Bài giảng Tính toán kết cấu bằng SAP2000

Tr−ờng đại học thuỷ lợi
Khoa công trình
Bộ môn kết cấu công trình
=======
Tính toán kết cấu bằng
SAP2000
Phần I
Kiến thức cơ bản
Bμi 1 : Mở đầu – các qui −ớc cơ bản
I. Giới thiêu:
- SAP 2000 (Structural Analysis Program) ra đời vào năm 
1998 ĐH Avenue – Mỹ.
- Các phiên bản của SAP 2000 :
- SAP 2000 dựa vào các phần tử mẫu nh−: pt thanh, pt vỏ... 
để mô tả các dạng kết cấu.
- SAP 2000 tiến hành phân tích kết cấu dựa theo ph−ơng
pháp PTHH.
- Khả năng của SAP2000:
* Tính toán xác định ứng suất – nội lực của kết cấu.
* Thiết kế KCBTCT, Kết cấu thép theo các tiêu chuẩn:
BS, ACI, AASHTO, EUROCODE, NZS. 
- Các File dữ liệu:
*.SDB : file dữ liệu chính.
*.S2k: file dữ liệu d−ới dạng text.
*.OUT, *.TXT : file dữ liệu chứa các kết quả đ−ợc xuất ra.
II. Giao diện:
- Hệ thống menu (Menu bar): 
- Hệ thống thanh công cụ ( Tool bar) : 
- Các cửa sổ hiển thị: có thể hiển thị từ 1ữ4 cửa sổ cùng một lúc.
- Thanh trạng thái + hộp đơn vị chuẩn:
III. Trinh tự giải bài toán bằng SAP2000:
1. Xác định hệ đơn vị.
2. Xây dựng các mô hinh kết cấu.
3. định nghĩa và gán các thuộc tính cho đối t−ợng:
Vật liệu - Tiết diện - điều kiện biên - Tải trọng - Tổ hợp tải trọng
4. Thực hiện tính toán ( chạy ch−ơng trinh).
5. Xem, biểu diễn, xuất kết quả.
IV. Các qui −ớc cơ bản:
1. Hệ thống đơn vị.
2. Các hệ toạ độ.
- Hệ toạ độ tổng thể (Global coordinate system): OXYZ 
- Hệ toạ độ con:
- Hệ toạ độ địa ph−ơng:
* Phần tử thanh:
* Phần tử vỏ:
* Nút:
Trục toạ độ địa ph−ơng của phần tử thanh
Trục toạ độ địa ph−ơng của phần tử vỏ
3. Bậc tự do của nút (DOF – Degree Of Freedom)
Joint
U2
U3
U1
R2
R1
R3
0: thành phần chuyển vị không bị khống chế.
1: thành phần chuyển vị bị khống chế.
Các thành phần chuyển vị 
Loại phần tử 
U1 U2 U3 R1 R2 R3 
Khung dầm phẳng (mp X-Y) 0 0 1 1 1 0 
Khung dầm phẳng (mp Y-Z) 1 0 0 0 1 1 
Khung dầm phẳng (mp Z-X) 0 1 0 1 0 1 
Khung dầm không gian 0 0 0 0 0 0 
Dàn không gian 0 0 0 1 1 1 
Hệ dầm giao nhau 1 1 0 0 0 1 
Tấm và Vỏ 0 0 0 0 0 0 
Phần tử phẳng (mp X-Y) 0 0 1 1 1 1 
Phần tử phẳng (mp Y-Z) 1 0 0 1 1 1 
Phần tử phẳng (mp Z-X) 0 1 0 1 1 1 
Phần tử khối 0 0 0 1 1 1 
V. Hệ thống kết cấu mẫu:
1. Hệ thống l−ới toạ độ
- Khai báo hệ l−ới trong hệ toạ độ
Menu File > New Model > Grid Only
- Hiệu chỉnh hệ l−ới
Menu Define > Grids > Modify
2. Các loại kết cấu mẫu
- SAP2000 có sẵn 15 loại kết cấu mẫu.
Menu File > New Model from Template
A. Công cụ xây dựng mô hinh kết cấu:
1. Nút (Joint):
- Vẽ nút:
Menu: Draw > Add special joint
- Xem thông tin về nút:
Chọn nút cần xem thông tin và click phải chuột trên nút
Bμi 2 : công cụ xây dựng hinh học
2. Phần tử thanh (Frame):
- Vẽ phần tử thanh:
Menu:Draw > draw frame element
Draw > quick draw frame element
- Xem thông tin về phần tử thanh:
Chọn phần tử thanh cần xem thông tin và click phải
chuột trên phần tử đó. 
3. Phần tử tấm vỏ (Shell):
- Vẽ phần tử tấm vỏ:
Menu: Draw > draw quard shell element 
Draw > draw rectangular shell element
Draw > quick draw shell element 
- Xem thông tin về phần tử tấm vỏ:
Chọn phần tử tấm vỏ cần xem thông tin và click phải
chuột trên phần tử đó. 
B. Quan sát vμ biểu diễn vật thể:
1. Cửa sổ làm việc:
Ta có thể cùng lúc hiển thị từ 1ữ4 cửa sổ trên màn hinh. 
Menu: Option > Windows 
2. Chế độ biểu diễn và quan sát vật thể:
- Hiển thị 3D.
- Hiển thị 2D.
- Xác lập các thông số biểu diễn vật thể.
Menu: View>Set Elements... (Ctrl+E) 
- Phóng to – Thu nhỏ – Di chuyển hinh ảnh (Menu View..)
C. Công cụ biến đổi hinh học
1. Thêm một khối từ th− viện mẫu:
Menu: Edit > Add to Model From Template 
2. Chọn đối t−ợng: 
- Chọn theo kiểu cửa sổ.
- Chọn theo đ−ờng thẳng cắt qua các đối t−ợng.
- Chọn theo nhóm.
* để huỷ chọn đối t−ợng :
Menu: Select > Deselect > ......
3. Sao chép, cắt dán, xoá, di chuyển, tạo bản sao đối t−ợng
Chọn phần tử....
Menu: Edit...
- Sao chép:
- Cắt dán:
- Xoá đối t−ợng:
- Di chuyển đối t−ợng:
- Tạo bản sao đối t−ợng:
4. Chia nhỏ phần tử: 
- Chia nhỏ phẩn tử thanh:
- Chia nhỏ phần tử tấm vỏ:
5. Nối các phần tử thanh: 
Chọn các phần tử.... 
Menu: Edit > Joint Frames
6. Thay đổi số hiệu đối t−ợng: 
Chọn các đối t−ợng cần thay đổi số hiệu (nút, thanh,tấm) 
Menu: Edit > Change Labels...
1. định nghĩa loại vật liệu:
Menu: Define > Materials 
Bμi 3 : định nghiã - gán các đặc
tr−ng vật liệu, hinh học
2. định nghĩa tiết diện (đặc tr−ng hinh học)
- Phần tử thanh (Frame)
Menu: Define > Frame Sections...
- Phần tử tấm vỏ (Shell)
Menu: Define > Shell sections > Add new section...
3. Gán tiết diện đã định nghĩa cho phần tử
- Phần tử thanh (Frame)
Chọn phần tử thanh
Menu: Assign > Frame > Sections...
- Phần tử tấm vỏ (Shell)
Chọn phần tử tấm vỏ
Menu: Assign > Shell > Sections...
1. định nghĩa tr−ờng hợp tải trọng:
- Một kết cấu có thể chịu nhiều tr−ờng hợp tải trọng.
- Sau khi tính toán ta có thể xem kết quả nội lực theo các tr−ờng
hợp tải trọng. 
Menu: Define > Static Load Cases... 
Bμi 4 : định nghiã - gán tải trọng
2. Gán tải trọng:
- Gán tải trọng cho phần tử thanh .
Chọn các phần tử thanh muốn gán tải trọng.
Menu Assign > Frame/Cable/Tendon Load.. >...
- Gán tải trọng cho nút .
Chọn các nút muốn gán tải trọng.
Menu Assign > Joint Loads > Forces.. 
- Gán tải trọng cho phần tử tấm vỏ (Shell):
Chọn các phần tử Shell muốn gán tải trọng.
Menu Assign > Area Loads.. >...
3. Tổ hợp tải trọng:
- Là sự kết hợp các tr−ờng hợp tải trọng có thể xảy ra đồng thời.
- Khai báo sau khi đã khai báo các tr−ờng hợp tải trọng. 
Menu Define > Combinations...
1. Khai báo điều kiện biên của nút :
Chọn các nút muốn khai báo điều kiện biên. 
Menu: Assign > Joint > Restraints...
2. Khai báo Joint Pattern :
- định nghĩa Joint Pattern
- Khai báo Joint Pattern
Chọn các nút muốn khai báo
Menu: Assign > Joint Patterns...
- Gán tải trọng áp lực (lên tấm vỏ) thông qua các Joint Pattern
Bμi 5 : Các định nghiã vμ khai báo khác
3. Giải phóng liên kết thanh :
Chọn thanh muốn giải phóng liên kết. 
Menu: Assign > Frame > Releases... 
4. Thiết định tính toán, xuất kết quả :
Thực hiện tr−ớc khi chay ch−ơng trinh.
Menu: Analyze > Set Analysis Options... 
5. Xem kết quả nội lực :
Chỉ xem đ−ợc sau khi đã chạy thành công bài toán
Menu: Display > Show Forces/Stresses... 
6. Xem biến dạng (chuyển vị) :
Menu: Display > Show Deformed Shape... ( F6 )