

MP,DENS,1,7850

!Định nghĩa mật độ vật liệu 1

MP,EX,2,3.5E10

!Định nghĩa môđun đàn hồi vật liệu 2

MP,PRXY,2,0.1667

!Định nghĩa hệ số Poisson vật liệu 2

MP,DENS,2,2500

!Định nghĩa mật độ vật liệu 2

N,,0,0,-5,,,,

!Thiết lập điểm nút

NGEN,4,4,ALL,,,12,,,1,

!Sao chép điểm nút

NGEN,2,1,ALL,,,,,10,1,

!Sao chép điểm nút

NGEN,2,1,2,10,4,,16,,1,

!Sao chép điểm nút

NGEN,2,1,3,11,4,,,-10,1,

!Sao chép điểm nút

TYPE,1

!Lựa chọn loại hình phần tử số 1

MAT,1

!Lựa chọn vật liệu số 1

REAL,1

!Lựa chọn hằng số thực số 1

ESYS,0

!Hệ toạ độ phần tử

SECNUM,1

!Lựa chọn mặt cắt số 1

TSHAP,LINE

!Lựa chọn phần tử đường

E,11,14

!Thiết lập phần tử

E,12,13

!Thiết lập phần tử

TYPE,1

!Lựa chọn loại hình phần tử số 1

MAT,1

!Lựa chọn vật liệu số 1

REAL,2

!Lựa chọn hằng số thực số 2

ESYS,0

!Hệ toạ độ phần tử

SECNUM,2

!Lựa chọn mặt cắt số 2

TSHAP,LINE

!Lựa chọn phần tử đường

E,2,6

!Thiết lập phần tử

E,6,10 E,10,14 E,1,5 E,5,9 E,9,13 E,3,7 E,7,11 210

E,4,8 E,8,12 E,1,2 E,3,4 E,5,6 E,7,8 E,9,10 E,11,12 E,13,14

TYPE,1

!Lựa chọn loại hình phần tử số 1

MAT,1

!Lựa chọn vật liệu số 1

REAL,3

!Lựa chọn hằng số thực số 3

ESYS,0

!Hệ toạ độ phần tử

SECNUM,3

!Lựa chọn mặt cắt số 3

TSHAP,LINE

!Lựa chọn phần tử đường

E,3,6

!Thiết lập phần tử

E,6,11 E,4,5 E,5,12 E,2,3 E,1,4 E,6,7 E,5,8 E,10,11 E,9,12

TYPE,2

!Lựa chọn loại hình phần tử số 2

MAT,2

!Lựa chọn vật liệu số 2

REAL,4

!Lựa chọn hằng số thực số 4

ESYS,0

!Hệ toạ độ phần tử

TSHAP,QUAD

!Lựa chọn phần tử hình 4 cạnh

E,1,2,6,5

!Thiết lập phần tử

E,5,6,10,9 211

E,9,10,14,13

NSYM,X,14,ALL

!Đối xứng tất cả điểm nút qua mặt YOZ

ESYM,,14,ALL

!Đối xứng tất cả phần tử qua mặt YOZ

NUMMRG,ALL,,,,LOW

!Hợp nhất điểm nút phần tử trùng hợp

NUMCMP,ALL

!Nén giảm mã điểm nút phần tử

FINISH

!Kết thúc giai đoạn tiền xử lý

/SOLU

!Tính toán

NSEL,S,,,23,24

!Lựa chọn điểm nút

D,ALL,,0,,,,UX,UY,UZ,,,,

!Ràng buộc 3 độ tự

NSEL,S,,,13,14

!Lựa chọn điểm nút

D,ALL,,0,,,,,UY,UZ,,,,

!Ràng buộc 2 độ tự do

ALLSEL,ALL

!Lựa chọn tất cả

ANTYPE,2

!Lựa chọn loại hình phân tích Modal

MODOPT,SUBSP,6,0,100,,OFF

!Lựa chọn phương pháp không

SUBOPT,8,4,10,0,0,ALL

!Thiết lập phương pháp không gian

SOLVE

!Tính toán

FINISH

!Kết thúc giai đoạn tính toán

/POST1

!Hậu xử lý

SET,LIST

!Liệt kê các giai đoạn Modal

SET,FIRST

!Đọc bước thứ nhất

PLNSOL,U,SUM,2,1.0

!Hiển thị phổ dao động

SET,NEXT

!Đọc bước tiếp theo

PLNSOL,U,SUM,2,1.0

!Hiển thị phổ dao động

SET,NEXT

!Đọc bước tiếp theo

PLNSOL,U,SUM,2,1.0

!Hiển thị phổ dao động

SET,NEXT

!Đọc bước tiếp theo

PLNSOL,U,SUM,2,1.0

!Hiển thị phổ dao động

SET,NEXT

!Đọc bước tiếp theo

PLNSOL,U,SUM,2,1.0

!Hiển thị phổ dao động

SET,NEXT

!Đọc bước tiếp theo 212

PLNSOL,U,SUM,2,1.0

!Hiển thị phổ dao động

FINISH

!Kết thúc giai đoạn hậu xử lý

!/EXIT,ALL

!Thoát khỏi ANSYS và lưu tất cả thông tin

CHƯƠNG 7

213

PHÂN TÍCH TÍNH NĂNG KHÁNG CHẤN ĐẬP BÊ TÔNG Trong chương này sẽ trình bày các bước phân tích tính năng kháng chấn đập và phân tích một ví dụ thực tế hưởng ứng kết cấu đập bê tông trọng lực dưới tác dụng của tải trọng địa chấn.

1. TRÌNH TỰ PHÂN TÍCH TÍNH NĂNG KHÁNG CHẤN ĐẬP TRỌNG LỰC Đập trọng lực là một loại hình thức đập cổ xưa nhưng quan trọng, chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân khối đập để duy trì sự ổn định. Mặt cắt cơ bản đập trọng lực trên nền có hình tam giác, thông thường mặt thượng lưu là thẳng đứng hoặc hơi nghiêng về phía hạ lưu. Đập trọng lực có những ưu điểm dưới đây. (1)

Độ an toàn đáng tin cậy. Do mặt cắt đập khá lớn, lượng nước thẩm thấu thấp, có thể cho nước lũ tràn đỉnh, mà còn khả năng xảy ra sự cố tương đối thấp.

(2)

Tính thích ứng với điều kiện địa hình địa chất khá lớn, ứng suất nén trên mặt nền dưới tác dụng của đập không cao, vì vậy yêu cầu đối với điều kiện địa chất cũng tương đối thấp, đập chiều cao thấp có thể xây dựng trên nền đất.

(3)

Có thể kết hợp làm tràn xả lũ.

(4)

Thi công thuận tiện, cơ giới hoá thi công.

(5)

Lực tác dụng lên kết cấu rõ ràng, tính toán ứng suất và tính toán ổn định tương đối đơn giản.

Xét thấy đập trọng lực có nhiều ưu điểm, vì vậy nó được ứng dụng phổ biến. Nhưng phần lớn đập đều là xây dựng trong vùng có nhiều địa chấn và cường độ địa chấn cao, đồng thời đập vẫn chịu tác dụng của trọng lực, áp lực nước.. trong thời kỳ dài, để đảm bảo an toàn công trình và tính mạng của người dân khi có phát sinh động đất, đòi hỏi phải tiến hành phân tích an toàn kháng chấn đối với đập lớn. Phân tích tính năng kháng chấn đập trọng lực thông thường phân thành 5 bước dưới đây: 214

(1) Thiết lập môi trường vật lý; (2) Thiết lập mô hình và phân chia mạng lưới phần tử; (3) Gán điều kiện biên và gia tải (tải địa chấn); (4) Tính toán; (5) Hậu xử lý (kiểm tra kết quả tính toán); 1.1 Thiết lập môi trường vật lý Khi định nghĩa môi trường vật lý của vấn đề phân tích tính năng kháng chấn đập, trong giai đoạn tiền xử lý của ANSYS thiết lập mô phỏng số học mô hình thật phân tích tính năng kháng chấn đập. Theo mấy bước dưới đây để thiết lập môi trường vật lý. 1.1.1

Chọn lọc Menu GUI

Nếu thông qua con đường GUI để vận hành ANSYS, sau khi ANSYS bị kích hoạt việc thứ nhất nên làm là từ “Main Menu  Preferences” lựa chọn “Structural”, cửa sổ xuất hiện khai báo được cho ở hình 6-1. Điều này ANSYS có thể căn cứ tham số lựa chọn để tiến hành lọc mặt giới hạn trên màn hình đồ họa GUI. Lựa chọn “Structural” để tiện khi tiến hành phân tích tính năng kháng chấn đập, lọc một vài menu không cần thiết trên màn hình đồ họa tương ứng.

Hình 6-1 Thanh lọc mặt giới hạn trên màn hình đồ họa GUI

1.1.2

Định nghĩa tiêu đề phân tích (/TITLE)

Trước khi tiến hành phân tích, có thể định nghĩa tiêu đề biểu thị nội dung phân tích, như “Phan tich khang chan dap be tong”, để từ tiêu đề này dễ phân biệt mô hình hình học vật lý tương tự khác. Dùng phương pháp dưới đây để định nghĩa tiêu đề phân tích. Phương thức mệnh lệnh: /TITLE 215

Phương thức GUI: Utility Menu  File  Change Title 1.1.3

Giải thích loại hình phần tử và lựa chọn hạng mục của nó (KEYOPT)

Với các phân tích khác của ANSYS, cũng phải tiến hành lựa chọn phần tử. Phần mềm ANSYS có tổng cộng trên 100 loại hình phần tử, có thể sử dụng mô phỏng vật liệu và các loại kết cấu trong công trình, tổ hợp cùng lúc các loại phần tử không giống nhau tạo nên mô hình trừu tượng của vấn đề vật lý cụ thể. Đập dùng phần tử PLANE42 để mô phỏng. Đại đa số loại hình phần tử đều có lựa chọn hạng mục đặc trưng (KEYOPTS), hạng mục lựa chọn này dùng để cải chính đặc tính phần tử. Ví dụ như phần tử PLANE42 có KEYOPTS dưới đây: KEYOPT(2)

thiết lập bao hàm hoặc khống chế biến dạng lớn

KEYOPT(3)

thiết lập ứng suất phẳng, đối xứng trục, biến dạng phẳng hoặc xét đến ứng suất phẳng của độ dày

KEYOPT(5)

khống chế tính toán đầu ra

Phương thức thiết lập phần tử và lựa trọn hạng mục đặc trưng như ở dưới đây: Phương thức mệnh lệnh: ET KEYOPT Phương thức GUI: Main Menu  Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete 1.1.4

Định nghĩa đơn vị

Phân tích kết cấu chỉ có 3 đơn vị cơ bản là đơn vị thời gian, đơn vị độ dài và đơn vị khối lượng, phương thức biểu đạt tất cả số liệu đầu vào đều cấu thành từ ba đơn vị này. Như đơn vị tiêu chuẩn quốc tế, thời gian là giây (s), độ dài là mét (m), khối lượng là kilôgam (kg), dẫn đến đơn vị lực là kg.m/s2 (tương đương với Niutơn N), đơn vị mô đun đàn hồi của vật liệu là kg/m.s2 (tương đương với Pascal Pa). Phương thức mệnh lệnh: /UNITS  1.1.5

Mệnh lệnh này không thể thực hiện bằng phương thức GUI Định nghĩa thuộc tính vật liệu

Đại đa số loại hình phần tử khi tiến hành phân tích đều đòi hỏi chỉ định đặc tính phần tử, chương trình ANSYS có khả năng định nghĩa thuận tiện các loại đặc tính phần tử, như tham số thuộc tính vật liệu kết cấu, tham số tính năng nhiệt, tham số tính năng thể lưu và tham số tính năng điện từ… Chương trình ANSYS có thể định nghĩa đặc tính phần tử theo 3 loại dưới đây: -

Tuyến tính hoặc phi tuyến tính;

-

Tính đẳng hướng, dị hướng hoặc phi đàn hồi;

-

Nhiệt độ thay đổi thuận hoặc nhiệt độ thay đổi không thuận; 216

Vì vậy khi tiến hành phân tích tính năng kháng chấn đập, ANSYS mặc định phân tích phổ không chú ý tính phi tuyến vật liệu, do đó mô hình phân tích tính năng kháng chấn đập sử dụng mô hình đàn hồi, chỉ đòi hỏi định nghĩa thuộc tính vật liệu đập: dung trọng, mô đun đàn hồi và hệ số Poisson. Phương thức mệnh lệnh: MP Phương thức GUI: Main Menu  Preprocessor  Material Props  Material Models hoặc Main Menu  Solution  Load Step Opts  Other  Change Mat Props  Material Models Đập khi phân tích tĩnh có thể xét đến tính phi tuyến của vật liệu, nhưng khi tiến hành phân tích kháng chấn yêu cầu loại bỏ các tham số phi tuyến tính: góc ma sát trong và lực dính. 1.2 Thiết lập mô hình và phân chia mạng lưới phần tử Sau khi thiết lập môi trường vật lý có thể thiết lập mô hình. Khi tiến hành phân tích tính năng kháng chấn đập, đòi hỏi thiết lập mô phỏng đập bằng phần tử PLANE42. Sau khi thiết lập chỉ định xong đặc tính mô hình (loại hình phần tử, hạng mục lựa chọn và tính chất vật liệu…) có thể phân chia mạng lưới phần tử hữu hạn. Thông qua GUI để giao phó đặc tính mỗi vùng trong mô hình: -

Main Menu  Preprocessor  Meshing  Mesh Attributes  Picked Areas;

-

Nhấn vào vùng mô hình lựa chọn;

-

Khai báo các thuộc tính cho vùng mô hình lựa chọn như mã số vật liệu, mã hằng số thực, mã loại hình phần tử và mã hệ toạ độ phần tử.

Thông qua mệnh lệnh để giao phó đặc tính mỗi nơi trong mô hình: ASEL ( lựa chọn vùng mô hình) MAT ( nói rõ mã số vật liệu) TYPE (chỉ định mã số phần tử) Khi thiết lập mô hình đập lớn, đập và nền là hai thuộc tính vật liệu không đồng nhất, trong phần này chỉ tiến hành phân tích kháng chấn của đập. Khi tiến hành phân tích mô phỏng đập lớn 3 chiều, sử dụng phần tử SOLID65 để mô phỏng bê tông và phần tử SOLID45 để mô phỏng nền đá, khi phân tích mô phỏng 2 chiều chỉ nên dùng một loại phần tử PLANE42.

1.3 Gán ràng buộc và tải trọng Khi gán điều kiện biên và tải trọng, có thể gán điều kiện biên và tải trọng lên mô hình thực thể (điểm đặc trưng, đường, mặt) hoặc có thể gán lên mô hình phần tử hữu hạn (tiếp điểm hoặc phần tử). Khi tính toán, chương trình ANSYS sẽ tự động chuyển điều kiện biên và tải trọng trên mô hình thực thể đến mô hình phần tử hữu hạn. 217

Trong phân tích tính năng kháng chấn đập trọng lực, chủ yếu là gán ràng buộc độ tự do ở dưới đáy đập. Phương thức mệnh lệnh: D Tải trọng tác dụng lên đập trọng bao gồm: áp lực nước, áp lực bùn cát, địa chấn và tải trọng bản thân của đập… (1) Tải trọng bản thân. Do thể tích đập và dung trọng vật liệu xuất tính. (2) Áp lực thủy tĩnh. Áp lực thủy tĩnh tác dụng trên mặt đập có thể căn cứ vào nguyên lý tính toán cơ học thủy tĩnh, phân thành áp lực nước ngang và áp lực nước đứng. Lực nước ngang:

Psp 

1 H12 2

(6-1)

Lực nước đứng:

Pcz 

1 nH12 2

(6-2)

trong đó,  là dung trọng nước; H1 là độ sâu mực nước thượng lưu; n là hệ số mái dốc mặt thượng lưu. Tương tự có thể tính toán phần áp lực hướng ngang và phần áp lực thẳng đứng của tổng áp lực thủy tĩnh mặt hạ lưu đập. (3) Ứng suất dương. Đập trọng lực bằng bê tông hoặc đá xây vữa không phải là tuyệt đối không thấm nước, trên mặt và bên trong của nó tồn tại vô số những lỗ hổng nhỏ, lỗ hổng bản thân nền đá đập mặc dù rất ít nhưng là cũng tồn tại thớ nứt, đường rạn. Sau khi đập trọng lực xây xong tích nước, dưới tác dụng lâu dài của mực nước hạ lưu thấp, nước ở thượng lưu sẽ thông qua những lỗ hổng này và mặt tiếp giáp với nền đập, các rạn nứt ở nền đập…thoát nước thấm xuống hạ lưu, từ đó làm cho trong thân đập với mặt đáy đập phát sinh áp lực nước thấm. (4) Áp lực thủy động. Áp lực thủy động tác dụng trên mặt tràn, áp lực thủy động trên đường cong đỉnh đập và đoạn thẳng ở hạ lưu rất nhỏ có thể bỏ qua. Chỉ tính toán áp lực thủy động trên đoạn cong ngược. (5) Áp lực bùn cát. Sau khi tích nước trong hồ, nước vào hồ mang theo bùn cát, hàng năm lắng đọng ở trước đập, phát sinh áp lực bùn cát đối với mặt đập. (6) Áp lực sóng. Áp lực sóng có quan hệ với tốc độ gió và mặt nước hồ, nhưng trong các loại tải trọng thì tương đối nhỏ, thông thường không xét đến. (7) Tải trọng địa chấn. Chủ yếu là do lực quán tính địa chấn, áp lực thủy động địa chấn và áp lực động thổ dẫn đến chất lượng công trình xây dựng. 1.4 Tính toán 1.4.1 Tính toán tĩnh lực Đầu tiên tiến hành tính toán tĩnh đập trọng lực: trong chương trình ANSYS căn cứ thiết lập lựa chọn hạng mục hiện có, từ kho số liệu lấy được trong mô hình với thông tin 218

về tải trọng tiến hành tính toán, kết quả số liệu sẽ được viết vào trong kho số liệu và file. Dưới tác dụng của tải trọng tĩnh trong đập sẽ xuất hiện trường chuyển vị và ứng suất, hình thái làm việc của đập dưới điều kiện thiết kế được lý giải, tính tin cậy của phương án đập bê tông trọng lực lớn được tiến hành đánh giá. Phương thức mệnh lệnh: SOLVE Phương thức GUI: Main Menu  Solution  Solve  Currents 1.4.2 Tính toán phân tích động lực Do vận động mặt đất khi địa chấn chủ yếu theo phương ngang mặt nước, dao động của kết cấu dưới tác dụng của lực địa chấn cũng dao động theo phương ngang là chính, phân tích sau chỉ xét đến tác dụng của tải trọng địa chấn theo phương ngang. Đối với phân tích tính năng kháng chấn đập trọng lực có thể sử dụng mấy loại phương pháp dưới đây. (1) Phương pháp mô phỏng tĩnh Phương pháp mô phỏng tĩnh là một loại phương pháp coi ảnh hưởng của địa chấn tương đương với một loại tải trọng tĩnh để biểu thị, sau khi có tải trọng địa chấn này, theo phương pháp tĩnh lực thông thường tiến hành phân tích kháng chấn của chuyển vị, các loại ứng suất của đập. Nó là gia tốc tác dụng ở mỗi vị trí đập tương đồng với gia tốc của mặt đất khi giả định địa chấn dẫn đến lực quán tính khi động đất, sau đó căn cứ lực quán tính để đánh giá tính an toàn của đập lớn. Căn cứ phương pháp phân tích mô phỏng tĩnh, lực quán tính động đất ngang của đập lớn có thể đơn giản hoá là: QH = KHCZFW

(6-3)

trong đó, KH là hệ số địa chấn ngang mặt nước, là tỉ số gia tốc ngang lớn nhất với gia tốc trọng trường; CZ là hệ số ảnh hưởng tổng hợp, đập trọng lực lấy ¼; F là hệ số lực quán tính địa chấn; W là tổng trọng lượng công trình phát sinh lực quán tính; Sử dụng phương pháp mô phỏng tĩnh lực tính toán hiệu ứng tác dụng địa chấn, tính toán giá trị áp lực thủy động địa chấn ở độ sâu h: Pw (h) = ah(h)wHo

(6-4)

trong đó, Pw(h) là giá trị áp lực thủy động tác dụng lên mặt đập ở độ sâu h; ah là giá trị gia tốc địa chấn ngang mặt nước, với động đất cấp 8 giá trị này là 0.2g;  là hệ số triết giảm hiệu ứng tác dụng địa chấn, ngoài quy định ra lấy 0.25; 219

(h) là hệ số phân bố áp lực thủy động địa chấn ở độ sâu h; w là giá trị tiêu chuẩn của mật độ chất lượng nước; Ho là tổng chiều sâu cột nước; Nếu góc hợp giữa mặt đập và đường mặt nước là  (không phải là 90 độ), giá trị áp lực thủy động tính toán theo công thức (4) triết giảm đi một hệ số: C = /90

(6-5)

(2) Phương pháp phân tích phổ phản ứng Phương pháp phân tích phổ phản ứng là lấy phản ứng của hệ thống chất điểm đơn đàn hồi trong quá trình địa chấn thực tế là nền tảng, để tiến hành phân tích phản ứng kết cấu, nó thông qua phổ phản ứng khéo léo biến hoá tĩnh lực vấn đề động lực, làm cho tính toán phản ứng địa chấn kết cấu phức tạp biến thành đơn giản dễ dàng. Theo lý luận này, ứng dụng đường cong phổ địa chấn có thể căn cứ vận động thực tế mặt đất để tính toán phản ứng của công trình xây dựng. Phổ phản ứng là quan hệ hàm số của chu kỳ dao động với phản ứng lớn nhất của chuyển động thực tế mặt đất đối với hệ thống điểm đơn đàn hồi. Đối với kết cấu phức tạp có thể giản hoá thành một vài chấn hình, mỗi một chấn hình lại có thể chuyển hoá thành một chất điểm đơn để suy xét. Dùng phổ phản ứng thiết kế đã chuẩn xác tính toán phản ứng đập trọng lực dưới tác dụng của địa chấn, tóm lại là tìm kiếm đặc tính tự chấn của đập. Phá hoại phát sinh do địa chấn, khả năng chịu lực và chịu thời gian duy trì lâu dài của chấn động lớn nhất của nhiều phổ đều có quan hệ. Trước khi tiến hành phân tích phổ, đầu tiên nên tính toán đặc tính tự chấn của đập lớn. Phân tích dao động riêng (Modal) dùng với đặc tính chấn động của kết cấu chuẩn xác, chính là chấn hình và tần suất vốn có của kết cấu, chúng là tham số quan trọng trong tính toán kết cấu chịu tải trọng động, cũng là nền tảng của phân tích động lực. Trong tính toán phân tích dao động riêng đã sử dụng phương pháp thay thế không gian con để rút ra dao động riêng. Tác dụng của áp lực thủy động địa chấn ở độ sâu h thay đổi dựa vào công thức (6-6) chuyển hoá thành khối lượng tăng thêm mặt đập tương ứng. P¦ w ( h ) 

7 a hw Ho h 8

(6-6) Căn cứ đường cong phổ phản ứng thiết kế đập lớn biểu thị ở hình 6-2, có thể viết được phương trình đường cong phổ phản ứng đập lớn:    1  10T ( max  1),..............0  T  0.1    =2.0    max max ,..................................0.1  T  Tg 0.9  T 0.9 T     o o  Tg  T   *  max ,................... .......   max  T   T



1.0(6-7) 0.2max 0



220

0.1

Tg

0.7

1.5

T

Hình 6-2 Đường cong phổ phản ứng thiết kế đập lớn Phân tích tính năng kháng chấn đập trọng lực trong bài này giá trị max lấy bằng 2.0, giá trị Tg lấy bằng 0.2, giá trị chu kỳ đặc trưng To lấy bằng 0.2s. (3) Phương pháp phân tích theo trình tự thời gian Phương pháp phân tích theo trình tự thời gian là ghi lại hoạt động địa chấn hoặc tác dụng sóng nhân tạo ở trên kết cấu, trực tiếp tiến hành tích phân phương trình chuyển động kết cấu, vì vậy phương pháp phân tích biến động theo trình tự thời gian cũng được gọi là phương pháp tích phân trực tiếp. * Trong phần này sử dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng phân tích ví dụ thực tiễn tính năng kháng chấn đập lớn. 1.5 Hậu xử lý Kết quả tính toán được xuất ra dưới dạng hình vẽ và bảng biểu. Trong phân tích tính toán tính năng kháng chấn đập lớn, kiểm tra ứng suất và chuyển vị của tiếp điểm với biến hình đập lớn. Thông qua nghiên cứu biến hình đập lớn, tình trạng ứng suất và chuyển vị để đánh giá tổng thể tính năng kháng chấn và tính năng an toàn của đập lớn. Phương thức mệnh lệnh: /POST1 Phương thức GUI: Main Menu  General Postproc * Đầu tiên kiểm tra kết quả tính toán phân tích tĩnh lực đập lớn, sau đó kiểm tra kết quả tính toán phân tích động lực đập lớn.

10m 2. PHÂN TÍCH VÍ DỤ THỰC TẾ TÍNH NĂNG KHÁNG CHẤN ĐẬP TRỌNG LỰC 2.1 Tóm tắt ví dụ thực tế Lựa chọn ví dụ thực120m tế mặt cắt kết 1cấu đập trọng lực được ứng dụng rất rộng rãi như hình 6-3. Đập cao 120m, chiều rộng đáy đập 76m, chiều rộng đỉnh đập 10m, độ dốc mái 0.6 thượng lưu và độ dốc mái hạ lưu đập 1 được cho trên hình vẽ. 0.05

221

76m

Hình 6-3 Mặt cắt kết cấu đập trọng lực (đơn vị: mét) Do kết cấu đập trọng lực tương đối đơn giản, tình trạng phân bố chịu lực mặt cắt kết cấu theo phương vuông góc với chiều dài cũng cơ bản tương đồng, mà còn chiều dài hướng dọc trục đập lớn xa với mặt cắt ngang, vì vậy phân tích tính năng kháng chấn đập lớn chọn dùng đơn vị mặt cắt tiến hành phân tích biến dạng phẳng là chấp nhận được. Điều kiện tính toán phân tích tính năng kháng chấn đập lớn như dưới đây: (1) Giả thiết chân đập đặt trên nền đá, đá có tính cứng; (2) Tham số vật liệu được sử dụng làm đập: Môđun đàn hồi E = 35 GPa; hệ số Poisson  = 0.2; dung trọng  = 25 kN/m3; (3) Mực nước phân tích tính toán 120m (bằng cao trình đỉnh đập); (4) Mật độ chất lượng nước là 1000 kg/m3; (5) Thiết kế đập phòng địa chấn cấp độ 8; giá trị gia tốc địa chấn theo phương ngang mặt nước là 0.2g. 2.2 Phương pháp thao tác GUI 2.2.1 Thiết lập môi trường vật lý (1) Từ Menu [Start  All Programs  ANSYS 11.0  ANSYS Product Launcher”] xuất hiện cửa sổ màn hình [ 11.0: ANSYS Product Launcher]. (2) Trong lựa chọn [File Management] ở [Working Directory] nhập thư mục làm việc [D:\ANSYS11\Huong dan su dung], ở [Job Name] nhập tên văn bản [Dap BTTL]. (3) Nhấn

xuất hiện cửa sổ thao tác GUI của ANSYS 11.0.

(4) Thanh lọc giới hạn trên màn hình đồ hoạ: Từ [  Preferences] xuất hiện cửa sổ lựa chọn [Preferences for GUI Filtering], lựa chọn [Structural].

222

(5) Định nghĩa tiêu đề công việc: Từ [Utility Menu  File  Change Title] xuất hiện cửa sổ [Change title], nhập tên công việc [Phan tich khang chan dap be tong], sau đó nhấn

, như hình 6-4.

Hình 6-4 Định nghĩa tiêu đề công việc (6) Định nghĩa loại hình phần tử 1/ Định nghĩa phần tử PLANE42: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete] xuất hiện cửa sổ [Element Types], nhấn xuất hiện cửa sổ như hình 6-5. Trong cửa sổ bên trái lựa chọn [Solid] tương ứng bên phải lựa chọn [Quad 4node 42], nhấn

hoàn thành định nghĩa phần tử PLANE42.

Hình 6-5 Cửa sổ định nghĩa phần tử PLANE42 2/ Thiết định lựa chọn hạng mục phần tử PLANE42: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete] xuất hiện cửa sổ [Element Types], lựa chọn [Type 1 PLANE42], nhấn xuất hiện cửa sổ [PLANE42 element type options] như hình 6-6. Trong [Element behavior K3] lựa chọn trong thực đơn [Plane Strain], các thiết định khác sử dụng mặc định trong ANSYS, cuối cùng nhấn

.

Hình 6-6 Cửa sổ lựa chọn loại hình phần tử PLANE42 (7) Định nghĩa thuộc tính vật liệu Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Material Props  Material Models] xuất hiện cửa sổ [Define Material Model Behavior] như hình 6-7. 223

Hình 6-7 Cửa sỏ định nghĩa vật liệu cho mô hình Trong hình 6-7 sau khi nhấn đúp [Structural  Linear  Elastic  Isotropic] xuất hiện cửa sổ [Linear Isotropic Properties for Material Number 1] như hình 6-8, trong cửa sổ nhập giá trị EX là [3.5E10], nhập giá trị PRXY là [0.2], nhấn đóng cửa sổ khai báo. Tiếp tục nhấn đúp vào [Density] xuất hiện cửa sổ [Density for Material Number 1] như hình 6-9, trong cửa sổ nhập giá trị DENS là [2500], nhấn cửa sổ khai báo.

Hình 6-8 Nhập giá trị E,  cho mô hình

đóng

Hình 6-9 Nhập mật độ vật liệu

2.2.2 Thiết lập mô hình và phân chia mạng lưới phần tử (1) Xây dựng mô hình đường thể đập 1/ Nhập điểm đặc trưng: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Keypoint  In Active CS] xuất hiện cửa sổ [Create Keypoints in Active Coordinate System] như hình 6-10. Trong [NPT Keypoint number] nhập giá trị [1], trong [X, Y, X Location in active CS] nhập giá trị [0, 0, 0] sau đó nhấn , tạo được điểm đặc trưng 1. Tiếp tục như vậy trong [NPT Keypoint number] nhập các giá trị [2], [3], [4], [5] tương ứng trong [X, Y, X Location in active CS] nhập các giá trị [76, 0, 0], [15.6, 104.1, 0], [15.6, 120, 0], [5.6, 120, 0], cuối cùng nhấn

.

224

Hình 6-10 Cửa sổ khai báo vị trí điểm đặc trưng trong mô hình 2/ Xây dựng mô hình đường thể đập: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Lines  Lines  Straight line] xuất hiện cửa sổ [Create straight lines], dùng chuột nhấn vào hai điểm đặc trưng 1, 2 sau đó nhấn ta được đường thẳng L1, tương tự như vậy lần lượt với các điểm đặc trưng [2, 3], [3, 4], [4, 5], [5, 1], cuối cùng nhấn OK ta sẽ được mô hình đường thể đập như hình 6-11.

Hình 6-11 Mô hình đường thể đập (2) Xây dựng mô hình mặt thể đập 1/ Hiển thị mã số điểm đặc trưng đặc trưng: Từ [Utility Menu  PlotCtrls  Numbering] xuất hiện bảng [Plot Numbering Controls] như hình 6-12. Trong mục [Keypoint Numbers] lựa chọn [ON] bằng cách nhấn chuột vào ô vuông trắng, sau đó nhấn

đóng cửa sổ.

225

Hình 6-12 Lựa chọn hiển thị mã số điểm đặc trưng 2/ Xây dựng mô hình mặt thể đập: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Areas  Arbitrary  Through KPs] xuất hiện cửa sổ [Create Area by Keypoints], trên cửa sổ màn hình dùng chuột lựa chọn các điểm đặc trưng 1, 2, 3, 4, 5 sau đó nhấn

sẽ được mô hình mặt mô hình thể đập như hình 6-13.

Hình 6-13 Mô hình mặt thể đập (3) Phân chia mạng lưới phần tử 1/ Thiết lập số phần mạng lưới: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Meshing  Size Cntrls  ManualSize  Layers  Picked Lines] xuất hiện cửa sổ [Set Layer Controls] như hình 6-14, dùng chuột lựa chọn đường L1 sau đó nhấn . Xuất hiện cửa sổ [Area Layer-Mesh Controls on Picked Lines] như hình 6-15, trong [No. of line divisions] nhập giá trị [20], sau đó nhấn

.

226

Hình 6-14 Lựa chọn đường

Hình 6-15 Bảng thiết lập số phần mạng lưới

Làm phương pháp tương tự đối với đường L2 phân chia số phần là 32; đối với đường L3, L4, L5 tương ứng với số phần chia là 6, 4, 40. 2/ Phân chia mạng lưới phần tử: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Meshing  Mesh Area  Free] xuất hiện cửa sổ lựa chọn mặt, dùng chuột chọn mặt đập trên màn hình, sau đó nhấn

, được mô hình phần tử hữu hạn đập như hình 6-16.

Hình 6-16 Mạng lưới phần tử mô hình đập (4) Bảo lưu mạng lưới phần tử đập Từ Menu [Utility Menu  File  Save as] xuất hiện cửa sổ [Save Database], trong [Save Database to] nhập tên file là [dap_grid.db], sau đó nhấn

. 227

2.2.3 Gán ràng buộc và tải trọng (1) Gán ràng buộc chuyển vị đáy mô hình đập Từ Menu [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Displacement  on Nodes] xuất hiện cửa sổ lựa chọn tiếp điểm cần gán ràng buộc [Apply U, ROT on Nodes], lựa chọn cách chọn tiếp điểm là [Box] sau đó giữ trái chuột kéo một hình chữ nhật bao toàn bộ các tiếp điểm dưới đáy đập, tiếp theo nhấn như hình 6-17. Sau khi nhấn xuất hiện cửa sổ [Apply U, ROT on Node] như hình 6-18, trong [DOFs to be constrained] lựa chọn [All DOF], trong [Apply as] lựa chọn [Constant value], trong [Displacement value] nhập giá trị [0], cuối cùng nhấn đóng cửa sổ khai báo.

Hình 6-17 Lựa chọn tiếp điểm đáy đập

Hình 6-18 Gán ràng buộc chuyển vị dưới đáy đập (2) Gán gia tốc trọng trường Từ Menu [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Inertia  Gravity  Grobal] xuất hiện cửa sổ [Apply (Gravitational) Acceleration] như hình 6-19. Trong [Global Cartesian Y - comp] nhập giá trị gia tốc trọng trường [9.8] sau đó nhấn

hoàn thành gán gia tốc trọng trường. 228

Hình 6-19 Gán gia tốc trọng trường cho mô hình (3) Gán tải trọng áp lực nước Từ Menu [Main Menu  Solution  Define Loads  Apply  Structural  Pressure  on Lines] xuất hiện cửa sổ lựa chọn đường, dùng chuột lựa chọn đường L5, sau đó nhấn

. Sau khi nhấn

xuất hiện cửa sổ [Apply PRES on lines] như

hình 6-20. Nhập hai giá trị [0] và [1101370] trong cửa sổ khai báo, sau đó nhấn hoàn thành quá trình gán tải trọng áp lực lên mặt thượng lưu đập.

Hình 6-20 Gán tải trọng áp lực nước lên mô hình 

Tải trọng gán là áp lực nước tác dụng lên đập khi mực nước là 120m, độ dốc mặt chịu áp là 87o.

2.2.4 Tính toán (1) Tính toán phân tích tĩnh 1/ Thiết lập yêu cầu tính toán Chỉ định loại hình tính toán: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis  New Analysis] xuất hiện cửa sổ như hình 6-21, trong [Type of analysis] nhấn lựa chọn [Static], sau đó nhấn

.

229

Hình 6-21 Chỉ định loại hình tính toán Thiết lập bước tải trọng: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis Type  Sol’n Controls] xuất hiện cửa sổ [Solution Controls], dùng chuột nhấn vào mục [Basis] như hình 6-22, trong [Number of substeps] nhập giá trị [5], trong [Max no. of substeps] nhập giá trị [100], trong [Min no. of substeps] nhập giá trị [1], cuối cùng nhấn

.

Hình 6-22 Thiết lập bước tải trọng Thiết lập tìm kiếm tuyến tính: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis Type  Sol’n Controls] xuất hiện cửa sổ [Solution Controls], dùng chuột nhấn vào mục [Nonlinear] như hình 6-23, trong [Line search] lựa chọn [ON], sau đó nhấn

.

230

Hình 6-23 Thiết lập tìm kiếm tuyến tính 2/ Tính toán tĩnh Tính toán: Từ Menu [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] xuất hiện hai cửa sổ [/STATUS Command] và [Solve Curent Load Step] tóm tắt toàn bộ các thông tin trước khi tính toán được thể hiện ở hình 6-24. Nhấn để bắt đầu quá trình tính toán, đến khi xuất hiện thông báo tính toán đã hoàn thành biểu thị ở hình 6-25, cuối cùng nhấn

.

Hình 6-24 Bảng các thông số đã được lựa chọn để tính toán 231

Hình 6-25 Quá trình tính toán đã hoàn thành Bảo lưu kết quả tính toán: Từ Menu [Utility Menu  File  Save as] xuất hiện cửa sổ [Save Database], trong [Save Database to] nhập tên văn bản [Dap_static.db], sau đó nhấn

.

(2) Tính toán phân tích tính năng kháng chấn 1/ Tính toán phân tích dao động riêng (Modal) Thiết lập loại hình phân tích: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis Type  New Analysis] xuất hiện cửa sổ như hình 6-21, trong [Type of analysis] lựa chọn [Modal] sau đó nhấn

.

Thiết lập lựa chọn hạng mục phân tích Modal: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis Type  Analysis Options] xuất hiện cửa sổ như hình 6-26, trong [Mode extraction method] lựa chọn [Subspace], trong [No. of modes to extract] nhập giá trị [18], trong [Expand mode shapes] dùng chuột nhấn lựa chọn [Yes] sau đó nhấn lại xuất hiện bảng [Sunspace Modal Analysis]. Sau khi nhập các số hạng trong [Maximum number] và [Min, before shift] như hình 6-27 nhấn

để kết thúc.

Hình 6-26 Thiết lập lựa chọn hạng mục phân tích Modal

232

Hình 6-27 Thiết lập không gian khi tính toán phân tích Modal Tính toán phân tích Modal: Từ Menu [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] xuất hiện hai cửa sổ [/STATUS Command] (như hình 6-28) và [Solve Curent Load Step] tóm tắt toàn bộ các thông tin trước khi tính toán. Nhấn để bắt đầu tính toán đến khi xuất hiện thông báo [Soluiton is done] biểu thị kết thúc tính toán.

Hình 6-28 Thông tin lựa chọn tính toán Modal

233

Bảo lưu kết quả tính toán: Từ Menu [Utility Menu  File  Save as] xuất hiện cửa sổ [Save Database], trong [Save Database to] nhập tên văn bản [Dap_modal.db], sau đó nhấn

.

Xuất tần suất mỗi bước phân tích Modal: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Read Summary] xuất hiện bảng như hình 6-29.

Hình 6-29 Tần suất mỗi bước phân tích Modal 

Mô hình tính toán động lực và tính toán tĩnh lực tương đồng, điều kiện ràng buộc cũng tương đồng.



Khi phân tích phổ, ANSYS không xét đến vật liệu phi tuyến tính.



Điều xuất tần suất mỗi bước phân tích Modal là để tính toán giá trị phổ phản ứng ở bước sau.

2/ Tính toán phân tích phổ phản ứng Xuất giá trị phổ phản ứng: trong hình 6-29 ở trên có 18 bước giá trị tần suất f, có thể tính toán xuất chu kỳ tương ứng T, căn cứ vào phương trình đường cong phổ phản ứng đập lớn (công thức 7) có thể tính toán giá trị phổ phản ứng ở 18 bước, như bảng 6-1. Bảng 6-1 Tính toán giá trị phổ phản ứng ứng với 18 tần suất dao động Chấn hình

Tần suất dao động 1/s

Chu kỳ dao động T

Giá trị phổ phản ứng 

1

3.5144

0.2845

1.4562

2

8.0752

0.1238

2.0000

3

11.117

0.0900

1.8995

4

14.294

0.0700

1.6996

5

21.767

0.0459

1.4594 234

6

24.976

0.0400

1.4004

7

30.738

0.0325

1.3253

8

34.124

0.0293

1.2930

9

36.263

0.0276

1.2758

10

39.049

0.0256

1.2561

11

40.851

0.0245

1.2448

12

43.257

0.0231

1.2312

13

47.907

0.0209

1.2087

14

49.687

0.0201

1.2013

15

52.438

0.0191

1.1907

16

55.527

0.0180

1.1801

17

56.686

0.0176

1.1764

18

58.651

0.0171

1.1705

Thiết lập lựa chọn hạng mục tính toán phân tích phổ phản ứng * Thiết lập loại hình phân tích: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis Type  Analysis] xuất hiện cửa sổ [New Analysis] như hình 6-30, trong [Type of analysis] lựa chọn [Spectrum] sau đó nhấn

.

Hình 6-30 Định nghĩa phân tích phổ phản ứng * Thiết lập hạng mục lựa chọn phân tích phổ phản ứng: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis Type  Analysis Options] xuất hiện cửa sổ [Spectrum Analysis] như hình 6-31, trong [Type of spectrum] nhấn lựa chọn [Single – pt resp], trong [No. of modes for solu] nhập giá trị [18], trong [Calculate elem stresses?] nhấn lựa chọn [Yes] cuối cùng nhấn

.

235

Hình 6-31 Thiết lập phân tích phổ phản ứng * Thiết lập lựa chọn hạng mục phân tích điểm đơn phổ phản ứng: Từ Menu [Main Menu  Solution  Load Step Opts  Spectrum  SinglePt  Settings] xuất hiện cửa sổ [Settings for Single-Point Response Spectrum] như hình 6-32, trong [Type of response spectr] lựa chọn [Seismic accel], trong [SEDX, SEDY, SEDZ] nhập các giá trị [0, 1, 0], sau đó nhấn

.

Hình 6-32 Thiết lập phân tích phổ phản ứng điểm đơn * Định nghĩa bảng tần suất phân tích phổ phản ứng: Từ Menu [Main Menu  Solution  Load Step Opts  Spectrum  SinglePt  Freq Table] xuất hiện cửa sổ [Frequency Table] như hình 6-33. Căn cứ bảng 1 tiến hành nhập lần lượt 18 bước tần suất dao động của đập lớn.

236

Hình 6-33 Bảng định nghĩa tần suất * Định nghĩa giá trị phổ phản ứng: Từ Menu [Main Menu  Solution  Load Step Opts  Spectrum  SinglePt  Spectr Values] xuất hiện cửa sổ [Spectrum Values Damping Ration] tiếp tục nhấn xuất hiện bảng [Spectrum Values] như hình 634. Căn cứ bảng 1 nhập lần lượt 18 bước giá trị phổ phản ứng của đập lớn.

Hình 6-34 Bảng định nghĩa giá trị phổ phản ứng 237

Tính toán phân tích phổ phản ứng: Từ Menu [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] xuất hiện hai cửa sổ [/STATUS Command] và [Solve Curent Load Step] tóm tắt toàn bộ các thông tin trước khi tính toán. Nhấn để bắt đầu tính toán đến khi xuất hiện thông báo [Soluiton is done] biểu thị kết thúc tính toán. Bảo lưu kết quả tính toán: Từ Menu [Utility Menu  File  Save as] xuất hiện cửa sổ [Save Database], trong [Save Database to] nhập tên văn bản [Dap_spectrum.db], sau đó nhấn

.

3/ Tính toán phân tích dao động riêng mở rộng Thiết lập loại hình phân tích: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis Type  Analysis] xuất hiện cửa sổ [New Analysis], trong [Type of analysis] lựa chọn [Modal] sau đó nhấn

.

Thiết lập lựa chọn hạng mục tính toán phân tích dao động riêng mở rộng * Định nghĩa phân tích dao động riêng mở rộng: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis Type  Expansion Pass] xuất hiện cửa sổ [Expansion Pass] như hình 6-35, trong lựa chọn [Expansion pass] nhấn chuột chuyển [Off] thành [On] sau đó nhấn .

Hình 6-35 Lựa chọn dao động riêng mở rộng * Thiết lập phân tích dao động riêng mở rộng: Từ Menu [Main Menu  Preprocessor  Loads  Load Step Opts  ExpansionPass  Single Expand  Expand Modes] xuất hiện cửa sổ [Expand Modes] như hình 6-36, trong [No. of modes to expand] nhập giá trị [18], những giá trị khác cho ở hình 6-36 sau đó nhấn

.

Hình 6-36 Thiết lập phân tích dao động riêng mở rộng

238

Tính toán phân tích dao động riêng mở rộng: Từ Menu [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] xuất hiện hai cửa sổ [/STATUS Command] và [Solve Curent Load Step] tóm tắt toàn bộ các thông tin trước khi tính toán. Nhấn để bắt đầu tính toán đến khi xuất hiện thông báo [Soluiton is done] biểu thị kết thúc tính toán. Bảo lưu kết quả tính toán: Từ Menu [Utility Menu  File  Save as] xuất hiện cửa sổ [Save Database], trong [Save Database to] nhập tên văn bản [Dap_expand.db], sau đó nhấn

.

4/ Hợp nhất tính toán phân tích dao động riêng (Modal) Thiết lập loại hình phân tích: Từ Menu [Main Menu  Solution  Analysis Type  Analysis] xuất hiện cửa sổ [New Analysis], trong [Type of analysis] lựa chọn [Spectrum] sau đó nhấn

.

Tiến hành tổ hợp theo phương pháp căn bậc hai của tổng bình phương: Từ Menu [Main Menu  Solution  Load Step Opts  Spectrum  SinglePt  Mode Combine] xuất hiện cửa sổ [Mode Combination Methods] như hình 6-37, trong [Mode Combination Method] lựa chọn [SRSS], trong [Significant threshold] nhập giá trị [0.1], trong [Type of output] lựa chọn [Displacement], cuối cùng nhấn

.

Hình 6-37 Thiết lập hợp nhất tính toán dao động riêng Hợp nhất tính toán phân tích dao động riêng: Từ Menu [Main Menu  Solution  Solve  Current LS] xuất hiện hai cửa sổ [/STATUS Command] và [Solve Curent Load Step] tóm tắt toàn bộ các thông tin trước khi tính toán. Nhấn để bắt đầu tính toán đến khi xuất hiện thông báo [Soluiton is done] biểu thị kết thúc tính toán. Bảo lưu kết quả tính toán: Từ Menu [Utility Menu  File  Save as] xuất hiện cửa sổ [Save Database], trong [Save Database to] nhập tên văn bản [Dap_combination.db], sau đó nhấn

.

2.2.5 Hậu xử lý Đối với đập đã tiến hành phân tích tĩnh lực với phân tích động lực, thông qua phân tích phần tử hữu hạn tĩnh lực đập trọng lực có thể thu được trường ứng suất và trường chuyển vị trong đập dưới tác dụng của tải trọng tĩnh, do đó có thể hiểu rõ tính năng an toàn của đập. Thông qua phân tích phần tử hữu hạn tính năng kháng chấn đập trọng lực,

239

có thể hiểu rõ đặc tính hưởng ứng động lực dưới tác dụng tải trọng địa chấn của đập, do đó có thể đánh giá tính năng an toàn của đập dưới tác dụng của tải trọng địa chấn. (1) Kết quả tính toán phân tích tĩnh lực Đọc số liệu kết quả tính toán tĩnh lực: Từ Menu [Utility Menu  resume from…] xuất hiện cửa sổ [Resume Database], lựa chọn file mới bảo lưu [Dap_static.db], sau đó nhấn

.

Vẽ biểu đồ biến hình đập: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deformed Shape] như hình 6-38. Nhấn lựa chọn [Def + undeformed] , sau đó nhấn

được kết quả như hình 6-39.

Hình 6-38 Lựa chọn kiểu vẽ biểu đồ biến hình

Hình 6-39 Biến hình đập Hiển thị phổ chuyển vị theo phương ngang X: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Contour Plot  Nodal Solu] xuất hiện cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 6-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  X-Component of displacement] sau đó lại nhấn sẽ được phổ chuyển vị theo phương X của đập như hình 6-41. Chuyển vị theo phương ngang lớn nhất là 12.106mm tại vị trí mép thượng lưu đỉnh đập.

240

Hình 6-40 Lựa chọn kết quả cần hiển thị

Hình 6-41 Phổ chuyển vị theo phương X của đập (ngang đập) Hiển thị phổ chuyển vị theo phương đứng Y : Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Contour Plot  Nodal Solu] xuất hiện cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 6-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  Y-Component of displacement] sau đó lại nhấn sẽ được phổ chuyển vị theo phương Y của đập như hình 6-42. Chuyển vị theo phương đứng lớn nhất là 0.439mm.

241

Hình 6-42 Phổ chuyển vị theo phương Y của đập (phương đứng) Hiển thị phổ ứng suất theo phương ngang X: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Contour Plot  Nodal Solu] xuất hiện cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 6-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Stress  X-Component of stress] sau đó lại nhấn phương X của đập như hình 6-43.

sẽ được phổ ứng suất theo

Hình 6-43 Phổ ứng suất theo phương X của đập Hiển thị phổ ứng suất theo phương đứng Y: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Contour Plot  Nodal Solu] xuất hiện cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 6-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Stress  Y-Component of stress] sau đó lại nhấn phương Y của đập như hình 6-44.

sẽ được phổ ứng suất theo

242

Hình 6-44 Phổ ứng suất theo phương Y của đập Hiển thị phổ ứng suất chính thứ nhất của đập: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Contour Plot  Nodal Solu] xuất hiện cửa sổ [Contour Nodal Solution Data] như hình vẽ 6-40, dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Stress  1st principal stress] sau đó lại nhấn nhất của đập như hình 6-45.

sẽ được phổ ứng suất chính thứ

Hình 6-45 Phổ ứng suất chính thứ nhất của đập (2) Kết quả tính toán phân tích tính năng kháng chấn 1/Vẽ biểu đồ chấn hình đập Đọc số liệu kết quả tính toán phân tích Modal: Từ Menu [Utility Menu  resume from…] xuất hiện cửa sổ [Resume Database], lựa chọn file mới bảo lưu [Dap_modal.db], sau đó nhấn

.

243

Vẽ chấn hình đập buớc thứ nhất.  Đọc số liệu bước thứ nhất: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Read Results  First set].  Vẽ chấn hình đập bước thứ nhất: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deform Shape], lựa chọn [Def + undef edge] tiếp theo nhấn

được chấn hình đập bước thứ nhất như hình vẽ 46.

Vẽ chấn hình đập buớc thứ hai.  Đọc số liệu bước thứ hai: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Read Results  Next set].  Vẽ chấn hình đập bước thứ hai: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Deformed Shape] xuất hiện cửa sổ [Plot Deform Shape], lựa chọn [Def + undef edge] tiếp theo nhấn

được chấn hình đập bước thứ hai như hình vẽ 6-47.

Hình 6-46 Chấn hình đập bước thứ nhất

Hình 6-47 Chấn hình đập bước thứ hai

Tiến hành tương tự như các bước ở trên có thể vẽ chấn hình đập từ bước thứ 3 đến bước thứ 18. Hình vẽ 6-48 đến hình 6-55 thể hiện chấn hình đập từ bước 3 đến bước 10.

Hình 6-48 Chấn hình đập bước thứ ba

Hình 6-49 Chấn hình đập bước thứ tư

244

Hình 6-50 Chấn hình đập bước thứ năm

Hình 6-51 Chấn hình đập bước thứ sáu

Hình 6-52 Chấn hình đập bước thứ bảy

Hình 6-53 Chấn hình đập bước thứ tám

Hình 6-54 Chấn hình đập bước thứ chín

Hình 6-55 Chấn hình đập bước thứ mười

2/Vẽ phổ chuyển vị đập Đọc số liệu kết quả tính toán cuối cùng phân tích tính năng kháng chấn: Từ Menu [Utility Menu  resume from…] xuất hiện cửa sổ [Resume Database], lựa chọn file mới bảo lưu [Dap_comination.db], sau đó nhấn

.

Vẽ phổ chuyển vị đập sau khi tính toán hợp nhất dao động riêng (Modal): do phân tích phổ hưởng ứng là tiến hành trong nhiều miền, đối với đặc tính động lực kết cấu dựa vào tần suất mà thay đổi, vì vậy sau khi phân tích Modal nên tiến hành tính toán hợp nhất Modal, mới có khả năng đạt được hiệu ứng tổng thể chân thực của kết cấu đập. Sau khi tính toán hợp nhất Modal, sẽ được phổ chuyển vị chân thực trong đập với các bước tần suất.

245

 Đọc số liệu bước thứ nhất: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Read Results  First set].  Vẽ phổ chuyển vị đập bước thứ nhất: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Contour Plot  Nodal Solu] xuất hiện cửa sổ Contour Nodal Solution Data], dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  X – Component of displacement] sẽ được phổ chuyển vị đập theo phương X bước thứ nhất như hình 6-56. Tương tự như vậy lựa chọn [Y – Component of displacement] sẽ được phổ chuyển vị đập theo phương Y bước thứ nhất như hình 6-57.  Đọc số liệu ở bước tiếp theo: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Read Results  Next set].  Vẽ phổ chuyển vị đập ở bước tiếp theo: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Contour Plot  Nodal Solu] xuất hiện cửa sổ Contour Nodal Solution Data], dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  DOF Solution  X – Component of displacement] sẽ được phổ chuyển vị đập theo phương X bước tiếp theo như hình 6-58. Tương tự như vậy lựa chọn [Y – Component of displacement] sẽ được phổ chuyển vị đập theo phương Y bước tiếp theo như hình 6-59. Lặp lại đọc số liệu ở các bước tiếp theo sẽ vẽ được phổ chuyển vị chân thực đập sau khi tính toán hợp nhất Modal như hình 6-60 đến hình 6-65.

Hình 6-56 Phổ chuyển vị theo phương X bước thứ nhất

Hình 6-57 Phổ chuyển vị theo phương Y bước thứ nhất

Hình 6-58 Phổ chuyển vị theo phương X bước thứ hai

Hình 6-59 Phổ chuyển vị theo phương Y bước thứ hai

246

Hình 6-60 Phổ chuyển vị theo phương X bước thứ ba

Hình 6-61 Phổ chuyển vị theo phương Y bước thứ ba

Hình 6-62 Phổ chuyển vị theo phương X bước thứ tư

Hình 6-63 Phổ chuyển vị theo phương Y bước thứ tư

Hình 6-64 Phổ chuyển vị theo phương X bước thứ năm

Hình 6-65 Phổ chuyển vị theo phương Y bước thứ năm

3/Vẽ phổ ứng suất/biến dạng đập  Đọc số liệu bước thứ nhất: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Read Results  First set].  Vẽ phổ ứng suất đập bước thứ nhất: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Contour Plot  Nodal Solu] xuất hiện cửa sổ Contour Nodal Solution Data], dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Stress  X – Component of of stress] sẽ được phổ ứng suất đập theo phương X bước thứ nhất như hình 6-66. Tương tự như vậy lựa chọn [Y – Component of displacement]/[1st principal stress] sẽ được phổ

247

ứng suất theo phương Y/ phổ ứng suất chính thứ nhất của đập ở bước thứ nhất như hình 6-67 và hình 6-68.  Vẽ phổ biến dạng chính đập bước thứ nhất: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Plot Result  Contour Plot  Nodal Solu] xuất hiện cửa sổ Contour Nodal Solution Data], dùng chuột nhấn theo đường dẫn [Nodal Solution  Elastic Strain  1st principal strain] sẽ được phổ biến dạng chính thứ nhất của đập bước thứ nhất như hình 669.  Đọc số liệu bước tiếp theo: Từ Menu [Main Menu  General Postproc  Read Results  Next set].  Vẽ phổ ứng suất/biến dạng đập bước tiếp theo: Tương tự như bước thứ nhất, có thể vẽ ứng suất/biến dạng đập ở bước tiếp theo. Lặp lại đọc số liệu ở bước tiếp theo, có thể vẽ ứng suất đập/ biến dạng đập sau khi tính toán hợp nhất Modal, kết quả cho ở hình 6-70 đến hình 6-85.

Hình 6-66 Phổ ứng suất theo phương X bước thứ nhất

Hình 6-67 Phổ ứng suất theo phương Y bước thứ nhất

Hình 6-68 Phổ ứng suất chính thứ nhất bước thứ nhất

Hình 6-69 Phổ biến dạng chính thứ nhất bước thứ nhất

248

Hình 6-70 Phổ ứng suất theo phương X bước thứ hai

Hình 6-71 Phổ ứng suất theo phương Y bước thứ hai

Hình 6-72 Phổ ứng suất chính thứ nhất bước thứ hai

Hình 6-73 Phổ biến dạng chính thứ nhất bước thứ hai

Hình 6-74 Phổ ứng suất theo phương X bước thứ ba

Hình 6-75 Phổ ứng suất theo phương Y bước thứ ba

Hình 6-76 Phổ ứng suất chính thứ nhất bước thứ ba

Hình 6-77 Phổ biến dạng chính thứ nhất bước thứ ba 249

Hình 6-78 Phổ ứng suất theo phương X bước thứ tư

Hình 6-79 Phổ ứng suất theo phương Y bước thứ tư

Hình 6-80 Phổ ứng suất chính thứ nhất bước thứ tư

Hình 6-81 Phổ biến dạng chính thứ nhất bước thứ tư

Hình 6-82 Phổ ứng suất theo phương X bước thứ năm

Hình 6-83 Phổ ứng suất theo phương Y bước thứ năm

Hình 6-84 Phổ ứng suất chính thứ nhất bước thứ năm

Hình 6-85 Phổ biến dạng chính thứ nhất bước thứ năm 250

2.3 Phương pháp thực hiện mệnh lệnh (1) Xây dựng môi trường vật lý /COM, Structural

!Chỉ định phân tích kết cấu

/TITLE,Phan tich khang chan dap be tong !Định nghĩa tiêu đề công việc /FILNAM, DAP BTTL,1

!Định nghĩa tên văn bản

(2) Xây dựng mô hình !Giai đoạn tiền xử lý /PREP7 !Định nghĩa loại hình phần tử ET,1,PLANE42

!Định nghĩa phần tử đập

KEYOPT,1,3,2

!Định nghĩa biến dạng phẳng

!Định nghĩa thuộc tính vật liệu đập MP,EX,1,3.5E10

!Môđun đàn hồi

MP,PRXY,1,0.2

!Hệ số Poisson

MP,DENS,1,2500

!Mật độ

!Xây dựng mô hình đường đập K,1,,,,

!Xây dựng điểm đặc trưng

K,2,76,,, K,3,15.6,104.1,, K,4,15.6,120,, K,5,5.6,120,, L,1,2

!Xây dựng đường thẳng từ hai điểm đặc trưng

L,2,3 L,3,4 L,4,5 L,5,1 !Hiển thị mã số điểm đặc trưng trên màn hình /PNUM,KP,ON

!Mở mã số điểm đặc trưng

!Xây dựng mô hình mặt đập A,1,2,3,4,5

!Mặt tạo thành từ điểm đặc trưng

!Phân chia mạng lưới phần tử đập !Thiết lập số phần mạng lưới LSEL,S,,,1

!Lựa chọn đường thẳng L1

LESIZE,ALL,,,20

!Phân đường thẳng vừa chọn thành 20 đoạn 251

LSEL,S,,,2

!Lựa chọn đường thẳng L2

LESIZE,ALL,,,32

!Phân đường thẳng vừa chọn thành 32 đoạn

LSEL,S,,,3

!Lựa chọn đường thẳng L3

LESIZE,ALL,,,6

!Phân đường thẳng vừa chọn thành 6 đoạn

LSEL,S,,,4

!Lựa chọn đường thẳng L4

LESIZE,ALL,,,4

!Phân đường thẳng vừa chọn thành 4 đoạn

LSEL,S,,,5

!Lựa chọn đường thẳng L5

LESIZE,ALL,,,40

!Phân đường thẳng vừa chọn thành 40 đoạn

!Phân chia mạng lưới AMESH,ALL

!Phân chia phần tử đập

SAVE,Dap_grid.db

!Bảo lưu mô hình mạng lưới

(3) Gán ràng buộc và tải trọng !Gán ràng buộc dưới đáy đập NSEL,S,LOC,Y,0

!Lựa chọn tiếp điểm trên đường Y=0

D,ALL,,,,,,ALL

!Gán ràng buộc chuyển vị

ALLSEL,ALL !Gán gia tốc trọng trường ACEL,,9.8

!Gán gia tốc trọng trường

!Gán tải trọng áp lực nước thượng lưu đập SFL,PRES,0,1101370

!Gán tải trọng áp lực nước

(4) Tính toán 1/Tính toán phân tích tĩnh lực /SOLU ANTYPE,STATIC

!Thiết định tính toán tĩnh lực

NSUBST,100

!Định nghĩa số bước con lớn nhất là 100

LNSRCH,ON

!Mở tìm kiếm tuyến tính

ALLSEL SOLVE

!Tiến hành tính toán

SAVE,Dap_static.db

Bảo lưu số liệu kết quả tính toán

FINISH 2/ Tính toán phân tích tính năng kháng chấn !Phân tích Modal /SOLU ANTYPE,MODAL

!Thiết định tính toán Modal 252

MODOPT,SUBSP,18

!Sử dụng phương pháp thay thế không gian con lấy ra 18 bước Modal

SOLVE

!Tiến hành tính toán Modal

SAVE,Dap_modal.db

!Bảo lưu số liệu kết quả tính toán

SET,LIST

Điều xuất tần suất các bước phân tích Modal

FINISH !Phân tích phổ phản ứng /SOLU ANTYPE,SPECTRUM

!Thiết định tính toán phổ phản ứng

SPOPT,SPRS,18,YES

!Thiết lập lựa chọn hạng mục phân tích phổ

SVTYP,2

!Thiết định phân tích phổ gia tốc địa chấn

SED,1,0,0

!Định nghĩa phương kích từ phổ phản ứng là X

!Nhận tần suất dao động FREQ,3.5135,8.0755,11.119,14.304,21.787,24.982,30.768,34.127,36.269,39.083, 40.872,43.248,47.977,49.723,52.465,55.599,56.717,58.661 !Nhập giá trị phổ phản ứng SV,1.4559,2,1.8994,1.6991,1.4590,1.4003,1.3250,1.2930.1.2757,1.2559,1.2447, 1.2312,1.2084,1.2011,1.1906,1.1799,1.1763,1.1705 SOLVE

!Tiến hành tính toán

SAVE,Dap_spectrum.db

!Bảo lưu kết quả tính toán

!Tính toán phát triển Modal /SOLU ANTYPE,MODAL

!Định nghĩa tính toán Modal

EXPASS,ON

!Định nghĩa phân tích phát triển Modal

MXPAND,18,,,YES,0.001

!Thiết lập lựa chọn tính toán phát triển Modal

SOLVE

!Tiến hành tính toán

SAVE,Dap_expand.db

!Bảo lưu số liệu kết quả tính toán

FINISH !Tính toán hợp nhất Modal /SOLU ANTYPE,SPECTRUM

!Thiết định tính toán phổ phản ứng

SRSS,0.15,DISP

!Thiết lập xuất phổ ảnh hưởng chuyển vị

SOLVE

!Tiến hành tính toán

SAVE,Dap_combination.db

!Bảo lưu số liệu kết quả tính toán

253

FINISH (5) Hậu xử lý 1/Kết quả tính toán phân tích tĩnh lực /POST1 Resume,’Dap_static.db’

!Đọc số liệu kết quả tính toán phân tích tĩnh

PLDISP,1

!Vẽ biến hình đập

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị đập theo phương X

PLNSOL,U,Y

!Vẽ phổ chuyển vị đập theo phương Y

PLNSOL,S,X

!Vẽ phổ ứng suất đập theo phương X

PLNSOL,S,Y

!Vẽ phổ ứng suất đập theo phương Y

PLNSOL,S,1

!Vẽ phổ ứng suất chính một đập theo phương X

FINISH 2/Kết quả tính toán phân tích tính năng kháng chấn !Vẽ chấn hình đập /POST1 Resume,’Dap_modal.db’

!Đọc số liệu kết quả tính toán phân tích Modal

SET,FIRST

!Đọc số liệu bước thứ nhất

PLDISP,1

!Vẽ chấn hình đập bước thứ nhất

SET,NEXT

!Đọc số liệu bước thứ hai

PLDISP,1

!Vẽ chấn hình đập bước thứ hai

SET,NEXT

!Đọc số liệu bước thứ ba

PLDISP,1

!Vẽ chấn hình đập bước thứ ba

!………… SET,NEXT

!Đọc số liệu bước thứ mười tám

PLDISP,1

!Vẽ chấn hình đập bước thứ mười tám

FINISH !Vẽ chuyển vị/ứng suất/biến dạng đập /POST1 Resume,’Dap_conbination.db’

!Đọc số liệu kết quả tính toán phân tích hợp nhất Modal

SET,FIRST

!Đọc số liệu bước thứ nhất

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị theo phương X bước thứ nhất

PLNSOL,U,Y

!Vẽ phổ chuyển vị theo phương Y bước thứ nhất

PLNSOL,S,X

!Vẽ phổ ứng suất theo phương X bước thứ nhất 254

PLNSOL,S,Y

!Vẽ phổ ứng suất theo phương Y bước thứ nhất

PLNSOL,S,1

!Vẽ phổ ứng suất chính 1 bước thứ nhất

PLNSOL,EPEL,1

!Vẽ phổ biến dạng chính 1 bước thứ nhất

SET,NEXT

!Đọc số liệu bước thứ hai

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị theo phương X bước thứ hai

PLNSOL,U,Y

!Vẽ phổ chuyển vị theo phương Y bước thứ hai

PLNSOL,S,X

!Vẽ phổ ứng suất theo phương X bước thứ hai

PLNSOL,S,Y

!Vẽ phổ ứng suất theo phương Y bước thứ hai

PLNSOL,S,1

!Vẽ phổ ứng suất chính 1 bước thứ hai

PLNSOL,EPEL,1

!Vẽ phổ biến dạng chính 1 bước thứ hai

SET,NEXT

!Đọc số liệu bước thứ ba

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị theo phương X bước thứ ba

PLNSOL,U,Y

!Vẽ phổ chuyển vị theo phương Y bước thứ ba

PLNSOL,S,X

!Vẽ phổ ứng suất theo phương X bước thứ ba

PLNSOL,S,Y

!Vẽ phổ ứng suất theo phương Y bước thứ ba

PLNSOL,S,1

!Vẽ phổ ứng suất chính 1 bước thứ ba

PLNSOL,EPEL,1

!Vẽ phổ biến dạng chính 1 bước thứ ba

!……. SET,NEXT

!Đọc số liệu bước thứ mười tám

PLNSOL,U,X

!Vẽ phổ chuyển vị theo phương X bước thứ mười tám

PLNSOL,U,Y

!Vẽ phổ chuyển vị theo phương Y bước thứ mười tám

PLNSOL,S,X

!Vẽ phổ ứng suất theo phương X bước thứ mười tám

PLNSOL,S,Y

!Vẽ phổ ứng suất theo phương Y bước thứ mười tám

PLNSOL,S,1

!Vẽ phổ ứng suất chính 1 bước thứ mười tám

PLNSOL,EPEL,1

!Vẽ phổ biến dạng chính 1 bước thứ mười tám

255

CHƯƠNG 8

MỘT VÀI VÍ DỤ PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG NGÔN NGỮ THIẾT KẾ THAM SỐ HÓA APDL Trong chương này sẽ giới thiệu một vài ví dụ phân tích công trình sử dụng ngôn ngữ thiết kế tham số hóa APDL hoặc kết hợp với phương thức GUI như phân tích thấm ổn định đập đất đầm nén, phân tích kết cấu đập bê tông trọng lực theo mô hình phần tử hữu hạn 3 chiều, phân tích quá trình đào đường hầm,phân tích kết cấu cửa van cung, phân tích kết cấu đập vòm cong 1 chiều theo sơ đồ không gian và nhiều công trình đặc biệt khác.

1. PHÂN TÍCH THẤM ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN Trên thế giới hiện nay, đập vật liệu địa phương vẫn chiếm đa số tới 84% trong tổng số các loại đập, nhưng với chiều cao đập trên 100m thì đập đất chỉ chiếm có 21.5% (theo số liệu công bố của Hội đập cao thế giới). Có thể thấy rằng đập vật liệu địa phương rất thích hợp với chiều cao trung bình và nhỏ. Nguyên nhân sử dụng phổ biến đập đất là: - Vật liệu xây dựng đập chủ yếu là đất, tiết kiệm rất lớn thép và xi măng. - Khả năng thích ứng với biến dạng nền, yêu cầu đối với nền thấp hơn các loại đập khác. - Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, dễ dàng tu sửa và gia tăng chiều cao, mở rộng. - Kỹ thuật thi công đơn giản, trình tự công việc ít, thi công với tốc độ nhanh bằng cơ giới hoá. Nhược điểm của đập đất là không cho nước tràn qua đỉnh đập, đòi hỏi phải làm công trình dẫn dòng thi công không thuận lợi như các loại đập khác. Do mặt cắt đập lớn, khối lượng lớn nên thi công dễ bị ảnh hưởng của thời tiết. Nhưng quan trọng nhất chính là vấn đề chống thấm cho đập. 1.1 Lý luận cơ bản công năng phân tích nhiệt Ansys tính toán thấm ổn định đập đất 1.1.1 Giới thiệu phân tích nhiệt bằng ANSYS Phân tích nhiệt được dùng tính toán phân bố nhiệt độ của một bộ phận hoặc một hệ thống và tham số vật lý nhiệt của nó, như nhiệt lượng thu được hoặc mất đi, thang độ nhiệt, mật độ nhiệt lưu…Phân tích nhiệt bằng ANSYS dựa trên phương trình cân bằng nhiệt của nguyên lý năng lượng vĩnh cửu, dùng phương pháp phần tử hữu hạn tính toán nhiệt độ tại các điểm nút đồng thời dẫn xuất tham số vật lý nhiệt của nó. Phân tích nhiệt trong ANSYS bao gồm 3 loại phương thức truyền nhiệt là truyền dẫn, nhiệt đối lưu và bức xạ nhiệt. Ngoài ra vẫn có thể phân tích các vấn đề tương biến như nguồn nội nhiệt, nhiệt trở tiếp xúc… 256

Phân loại phân tích nhiệt bằng ANSYS bao gồm 2 loại dưới đây: trạng thái truyền nhiệt ổn định và trạng thái truyền nhiệt không ổn định. Trạng thái truyền nhiệt ổn định là trường nhiệt độ của hệ thống biến đổi không phụ thuộc vào thời gian; Trạng thái truyền nhiệt không ổn định là trường nhiệt độ của hệ thống tuỳ thời gian biến đổi rõ rệt. 1.1.2 Nguyên lý cơ bản của phân tích nhiệt bằng ANSYS Trong vấn đề 3 chiều thông thường, biến lượng trường của trường nhiệt độ không ổn định T(x,y,z,t) trong hệ toạ độ vuông góc nên thoả mãn phương trình vi phân: c

T   T    T    T   ky    kx   kz   Q  0 t x  x  y  y  z  z 

(7-1) Điều kiện ban đầu: T  To

(khi t = 0)

(7-2)

ở trên biên 1

(7-3)

ở trên biên 2

(7-4)

ở trên biên 2

(7-5)

Điều kiện biên: T T

T q n T kn .n  h To  T  n

kn

trong đó:  - mật độ vật liệu; c - tỉ nhiệt vật liệu; t - thời gian; kx, ky, kz - hệ số truyền dẫn nhiệt vật liệu theo các phương x, y, z; Q = Q(x,y,z,t) - mật độ nguồn nhiệt của nội bộ vật thể; n - phương pháp tuyến biên ngoài; T - nhiệt độ đã biết trên biên 1; q - lưu lượng nhiệt đã biết trên biên 2; h - hệ số phóng nhiệt; To - dưới điều kiện nhiệt tự đối lưu, To là nhiệt độ môi trường bên ngoài; dưới điều kiện cưỡng bức đối lưu, To là nhiệt độ đoạn nhiệt của lớp biên; Phương trình vi phân (1) là phương trình cân bằng nhiệt lượng. Trong công thức số hạng thứ nhất là nhiệt lượng cần thăng nhiệt vi thể; Số hạng 2, 3, 4 là nhiệt lượng vi thể truyền dẫn theo các phương x, y và z; Số hạng cuối cùng là nhiệt lượng do nguồn nhiệt phát sinh trong vi thể. Phương trình vi phân biểu thị: nhiệt lượng cần thăng nhiệt vi thể và truyền dẫn nhiệt lượng vi thể cùng với nhiệt lượng do nguồn nhiệt phát sinh trong vi thể là cân bằng. Nếu T , q, To trên biên và Q trong nội bộ không thay đổi theo thời gian, sau quá trình giao hoán nhiệt thời gian nhất định, nhiệt độ mỗi điểm trong vật thể cũng sẽ không tuỳ thuộc thời gian mà thay đổi tức là: T 0 t

(7-6)

257

Lúc này phương trình truyền nhiệt trường nhiệt độ không ổn định là phương trình truyền nhiệt ổn định nhiệt. Từ (1) thu được phương trình truyền dẫn nhiệt ổn định của vấn đề 3 chiều:   T    T    T   ky   kx   kz   Q  0 x  x  y  y  z  z 

(ở trong )

(7-7)

1.1.3 Lý luận cơ bản công năng phân tích nhiệt bằng ANSYS tính toán lưu lượng thấm ổn định đập đất Phương trình vi phân cơ bản lưu lượng thấm ổn định đập đất:  x

 H    H    H   k x   k 0 k   y     z      x  y  y  z  z 

(7-8)

Còn phương trình vi phân truyền nhiệt ổn định là:  x

 T    T    T   k x    kz   Q  0 ky   x   y   y   z   z  

(7-9)

Khi Q = 0, phương trình vi phân truyền nhiệt ổn định và phương trình cơ bản lưu lượng thấm ổn định đập đất là hoàn toàn giống nhau, vì vậy trường nhiệt độ và trường thấm là giống nhau. Bảng 7-1 so sánh quan hệ đồng dạng giữa trường nhiệt độ và trường thấm. Lúc này có thể thấy rằng thực chất trường nhiệt độ mô phỏng trường thấm là dưới điều kiện biên giống nhau, nhờ vào giải phương trình (7-9) để giải phương trình (7-8). Để mô hình trường nhiệt độ và mô hình trường thấm tương đồng, vẫn nên thoả mãn các điều kiện dưới đây: (1) Tương tự hình học. Biên ngoài của mô hình trường nhiệt độ và biên ngoài của phạm vi nghiên cứu thấm tương đồng hình học. Khi phạm vi thấm là lớp đất đồng đều, mô hình cũng nên đồng đều; Khi phạm vi thấm là lớp đất không đồng đều, yêu cầu trong mô hình nên có đường phân chia dẫn nhiệt không giống nhau bảo đảm tương đồng đường phân chia lớp đất không giống nhau. (2) Điều kiện biên khớp nhau. Tức là biên đoạn nhiệt của mô hình mô phỏng nhiệt độ và biên ngăn nước phạm vi thấm là tương đối ứng. Biên dẫn nhiệt và biên thấm nước là tương đối ứng, nhiệt độ trên biên dẫn nhiệt và cột nước trên biên thấm nước là tương đối ứng. Bảng 7-1 Tính tương đồng giữa trường thấm và trường nhiệt Trường thấm Trường nhiệt Cột nước H Nhiệt độ T Hệ số thấm kx, ky, kz Hệ số truyền nhiệt kx, ky, kz Tốc độ dòng thấm  Tốc độ dòng nhiệt  Định luật Darcy    k

H L

Định luật lưu nhiệt i   k

Phương trình vi phân cơ bản:  x

 H    H    H   k x   k 0 ky      z       x  y  y  z  z 

Điều kiện biên: Mặt tầng không thấm nước

T L

Phương trình vi phân cơ bản:  x

 T    k x   x   y 

   k y T      y   z 

 T   k z 0  z  

Điều kiện biên: H 0 n

Mặt đoạn nhiệt

T 0 n 258

H=f(x,y,z) (Hàm số cột nước) Mặt đẳng cột nước H = hằng số Lưu lượng thấm qua tiết diện qua nước A Độ dài đường thấm L H  H2 Độ dốc thủy lực J  1 L H  H2 Lưu lượng thấm Q  kA 1 L

T=f(x,y,z) (Hàm số nhiệt độ) Mặt đẳng nhiệt T = hằng số Lưu lượng nhiệt qua tiết diện ngang A Độ dài đường truyền nhiệt S T  T2 Thang độ nhiệt độ E  1 S T  T2 Lưu lượng nhiệt Q  kA 1 S

1.1.4 Công năng phân tích nhiệt ổn định của ANSYS Truyền nhiệt ổn định dùng phân tích ảnh hưởng tải trọng nhiệt ổn định đối với bộ phận hoặc hệ thống. Thông thường trước khi tiến hành phân tích nhiệt ổn định, tiến hành phân tích nhiệt ổn định dùng để xác định phân bố nhiệt độ ban đầu. Phân tích nhiệt ổn định có thể xác định thông qua tính toán phần tử hữu hạn vì tải trọng nhiệt ổn định dẫn đến tham số nhiệt độ, thang nhiệt độ, suất nhiệt lưu, mật độ nhiệt lưu… Nếu toàn suất nhiệt lưu của hệ thống là 0, tức là nhiệt lượng hệ thống vào cộng với nhiệt lượng phát sinh tự thân hệ thống bằng nhiệt lượng hệ thống ra: q vào + qsinh thành + qra = 0, hệ thống ở vào trạng thái ổn định nhiệt. Trong phân tích trạng thái ổn định nhiệt, nhiệt độ của một tiếp điểm không biến đổi theo thời gian. Phương trình cân bằng năng lượng phân tích ổn định nhiệt là (biểu thị theo hình thức ma trận)

 K T    Q

trong đó:  K  là ma trận truyền dẫn bao gồm hệ số dẫn nhiệt, hệ số đối lưu và suất bức xạ với hệ số hình thức; T  là véc tơ nhiệt độ điểm nút;  Q là véc tơ suất nhiệt lưu điểm nút, bao hàm nhiệt sinh thành; ANSYS lợi dụng tham số hình học mô hình, tham số tính năng nhiệt vật liệu cùng gán điều kiện biên sinh thành [K], {T}, {Q}. Điều kiện biên phân tích nhiệt bằng ANSYS hoặc điều kiện ban đầu phân thành 7 loại: nhiệt độ, suất nhiệt lưu, mật độ nhiệt lưu, đốI lưu, bức xạ, đoạn nhiệt, sinh nhiệt. Phần tử phân tích nhiệt bao gồm khoảng 40 loại, trong đó thuần tuý phân tích nhiệt có 14 loại, trong phần này với thực thể hai chiều sử dụng loại hình phần tử PLANE55 (phần tử tứ giác 4 điểm nút hoặc phần tử tam giác). Với thực thể 3 chiều nên sử dụng loạI hình phần tử SOLID70 (phần tử khối sáu mặt tám điểm nút). Phân tích nhiệt bằng ANSYS có thể phân thành 3 bước: - Tiền xử lý: thiết lập mô hình - Tính toán: gia tải và tính toán - Hậu xử lý: kiểm tra kết quả Kết quả phân tích sẽ được ANSYS viết vào trong file *.rth, nó bao hàm dữ liệu như dưới đây: - Dữ liệu cơ bản: nhiệt độ điểm nút 259

-

Dữ liệu dẫn xuất: mật độ nhiệt lưu của điểm nút và phần tử, thang độ nhiệt của điểm nút và phần tử, suất nhiệt lưu phần tử, suất nhiệt lưu phản tác dụng của điểm nút… Đối với phân tích ổn định nhiệt, có thể sử dụng POST1 tiến hành hậu xử lý, thông qua 3 loại phương thức để kiểm tra kết quả: hiển thị theo dạng phổ màu hoặc hiển thị theo dạng véc tơ hoặc hiển thị dưới dạng bảng. 1.2 Ứng dụng Ansys trong thấm ổn định hai chiều đập đất 1.2.1 Mặt cắt tính toán Cao trình đỉnh đập đất 12.00, cao trình đáy đập 0.00, chiều rộng đỉnh đập 4m, hệ số mái thượng lưu m1 = 2, hệ số mái hạ lưu m2 = 2, cao trình mực nước thượng lưu 8.00, hạ lưu có thiết bị thoát nước kiểu gối phẳng, cao trình mực nước hạ lưu 0.00, đáy đập là tầng không thấm nước. Mặt cắt đập được cho ở hình vẽ 7-1.

e

g

f

Hình 7-1 Mặt cắt ngang đập có thiết bị thoát nước dạng gối phẳng 1.2.2 Hệ số thấm Đập đất đồng chất có hệ số thấm theo mọi hướng như nhau: - Hệ số thấm ở trạng thái bão hoà: ks = 1 m/ngđ - Hệ số thấm ở trạng thái khô hoàn toàn: ks = 1.10-4 m/ngđ Quan hệ giữa cột nước áp lực (m) và hệ số thấm (m/ngđ) như sau: -10.00 -4.0E+00 -9.00 -3.6E+00 -8.00 -3.2E+00 -7.00 -2.8E+00 -6.00 -2.4E+00 -5.00 -2.0E+00 -4.00 -1.6E+00 -3.00 -1.2E+00 -2.00 -8.0E-01 -1.00 -4.0E-01 0.00 0.0E+00 1.2.3 Lựa chọn điều kiện biên Biên ab H = 8m; biên bcde và biên af là biên loại thứ 2 có q=0; biên ef giả định là biên thoát nước, H = y; biên fg, H = 0.

260

1.2.4 Phương thức thực hiện mệnh lệnh APDL (1) Thiết lập môi trường vật lý /COM, Structural

!Chỉ định phân tích kết cấu

TITLE, DAPDAT-THAM

! Định nghĩa tiêu đề công việc

/FILNAM, DAP DAT,1

!Định nghĩa tên văn bản

/PLOPTS,DATE,0 !Không hiển thị ngày giờ trên màn hình làm việc *DIM,TPRE,TABLE,11,1,1,PRESS,KKPE !Định nghĩa quan hệ giữa hệ số thấm và áp lực nước TPRE(1)=-4.0E+00,-3.6E+00,-3.2E+00,-2.8E+00,-2.4E+00,-2.0E+00,-1.6E+00,-1.2E+00,8.0E-01,-4.0E-01,0.0E+00 TPRE(1,0)=-10.00 ,-9.00 ,-8.00 ,-7.00 ,-6.00 ,-5.00 ,-4.00 ,-3.00 ,-2.00 ,-1.00 ,0.00 *DIM,NCON,ARRAY,4 /PREP7 SMRT,OFF !Tắt chế độ mặc định kích thước phần tử ANTYPE,STATIC !Tắt chế độ mặc định phân tích tĩnh, có giá trị cho tất cả các độ tự do ET,1,PLANE55 !Chọn kiểu phần tử PLANE55 MP,KXX,1,1 !Hệ số thấm ở trạng thái bão hoà MP,KXX,2,1E-4 !Hệ số thấm ở trạng thái khô hoàn toàn

(2) Xây dựng mô hình hình học và phân chia mạng lưới phần tử K,1,24,12 K,2,24,0 K,3,0,0 K,4,28,12 K,5,28,0 K,6,52,0 L,1,3 L,3,2 L,1,2 L,4,5 L,5,6 L,4,6 LESIZE,ALL,,,24 A,1,3,2 A,1,2,5,4 A,4,5,6

!Tạo các điểm đặc trưng trong mô hình

!Tạo các đường thẳng

!Chia tất cả các đường thẳng thành 24 đoạn

261

Hình 7-2 Xây dựng mô hình hình học MSHKEY,2

!Chia phần tử theo Mapped nếu có thể (đã đề cập ở chương 2) MSHAPE,0,2D !Sử dụng phần tử tứ giác phẳng AMESH,ALL !Chia lưới tất cả các diện tích NUMMRG,NODE !Nối tất cả các nút trùng lặp *GET,N_MAX,NODE,,NUM,MAX !Số điểm đạt được lớn nhất *GET,E_MAX,ELEM,,NUM,MAX !Số phần tử đạt được lớn nhất *DIM,N_TEMP,ARRAY,N_MAX !Định nghĩa điểm biến lượng nhiệt độ - cột nước tổng *DIM,N_PRE,ARRAY,N_MAX !Định nghĩa điểm biến đổi cột nước áp lực

Hình 7-3 Mô hình lưới phần tử hữu hạn (3) Gia tải, tính toán và hiển thị kết quả Dạng mặt cắt 1: Có thiết bị thoát nước kiểu gối phẳng !Định nghĩa giá trị cột nước tổng mặt thượng lưu LSEL,S,LINE,,1 !Lựa chọn đường thẳng 1 NSLL,S,1 !Lựa chọn tất cả các nút gắn với đường thẳng NSEL,R,LOC,Y,0,8 !Lựa chọn một tập hợp của các nút D,ALL,TEMP,8 !Định nghĩa giá trị cột nước tổng mặt thượng lưu !Định nghĩa giá trị cột nước tổng mặt hạ lưu LSEL,S,LINE,,5 !Lựa chọn đường thẳng 5 NSLL,S,1 !Lựa chọn tất cả các nút gắn với đường thẳng 262

NSEL,R,LOC,X,42.9,52.1 !Lựa chọn một tập hợp của các nút *GET,NC_NUM,NODE,,COUNT !Tổng số điểm xuất lưu lượng thấm *GET,NC_MIN,NODE,,NUM,MIN DNN=NC_MIN *DO,I,1,NC_NUM D,DNN,TEMP,NY(DNN) !Định nghĩa giá trị cột nước tổng mặt hạ lưu *IF,I,LT,NC_NUM,THEN DNN=NDNEXT(DNN) *ENDIF *ENDDO ALLSEL,ALL FINISH /SOLU SOLVE FINISH SAVE !!!Hoàn tất bước tính toán thứ nhất MAXCOMP=20 !Số lần lặp lại lớn nhất DD_HEAT=0.01 !Chênh lệch cột nước tổng tính toán lớn nhất giữa hai lần tính toán *DO,COM_NUM,1,MAXCOMP DD_H=0 FINI /POST1 *DO,I,1,N_MAX *IF,COM_NUM,NE,1,THEN DD1=N_TEMP(I) *IF,ABS(DD1-TEMP(I)),GT,DD_H,THEN DD_H=ABS(DD1-TEMP(I)) *ENDIF *ENDIF N_TEMP(I)=TEMP(I) !Tính toán điểm nhiệt độ (cột nước tổng) N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) !Tính toán áp lực điểm, cột nước tổng phương Y *ENDDO *IF,COM_NUM,NE,1,AND,DD_H,LE,DD_HEAT,EXIT FINI /PREP7 MATNUM=2 *DO,I,1,E_MAX *DO,KK,1,4 *GET,NCON(KK),ELEM,I,NODE,KK !Mã phần tử 4 điểm thu được *ENDDO TEMP_Y=(N_TEMP(NCON(1))+N_TEMP(NCON(2))+N_TEMP(NCON(3)) +N_TEMP(NCON(4)))/4 !Tính toán nhiệt độ bình quân điểm trung tâm phần tử PRESS_T=TEMP_Y-CENTRY(I) *IF,PRESS_T,GT,0,THEN PRESS_T=0 263

MPCHG,1,I *ELSEIF,PRESS_T,LT,-10,THEN PRESS_T=-10 MPCHG,2,I *ELSE MP,KXX,MATNUM+1,10**TPRE(PRESS_T) MPCHG,MATNUM+1,I MATNUM=MATNUM+1 *ENDIF *ENDDO ALLSEL,ALL FINI /SOLU SOLVE FINISH *ENDDO FINISH /POST1 /CLABEL,,1 /EDGE,,0 /CONTOUR,,8,0,1,8 PLNSOL,TEMP !Phổ hiển thị cột nước tổng

Hình 7-4 Phổ cột nước tổng PLVECT,TF, , , ,VECT,ELEM,ON,0

264

Hình 7-5 Véc tơ dòng thấm LSEL,S,LINE,,1 NSLL,S,1 PRRSOL,HEAT ! PRINT FLOWRATE THROUGH SOIL ***** Bảng kết quả***** PRINT HEAT REACTION SOLUTIONS PER NODE ***** POST1 TOTAL REACTION SOLUTION LISTING ***** LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1 TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0 NODE HEAT 2 -0.79894E-04 10 0.35398 11 0.25495 12 0.17110 13 0.13189 14 0.10404 15 0.82458E-01 16 0.64822E-01 17 0.50083E-01 18 0.37713E-01 19 0.27417E-01 20 0.19000E-01 21 0.12315E-01 22 0.72267E-02 23 0.36002E-02 24 0.12854E-02 25 0.10854E-03 TOTAL VALUES VALUE 1.3219 ************************* FSUM,HEAT !Tính toán lưu lượng thấm 265

***** Bảng kết quả***** ***** SUMMATION OF TOTAL FORCES AND MOMENTS IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM ***** HEAT= -1.321902 ************************* *GET,Q_DAY,FSUM,0,ITEM,HEAT Q_DAY=ABS(Q_DAY) ALLSEL,ALL *DO,I,1,N_MAX N_TEMP(I)=TEMP(I) N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) DNSOL,I,TEMP,,N_PRE(I) *ENDDO PLNSOL,TEMP !Hiển thị phổ cột nước áp lực

Hình 7-6 Phổ cột nước áp lực ALLSEL,ALL FINI

Dạng mặt cắt 2: Không có thiết bị thoát nước !Định nghĩa giá trị cột nước tổng mặt thượng lưu LSEL,S,LINE,,1 NSLL,S,1 NSEL,R,LOC,Y,0,8 D,ALL,TEMP,8 !Định nghĩa giá trị cột nước tổng mặt hạ lưu LSEL,S,LINE,,6 NSLL,S,1 *GET,N_NUM2,NODE,,COUNT *DIM,N_NO2,ARRAY,N_NUM2 II=0 *DO,I,1,N_MAX 266

*IF,NSEL(I),EQ,1,THEN II=II+1 N_NO2(II)=I *ENDIF *ENDDO NSEL,R,LOC,Y,0,8 *GET,N_NUM,NODE,,COUNT *DIM,N_NO,ARRAY,N_NUM II=0 *DO,I,1,N_MAX *IF,NSEL(I),EQ,1,THEN II=II+1 N_NO(II)=I *ENDIF *ENDDO *DO,I,1,N_NUM D,N_NO(I),TEMP,NY(N_NO(I)) *ENDDO ALLSEL,ALL FINISH /SOLU SOLVE FINISH !!!Hoàn thành bước tính toán thứ nhất CONUTT=20 DD_HEAT=0.001 CHUK_ST=3 CHUK_MAXY2=10E5 *DO,COM_NUM,1,CONUTT DD_H=0 /POST1 SET,1 *DO,I,1,N_MAX *IF,COM_NUM,GT,CHUK_ST+1,THEN DD1=N_TEMP(I) *IF,ABS(DD1-TEMP(I)),GT,DD_H,THEN DD_H=ABS(DD1-TEMP(I)) *ENDIF *ENDIF N_TEMP(I)=TEMP(I) N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) *ENDDO *IF,COM_NUM,GT,CHUK_ST+1,THEN *IF,DD_H,LE,DD_HEAT,THEN *EXIT *ENDIF *ENDIF 267

/PREP7 MATNUM=2 *DO,I,1,E_MAX *DO,KK,1,4 *GET,NCON(KK),ELEM,I,NODE,KK *ENDDO TEMP_Y=(N_TEMP(NCON(1))+N_TEMP(NCON(2))+N_TEMP(NCON(3)) +N_TEMP(NCON(4)))/4 PRESS_T=TEMP_Y-CENTRY(I) *IF,PRESS_T,GT,0,THEN PRESS_T=0 MPCHG,1,I *ELSEIF,PRESS_T,LT,-10,THEN PRESS_T=-10 MPCHG,2,I *ELSE MP,KXX,MATNUM+1,10**TPRE(PRESS_T) MPCHG,MATNUM+1,I MATNUM=MATNUM+1 *ENDIF *ENDDO *IF,CONUTT,GT,CHUK_ST,THEN LSEL,S,LINE,,6 NSLL,S,1 DDELE,ALL,TEMP II=0 CHUK_MAXY=0 *DO,JJ,1,N_NUM2 *IF,N_TEMP(N_NO2(JJ)),GE,NY(N_NO2(JJ)),THEN D,N_NO2(JJ),TEMP,NY(N_NO2(JJ)) *IF,NY(N_NO2(JJ)),GT,CHUK_MAXY,THEN CHUK_MAXY=NY(N_NO2(JJ)) *ENDIF *ENDIF *ENDDO *IF,CHUK_MAXY2,NE,CHUK_MAXY,THEN NSEL,R,LOC,Y,CHUK_MAXY *IF,CHUK_MAXY,GT,0,THEN DDELE,ALL,TEMP *ENDIF CHUK_MAXY2=CHUK_MAXY *ENDIF *ENDIF ALLSEL,ALL FINI /SOLU SOLVE 268

FINISH *ENDDO SAVE !Hoàn thành tính toán thay đổi, tiến hành xuất kết quả FINISH /POST1 /CLABEL,,1 /EDGE,,0 /CONTOUR,,8,0,1,8 PLNSOL,TEMP !Hiển thị phổ cột nước tổng PLVECT,TF, , , ,VECT,ELEM,ON,0 !Hiển thị véc tơ dòng thấm tại phần tử PLVECT,TF, , , ,VECT,NODE,ON,0 !Hiển thị véc tơ dòng thấm tại nút

Hình 7-7 Phổ cột nước tổng

Hình 7-8 Véc tơ dòng thấm của phần tử

269

Hình 7-9 Véc tơ dòng thấm tại nút LSEL,S,LINE,,6 NSLL,S,1 PRRSOL,HEAT ***** Bảng kết quả***** PRINT HEAT REACTION SOLUTIONS PER NODE ***** POST1 TOTAL REACTION SOLUTION LISTING ***** LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1 TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0 NODE HEAT 545 -0.12614 587 -0.32351E-01 588 -0.14831 589 -0.19955 590 -0.23181 591 -0.24844 TOTAL VALUES VALUE -0.98660 ************************* FSUM,HEAT !Tính toán lượng nước thấm ***** Bảng kết quả***** ***** SUMMATION OF TOTAL FORCES AND MOMENTS IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM ***** HEAT= 0.9865973 ************************* *GET,Q_DAY,FSUM,0,ITEM,HEAT ALLSEL,ALL SAVE *DO,I,1,N_MAX N_TEMP(I)=TEMP(I) N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) DNSOL,I,TEMP,,N_PRE(I) 270

*ENDDO PLNSOL,TEMP FINI

!Hiển thị phổ cột nước áp lực

Hình 7-10 Phổ cột nước áp lực 2. PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH ĐÀO ĐƯỜNG HẦM 2.1 Một số vấn đề trong quá trình tính toán đường hầm bằng ANSYS 2.1.1 Phần tử sinh chết (1) Định nghĩa phần tử sinh chết Nếu như thêm vào hoặc bớt đi vật liệu trong mô hình thì phần tử trong mô hình tương ứng sẽ tồn tại hoặc mất đi, Ansys định nghĩa tình trạng tồn tại hoặc mất đi của phần tử loại này là phần tử sinh chết. Công năng chủ yếu của phần tử sinh chết dùng để phân tích đào hầm (như khai thác hầm mỏ và đào đường hầm…), quá trình thi công công trình xây dựng (như quá trình bắc cầu gần biển), thứ tự lắp ráp (như tính toán phân tầng lắp ráp máy) và ứng dụng trên nhiều phương diện khác. Cần chú ý là công năng sinh chết của phần tử trong ANSYS chỉ dùng với các loại ANSYS/multiphysics, ANSYS/Mechanical và ANSYS/Structure. Ngoài ra, không phải phần tử nào trong ANSYS cũng có công năng sinh chết, các phần tử có công năng sinh chết được cho ở bảng 7-2. (2) Nguyên lý của phần tử sinh chết Muốn thực hiện hiệu quả phần tử sinh chết, chương trình ANSYS không phải là xoá bỏ phần tử trong mô hình mà là ma trận độ cứng (hoặc tính truyền dẫn hoặc đặc tính phân tích khác) nhân với một thừa số rất nhỏ ESTIF. Thừa nhận giá trị thừa số là 10E-6. Cũng có thể thay thế thừa số khác. Tải trọng phần tử của phần tử “chết” sẽ là 0, do đó véc tơ tải trọng không có tác dụng (nhưng lại xuất hiện ở trong liệt bảng tải trọng phần tử). Tương tự, khối lượng của phần tử “chết” giảm dần, nhiệt dung riêng và tham số tương tự khác cũng thiết lập bằng 0. Khối lượng và năng lượng của phần tử “chết” sẽ không bao gồm trong kết quả tính toán mô hình. Một khi phần tử bị giết chết, biến dạng phần tử cũng thiết lập bằng 0. 271

Khi phần tử “xuất sinh”, không những là sẽ thêm vào trong mô hình mà còn kích hoạt chúng từ đầu. Người dùng đòi hỏi trong giai đoạn tiền xử lý PREP7 thiết lập tất cả phần tử, kể cả phần tử sẽ bị kích hoạt ở bước sau. Trong giai đoạn tính toán không có khả năng sinh mới phần tử, nên thêm vào “một phần tử, đòi hỏi đầu tiên giết chết nó, sau đó kích hoạt nó từ đầu trong bước gia tải thích hợp”. Khi một phần tử bị kích hoạt mới, độ cứng của nó, khối lượng, tải trọng phần tử…sẽ phục hồi trị số ban đầu của nó. Phần tử kích hoạt mới không ghi lại biến dạng, cũng không dự trữ nhiệt lượng. Song, biến dạng ban đầu theo hình thức nhập tham số thực (như phần tử LINK1) lại không chịu ảnh hưởng của thao tác sinh chết phần tử. Ngoài ra, trừ khi mở lựa chọn biến hình lớn (NLGEOM,ON), một vài loại hình phần tử sẽ khôi phục đặc tính hình học trước đây của nó (hiệu quả biến hình lớn thỉnh thoảng đạt được kết quả hợp lý). Dựa vào biến dạng nhiệt của phần tử vừa bị kích hoạt và tham khảo nhiệt độ ở bước tải trọng trước của nó tính toán nhiệt độ. Vì vậy, phần tử vừa bị kích hoạt chịu tải trọng nhiệt là có ứng suất. Bảng 7-2 Phần tử có công năng sinh chết trong ANSYS LINK1 PLANE2 BEAM3 BEAM4 SOLID5 LINK8 LINK10 LINK11 PLANE13 COMBIN14 PIPE16 PIPE17 PIPE18 MASS21 BEAM23 PIPE20

BEAM24 PLANE25 MATRIX27 LINK31 LINK32 LINK33 LINK34 PLANE35 SHELL41 PLANE42 SHELL43 BEAM44 SOLID45 BEAM54 PLANE55 PLANE53

SHELL57 PIPE59 PIPE60 SOLID62 SHELL63 SOLID64 SOLID65 PLANE67 LINK68 SOLID69 SOLID70 MASS71 PLANE75 PLANE78 PLANE82 PLANE77

PLANE83 SOLID87 SOLID90 SOLID92 SHELL93 SOLID95 SOLID96 SOLID97 SOLID98 PLANE121 SOLID122 SOLID123 SHELL131 SHELL143 SURF151 SHELL132

SURF152 SURF153 SURF154 SHELL157 TARGE169 TARGE170 CONTA171 CONTA172 CONTA173 CONTA174 CONTA175 CONTA176 LINK180 PLANE182 PLANE183 SHELL181

SOLID185 SOLID186 SOLID187 BEAM188 BEAM189 SOLSH190 FOLLW201 SHELL208 SHELL209 PLANE230 SOLID231 SOLID232

2.1.2 Mô hình vật liệu DP Vật liệu đá, bê tông và đất thổ nhưỡng… đều thuộc vật liệu ở trạng thái hạt, vật liệu loại này đều có cường độ giới hạn chịu nén lớn hơn rất nhiều cường độ giới hạn chịu kéo còn khi vật liệu chịu cắt, hạt có thể giãn nở, quy tắc giới hạn VonMise thông thường không thích hợp với loại vật liệu này. Trong cơ học đất, quy tắc giới hạn thông thường có Mohr-Column, ngoài ra có một quy tắc cường độ của vật liệu chuẩn xác hơn đó là quy tắc giới hạn Druck-Prager, vật liệu sử dụng quy tắc giới hạn Druck-Prager gọi đơn giản là vật liệu DP. Trong phân tích phần tử hữu hạn đất thổ nhưỡng, đá sử dụng vật liệu DP có thể đạt được kết quả tương đối chuẩn xác. Trong chương trình ANSYS đã sử dụng quy tắc giới hạn Druck-Prager, quy tắc giới hạn này với quy tắc Mohr-Column gần như giống nhau, chỉnh sửa quy tắc giới hạn VonMise, tức là trong công thức biểu đạt VonMise bao hàm thêm một hạng mục, hạng mục này xét đến áp lực thủy tĩnh có thể dẫn đến giới hạn đất đá mà thêm vào. Quy tắc lưu động của nó có thể sử dụng quy tắc lưu động tương quan, cũng có thể sử dụng quy 272

tắc lưu động không tương quan, mặt giới hạn của nó không hề tuỳ thuộc từng bước giới hạn của vật liệu mà thay đổi, vì vậy không có quy tắc làm mạnh thêm, song cường độ giới hạn của nó tùy thuộc gia tăng áp lực (áp lực thủy tĩnh) nhất định gia tăng tương ứng, hành vi tính dẻo của nó được giả định là tính dẻo lý tưởng. Đồng thời nó đã xét đến giãn nở thể tích do đạt đến giới hạn, nhưng không xét đến ảnh hưởng của biến đổi nhiệt độ. -3 -2

1=2=3

-2

-1

-1 Hình 7-11 Mặt giới hạn Druck – Prager Mặt giới hạn Druck – Prager trong không gian ứng suất chính là một mặt nón không gian, trên mặt phẳng  là hình tròn, được biểu thị như hình 7-11. Công thức biểu diễn quy tắc giới hạn Druck – Prager là: F  I1 

trong đó: J2  

J2  k  0



1  1  2  2   2  3  2   3  1  2 6



(7-10)

 

1  x   y  2    y  z  2   z  x  2  6 2xy  2yz  2zx 6

I1  1   2   3   x   y   z



(7-11) (7-12)

Dưới trạng thái ứng biến phẳng:  k

sin  3 3  sin 2  3c. cos  3 3  sin 2 

(7-13) (7-14)

Khi  > 0, trong không gian ứng suất chính ở quy tắc giới hạn Druck – Prager hợp với một mặt cong không gian hình nón của mặt giới hạn Mohr – Column; khi  = 0, quy tắc giới hạn Druck – Prager biến thành quy tắc giới hạn VonMise. Đồng thời quy tắc giới hạn Druck – Prager đã ngăn ngừa điểm kỳ dị phát sinh ở góc các mặt giới hạn Mohr – Column. Đối với phá hoại chịu kéo: 

2 sin  3  3  sin  

(7-15)

k

6c. cos  3  3  sin 

(7-16)

Đối với phá hoại chịu nén:

273



2 sin  3  3  sin 

(7-17)

k

6c. cos  3  3  sin 

(7-18)

Mô hình vật liệu DP bao hàm 3 tham số lực học: (3) Lực dính C (4) Góc ma sát trong  (5) Góc giãn nở f Ba tham số này có thể khai báo từ bảng nhập các thuộc tính vật liệu trong ANSYS: Từ Main Menu  Preprocessor  Material Props  Material Models xuất hiện bảng khai báo thuộc tính vật liệu. Từ Material Models Available  Structure  Nonlinear  Inplastic  Non-metal Plasticity  Drucker-Prager xuất hiện bảng để ta nhập ba tham số này. Góc giãn nở f sử dụng khống chế kích thước giãn nở thể tích: khi góc giãn nở f =0, thì không thể phát sinh giãn nở; khi góc giãn nở f = , thì phát sinh giãn nở thể tích nghiêm trọng. Cường độ giới hạn chịu nén vật liệu DP lớn hơn cường độ giới hạn chịu kéo, nếu như đã biết ứng suất giới hạn chịu kéo một trục và ứng suất giới hạn chịu nén một trục thì góc ma sát trong và lực dính có thể đạt được:   sin 1

C

3 3 2  3

 y 3  3  sin  6 cos 

(7-19) (7-20)

trong đó,  và y được tính toán từ ứng suất giới hạn chịu nén và ứng suất giới hạn chịu kéo: c   t  (7-21) 3  c   t 

y 

2c t 3  c   t 

(7-22)

2.1.3 Mô phỏng ứng suất ban đầu Trong mô phỏng quá trình thi công đường hầm, mô phỏng ứng suất ban đầu rất quan trọng. Trong ANSYS có hai loại phương pháp thực hiện mô phỏng ứng suất ban đầu. Phương pháp 1: chỉ xét đến ứng suất do trọng lượng bản thân của khối đá, không chú ý đến ứng suất cấu tạo, khi phân tích bước thứ nhất, đầu tiên tính toán trường ứng suất do trọng lượng bản thân của khối đá. Phương pháp này đơn giản thuận tiện, chỉ cần kết xuất các hạng mục tham số của khối đá đã tính toán. Nhược điểm là trường ứng suất tính toán và trường ứng suất thực tế có chênh lệch, mà còn dưới tác dụng trọng lượng bản thân khối đá vẫn phát sinh chuyển vị ban đầu, sau khi tiếp tục phân tích thi công tiếp theo, kết quả chuyển vị đạt được là tích luỹ kết quả chuyển vị ban đầu, mà trong thực tế chuyển vị ban đầu sớm đã kết thúc không có ảnh hưởng đối với đào đường hầm, vì vậy khi phân tích trường chuyển vị mỗi giai đoạn thi công sau đòi hỏi giảm đi trường chuyển vị ban đầu. 274

Phương pháp 2: sử dụng phương pháp nhập ứng suất ban đầu. Khi tiến hành phân tích kết cấu, trong ANSYS có thể sử dụng nhập ứng suất ban đầu từ định nghĩa ứng suất ban đầu là một loại tải trọng. Vì vậy khi có tài liệu quan trắc thực tế ứng suất ban đầu, ứng suất ban đầu sẽ được đưa thành tải trọng ứng suất ban đầu, sau đó có thể trực tiếp tiến hành tính toán bước đào thứ nhất. Tính toán đạt được trường ứng suất và trường chuyển vị sẽ là trường ứng suất và trường chuyển vị thực tế sau khi đào, không cần tiến hành giảm. 2.1.4 Thực hiện thi công liên tục đào và chống đỡ Căn cứ vào (2.1.1) giới thiệu phần tử sinh chết có thể thực hiện thêm vào và bớt đi vật liệu, vì vậy có thể trong ANSYS dùng phần tử sinh chết thực hiện mô phỏng đào và chống đỡ đường hầm. Khi đào đường hầm, đầu tiên trực tiếp lựa chọn phần tử bị đào đi, sau đó sẽ “giết chết” những phần tử này, sẽ thực hiện mô phỏng đào đường hầm. Khi tiến hành chống đỡ đường hầm, đầu tiên kích hoạt phần tử bị “giết chết” ở bộ phận chống đỡ tương ứng khi đào hầm, sau khi kích hoạt phần tử, đang ở trạng thái không biến dạng, đồng thời sửa thuộc tính vật liệu của những phần tử này thành thuộc tính của vật liệu chống đỡ, làm như thế này sẽ thực hiện mô phỏng chống đỡ đường hầm. Ngoài ra, trạng thái sinh chết của phần tử vẫn có thể căn cứ kết quả tính toán trong ANSYS (như ứng suất và biến dạng) để quyết định. Ví dụ như trong quá trình mô phỏng, người dùng có thể sẽ “giết chết” phần tử vượt quá ứng suất cho phép hoặc biến dạng cho phép, mô phỏng phá hoại biên đá hoặc kết cấu. Lợi dụng công năng bước gia tải trong chương trình ANSYS có thể thực hiện tính toán liên tục giữa tình trạng công trình không đồng nhất, vì vậy thực hiện mô phỏng thi công liên tục đường hầm. Đầu tiên thiết lập mô hình phần tử hữu hạn đào đường hầm, bao gồm bộ phận tương lai sẽ bị “giết chết” (đào bỏ) và kích hoạt (chống đỡ), công trình mô phỏng trong ANSYS không đòi hỏi phân chia mạng lưới phần tử mới. Sau khi hoàn thành thi công ở bước trước, có thể trực tiếp tiến hành thi công tiếp theo, sẽ lại “giết chết” phần tử (đào) với kích hoạt phần tử (chống đỡ), tính toán tiếp, lặp lại bước cho đến khi thi công kết thúc. 2.2 Ví dụ phân tích quá trình đào hầm 2.2.1 Mô tả vấn đề Mặt cắt đường hầm hình móng ngựa có các kích thước như hình vẽ 7-12. Khi đào đường hầm phân thành hai giai đoạn: giai đoạn 1 là đào vùng I đồng thời chống đỡ vùng I; giai đoạn 2 là đào vùng II đồng thời chống đỡ vùng II. Giả thiết đá loại I có mô đun đàn hồi E=1.3e9Pa, hệ số Poisson =0.32, lực dính kết c=200Mpa, góc ma sát trong =30o, mật độ =2200kg/m3. Bê tông vỏ hầm sử dụng M250. Yêu cầu phân tích tình trạng phân bố chịu lực và biến hình trong quá trình đào hầm.

275

Hình 7-12 Kích thước mặt cắt ngang đường hầm 2.2.2 Phân tích quá trình đào hầm theo phương thức mệnh lệnh FINISH /CLEAR,ALL /VERIFY /REPLOT ！ X=-30 Y=-40 W=70 H=60 ! THK=0.5 /PREP7 !Lựa chọn loại hình phần tử ET,1,BEAM3 ET,2,PLANE42 KEYOPT,2,3,2 R,1,1*THK,1*THK**3/12,THK, ! Định nghĩa thông số vật liệu MP,EX,1,2.55E10 MP,PRXY,1,0.2 MP,DENS,1,2500 ! MP,EX,2,1.3E9 MP,PRXY,2,0.32 ! TB,DP,2 TBDATA,1,200E6,30, MP,DENS,2,2200 ! K,1,0,0 K,2,0,3.85 K,3,0.88,5.5 K,4,2.45,6.15 K,5,4.02,5.5 K,6,4.9,3.85 K,7,4.9,0 ! 276

LARC,1,2,6,8.70 LARC,2,3,6,3.60 LARC,3,4,6,2.12 LARC,4,5,2,2.12 LARC,5,6,2,3.60 LARC,6,7,2,8.70 LARC,7,1,4,6.09 ! A,2,3,4,5,6 ! A,1,2,6,7 ! BLC4,X,Y,W,H AOVLAP,ALL,3 ! NUMCMP,AREA /REPLOT /PNUM,LINE,1 /PNUM,AREA,1 LSEL,S,LINE,,2,5, LCOMB,ALL,, ALLSEL,ALL LSEL,S,LINE,,6,7, LSEL,A,LINE,,1 LCOMB,ALL,, ALLSEL,ALL, !

Hình 7-13 Mô hình hình học mặt cắt ngang đường hầm NUMCMP,LINE ! BEAM_ESIZE=0.25*1 LSEL,S,LINE,,1,2 LESIZE,ALL,BEAM_ESIZE,, LATT,1,1,1 LMESH,ALL 277

ALLSEL,ALL ! LSEL,S,LINE,,3 LESIZE,ALL,BEAM_ESIZE, LSEL,S,LINE,,4,7 LESIZE,ALL,BEAM_ESIZE*4 ALLSEL,ALL ! MOPT,SPLIT,ON MOPT,SPLIT,ERR MOPT,SPLIT,WARN MOPT,QMESH,MAIN ! ASEL,S,AREA,,1,3 AATT,2,,2 AMESH,ALL ALLSEL,ALL FINI

Hình 7-14 Mặt cắt mô hình mạng lưới phần tử hữu hạn đường hầm /SOLU ANTYPE,STATIC ! DELTIM,0.1 AUTOTS,ON ! PRED,ON ! LNSRCH,ON ! NLGEOM,ON ! NROPT,FULL ! ! LSEL,S,LOC,X,X LSEL,A,LOC,X,X+W LSEL,A,LOC,Y,Y NSLL,S D,ALL,UX ALLSEL,ALL 278

LSEL,S,LOC,Y,Y NSLL,S D,ALL,UY ALLSEL,ALL ACEL,,9.8 ! ESEL,S,TYPE,,1 EKILL,ALL ! NSEL,ALL ESEL,ALL TIME,1 SOLVE ! ASEL,S,,,1 ESLA,S EKILL,ALL ! LSEL,S,,,2 ESLL,S EALIVE,ALL ESEL,ALL ESEL,S,LIVE NSLE,S NSEL,INVE D,ALL,ALL,0 NSEL,ALL ESEL,ALL TIME,2 SOLVE ! ESEL,S,TYPE,,1 EALIVE,ALL ! ASEL,S,,,2 ESLA,S EKILL,ALL ESEL,ALL ESEL,S,LIVE NSLE,S NSEL,INVE D,ALL,ALL,0 NSEL,ALL ESEL,ALL TIME,3 SOLVE FINI 279

/POST1 ETABLE,IQ,SMISC,1 ETABLE,JQ,SMISC,7 ETABLE,IM,SMISC,6 ETABLE,JM,SMISC,12 PLLS,IM,JM,1,0 /TRIAD,LTOP /REPLOT

Hình 7-15 Biểu đồ mô men trong vỏ hầm khi đào vùng II, chống đỡ vùng II

3. PHÂN TÍCH MÔ PHỎNG BA CHIỀU ĐẬP TRỌNG LỰC 3.1 Mô tả vấn đề Có một đập bê tông trọng lực cao 180m, mặt thượng lưu thẳng đứng, hệ số mái hạ lưu m=0.75. Nền đập thượng lưu lấy bằng 1.5 lần chiều cao đập, hạ lưu lấy bằng 2 lần chiều cao đập, độ sâu nền đập lấy bằng 2 lần chiều cao đập, chiều dài đập bằng 1.5 lần chiều cao đập, bề rộng đỉnh đập bằng 0.1 lần chiều cao đập. Cột nước thượng lưu bằng 100m, cột nước hạ lưu bằng 80m. Vật liệu đập và nền cho ở dưới đây. (1) Bê tông đập: phần bê tông đập dưới 100m có mô đun đàn hồi E=2.85e10Pa, hệ số Poisson =0.167, mật độ =2400kg/m3, cường độ kháng kéo fc=1.96e6Pa, cường độ kháng nén ft=22e6Pa; phần bê tông trên 100m có mô đun đàn hồi E=2.6e10Pa, hệ số Poisson =0.167, mật độ =2400kg/m3, cường độ kháng kéo fc=1.2e6Pa, cường độ kháng nén ft=17.5e6Pa. (2) Nền đá: mô đun đàn hồi E=2.9e10Pa, hệ số Poisson =0.3, mật độ =2600kg/m3. (3) Đối với đập trọng lực, giá trị đại biểu phản ứng là max=2, Tg=0.2, biểu đạt thức của nó là:  = 10T+1

0
=2

0.1
 = (0.2/T)0.9*2

0.4
(7-23)

280

(4) Giả thiết tính toán:  Đập và nền liên tục  Vật liệu đập và nền là đồng nhất  Mô hình nền đá là mô hình đàn hồi tuyến tính 2.2 Thiết lập mô hình theo phương pháp APDL 2.2.1 Thiết lập mô hình /COM, STRUCTURAL /TITLE, PHAN TICH PHONG THAT 3 CHIEU DAP TRONG LUC /FILENAME, GRAVITYDAM,1 (1) Định nghĩa biến lượng tương quan H=180 H1=100 H2=80 H3=100 GM=1000 FIA1=90-ATAN(0.75)*180/3.1415926 FIA2=90-FIA1 (2) Định nghĩa loại hình phần tử và thuộc tính vật liệu /PREP7 ET,1,PLANE42 ET,2,SOLID65 ET,3,SOLID45 ! Vật liệu 1 MP,EX,1,2.85E10 MP,PRXY,1,0.167 TB,CONC,1,1,9, TBDATA,,0.3,1,1.96E6,22E6 MP,DENS,1,2400 !Vật liệu 2 MP,EX,2,2.6E10 MP,PRXY,2,0.167 TB,CONC,2,1,9, TBDATA,,0.3,1,1.2E6,17.5E6 MP,DENS,2,2400 ! Vật liệu 3 MP,EX,3,2.9E10 MP,PRXY,3,0.3 MP,DENS,3,2600 (3) Thiết lập mô hình mặt cắt K,1 K,2,0.9*0.75*H+0.1*H K,3,0.1*H,0.9*H K,4,0,0.9*H L,1,2 281

L,2,3 L,3,4 L,4,1 AL,1,2,3,4 RECTNG,0,0.1*H,0.9*H,H RECTNG,-1.5*H,0,-2*H,0 RECTNG,0,0.9*0.75*H+0.1*H,-2*H,0 RECTNG,0.9*0.75*H+0.1*H,(2+0.9*0.75)*H,-2*H,0 RECTNG,-1.5*H,(2+0.9*0.75)*H,-2*H,H APLOT AOVLAP,ALL /PNUM,LINE,1 /PNUM,AREA,1 NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL APLOT (4) Phân chia mạng lưới LSEL,S,,,3,5,2 LESIZE,ALL,,,5 LSEL,S,,,12,13,1 LESIZE,ALL,,,2 AMESH,3 LSEL,S,,,2,4,2 LESIZE,ALL,,,18 LSEL,S,,,1 LESIZE,ALL,,,5 AMESH,1 EPLOT LSEL,S,,,11 LESIZE,ALL,,,5 LSEL,S,,,9,10,1 LESIZE,ALL,,,8,4 AMESH,2 LSEL,S,,,14 LESIZE,ALL,,,5,4 LSEL,S,,,7 LESIZE,ALL,,,8,4 LSEL,S,,,6 LESIZE,ALL,,,5,0.25 AMESH,4 EPLOT LSEL,S,,,15,16,1 282

LESIZE,ALL,,,8,4 LSEL,S,,,8 LESIZE,ALL,,,8,0.25 AMESH,5 EPLOT LSEL,S,,,4,13,9 LCCAT,ALL LSEL,S,,,19 LESIZE,ALL,,,5,4 LSEL,S,,,20,21,1 LESIZE,ALL,,,20 AMESH,7 EPLOT LSEL,S,,,2,12,10 LCCAT,ALL LSEL,S,,,17 LESIZE,ALL,,,8,4 LSEL,S,,,18,22,4 LESIZE,ALL,,,20 AMESH,6 EPLOT ALLSEL LSEL,R,LCCA LDELE,ALL,L (5) Tạo 1/2 mô hình thực thể EXTOPT,ESIZE,8,0, TYPE,2 MAT,1 VEXT,1,3,2,,,-0.75*H /VIEW,1,1,1,1 VPLOT EPLOT EXTOPT,ESIZE,8,0, TYPE,3 MAT,3 VEXT,2,,,,,-0.75*H VEXT,4,5,1,,,-0.75*H EPLOT (6) Tạo mô hình vai phải ALLSEL,ALL EXTOPT,ESIZE,5,4, EXTOPT,ACLEAR,1 TYPE,3 283

MAT,3 VEXT,1,7,1,,,H /PNUM,MAT,1 EPLOT (7) Tạo mô hình tổng thể LOCAL,11,0,,,-0.75*H CSYS,11 /PSYMB,CS,1 DSYS,11 NSYM,Z,20000,ALL ENSYM,30000,,20000,ALL NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL EPLOT (8) Thay đổi vật liệu đập từ 100m trở lên bằng vật liệu số 2 ESEL,S,MAT,,1 NSLE,S NPLOT NSEL,R,LOC,Y,H3+1,H+1 NSEL,R,LOC,Z,-0.75*H+0.1,0.75*H-0.1 NPLOT ESLN,S MPCHG,2,ALL, /REPLOT ALLSEL EPLOT SAVE,GRAVITYDAM_MODEL,DB FINISH

Hình 7-16 Mô hình PTHH ba chiều 2.2.2 Gia tải và tính toán (1) Phân tích tĩnh !Gán điều kiện biên /SOLU CSYS,0 DSYS,0 284

NSEL,S,LOC,X,(2+0.9*0.75)*H NSEL,A,LOC,X,-1.5*H NPLOT D,ALL,UX ALLSEL NSEL,S,LOC,Z,H NSEL,A,LOC,Z,-(1+1.5)*H NPLOT D,ALL,UZ ALLSEL NSEL,S,LOC,Y,-2*H NPLOT D,ALL,UY ALLSEL GPLOT !Gán tải trọng ngoài ACEL,0,9.8,0, ESEL,S,TYPE,,2 EPLOT NSEL,S,LOC,X,0 NSEL,R,LOC,Z,-1.5*H+0.1,-0.1 NSEL,R,LOC,Y,0.1,H1-5 ESLN,S NPLOT EPLOT /PSF,PRES,NORM,2,0,1 SFGRAD,PRES,0,Y,0,-GM SFE,ALL,2,PRES,,GM*H1 /REPLOT ALLSEL ESEL,S,TYPE,,2 NSLE,S EPLOT LOCAL,12,0,0.9*0.75*H+0.1*H,,,FIA2 CSYS,12 /PSYMB,CS,1 DSYS,12 NSEL,S,LOC,Y,0.1,H2/SIN(0.75)-25 NSEL,R,LOC,Z,-1.5*H+0.1,-0.1 NSEL,U,LOC,X,-1000,-2 ESLN,S NPLOT EPLOT 285

/PSF,PRES,NORM,2,0,1 SFGRAD,PRES,0,Y,0,-GM SFE,ALL,4,PRES,,GM*H2 /REPLOT CSYS,0 DSYS,0 /PSYMB,CS,1 ALLSEL NSEL,S,LOC,Y,0 NSEL,R,LOC,Z,-135+0.1,0.1 ESLN,S ESEL,R,TYPE,,2 EPLOT SFCUM,PRES,ADD SFE,ALL,5,PRES,,GM*H2 P0=GM*H1/(0.9*0.75*H+0.1*H) SFGRAD,PRES,0,X,0,-P0 SFE,ALL,5,PRES,,GM*H1 /REPLOT ALLSEL NSEL,S,LOC,Y,0 NSEL,R,LOC,Z,-270+0.1,-135-0.1 ESLN,S ESEL,R,TYPE,,2 EPLOT P0=0 SFGRAD,PRES,0,X,0,-P0 SFE,ALL,3,PRES,,GM*H2 P0=GM*H2/(0.9*0.75*H+0.1*H) SFGRAD,PRES,0,X,0,-P0 SFE,ALL,3,PRES,,GM*H2 NSEL,S,LOC,Y,0 ESLN,S ESEL,R,TYPE,,2 /REPLOT SAVE,GRAVITYDAM_STATIC_SOLU,DB !Giải ALLSEL OUTRES,ALL,ALL AUTOTS,ON NSUBST,20 SOLVE SAVE,GRAVITYDAM_STATIC_RST,DB FINISH (2) Phân tích phổ phản ứng 286

! Phân tích Modal /SOLU ANTYPE,MODAL MODOPT,SUBSP,10 SOLVE SAVE,GRAVITYDAM_DYNAMIC_RST11,DB FINISH !Tính toán giá trị phổ phản ứng theo công thức (7-10)

Bảng 7-3 Giá trị phổ phản ứng tính toán theo công thức 7-10 Bước dao động 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tần số 1.7131 1.7208 1.9525 1.9551 2.1679 2.3951 2.6747 2.8202 2.8554 2.9029

Chu kỳ 0.583 0.581 0.512 0.511 0.461 0.417 0.374 0.354 0.350 0.344

Giá trị phổ phản ứng 0.7627 0.7657 0.8580 0.8590 0.9427 1.0312 1.1389 1.1945 1.2079 1.2260

!Phân tích phổ phản ứng /SOLU ANTYPE,SPECTR SPOPT,SPRS,10,YES SVTYP,2 SED,1,1, FREQ,0.3444,0.3502,0.3546,0.3739,0.4175,0.4613,0.5114,0.5121,0.5811,0.5837 SV,1.2260,1.2079,1.1945,1.1389,1.0312,0.9427,0.8590,0.8580,0.7657,0.7627 SOLVE SAVE,GRAVITYDAM_DYNAMIC_RST2,DB FINISH !Mở rộng Modal /SOLU ANTYPE,MODAL EXPASS,ON MXPAND,10,,,YES,0.005 SOLVE FINISH !Chông chất Modal /SOLU ANTYPE,SPECTR SRSS,0.15,DISP SOLVE SAVE,GRAVITYDAM_DYNAMIC_RST4,DB FINISH 2.2.3 Phân tích kết quả tính toán (1) Kết quả giải tĩnh 287

!Kết quả chuyển vị /POST1 ESEL,S,TYPE,,2 SET,LAST PLNSOL,U,X,0,1 PLNSOL,U,Y,0,1 !Phân tích ứng suất biến dạng PLNSOL,EPTO,1,0,1 PLNSOL,S,1,0,1 !Tình trạng nứt bê tông đập, hiển thị vị trí nứt /DEVICE,VECTOR,1 PLCRACK,0,0 ETABLE,11,NMISC,53 ETABLE,22,NMISC,60 ETABLE,33,NMISC,67 ETABLE,44,NMISC,74 ETABLE,55,NMISC,81 ETABLE,66,NMISC,88 ETABLE,77,NMISC,95 ETABLE,88,NMISC,102 PLETAB,11,AVG PLETAB,22,AVG PLETAB,33,AVG PLETAB,44,AVG PLETAB,55,AVG PLETAB,66,AVG PLETAB,77,AVG PLETAB,88,AVG (2) Kết quả phân tích động lực học !Chuyển vị đập /POST1 /INPUT,,MCOM ESEL,S,TYPE,,2 EPLOT SET,FIRST PLNSOL,U,SUM,1,1 SET,NEXT PLNSOL,U,SUM,1,1 SET,NEXT PLNSOL,U,SUM,1,1 !Phân bố ứng suất biến dạng SET,FIRST PLNSOL,S,1,0,1 PLNSOL,EPTO,1,0,1 SET,NEXT 288

PLNSOL,S,1,0,1 PLNSOL,EPTO,1,0,1 !Thay đổi chuyển vị điểm nút đỉnh đập theo thời gian /POST26 CSYS,0 NSEL,S,LOC,Y,H NSEL,R,LOC,Z,-0.75*H NSEL,R,LOC,X,0 NPLOT NSOL,2,1466,U,X,NUX NSOL,3,1466,U,Y,NUY NSOL,4,1466,U,Z,NUZ XVAR,1 PLVAR,2,3,4

4. PHÂN TÍCH CỬA VAN CUNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI THỦY ĐIỆN 4.1. Miêu tả vấn đề Ứng dụng phần mềm ANSYS phân tích tĩnh phần tử hữu hạn kết cấu cửa van theo sơ đồ không gian ba chiều để xác định quy luật phân bố ứng suất, đặc trưng biến hình kết cấu cửa van, đồng thời đánh giá tính năng an toàn của kết cấu. Cửa van chủ yếu sử dụng hai chủng loại vật liệu là thép Các bon A3 và thép hợp kim thấp 16Mn, các thông số tính năng của hai loại vật liệu thép được cho ở bảng 7-4 dưới đây. Bảng 7-4 Các thông số tính năng cơ lý của vật liệu thép Loại thép A3 16Mn

Giới hạn đàn hồi y MPa 235.2 343.0

Cường độ giới hạn b MPa 372.4 509.6

Suất dãn dài % 27 21

Modun đàn hồi E MPa 2.05105 2.05105

Hệ số  0.3 0.3

Dung trọng  N/m3 7.8104 7.8104

Cửa van được tạo thành từ các thép bản, thép hình liên kết với nhau bằng bu lông và hàn, đây là một hệ kết cấu không gian gồm các cấu kiện thành mỏng điển hình tạo thành; chiều dày thiết kế của bản mặt là 10mm; chiều dày dầm chính ngang, dầm phụ ngang, dầm dọc và dầm biên là 8mm; chiều dày càng van là 12mm. Bản mặt được liên kết với dầm chính, dầm phụ, dầm dọc và dầm biên. Hai phần càng van có dạng mặt cắt ngang chữ I. Hình thức kết cấu cửa van cho ở hình vẽ 7-17.

Dầm ngang

Càng van R=100

Bản mặt Càng van o

12.5

R=7000

25o

Dầm chính ngang

Dầm phụ ngang 12.5o

289 Dầm dọc

Hình 7-17 Mô hình hình học cửa van cung công trình thủy lợi (đơn vị: mm) 4.2 Mô hình phần tử hữu hạn Kết cấu dưới tác dụng của áp lực nước thượng lưu sẽ phát sinh tổ hợp biến hình uốn, xoắn, cắt, kéo nén, bởi vì đây là một tổ hợp kết cấu bản, vỏ, thanh. Trong kết cấu chủ yếu được tạo thành từ phần từ bản vỏ thép. Tính toán thực thể cấu theo nguyên tắc dưới đây:  Kết cấu cửa van ở trên là kết cấu đối xứng chịu tải trọng đối xứng, nên thiết lập mô hình một nửa kết cấu.  Chiều dày bản mặt ở phía trên và dưới lấy theo chiều dày bình quân. Thực thể sử dụng lưới phần tử vỏ 4 nút SHELL63, tổng số điểm nút trong mô hình là 3304, tổng số phần tử là 3122. Hình 7-18 thể hiện sau khi thiết lập một nửa mô hình. Trục X trong toạ độ Đề các hướng theo phương dòng chảy, trục Y hướng thẳng đứng, trục Z hướng theo phương dầm chính ngang. 4.3 Gia tải và gán điều kiện biên Tính toán công trình trong hai trường hợp mực nước kiểm tra và mực nước thiết kế. Cao trình đáy cửa van 1354.0m, các tham số cụ thể cho ở bảng 7-5. Bảng 7-5 Bảng tham số mực nước Mực nước thiết kế (m) Mực nước kiểm tra (m) Mực nước 1364.0 1364.0 Cột nước 10 10 4.3.1 Áp lực thủy tĩnh Dựa vào phân bố tuyến tính, tính toán theo công thức: p = gh (MPa) (7-24) 3 trong đó,  là mật độ của nước (đơn vị: kg/m ), g là gia tốc trọng trường (đơn vị : 2 m/s ), h là chiều cao cột nước (đơn vị: m). Có thể thông qua Main Menu  Solution  Settings  Gradient quy định độ dốc, sau đó gây áp lực mặt ngoài, áp lực ở trên mặt hoặc trên biên là biến đổi tuyến tính. 4.3.2 Trọng lực Thông qua gán gia tốc trọng trường để xác định trọng lực.

290

Preprocessor  Load  Difine Load  Apply  Structural  Inertia  Gravity  Global 4.3.3 Điều kiện biên Theo tình trạng ràng buộc thực tế, bộ phận đáy cửa van chịu ràng buộc chuyển vị theo phương đứng, ở gối bản lề chịu ràng buộc chuyển vị thẳng theo 3 phương X, Y và Y và chuyển vị xoay theo 2 phương X và Y, mà còn chịu ràng buộc trên mặt đối xứng. Mô hình phần tử hữu hạn sau khi gia tải và gán điều kiện biên như hình 7-19.

Hình 7-18 Mô hình PTHH ½ cửa van Hình 7-19 Gán điều kiện ràng buộc 4.4 Giải và phân tích kết quả Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và áp lực nước, mỗi một điểm trên kết cấu thông thường đều ở trạng thái ứng suất phức tạp, vật liệu sử dụng của kết cấu đều là vật liệu thép có tính dãn tương đối tốt, ứng suất triết tính hoặc ứng suất tương đương được xác định theo công thức dưới đây:  max 

1 2

 1  2  2   2  3  2   1  3  2

(7-25)

4.4.1 Kết quả tổng thể cửa van Hình 7-20 và hình 7-21 thể hiện ứng suất tương đương và chuyển vị của toàn bộ kết cấu cửa van. Ứng suất tương đương lớn nhất max = 206.075 MPa, phát sinh nơi tiếp giáp giữa bản mặt và đoạn dưới của dầm dọc, chuyển vị hợp thành lớn nhất U max = 8.449mm, phát sinh ở ô bản mặt phía dưới cửa van.

Hình 7-20 Phổ ứng suất tương đương Hình 7-21 Phổ tổng chuyển vị 4.4.2 Kết quả bản mặt Phổ tổng chuyển vị và ứng suất tương đương của bản mặt phía dưới mực nước kiểm tra cho ở hình 7-22 và hình 7-23, kết quả cho thấy: 291

-

-

Ứng suất tương đương lớn nhất trong bản mặt phát sinh ở góc trái phía dưới, có giá trị max = 206.075 MPa. Ở vị trí tiếp giáp với dầm dọc và dầm ngang, do độ cứng của dầm dầm dọc, dầm ngang tương đối lớn, vì vậy ứng suất ở vùng lân cận tương đối lớn nhưng ứng suất tại vị trí trung tâm phụ cận lại tương đối nhỏ. Chuyển vị lớn nhất của bản mặt là 8.449mm tại vị trí biên dưới.

Hình 7-22 Phổ ứng suất tương đương Hình 7-23 Phổ tổng chuyển vị bản mặt 4.4.3 Kết quả dầm Ứng suất tương đương và chuyển vị tổng thể của dầm ngang, dầm phụ ngang, dầm dọc và dầm biên được biểu thị ở hình 7-24 và 7-25. Ứng suất tương đương lớn nhất là 179.019MPa, phát sinh ở vị trí tiếp giáp giữa dầm dọc và dầm phụ ngang; tổng chuyển vị lớn nhất là 5.904mm, phát sinh ở vị trí tiếp giáp dầm ngang dưới và dầm biên.

Hình 7-24 Phổ ứng suất tương đương Hình 7-25 Phổ tổng chuyển vị dầm 4.4.4 Kết quả càng van Dưới tác dụng của áp lực nước, trong mặt phẳng khung chính của càng van phía trái và phải (mặt phẳng chính thứ 1) và trong mặt phẳng khung càng trên và dưới đều chịu tác dụng của lực cắt và lực dọc. Hình 7-26 hiển thị phổ ứng suất tương đương càng van; hình 7-27 thể hiện phổ tổng chuyển vị càng van.

292

Hình 7-26 Phổ ứng suất tương đương

Hình 7-27 Phổ tổng chuyển vị càng van

Bảng 7-6 Ứng suất tương đương và tổng chuyển vị lớn nhất của càng van Ứng suất tương đương SEQV/MPa 99.915 Tổng chuyển vị USUM/mm 3.946 4.5 Cường độ kết cấu và đánh giá độ cứng 4.5.1 Ứng suất cho phép Theo quy phạm kết cấu thép, ứng suất cho phép và chiều dày của vật liệu thép có liên quan với nhau, chiều dày mỗi cấu kiện của cửa van không đồng đều nhưng đều không lớn hơn 16mm, thuộc cùng một nhóm vật liệu thép chiều dày nhỏ. chiều dày vật liệu thép không những ảnh hưởng đến ứng suất cho phép mà còn có liên quan rất lớn đến điều kiện vận hành và độ an toàn công trình. Căn cứ quy định trong “ Quy phạm thiết kế cửa van thép công trình thủy lợi thủy điện”, đối với cửa van công tác và cửa van sự cố trong công trình lớn, hệ số điều chỉnh ứng suất cho phép dao động từ 0.90 ~ 0.95. Ngoài ra, trong tiêu chuẩn kết cấu thép công trình thủy lợi thủy điện của Trung Quốc (SL 226-98), khi tiến hành kiểm nghiệm tính toán cường độ kết cấu cửa van, ứng suất cho phép của vật liệu nên tiến hành sửa đổi theo niên hạn sử dụng, hệ số sửa đổi ứng suất cho phép dao động từ 0.90 ~ 0.95. Căn cứ quy định trên, xét trên góc độ an toàn, lấy hệ số sửa đổi của ứng suất cho phép k=0.90x0.90=0.81. Ứng suất cho phép của vật liệu trước và sau khi sửa đổi được biểu thị ở bảng 7-7. Bảng 7-7 Ứng suất cho phép của mỗi vật liệu cấu kiện cửa van (MPa) Vật liệu Kháng kéo, kháng nén và kháng uốn [] Kháng cắt [] A3 160.0/129.6 95.0/77.0 16Mn 230.0/186.3 135.0/109.4 Trong bảng trên số đứng trước là giá trị ứng suất cho phép trước khi điều chỉnh, số đứng sau là giá trị ứng suất cho phép sau khi điều chỉnh. Cấu kiện chủ yếu của cửa van như bản mặt, dầm chính ngang, dầm dọc, càng van… đều làm bằng vật liệu thép 16Mn. 4.5.2 Điều kiện cường độ Hiện nay, khống chế cường độ của cửa van vẫn đang sử dụng hệ thống quy phạm kết cấu lực học tương đối đồng bộ, theo tính chất chịu lực của điểm khống chế cường độ tiến hành kiểm tra/thiết kế.

293

Đối với kết cấu chịu trọng lượng và cấu kiện liên kết của cửa van, nên kiểm tra ứng suất chính , ứng suất cắt , kiểm tra theo công thức: [], [] (7-26) trong đó: [], [] đều là ứng suất cho phép sau khi điều chỉnh Đối với tổ hợp dầm chịu tác dụng đồng thời ứng suất chính tương đối lớn và ứng suất cắt tương đối lớn, ngoài kiểm tra ứng suất cắt và ứng suất chính vẫn nên kiểm tra ứng suất tương đương max, công thức kiểm tra: max1.1[] (7-27) Đối với bản mặt cần xét đến tác dụng đồng thời của uốn cục bộ bản thân bản mặt và chịu uốn tổng thể của dầm chính (phụ), cho nên tiến hành kiểm tra đối với ứng suất tương đương của bản mặt max , kiểm tra theo công thức: max1.1[] (7-28) trong đó:  là hệ số điều chỉnh tính đàn hồi, ở đây  lấy bằng 1.5. 4.5.3 Đánh giá kết quả cường độ (1) Đánh giá cường độ Căn cứ vào tính toán phân tích phần tử hữu hạn kết cấu cửa van ở phần trước, theo điều kiện cường độ tiến hành đánh giá, kết quả được biểu thị ở bảng 7-8, từ bảng 7-8 có thể nhận thấy mọi cấu kiện đều thoả mãn yêu cầu cường độ, kết cấu là an toàn. Bảng 7-8 Đánh giá cường độ các cấu kiện chủ yếu Ứng suất lớn Khả năng của Cấu kiện Tiêu chuẩn đánh giá Kết luận nhất MPa vật liệu MPa max [] [] Bản mặt 206.075 An toàn max1.1[] 179.019 Dầm -166.237 An toàn [], [], max1.1[] 186.3 109.4 -52.834 99.915 Càng van -90.757 An toàn [], [], max1.1[] 51.767 (2) Đánh giá độ cứng Đối với cấu kiện chịu uốn, căn cứ vào kết quả tính toán độ võng tiến hành đánh giá độ cứng. Căn cứ quy định trong <> của Trung Quốc (DL/T5013-95), tỷ số giữa độ võng lớn nhất của dầm ngang chính cửa van công tác và chiều dài không được vượt quá 1/600. Chiều dài càng van là 6.37m, độ võng cho phép 10.6mm, mà độ võng của càng van tính toán là 3.946mm, thoả mãn yêu cầu. Chiều dài dầm dọc là 5.2m, độ võng cho phép 8.7mm, độ võng tính toán dầm dọc là 5.904mm, cũng thoả mãn yêu cầu độ cứng. 4.6 Phương thức mệnh lệnh (1) Thiết lập môi trường làm việc FINI /CLE 294

/FILN, CUAVANCUNG !Định nghĩa tên bài toán (2) Chọn loại phần tử và khai báo hằng số thực /PREP7 ET,1,SHELL63 !Thiết lập phần tử SHELL63 R,1,12,,,,,, !Khai báo chiều dày phần tử càng van R,2,10,,,,,, !Khai báo chiều dày phần tử bản mặt R,3,8,,,,,, !Khai báo chiều dày phần tử dầm (3) Khai báo thông số vật liệu MP,EX,1,2.05e5 !Môđun đàn hồi thép A3 MP,PRXY,1,0.3 !Hệ số Poisson thép A3 MP,DENS,1,7.8e-6 !Mật độ thép A3 MP,EX,2,2.05e5 !Môđun đàn hồi thép 16Mn MP,PRXY,2,0.3 !Hệ số Poisson thép 16Mn MP,DENS,2,7.8e-6 !Mật độ thép 16Mn (4) Thiết lập mô hình hình học /AUTO,1 !Điều chỉnh hướng chiếu /REP,FAST /VIEW,1,1,1,1 FLST,2,2,8 FITEM,2,0,0,0 FITEM,2,7000,0,0 CIRCLE,P51X,,,,53,, !Thiết lập đường trung tâm bản mặt FLST,3,1,4,ORDE,1 FITEM,3,1 LSYMM,Y,P51X,,,,0,0 !Đối xứng đường 1 theo trục Y LDELE,1,,,1 !Xoá bỏ đường 1 CSYS,1 !Chuyển sang tọa độ trụ K,,0,0,0, !Vị trí dầm ở trên đường trung tâm của bản mặt K,,7000,-8,0, K,,7000,-9,0, K,,7000,-18,0, K,,7000,-30.5,0, K,,7000,-43,0, K,,7000,-52,0, LSTR,1,2 !Tạo đường từ tâm đến các điểm vị trí dầm LSTR,1,5 LSTR,1,6 LSTR,1,7 LSTR,1,8 LSTR,1,9 LPLOT !Hiển thị tất cả đường vừa tạo FLST,3,6,4,ORDE,3 FITEM,3,1 FITEM,3,3 FITEM,3,-7 LSBL,2,P51X !Trừ đường từ đường LDELE,8,,,1 !Xoá bỏ đường 295

K,,0,0,0, K,,0,0,950, K,,0,0,1200, LSTR,1,3 LSTR,3,10 LPLOT FLST,2,6,4,ORDE,2 FITEM,2,9 FITEM,2,-14 FLST,8,2,4 FITEM,8,1 FITEM,8,2 ADRAG,P51X,,,,,,P51X LSTR,3,13 LSTR,3,15 FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 LDELE,P51X,,,1 LSTR,3,12 LSTR,3,16 FLST,2,4,4,ORDE,4 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 FITEM,2,35 FITEM,2,-36 LDIV,P51X,6600/7000,,2,0 LSTR,1,25 LSTR,25,26 LSTR,26,10 FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 LDELE,P51X,,,1 FLST,2,4,4 FITEM,2,41 FITEM,2,37 FITEM,2,39 FITEM,2,6 AL,P51X FLST,2,5,4 FITEM,2,42 FITEM,2,39 FITEM,2,8 FITEM,2,16 FITEM,2,40

!Tạo điểm 1 nằm trên dầm và bản mặt !Tạo điểm 3 nằm trên dầm và bản mặt !Tạo điểm 10 nằm trên dầm và bản mặt !Tạo đường 1 !Tạo đường 2 !Hiển thị tất cả đường vừa tạo !Lựa chọn tất cả các đường đã tạo

!Xoay chuyển tạo thành bản mặt !Đường trung tâm càng van phía trên !Đường trung tâm càng van phía dưới

!Loại bỏ đường 1, 2 !Đường nối từ tâm tới đầu dầm ngang trên !Đường nối từ tâm tới đầu dầm ngang dưới

!Phân chia đường 4 thành hai theo tỷ lệ 6600/7000 !Đường trục bản bụng dầm trên 41 !Đường trục bản bụng dầm trên 42 !Đường trục bản bụng dầm trên 43

!Xoá bỏ đường từ tâm đến đường phụ trợ hai đầu dầm ngang

!Tạo mặt bản bụng dầm dọc đoạn trên 13

296

AL,P51X !Tạo mặt bản bụng dầm dọc đoạn giữa 14 FLST,2,4,4 FITEM,2,43 FITEM,2,40 FITEM,2,18 FITEM,2,38 AL,P51X !Tạo mặt bản bụng dầm dọc đoạn giữa 15 WPOFF,0,0,950 !Hiển thị mặt phẳng làm việc WPROT,-18 !Xoay trục Z theo chiều thuận kim đồng hồ 18o FLST,3,1,8 FITEM,3,46.3525491562,142.658477444,950 K,,P51X !Tạo điểm 27 ở trên mặt làm việc FLST,3,1,8 FITEM,3,-46.3525491562,-142.658477444,950 K,,P51X !Tạo điểm 28 ở trên mặt làm việc LSTR,27,3 !Nối trung tâm mặt làm việc với điểm 27 LSTR,3,28 !Nối trung tâm mặt làm việc với điểm 28 LPLOT !Hiển thị tất cả các đường đã tạo FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 ADRAG,P51X,,,,,,35 !Tạo mặt bản bụng càng phía trên FLST,2,5,5,ORDE,2 FITEM,2,13 FITEM,2,-17 ADELE,P51X !Xoá bỏ mặt bản bụng dầm dọc LPLOT FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,41 FITEM,2,45 LOVLAP,P51X !Tiến hành phân trùng đường 41 và đường 45 FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,42 FITEM,2,48 LOVLAP,P51X !Tiến hành phân trùng đường 42 và đường 48 FLST,2,4,4,ORDE,4 FITEM,2,44 FITEM,2,47 FITEM,2,52 FITEM,2,54 LDELE,P51X,,,1 !Xoá bỏ đường 44, 47, 52, 54 LDELE,35,,,1 !Xoá bỏ đường 35 WPROT,-25 !Xoay trục Z theo chiều thuận kim đồng hồ 25o FLST,3,1,8 FITEM,3,102.299754009,109.703055243,950 K,,P51X !Tạo điểm 29, thuận tiên tạo điểm phụ trợ của đường trung tâm càng dưới với đường vuông góc 297

FLST,3,1,8 FITEM,3,-102.299754009,-109.703055243,950 K,,P51X !Điểm đối xứng 29 LSTR,29,3 !Tạo đường 35 LSTR,3,31 !Tạo đường 42 LPLOT !Hiển thị tất cả các đường đã tạo FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,35 FITEM,2,42 ADRAG,P51X,,,,,,36 !Mặt bản bụng càng dưới FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,13 FITEM,2,-14 ADELE,P51X !Xóa bỏ mặt bản bụng càng dưới, bảo lưu đường LPLOT !Hiển thị tất cả các đường đã tạo FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,45 FITEM,2,47 LOVLAP,P51X !Phân trùng đường 45 và 47 FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,43 FITEM,2,54 LOVLAP,P51X !Phân trùng đường 43 và 54 FLST,2,4,4,ORDE,4 FITEM,2,44 FITEM,2,52 FITEM,2,58 FITEM,2,60 LDELE,P51X,,,1 !Loại bỏ đường thừa 44, 52, 58, 60 LDELE,36,,,1 !Loại bỏ đường thừa 36 FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,53 FITEM,2,56 LOVLAP,P51X !Phân trùng đường 53 và 56 FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,36 FITEM,2,43 LDELE,P51X,,,1 !Loại bỏ đường thừa 36, 43 LFILLT,52,44,100,, !Đổi góc hai đường 52 và 44, bán kính là 100 FLST,3,1,3,ORDE,1 FITEM,3,27 KGEN,2,P51X,,,,,150,,0 !Điểm nối ở cánh trên càng trên với bản bụng FLST,3,1,3,ORDE,1 FITEM,3,27 KGEN,2,P51X,,,,,-150,,0 !Điểm đối xứng LSTR,40,27 !Tạo đường 43 LSTR,27,41 !Tạo đường 53 298

FLST,3,1,3,ORDE,1 FITEM,3,31 KGEN,2,P51X,,,,,-150,,0 FLST,3,1,3,ORDE,1 FITEM,3,31 KGEN,2,P51X,,,,,150,,0 KPLOT LSTR,43,31 LSTR,31,42 LPLOT FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,43 FITEM,2,53 ADRAG,P51X,,,,,,51 APLOT LPLOT FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,54 FITEM,2,56 ADRAG,P51X,,,,,,59 APLOT LPLOT FLST,2,5,4 FITEM,2,37 FITEM,2,6 FITEM,2,39 FITEM,2,50 FITEM,2,49 AL,P51X FLST,2,7,4 FITEM,2,39 FITEM,2,8 FITEM,2,16 FITEM,2,40 FITEM,2,55 FITEM,2,57 FITEM,2,41 AL,P51X FLST,2,5,4 FITEM,2,40 FITEM,2,18 FITEM,2,38 FITEM,2,45 FITEM,2,47 AL,P51X APLOT LPLOT

!Điểm quan trọng càng dưới

!Tạo đường 54 trong bản bụng !Tạo đường 56 trong bản bụng

!Mặt cánh trên càng trên

!Mặt bản bụng càng dưới

!Mặt đầu trên dầm dọc 17

!Mặt giữa dầm dọc 18

!Mặt đoạn dưới dầm dọc 19

299

FLST,2,4,4,ORDE,4 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 FITEM,2,35 FITEM,2,42 LDELE,P51X,,,1 FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,46 FITEM,2,48 LDELE,P51X,,,1 LSTR,27,31 NUMMRG,ALL,,,,LOW FLST,2,8,4 FITEM,2,55 FITEM,2,47 FITEM,2,59 FITEM,2,1 FITEM,2,51 FITEM,2,50 FITEM,2,41 FITEM,2,57 AL,P51X LPLOT FLST,2,4,4 FITEM,2,36 FITEM,2,44 FITEM,2,57 FITEM,2,52 AL,P51X ASBA,20,21 APLOT LPLOT FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,58 FITEM,2,62 ADRAG,P51X,,,,,,49 FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,58 FITEM,2,62 FLST,8,6,4 FITEM,8,50 FITEM,8,41 FITEM,8,57 FITEM,8,55 FITEM,8,47 FITEM,8,45 APLOT

!Loại bỏ các đường thừa

!Loại bỏ các đường thừa 46, 48 !Tạo đường 1 giữa trung tâm đoạn đầu càng dưới !Hợp nhất hạng mục trùng lặp

!Tạo đường biên ngoài càng thành mặt 20

!Tạo đường biên trong càng thành mặt 21 !Mặt 20 trừ mặt 21 thành mặt 22 !Hiển thị tất cả các mặt vừa tạo

!Cánh đầu trên dầm dọc

300

ADRAG,P51X,,,,,,P51X FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,72 FITEM,2,75 FLST,8,3,4 FITEM,8,44 FITEM,8,36 FITEM,8,52 ADRAG,P51X,,,,,,P51X APLOT LSTR,41,42 LSTR,43,40 FLST,2,4,4 FITEM,2,112 FITEM,2,53 FITEM,2,1 FITEM,2,56 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,43 FITEM,2,113 FITEM,2,54 FITEM,2,1 AL,P51X LPLOT APLOT NUMMRG,ALL,,,,LOW FLST,3,4,3,ORDE,4 FITEM,3,1 FITEM,3,10 FITEM,3,25 FITEM,3,-26 KGEN,2,P51X,,,,,-950,,0 LSTR,5,28 LSTR,28,50 LSTR,50,6 LSTR,50,53 LSTR,53,8 LSTR,53,35 LSTR,35,9 LSTR,28,1 LSTR,50,25 APLOT LPLOT LSTR,53,26 LSTR,35,10 FLST,3,4,3,ORDE,4

!Cánh đoạn giữa dầm dọc

!Cánh đoạn dưới dầm dọc !Hiển thị tất cả các mặt vừa tạo

!Mặt đầu đoạn 41

!Hợp nhất tất cả các hạng mục trùng lặp

!Điểm trên cánh dầm biên bên dưới !Tạo các đường biên cánh dầm biên

!Tạo các đường trên cánh dầm ngang giữa

301

FITEM,3,1 FITEM,3,10 FITEM,3,25 FITEM,3,-26 KGEN,2,P51X,,,,,250,,0 LSTR,1,56 LSTR,56,19 LSTR,25,59 LSTR,59,20 LSTR,26,60 LSTR,60,22 LSTR,10,58 LSTR,58,23 FLST,2,4,4 FITEM,2,49 FITEM,2,90 FITEM,2,37 FITEM,2,5 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,37 FITEM,2,107 FITEM,2,109 FITEM,2,24 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,49 FITEM,2,69 FITEM,2,74 FITEM,2,11 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,74 FITEM,2,94 FITEM,2,39 FITEM,2,7 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,39 FITEM,2,110 FITEM,2,114 FITEM,2,26 AL,P51X FLST,2,5,4 FITEM,2,74 FITEM,2,79 FITEM,2,12

!Điểm bên ngoài trên cánh dầm biên !Tạo các đường bản bụng dầm ngang

!Mặt bên trong dầm biên trên

!Mặt bên ngoài dầm biên trên

302

FITEM,2,13 FITEM,2,84 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,84 FITEM,2,99 FITEM,2,40 FITEM,2,17 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,40 FITEM,2,115 FITEM,2,116 FITEM,2,30 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,84 FITEM,2,87 FITEM,2,89 FITEM,2,14 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,89 FITEM,2,19 FITEM,2,38 FITEM,2,104 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,38 FITEM,2,117 FITEM,2,118 FITEM,2,32 AL,P51X APLOT FLST,3,4,3,ORDE,4 FITEM,3,28 FITEM,3,35 FITEM,3,50 FITEM,3,53 KGEN,2,P51X,,,,,100,,0 LSTR,28,62 LSTR,62,68 LSTR,68,50 LSTR,68,70 LSTR,70,53 LSTR,70,65 LSTR,65,35

!Hiển thị tất cả các mặt đã tạo

303

FLST,2,4,4 FITEM,2,119 FITEM,2,120 FITEM,2,121 FITEM,2,69 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,121 FITEM,2,122 FITEM,2,123 FITEM,2,79 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,123 FITEM,2,124 FITEM,2,125 FITEM,2,87 AL,P51X APLOT FLST,3,3,3,ORDE,3 FITEM,3,7 FITEM,3,14 FITEM,3,21 KGEN,2,P51X,,,-300,,,,0 LPLOT LSTR,7,71 LSTR,14,72 LSTR,21,73 LSTR,71,72 LSTR,72,73 FLST,2,4,4 FITEM,2,15 FITEM,2,126 FITEM,2,129 FITEM,2,127 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,28 FITEM,2,127 FITEM,2,130 FITEM,2,128 AL,P51X APLOT FLST,3,3,3,ORDE,2 FITEM,3,71 FITEM,3,-73 KGEN,2,P51X,,,0,-1,,,0

!Hiển thị tất cả các mặt đã tạo

!Hiển thị tất cả các mặt đã tạo

304

LSTR,71,74 LSTR,74,75 LSTR,72,75 LSTR,75,76 LSTR,76,73 FLST,2,4,4 FITEM,2,131 FITEM,2,129 FITEM,2,133 FITEM,2,132 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,133 FITEM,2,130 FITEM,2,135 FITEM,2,134 AL,P51X NUMMRG,ALL,,,,LOW SAVE

!Bảo lưu mô hình hình học

Hình 7-28 Mô hình hình học ½ cửa van (5) Phân chia mạng lưới phần tử ESIZE,100 TYPE,1 MAT,1 REAL,1 ESYS,0 SECNUM, CM,_Y,AREA ASEL,,,,22 CM,_Y1,AREA CHKMSH,`AREA` 305

CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 APLOT FLST,5,12,5,ORDE,4 FITEM,5,13 FITEM,5,-16 FITEM,5,35 FITEM,5,-42 CM,_Y,AREA ASEL,,,,P51X CM,_Y1,AREA CHKMSH,`AREA` CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 APLOT TYPE,1 MAT,2 REAL,2 ESYS,0 SECNUM, FLST,5,12,5,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,-12 CM,_Y,AREA ASEL,,,,P51X CM,_Y1,AREA CHKMSH,`AREA` CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 TYPE,1 MAT,1 REAL,3 ESYS,0 SECNUM, FLST,5,60,5,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,-60 CM,_Y,AREA 306

ASEL,,,,P51X CM,_Y1,AREA CHKMSH,’AREA’ CMSEL,S,_Y AMESH,_Y2 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 (6) Nhập yêu cầu tính toán /SOL ANTYPE,0 CSYS,0 (7) Gán điều kiện ràng buộc FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,41 FITEM,2,-42 /GO DA,P51X,UX, FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,41 FITEM,2,-42 /GO DA,P51X,UY, FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,41 FITEM,2,-42 /GO DA,P51X,UZ, FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,41 FITEM,2,-42 /GO DA,P51X,ROTX, FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,41 FITEM,2,-42 /GO DA,P51X,ROTY, FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,21 FITEM,2,34 /GO DL,P51X,,UY, FLST,2,3,5,ORDE,3 FITEM,2,45 FITEM,2,48 FITEM,2,51

!Lựa chọn loại hình phân tích tĩnh !Chuyển về toạ độ Đề các

307

DA,P51X,SYMM FLST,2,4,4,ORDE,4 FITEM,2,9 FITEM,2,-10 FITEM,2,126 FITEM,2,131 DL,P51X,,SYMM ACEL,0,9.8,0, FLST,5,12,5,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,-12 ASEL,S,,,P51X CM,PRES,AREA ALLSEL,ALL SFGRAD,PRES,0,Y,-5590.45,-9.8E-6, CMSEL,S,PRES FLST,2,12,5,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-12 SFA,P51X,1,PRES,0.098 ALLSEL,ALL (8) Giải SOLVE FINISH (9) Xử lý kết quả /POST1 /GLINE,1,-1 /COLOR,SMIN,DGRA /COLOR,CNTR,MRED,1 /COLOR,CNTR,CBLU,2 /COLOR,CNTR,CYAN,3 /COLOR,CNTR,GCYA,4 /COLOR,CNTR,GREE,5 /COLOR,CNTR,YGRE,6 /COLOR,CNTR,YELL,7 /COLOR,CNTR,ORAN,8 /COLOR,CNTR,RED,9 /COLOR,SMAX,DGRA /EXPAND,2,RECT,HALF,,,0.00001 PLNSOL,S,EQV,0,1.0 PLNSOL,U,SUM,0,1.0 /GLINE,1,0 ESEL,S,REAL,,1 PLNSOL,S,EQV,0,1.0 PLNSOL,U,SUM,0,1.0 PLNSOL,S,X,0,1.0 PLNSOL,S,Y,0,1.0 308

PLNSOL,S,Z,0,1.0 PLNSOL,S,XY,0,1.0 PLNSOL,S,YZ,0,1.0 PLNSOL,S,XZ,0,1.0 ESEL,S,REAL,,2 PLNSOL,S,EQV,0,1.0 PLNSOL,U,SUM,0,1.0 PLNSOL,S,X,0,1.0 PLNSOL,S,Y,0,1.0 PLNSOL,S,Z,0,1.0 PLNSOL,S,XY,0,1.0 PLNSOL,S,YZ,0,1.0 PLNSOL,S,XZ,0,1.0 ESEL,S,REAL,,3 PLNSOL,S,EQV,0,1.0 PLNSOL,U,SUM,0,1.0 PLNSOL,S,X,0,1.0 PLNSOL,S,Y,0,1.0 PLNSOL,S,Z,0,1.0 PLNSOL,S,XY,0,1.0 PLNSOL,S,YZ,0,1.0 PLNSOL,S,XZ,0,1.0 FLST,2,34,1 FITEM,2,1572 FITEM,2,1621 FITEM,2,1639 FITEM,2,1648 FITEM,2,1666 FITEM,2,1684 FITEM,2,1693 FITEM,2,1702 FITEM,2,1752 FITEM,2,1770 FITEM,2,1788 FITEM,2,1806 FITEM,2,1824 FITEM,2,1842 FITEM,2,1860 FITEM,2,1869 FITEM,2,1928 FITEM,2,1946 FITEM,2,1964 FITEM,2,1973 FITEM,2,2000 FITEM,2,2009 FITEM,2,2027 FITEM,2,2036

!Lựa chọn điểm trên mặt đối xứng

309

FITEM,2,2045 FITEM,2,1904 FITEM,2,2103 FITEM,2,2112 FITEM,2,2130 FITEM,2,2148 FITEM,2,2166 FITEM,2,2175 FITEM,2,2075 FITEM,2,2187 PATH,CENTER1,34,30,20, PPATH,P51X,1! PATH,STAT AVPRIN,0,, PDEF,SEQV1,S,EQV,AVG /PBC,PATH,,0 PLPATH,SEQV1 AVPRIN,0,, PDEF,USUM,U,SUM,AVG /PBC,PATH,,0 PLPATH,USUM

5. PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG ĐẬP VÒM ĐÁ XÂY 5.1 Miêu tả vấn đề Một đập vòm trọng lực cong một chiều bằng đá xây cao 55.5m, bề rộng đỉnh đập 5m, bề rộng đáy đập 16m, chiều dài đỉnh đập 115.65m. Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đập và nền như sau: vật liệu đá xây có mô đun đàn hồi E=1e7kN/m 2, hệ số Poisson =0.25, dung trọng =23kN/m3; nền đá có mô đun đàn hồi E=0.8e7kN/m2, hệ số Poisson =0.21. Phân tích ứng suất biến dạng của đập dưới tác dụng của trọng lượng bản thân đập, áp lực nước thượng hạ lưu và áp lực bùn cát.

Hình 7-29 Mô hình phần tử hữu hạn

310

Hình 7-30 Kết quả tính toán chuyển vị và ứng suất 5.2 Tham khảo phương thức mệnh lệnh như dưới đây FINI /CLEAR,START /FILNAME,ARCHDAM,1 /PLOPTS,DATE,0 /TRIAD,LBOT /VIEW,1,1,1,1 /VUP,1,Z *AFUN,DEG Z_UP=53 Z_DOWN=0 Z_SAND=38 DENS_SAND=0.6 ANG_FRI=16 LAYER_NUM=8 *DIM,ELEVATION,ARRAY,LAYER_NUM *DIM,T_ARCH,ARRAY,LAYER_NUM *DIM,ARCH_RAD,ARRAY,LAYER_NUM,2 *DIM,RAD_CEN,ARRAY,LAYER_NUM *DIM,ARCH_ANGLE,ARRAY,LAYER_NUM,2 ELEVATION(1)=55.5,47,39,29,24,19,9,0 H_DAM=ELEVATION(1)-ELEVATION(LAYER_NUM) T_ARCH(1)=5.00,6.68,8.27,10.25,11.24,12.23,14.22,16.00 ARCH_RAD(1,1)=68.00,68.00,68.00,68.00,68.00,68.00,68.00,68.00 *VOPER,ARCH_RAD(1,2),ARCH_RAD(1,1),SUB,T_ARCH(1) RAD_CEN(1)=68.00,68.00,68.00,68.00,68.00,68.00,68.00,68.00 ARCH_ANGLE(1,1)=-47.72,-46.36,-45.06,-43.36,-41.88,-40.38,-37.32,-34.48 ARCH_ANGLE(1,2)=49.73,47.13,44.68,41.57,40.44,39.29,36.92,35.72 W_DAM1=-ARCH_RAD(1,1)*SIN(ARCH_ANGLE(1,1)) W_DAM2=ARCH_RAD(1,1)*SIN(ARCH_ANGLE(1,2)) LOCAL,11,1,0,RAD_CEN(1),ELEVATION(1),-90 *DIM,TEMPUP,TABLE,LAYER_NUM *DIM,TEMPDOWN,TABLE,LAYER_NUM *DIM,T2_ARCH,TABLE,LAYER_NUM 311

*DIM,Y_RAD,TABLE,LAYER_NUM *DIM,RADUP,TABLE,LAYER_NUM TEMPUP(1)=-8.84,-7.30,-5.66,-4.94,-4.99,-5.17,-5.73,-6.25 TEMPUP(1,0)=0,6,14,24,29,34,44,53 TEMPDOWN(1)=-8.84,-8.21,-7.36,-6.32,-5.86,-5.45,-4.72,-6.71 TEMPDOWN(1,0)=0,6,14,24,29,34,44,53 T2_ARCH(1)=5.00,6.68,8.27,10.25,11.24,12.23,14.22,16.00 T2_ARCH(1,0)=0,6,14,24,29,34,44,53 Y_RAD(1)=68.00,68.00,68.00,68.00,68.00,68.00,68.00,68.00 Y_RAD(1,0)=0,6,14,24,29,34,44,53 RADUP(1)=68.00,68.00,68.00,68.00,68.00,68.00,68.00,68.00 RADUP(1,0)=0,6,14,24,29,34,44,53 CSYS,0 !/PNUM,KP,1 !/PNUM,LINE,1 /PREP7 KNN=0 *DO,II,1,LAYER_NUM PX1=ARCH_RAD(II,1)*SIN(ARCH_ANGLE(II,1)) PY1=RAD_CEN(II)-ARCH_RAD(II,1)*COS(ARCH_ANGLE(II,1)) PX2=ARCH_RAD(II,1)*SIN(ARCH_ANGLE(II,2)) PY2=RAD_CEN(II)-ARCH_RAD(II,1)*COS(ARCH_ANGLE(II,2)) K,KNN+1,PX1, PY1,ELEVATION(II) K,KNN+2,0,RAD_CEN(II)-ARCH_RAD(II,1),ELEVATION(II) K,KNN+3,PX2, PY2,ELEVATION(II) PX3=ARCH_RAD(II,2)*SIN(ARCH_ANGLE(II,1)) PY3=RAD_CEN(II)-ARCH_RAD(II,2)*COS(ARCH_ANGLE(II,1)) PX4=ARCH_RAD(II,2)*SIN(ARCH_ANGLE(II,2)) PY4=RAD_CEN(II)-ARCH_RAD(II,2)*COS(ARCH_ANGLE(II,2)) K,KNN+4,PX3, PY3,ELEVATION(II) K,KNN+5,0,RAD_CEN(II)-ARCH_RAD(II,2),ELEVATION(II) K,KNN+6,PX4, PY4,ELEVATION(II) KNN=6*II *ENDDO LARC,1,3,2 *REPEAT,LAYER_NUM*2,3,3,3 L,1,4 *REPEAT,LAYER_NUM,6,6 L,3,6 *REPEAT,LAYER_NUM,6,6 ASKIN,1,3,5,7,9,11,13,15 ASKIN,2,4,6,8,10,12,14,16 ASKIN,17,18,19,20,21,22,23,24 ASKIN,25,26,27,28,29,30,31,32 312

AL,1,17,2,25 AL,15,24,16,32 VA,6,1,3,2,4,5 ASEL,S,AREA,,4 VEXT,ALL,,,4*H_DAM ASEL,S,AREA,,3 VEXT,ALL,,,-4*H_DAM ALLSEL ASEL,S,LOC,Z,ELEVATION(LAYER_NUM)-1,ELEVATION(LAYER_NUM)+1 VEXT,ALL,,,,,-NINT(H_DAM /10)*10 ASEL,S,AREA,,10,20,5 ASEL,A,AREA,,23,27,4 VEXT,ALL,,,,4*H_DAM ASEL,S,AREA,,8,18,5 ASEL,A,AREA,,25,29,4 VEXT,ALL,,,,-4*H_DAM ALLSEL,ALL SAVE WPROTA,,90 WPOFFS,,,NINT(H_DAM*1.5/10)*10 VSBW,ALL,,DELETE VSEL,S,LOC,Y,-200,-H_DAM*1.4 VDEL,ALL,,,1 VSEL,ALL WPOFFS,,,-NINT(H_DAM*3.5/10)*10 VSBW,ALL,,DELETE VSEL,S,LOC,Y,NINT(H_DAM*2/10)*10,NINT(H_DAM*2/10)*100 VDEL,ALL,,,1 VSEL,ALL WPCSYS,,0 WPROTA,,,90 WPOFFS,,,NINT((W_DAM2+H_DAM)/10)*10 VSBW,ALL,,DELETE VSEL,S,LOC,X,NINT((W_DAM2+H_DAM)/10)*10,NINT((W_DAM2+H_DAM)/10)*50 VDEL,ALL,,,1 VSEL,ALL WPOFFS,,,-NINT((W_DAM2+W_DAM1+2*H_DAM)/10)*10 VSBW,ALL,,DELETE VSEL,S,LOC,X,-NINT((W_DAM1+H_DAM)/10)*50,NINT((W_DAM1+H_DAM)/10)*10 VDEL,ALL,,,1 WPCSYS,,0 VSEL,ALL SAVE 313

*DO,II,LAYER_NUM,3,-1 WPOFFS,,,ELEVATION(II-1)-ELEVATION(II) VSBW,ALL,,DELETE *ENDDO WPCSYS,,0 ALLSEL WPROTA,,,90 VSBW,ALL,,DELETE WPCSYS,,0 NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL PX1=ARCH_RAD(1,1)*SIN(ARCH_ANGLE(1,1)) PX2=ARCH_RAD(1,1)*SIN(ARCH_ANGLE(1,2)) VSEL,S,LOC,X,PX1,PX2 VSEL,R,LOC,Z,ELEVATION(LAYER_NUM),ELEVATION(1) CM,DAM,VOLU VSEL,INVE CM,BEDROCK,VOLU ALLSEL CMSEL,S,DAM VSEL,R,LOC,Z,ELEVATION(1)-0.1,ELEVATION(2)+0.1 /VIEW,1,1,1,1 VPLOT W_WEIR=8 NUM_WEIR=5 W_WALL=2.5 WPOFFS,,,ELEVATION(1)-ELEVATION(LAYER_NUM) WPOFFS,,RAD_CEN(1) WPROTA,,,90 *AFUN,RAD PI=2*ACOS(0) SITTA1=(W_WEIR*NUM_WEIR+W_WALL*(NUM_WEIR+1))/68*180/PI SITTA2=W_WEIR/ARCH_RAD(1,1)*180/PI SITTA3=W_WALL/ARCH_RAD(1,1)*180/PI WPROTA,,-SITTA1/2 VSBW,ALL,,DELETE *DO,II,1,NUM_WEIR WPROTA,,SITTA3 VSBW,ALL,,DELETE WPROTA,,SITTA2 VSBW,ALL,,DELETE *ENDDO WPROTA,,SITTA3 VSBW,ALL,,DELETE 314

SAVE CMSEL,S,BEDROCK VSEL,INVE VSEL,R,LOC,Z,ELEVATION(1),ELEVATION(2) CSYS,11 VSEL,R,LOC,Y,-SITTA1/2,SITTA1/2 CM,YLYY,VOLU *DO,II,1,NUM_WEIR CMSEL,S,YLYY VSEL,R,LOC,Y,-SITTA1/2+II*SITTA3+(II-1)*SITTA2,-SITTA1/2+II*SITTA3+II*SITTA2 VDEL,ALL,,,1,,,1 *ENDDO CSYS,0 CMSEL,S,BEDROCK VSEL,INVE CM,DAM,VOLU CMSEL,S,DAM VSEL,R,LOC,Z,ELEVATION(1),ELEVATION(2) CSYS,11 VSEL,R,LOC,Y,-SITTA1/2,SITTA1/2, CM,ZHADUN,VOLU CSYS,0 WPCSYS,,0 VSEL,ALL NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL SAVE ET,1,SOLID95 MP,EX,1,1E7 MP,NUXY,1,0.25 MP,DENS,1,23 MP,ALPX,1,0.7E-5 MP,REFT,1,0 MP,EX,2,0.8E7 MP,NUXY,2,0.21 MP,ALPX,2,0.0 MP,REFT,2,0 CMSEL,S,DAM CMSEL,U,ZHADUN ASLV,S LSLA,S *AFUN,DEG PX1=ARCH_RAD(1,1)*SIN(ARCH_ANGLE(1,1)) 315

PX2=ARCH_RAD(1,1)*SIN(ARCH_ANGLE(1,2)) PX3=ARCH_RAD(LAYER_NUM,2)*SIN(ARCH_ANGLE(LAYER_NUM,1)) PX4=ARCH_RAD(LAYER_NUM,2)*SIN(ARCH_ANGLE(LAYER_NUM,2)) LSEL,U,LOC,X,PX3,PX1 LSEL,U,LOC,X,PX4,PX2 LSEL,U,LOC,X,0 LSEL,U,LOC,Z,ELEVATION(1),ELEVATION(2) LESIZE,ALL, , ,20, CM,LTEMP1,LINE CSYS,0 CMSEL,S,DAM ASLV,S LSLA,S CMSEL,U,LTEMP1 CM,LTEMP2,LINE LSEL,U,LENGTH,,T_ARCH(LAYER_NUM)+0.1,1000 LSEL,R,TAN1,Z CSYS,11 LSEL,U,LOC,X,ARCH_RAD(1,1) LSEL,U,LOC,X,ARCH_RAD(1,1)-T_ARCH(1) LSEL,U,LOC,X,ARCH_RAD(1,1)-T_ARCH(2) CSYS,0 CM,LTEMP3,LINE LESIZE,ALL, , ,5, ALLSEL CMSEL,S,LTEMP2 CMSEL,U,LTEMP3 LSEL,U,TAN1,Z CM,LTEMP4,LINE LESIZE,ALL, , ,3, CMSEL,S,DAM CMSEL,U,ZHADUN ASLV,S LSLA,S LSEL,R,LOC,Z,ELEVATION(1),ELEVATION(2) CSYS,11 LSEL,U,LOC,Y,-SITTA1/2-1,SITTA1/2+1 LSEL,U,LENGTH,,0,T_ARCH(1)+0.1 CSYS,0 CMSEL,U,LTEMP3 CMSEL,U,LTEMP4 LESIZE,ALL, , ,10, CM,LTEMP5,LINE

316

CMSEL,S,DAM CMSEL,U,ZHADUN ASLV,S LSLA,S LSEL,R,LOC,Z,ELEVATION(1),ELEVATION(2) CMSEL,U,LTEMP3 CMSEL,U,LTEMP4 CMSEL,U,LTEMP5 LSEL,U,LENGTH,,0,3 CM,LTEMP6,LINE LESIZE,ALL, , ,4, CSYS,0 ALLSEL MSHAPE,0 CMSEL,S,DAM VSWEEP,ALL SAVE CMSEL,S,BEDROCK ASLV,S LSLA,S LSEL,U,TAN1,X LSEL,U,LOC,X,PX2,PX1 CM,LTEMP7,LINE LESIZE,ALL, , ,5,, , , ,1 CMSEL,S,BEDROCK ASLV,S LSLA,S LSEL,U,TAN1,Y PY4=RAD_CEN(LAYER_NUM) ARCH_RAD(LAYER_NUM,2)*COS(ARCH_ANGLE(LAYER_NUM,2))+20 LSEL,U,LOC,Y,-10,PY4 CM,LTEMP8,LINE LESIZE,ALL, , ,6,4, , , ,1 CMSEL,S,BEDROCK ASLV,S LSLA,S LSEL,U,TAN1,Z LSEL,R,LOC,Z,ELEVATION(LAYER_NUM),ELEVATION(LAYER_NUM)-200 LESIZE,ALL, , ,5,5, , , ,1 CMSEL,S,BEDROCK ASLV,S LSLA,S 317

LSEL,U,TAN1,Z LSEL,R,LOC,Z,ELEVATION(1),ELEVATION(LAYER_NUM) LESIZE,ALL, , ,3, CMSEL,S,BEDROCK ASLV,S LSLA,S LSEL,R,LOC,Z,-50,-1000 LSEL,R,LOC,Y,-10,PY4 CSYS,11 LSEL,U,LOC,X,ARCH_RAD(1,1) LSEL,U,LOC,X,ARCH_RAD(1,1)-T_ARCH(LAYER_NUM) CSYS,0 LSEL,R,LENGTH,,T_ARCH(LAYER_NUM)-5,T_ARCH(LAYER_NUM)+3, LESIZE,ALL, , ,5, CSYS,0 CMSEL,S,BEDROCK ASLV,S LSLA,S LSEL,R,LOC,Z,ELEVATION(LAYER_NUM)-50,ELEVATION(LAYER_NUM)-1000 LSEL,R,LOC,X,PX2,PX1 LESIZE,ALL, , ,20, CMSEL,S,BEDROCK MAT,2 VMESH,ALL ALLSEL NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL SAVE FINI /SOLU *GET,NXMAX,NODE,,MXLOC,X *GET,NXMIN,NODE,,MNLOC,X *GET,NYMAX,NODE,,MXLOC,Y *GET,NYMIN,NODE,,MNLOC,Y *GET,NZMIN,NODE,,MNLOC,Z NSEL,S,LOC,X,NXMAX NSEL,A,LOC,X,NXMIN D,ALL,UX,0 NSEL,S,LOC,Y,NYMAX NSEL,A,LOC,Y,NYMIN D,ALL,UY,0 NSEL,S,LOC,Z,NZMIN 318

D,ALL,ALL,0 NSEL,ALL ALLSEL CMSEL,S,DAM CMSEL,U,ZHADUN ASLV,S CSYS,11 ASEL,R,LOC,X,ARCH_RAD(1,1)-0.1,ARCH_RAD(1,1)+0.1 NSLA,S,1 CM,N_DAMUP,NODE CSYS,0 ALLSEL CMSEL,S,DAM ASLV,S ASEL,R,EXT LSLA,S LSEL,R,LOC,X,0 LSEL,U,LOC,Y,-0.1,0.1 LSEL,U,LOC,Z,ELEVATION(2) LSEL,U,LOC,Z,ELEVATION(LAYER_NUM) ASLL,S ASEL,U,LOC,X,0 LSLA,S NSLA,S,1 CM,N_DAMDOWN,NODE ALLSEL CMSEL,S,YLYY ASLV,S CSYS,11 ASEL,R,LOC,X,ARCH_RAD(1,1)-0.1,ARCH_RAD(1,1)+0.1 ASEL,U,,,291,326,326-291 NSLA,S,1 CM,N_ZHADUN1,NODE ASEL,S,,,291,326,326-291 NSLA,S,1 CM,N_ZHADUN2,NODE CSYS,0 *IF,Z_UP,NE,ELEVATION(LAYER_NUM),THEN CMSEL,S,N_DAMUP NSEL,R,LOC,Z,0,Z_UP /PSF,PRES,NORM,2,0.1 SFGRAD, PRES, 0, Z, 0,-9.81 SF,ALL,PRESS,Z_UP*9.81 319

*ENDIF *IF,Z_UP,GT,ELEVATION(2),THEN CMSEL,S,N_ZHADUN1 NSEL,R,LOC,Z,ELEVATION(2),Z_UP SFGRAD, PRES, 0, Z, 0,-(W_WEIR+W_WALL)/W_WALL*9.81 SF,ALL,PRESS,Z_UP*(W_WEIR+W_WALL)/W_WALL*9.81 CMSEL,S,N_ZHADUN2 NSEL,R,LOC,Z,ELEVATION(2),Z_UP SFGRAD, PRES, 0, Z, 0,-(W_WEIR/2+W_WALL)/W_WALL*9.81 SF,ALL,PRESS,Z_UP*(W_WEIR/2+W_WALL)/W_WALL*9.81 *ENDIF *IF,Z_SAND,GT,ELEVATION(LAYER_NUM),THEN SFCUM,PRES,ADD CMSEL,S,N_DAMUP NSEL,R,LOC,Z,0,Z_SAND *AFUN,DEG SAND_GRADS=DENS_SAND*(TAN(45-ANG_FRI/2))**2*9.81 SFGRAD, PRES, 0, Z, 0,-SAND_GRADS SF,ALL,PRESS,Z_SAND*SAND_GRADS SFCUM,PRES,REPL *ENDIF ALLSEL *IF,Z_DOWN,NE,ELEVATION(LAYER_NUM),THEN CMSEL,S,N_DAMDOWN NSEL,R,LOC,Z,0,Z_DOWN SFGRAD, PRES, 0, Z, 0,-9.81 SF,ALL,PRESS,Z_DOWN*9.81 *ENDIF ALLSEL ACEL,0,0,1 SAVE CMSEL,S,DAM NSLV,S,1 *GET,NCOUNT_DAM, NODE,, COUNT *GET,NMIN_DAM, NODE,,NUM,MIN TUNIF,0, TREF,0, NTT=NMIN_DAM *DO,II,1,NCOUNT_DAM Z_NTT=NZ(NTT) !Z Z_TEMP=ELEVATION(1)-Z_NTT TL_ARCH=T2_ARCH(Z_TEMP) 320

CSYS,11 X_NTT=NX(NTT) CSYS,0 RAD0=Y_RAD(Z_TEMP) RAD1=RADUP(Z_TEMP) LXUP=RAD_CEN(1)-RAD0+RAD1-X_NTT TTT1=TEMPUP(Z_TEMP) TTT2=TEMPDOWN(Z_TEMP) TTT=TTT1+(TTT2-TTT1)/TL_ARCH*LXUP BF,NTT,TEMP,TTT *IF,II,LT,NCOUNT_DAM,THEN NTT=NDNEXT(NTT) *ENDIF *ENDDO ALLSEL SAVE EQSLV,PCG,1E-8 SOLVE SAVE FINI

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ANSYS 11.0 土木工程有限元分析典型范例 - 电子工业出版社 2007 [2] ANSYS 土木工程应用实例(第二版) - 中国水利水电出版社 2007 [3] ANSYS 工程分析进阶实例- 中国水利水电出版社 2006 [4] ANSYS 在土木工程中的应用 - 人民邮电出版社 2005 [5] APDL 参数化有限元分析技术及其应用实例- 中国水利水电出版社 2004

321