Tài liệu ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PCACOL KIỂM TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA TRỤ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG GVHD : PHẠM TUẤN LÊ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PCA-COULUMN KIỂM TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA TRỤ I. Giới thiệu phần mềm PCA 1. Giới thiệu Phần mềm PCA là phần mềm dùng để kiểm toán khả chịu lực tiết diện của cột . kiểm toán khả năng chịu lực của trụ cầu . Trong PCA người dùng có thể thiết lập các dạng mặt cắt khác nhau như mặt cắt chữ nhật , mặt cắt hình tròn, những dạng mặt cắt đặc biệt khác bằng cách khai báo hệ tọa độ .... các vật liệu trong PCA cho phép khai báo là bê tông và thép . Ngoài ra người dùng có thể kiểm toán theo các trạng thái giới hạn khác nhau với các tổ hợp tải trọng khác nhau .phần mềm này thiết kế dựa trên tiêu chuẩn ACI Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-02) Phần mềm PCA là phần mềm được thiết kế bởi công ty StructurePoint chuyên thiết kế những phần mềm ứng dụng tính toán kết cấu và nhóm kĩ sư phần mềm của hiệp hội xi măng Portland nước MĨ ( pcaStructurePoint and the Engineering Software Group of the Portland Cement Association.) 2. Phương pháp tính Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép là yếu tố cơ bản đảm bảo sự làm việc chung của hai loại vật liệu . Cốt thép và bê tông cùng biến dạng với nhau và có sự truyền lực qua lại giữa chúng Biến dạng bê tông trong bê tông cốt thép theo trục tọa độ Biến dạng lớn nhất trong bê tông là 0.003 Theo tiêu chuẩn ACI ứng suất nén lớn nhất là fc là 0.85fc’theo CSA fc được tính như sau fc=(0.85-0.0025fc’)fc’>0.67fc’ fc’ tính theo Mpa TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG GVHD : PHẠM TUẤN LÊ II, Hướng dẫn sử dụng PCA Bước 1: Khai báo hệ trục tọa độ: Vào Input > General > Information xuất hiện hộp thoại Trong tab General information: *Điền đầy đủ thông tin vào trong các ô: - Project: tên chương trình cần tính toán - Column: tên cột - Engineer: Tên kỹ sư thiết kế *Tiếp đến tích vào ô để lựa chọn các hệ tọa độ: +Trong unit ta lựa chọn 1 trong 2 toạ độ - English: theo đơn vị của Anh - Metric: theo đơn vị tiêu chuẩn. +Trong run axis ta lựa chọn hệ trục toạ độ để tính toán gồm: - About X-axis: theo trục X - About Y-axis: theo trục Y - Biaxial : theo cả 2 trục X-Y Trong bảng lựa chọn chế độ chạy run opotion ta lựa chọn - Investigation: Theo máy tính toán - Design : Theo sự thiết kế của ta TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG GVHD : PHẠM TUẤN LÊ Bước 2: Khai báo vật liệu Input > Material properties xuất hiện hộp thoại *Khai báo các chỉ tiêu của Concrete ( Betong) trong cột cần tính toán gồm: -Strength, f’c: Cường độ chịu nén - Elasticity, Ec : Modul đàn hồi - Max stress, fc: Ứng suất lớn nhất phá hoại betong - beta(1): Hệ số - Untimate strain: Tỷ số biến dạng betong và thép *Khai báo các chỉ tiêu của Reinforcing steel ( Cốt thép ) trong cột cần tính toán gồm: - Strength, fy: cường độ chịu kéo - Elasticity, Ey: Modul đàn hồi của thép Nhấn OK để chấp nhận các số liệu đã nhập TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG GVHD : PHẠM TUẤN LÊ Bước 3: Khai báo tiết diện ngang của cột: input > section Xuất hiện các loại tiết diện để chọn như sau: Rectangular: Hình chữ nhật Circular : Hình tròn Irregular :Tự tạo tiết diện Bước 4: Khai báo cốt thép input > reinforcement Xuất hiện các lựa chọn gồm: -All Sides Equal… : Khai báo theo cột tròn hoặc vuông -Equal Spacing… : Khai báo lớp bảo vệ -Sides Different… : Khai báo các vị trí khác nhau của thép -Irregular Pattern…: Khai báo theo tọa độ cốt thép -Confinement… : Khai báo cốt đai TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG GVHD : PHẠM TUẤN LÊ 4.1: Khai báo cốt thép theo mặt cắt định Hình: No, of bars: Số thanh thép chủ Bar size : Kích thước của thép chủ Clear cover : Lớp bảo vệ Trong phần bar layout: Loại tiết diện thanh thép Rectangular: Hình chữ nhật Circular : Hình tròn 4.2: Equal Spacing: Khai báo theo khoảng cách thanh thép No, of bars : Số thanh thép chủ Bar size : Kích thước của thép chủ Clear cover : Lớp bảo vệ 4.3: Sides Diffirent: Khai báo theo vị trí khác nhau đã mặc định sẵn No, of bar : điền vị trí của các thanh thép tại các vị trí tương đối đã mặc định sẵn: Top (trên), Bottom ( dưới), Left (trái) , Right (phải) Tương tự thực hiện với kích thước các thanh thép ở ô (bar size) và bề dày lớp bảo vệ TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 5 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG GVHD : PHẠM TUẤN LÊ 4.4: Khai báo nhiều tọa độ theo mẫu có sẵn Irregular Reinforcement Pattern Area : Nhập diện tích cốt thép X-Coord : tọa độ X Y-Coord : tọa độ Y sau đó ta nhấn Insert để thêm Đối tượng thép vào TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 6 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG GVHD : PHẠM TUẤN LÊ 4.5: Khai báo cốt đai (Confinement) Trong đó: Confinement : Kiểu cốt đai Tie Sizes : Ta nhập kích thước cốt đai Bước 5: Khai báo tải trọng Input > Loads Xuất hiện các loại lực để chọn Bước 6: chọn tiêu chuẩn tính toán TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 7 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG GVHD : PHẠM TUẤN LÊ Opotion > Rebar Database Trong Bar Set : ta chọn ASTM A615M Để máy tính theo tiêu chuẩn ASSHTO Bước 7: Chạy chương trình Vào Slove > Execute hoặc nhấn phím F5 để chạy chương trình TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 8 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG GVHD : PHẠM TUẤN LÊ MỘT VÀI VÍ DỤ TÍNH TOÁN KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỘT 1.Kiểm tra khả năng chịu lực của cột: Ví dụ 1 Cho cột tĩnh định có tiết diện như hình vẽ vật liệu:Bêtông B25;Cốt thép AII;chiều dài tính toán l0 = 4m; My=100KNm N=1000KN Mx=20KNm 2Ø20 400 2Ø28 30 30 500 A.Tính toán theo tiêu chuẩn 272-05 Thông số vật liệu:    Bêtông B25 có f’c=14,5Mpa=14,5x103 KN/m2 Cốt thép AII có fy=280Mpa=280x103 KN/m2 Diện tích tiết diện bêtông Ag=0,4x0,5=0,2(m2) TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 9 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG GVHD : PHẠM TUẤN LÊ  Diện tích cốt thép dọc Ast=2mm2)=0,00186(m2)  s Hàm lượng cốt thép:  t  A  0.2  0.0093 g Hiệu ứng độ mảnh:với cột ngàm có K=0,75 ; l0 = 4m;bán kính quán tính  A r=0,283m => Kl r  0.00186 0,75  4  10,6  22 0,283 => Bỏ qua hiệu ứng độ mảnh Ta có P = 1000KN > 0,1. .f’c . Ag =0,1x0,8x14,5x103x(0,4x0,5)=232 KN  Do vậy theo tiêu chuẩn 272-05 ta có sức kháng dọc trục tính toán như sau:  1 1 1 1    Prxy Prx Pry P0 Trong đó P0 = 0,85 f’c (Ag-Ast)+ Ast fy = 1,0x[ 0,85x14,5x103 x (0,2-0,00186)+0,00186x280x103 ] =2962.88(KN)  lực kháng nén dọc trục theo phương x Độ lệch tâm theo phương x: M 20 ex  u x   0.02(m) Pu 1000 Tra bảng phụ thuộc độ lệch tâm ex và hàm lượng cốt thép ta có sức kháng nén dọc trục theo phương x la Prx = 2450KN) Cốt thép chịu nén theo phương x: Ast = mm2 =0.00093(m2) ð sức kháng dọc trục theo phương x không lớn hơn giá trị sau Prx=1,0 x (0,8[0,85f’c(Ag-Ast)+ Ast fy]) = 1,0 x(0,8[ 0,85x14,5x103 x (0,2-0,00093)+0,00093x280x103 ]) =2171,15(KN) Vậy Prx = min(2450;2171,15)=2171.15KN  lực kháng nén dọc trục theo phương y Độ lệch tâm theo phương y Mu y 100 ey    0.1(m) Pu 1000 Tra bảng phụ thuộc độ lệch tâm eyvà hàm lượng cốt thép ta có sức kháng nén dọc trục theo phương y la Pry = 2780(KN) Cốt thép chịu nén theo phương y: Ast = mm2 =0.001232(m2) ð sức kháng dọc trục theo phương y không lớn hơn giá trị sau : Pry=1,0 x (0,8[0,85f’c(Ag-Ast)+ Ast fy]) = 1,0 x(0,8[ 0,85x14,5x103 x (0,2-0,001232)+0,001232x280x103 ]) =2235,82(KN) Vậy Pry = min(2780;2235,82)=2235,82 KN TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG  => GVHD : PHẠM TUẤN LÊ 1 1 1 1 1 1 1        5,7034  10  4 Prxy Prx Pry P0 2171,15 2235,82 2962,88 => Prxy = 1753,4(KN) > Pu = 1000KN vậy cột đủ khả năng chịu lực B. Kiểm tra lại bẳng phần mềm PCA column: Vào giao diện của phần mềm PCA rồi thực hiện theo các bước sau: Bước 1: khai báo chung: chọn input ---> general information , Sau đó điền các thông số như hình vẽ sau : Trong đó đơn vị để hệ met (unit – metric) tiêu chuẩn :design code:ACI318-02 bước 2:khai báo vật liệu:input-material properties : sau đó điền các thông số vật liệu:bêtông và thép TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 11 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG GVHD : PHẠM TUẤN LÊ Bước 3: - Khai báo tiết diện cột:input >section>rectangular: width=500mm;depth=400mm - Khai báo thép :input>reforcement> irregular pattern: Điền toạ độ và diện tích thép Bước 4: khai báo nội lực tác dụng lên mặt cắt cột: TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG GVHD : PHẠM TUẤN LÊ Input>loads>factored: N=1000KN;Mx=20KNm;My=100KNm Bước 5: Tiến hành phân tích bài toán: nhấn phím F5 - Kiểm tra khả năng chịu lực dọc P=1000KN Vào view- chọn Mx-My diagram Vào mục design axial load điền giá trị P=1000KN—ok để có biểu đồ và kiểm tra khả năng chịu lực P1 của trụ 300 My (kN-m) 1 Mx (kN-m) -300 300 -300 P = 1000 kN TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG - GVHD : PHẠM TUẤN LÊ Kiểm tra khả năng chịu mômen uốn theo phương x và y Vào view - chọn P-M diagram chọn moment sau đó điền giá trị Mx=20KNm và My=100KNm Ok để xuất ra biểu đồ tương tác giữa lực dọc và mômen P ( kN) 2000 (P max) 1 -180 180 M (79°) (kN-m) (P min) -600 Kết luận Nhìn vào hai biểu đồ ta thấy cột đủ chịu lực vậy tính theo tiêu chuẩn 272-05 và sử dụng phần mềm PCA đều cho kết quả là cột đủ chịu lực ví dụ 2 thông số vật liệu bê tông B25, cốt thép AII As  316 As '  3 30 TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG GVHD : PHẠM TUẤN LÊ Lực tác dụng M=10 (T.m), N=100 (T). Cột có l=4(m)   1 3ø30 300 3ø16 500 b = 30 cm, h = 50cm . ho=50-5 = 45cm Zs=40 As  316  6.03cm 2 As '  3 30  21.21cm 2 Giả thiết lệch tâm lớn N  Rs. As  Rsc. As ' Rb.b 4 10.10  2800 x6.03  2800 x 21.21  145 x30  40.5cm x 2a’=2x5=10 (cm) => x>2a’  r .ho  0.593x 45  26.6805(cm) x   r .ho  Lệch tâm bé M 106 e0    10(cm) N 10 x104 l l ea  max( , )  16cm 600 30 h 50 e   .eo   a  1x10   5  30cm 2 2 TRẦN ĐÌNH TÙNG 3273.52 NGUYỄN TRƯỜNG GIANG 4045.52 Lớp 52CD1 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG x GVHD : PHẠM TUẤN LÊ ( N  Rsc. As ')(1   r )ho  RsAs (1   r )ho Rb.b(1   r )ho  2 RsAs (10 x104  2800 x21.21)(1  0.593) x 45  2800 x6.03(1  0.593)45  145 x30(1  0.593)45  2 x 2800 x6.03  17.22(cm) 4 6 N.e= 10.10 .30=3.10 (kg.cm) b 0 sc R b.x.(h -0.5x)+R .As’.z s =145x30x17.22x(45-0.5x17.22)+2800x21.21x40 6 =5.1.10 (kg.cm) b 0 sc  N.e - Xem thêm -