Ảnh hưởng của sự cố mất (đứt) cáp đến cầu dây văng. Hệ cáp đóng vai trò rất quan trọng cả về mặt kỹ thuật lẫn mặt kinh tế trong cầu dây văng. Đây là bộ phận có chức năng gắn chặt cắc kết cấu cầu và gánh nặng phần thân cầu, chúng truyền tải trọng từ kết cấu phần trên xuống kết cấu phần dưới. Các dây cáp duy trì cầu dây văng có thể bị đứt do va chạm do tai nạn xe hơi, thiếu bảo dưỡng trong thời gian dài hoặc kết nối bị ăn mòn quá mức. Cũng có thể xảy ra hiện tượng tương tự do nới lỏng cáp trước khi thay thế. Vì vậy, cần nghiên cứu xem một cây cầu dây văng có nhịp dài mảnh mai sẽ gây ra bất kỳ vấn đề an toàn nào vì những lý do này; đặc biệt là khi đã có những trường hợp hư hỏng thực sự về kết cấu do đứt cáp.
2.3 Ảnh hưởng cố (đứt) cáp đến cầu dây văng Các cố đứt cáp có ảnh hưởng nghiêm trọng đến kết cấu cầu, người sử dụng môi trường xung quanh Những cố đứt cáp gây tải trọng đột ngột cho kết cấu cầu dẫn đến hiệu ứng tổng thể cục bộ, thảo luận 2.3.1 Hiệu ứng tổng thê Việc thành phần mợt kết cấu trước dẫn đến sụp đổ kết cấu ảnh hưởng đến hiệu sử dụng kết cấu, hai điều đều ảnh hưởng đến tồn cầu dây văng Ngồi ra, chu kỳ dao đợng cầu dây văng nhỏ nên làm cho kiện có khoảng thời gian xảy đứt gãy lớn ảnh hưởng đến phản ứng cầu Với một đứt gãy tức thời cho kịch tồi tệ khiến kết cấu cầu rung động cưỡng trường hợp dẫn đến mát (Ruiz-Teran Aparicio, 2007) Thời gian xảy ngắn hiệu ứng đợng cầu lớn 2.3.1.1 Sự sụp đổ liên hoàn Theo Cục Quản lý Dịch vụ Tổng hợp (GSA, 2003) "Sự sụp đở liên hồn mợt tình cố cục bợ mợt bợ phận kết cấu dẫn đến sụp đở bộ phận liền kề, kết dẫn đến sụp đở Do đó, sụp đở hồn tồn khơng tương xứng với ngun nhân ban đầu."(GSA, 2003) Mặt khác, quy định bộ Tiêu chí Cơ sở vật chất - Bợ Quốc phịng, Hoa Kỳ nêu rõ "Sự sụp đở liên hồn một chuỗi phản ứng thất bại thành viên xây dựng một mức độ không cân xứng với ban đầu thiệt hại cục bộ ”(UFC, 2009) Kể từ đầu năm 1970, nhiều tiêu chuẩn xây dựng tích hợp tính sụp đở liên hồn vào tài liệu hướng dẫn chúng sụp đổ Ronan Point Anh vào năm 1968 (Zoli Woodward, 2005) Điều quan trọng cần lưu ý có mợt số hư hỏng có tính lịch sử thành phần cầu dẫn đến sụp đở liên hồn khơng có phát triển song song việc đưa hướng dẫn thích hợp chống lại tiến triển hư hỏng tiêu chuẩn về cầu Theo Starossek (2006b), mát ban đầu một sợi cáp dẫn đến việc nén dầm cầu cầu dây văng Mất khả giằng chống dầm dẫn đến gia tăng độ võng theo phương thẳng đứng gây ứng suất cao dầm dọc nằm mặt phẳng cáp mà có cáp hư hỏng sau truyền đến dầm dọc nằm mặt phẳng cáp khác Ơng gọi mơ hình sụp đở là: Sự sụp đổ kiêu không ổn định (Starossek, 2006b) Sự sụp đổ kiểu không ổn định bắt đầu nhiễu loạn nhỏ khơng hồn thiện tải trọng ngang, dẫn đến hỏng phần tử ổn định - phần tử mang tải nén chẳng hạn giằng Điều sau dẫn đến ổn định phần tử nén ổn định trước chúng bị biến dạng lớn sụp đổ bắt đầu tiến triển hư hỏng phần tử khác (Starossek, 2007) Hơn nữa, mát yếu tố khác gây cố làm hỏng mặt cầu dẫn đến chuyển hướng lực bình thường mặt cầu cáp ngang gây Các lực tiếp tục truyền tới giá đỡ dây cáp khác nhịp Trụ tháp sau bị kéo về phía nhịp dẫn đến khơng thể uốn cong lật ngược trụ dây cáp; một mơ hình hư hỏng đặt tên sụp đổ kiểu domino (Wolff Starossek, 2009) Kiểu sụp đổ domino đặt tên từ một hành vi sụp đổ giống một hàng domino cho thấy một phản ứng dây chuyền hấp dẫn sụp đổ bắt đầu cách đẩy mợt ngón tay Khi phần tử ban đầu lật biến đởi thành đợng làm cho tác động ngang lên cạnh phần tử liền kề Tác động phần tử ban đầu lên phần tử liền kề gây nghiêng lật phần tử thứ gây lực đẩy theo phương ngang Phần tử liền kề sau bị lật tải từ phần tử ban đầu tác đợng đến phần tử đó, gây chuỗi sụp đổ theo hướng lật ngược (Starossek, 2007) Cuối cùng, việc (các) cáp dẫn đến tải cáp lân cận, sau tải cáp lân cận mang lại phân phối lại cho cáp lân cận khác gọi giải nén gây mợt mơ hình dây kéo bị sụp dần Các mặt cầu bê tông mặt cầu phân đoạn / không liên tục không gặp kiểu sập (Wolff Starossek, 2008) Sự sụp đổ kiểu dây kéo bắt đầu cố mợt nhiều phần tử căng, sau phân phối lại lực phần bị hỏng mang theo yếu tố đến cấu trúc cịn lại Sự cố đợt ngột gây tải trọng xung động cấu trúc cịn lại phản ứng theo cách đợng, dẫn đến tập trung ứng suất phần tử dọc theo hướng ngang với lực phần tử (Starossek, 2007) Để thiết kế một cấu trúc chống lại sụp đổ liên tục, cách tiếp cận đường dẫn tải thay thế, phân chia vùng, cách tiếp cận chống cục bộ thiết kế gián tiếp phương pháp khuyến nghị (GSA, 2003; UFC, 2009; Ellingwood, 2011) Tuy nhiên, khơng có hướng dẫn chống lại sụp đổ liên tục cho cầu hướng dẫn cho tịa nhà thơng qua nghiên cứu liên quan (Starossek, 2006a) 2.3.1.2 Giảm khả phục vụ Khi thiết kế một kết cấu tới điều kiện trạng thái giới hạn, trường hợp đứt cáp điều chỉnh thiết kế Trạng thái giới hạn cực hạn với hiệu ứng lệch hướng, nứt, đợ rão, co ngót,… liên quan đến khả sử dụng kết cấu Việc mợt bợ phận khơng dẫn đến sập cầu dẫn đến chùng dây cáp có đợ võng lớn mặt cầu rung đợng lớn mặt cầu (Wolff Starossek, 2008, 2009) Cuối cùng, trường hợp khắc nghiệt dẫn đến (đứt) cáp, khả sử dụng khơng cịn mợt vấn đề Mối quan tâm thiết kế ngẫu nhiên cho cầu dây văng tính ởn định đợ an tồn cầu dựa thiết kế giới hạn cực hạn 2.3.2 Ảnh hưởng đến phận cầu dây văng Ngoài phản ứng toàn cầu một cầu dây văng trường hợp khắc nghiệt, trường hợp có ảnh hưởng cục bợ đáng kể đến bợ phận cầu Việc đứt cáp cầu dây văng dẫn đến tăng lực cho cáp bên cạnh Điều dẫn đến tải cáp cịn lại dẫn đến hỏng hóc cần ngăn ngừa (Wolff Starossek, 2009; Kao Kou, 2010) Hơn nữa, ảnh hưởng đợng đến tồn bợ cầu việc một chịu đựng không đáng kể (Mozos & Aparicio 2010b) Cáp dễ bị hư hỏng diện tích mặt cắt ngang chúng tương đối nhỏ dễ bị ảnh hưởng (Starossek, 2006b; Roura, 2011) Đứt cáp tạo một kịch tải trọng tới hạn mà chi phối thiết kế cầu dây văng dẫn đến tăng chi phí (Khan, 2010) Khi cáp bị hỏng, mặt cầu bị dịch chuyển theo phương thẳng đứng, rung uốn /vênh vị trí cáp bị (Zoli Steinhouse, 2007) Nếu cố cáp xảy vị trí khác nhau, mặt cầu bị biến dạng dọc gây lực nâng khác dọc theo mặt cầu Những lực nâng khác dầm sử dụng để phát sợi cáp cầu dây văng bị đứt (Kao Kou, 2010) Ở vị trí mặt cầu có mặt phẳng cáp đôi, đứt cáp dọc theo một mặt phẳng gây lệch tâm gối đỡ mặt cầu, dẫn đến độ lệch lớn hoạt tải mợt ngun nhân tiềm ẩn bất ổn (Khan, 2010) Ứng xử mặt cầu phụ thuộc vào độ cứng mặt cầu, nơi cứng mặt cầu gia tăng ứng suất so với giá trị cường đợ cực hạn dự kiến (Roura, 2011) Bên cạnh đó, việc đứt cáp dẫn đến khả nén mặt cầu, giảm neo giữ tăng nguy cong vênh (Wolff Starossek, 2009; Khan, 2010) Trong trường hợp đứt cáp, tải trọng ngẫu nhiên gây cáp xung quanh kích thích trụ tháp Ngồi ra, tác động cáp liền kề gây lực không đều trụ tháp tạo thành từ tải trọng phân bổ lại từ cáp bị hỏng lực quán tính từ mặt cầu bị rung (Wolff Starossek, 2009) Việc đứt cáp dây văng phía sau cầu dây văng gây ứng suất mức cáp nhịp kéo trụ tháp về phía nhịp làm cong trụ tháp (Zoli Steinhouse, 2007; Mozos AC Aparicio, 2010) Theo Kao & Kou's thử nghiệm, cáp nhịp bên bị đỉnh trụ tháp có mức độ dịch chuyển ngang tăng 33% (Kao Kou, 2010) Mặt khác, phạm vi neo, Lonetti & Pascuzzo (2014) quan sát thấy kịch thiệt hại tồi tệ một cầu dây văng cố trụ neo phía sau, tạo chuyển vị dầm lớn nhiều so với chuyển vị tương ứng thường khuyến nghị yêu cầu trạng thái giới hạn khả sử dụng (Lonetti Pascuzzo, 2014) Đứt cáp làm tăng ứng suất cáp neo mặt cầu cáp neo vào trụ cáp lại Nghiên cứu về một cầu dây văng độc đáo ghi nhận việc đứt cáp dây văng gây tải trọng đợng có cường đợ khác lên neo dây văng thời gian đứt (Mozos & Aparicio 2011) Đối với cố dây treo một cầu vịm, phân bố khơng đồng đều ứng suất, ăn mịn lý khác dẫn đến gia tăng sức căng cáp dây treo riêng lẻ cầu vòm Khi vượt quá, khả chịu kéo kết cấu giảm dẫn đến cố đột ngột hệ thống treo (Li cộng sự, 2014) Các trụ tháp không dễ bị đứt gãy đợt ngợt cáp văng chúng có diện tích mặt cắt ngang lớn hơn, chúng bộ phận cầu thuộc kết cấu phần kết cấu phần chúng dễ bị va chạm tàu bè nổ công khủng bố Một số điều tra nghiên cứu thực để xem xét ảnh hưởng vụ nổ trụ tháp cầu dây văng (Winget, Marchand Williamson, 2005; Deng Jin, 2009; Hao Tang, 2010; Yan Chang, 2010; Son Lee, 2011; Williams Williamson, 2011, 2012) Hiện nay, thông tin về việc xác định tải trọng nổ để thiết kế cầu chống nở cịn hạn chế, có nhiều thơng tin về cơng trình đưa mợt số quy phạm tiêu ch̉n Do đó, cần phải phát triển nghiên cứu thêm lĩnh vực 2.4 Chỉ dẫn trường hợp cực đoan Cầu dây văng Đã có mợt số dẫn xem xét một số trường hợp cực đoan đặc biệt liên quan đến cầu dây văng cố đứt cáp, cố nổ cố hỏa hoạn Việc đứt cáp cấu trúc hỗ trợ cáp đưa vào một số dẫn nhiều năm, dẫn đưa hạn chế Viện Dự Ứng Lực Hoa Kỳ (PTI), Eurocode Eurocode 1-7 tiếng Pháp dẫn d'Etudes Techniques des Routes et Autoroutes (SETRA) khuyến nghị cách tiếp cận khác về thiết kế cố đứt cáp 2.4.1 Chỉ dẫn Viện Dự Ứng Lực (PTI) PTI D-45.1-12 2012 tuyên bố “Lực động tác động đứt cáp đột ngột phải 2,0 lần lực tĩnh cáp, xác định cách phân tích động lực học phi tuyến tính đứt cáp đột ngột, trường hợp không nhỏ 1,5 lần lực tĩnh cáp Lực tác dụng vị trí đầu neo dưới” (PTI D-45.1-12, 2012) Trường hợp tải khuyến nghị trình bày Công thức (2-1) 1,1DC + 1,35 DW + 0,75 (LL ** + IM) + 1,1 CLDF (2-1) Trong đó: DC = tĩnh tải thành phần kết cấu cấu kiện phi kết cấu DW = tĩnh tải mặt cầu tiện ích LL = hoạt tải phương tiện giao thông đặt thực tế IM = hệ số động hoạt tải (lực xung kích) CLDF = lực tác động hỏng cáp Lưu ý: Nếu sử dụng phân tích động phi tuyến tính, mơ hình động phải khởi tạo tải trọng lâu dài đầy đủ hoạt tải cầu (PTI D-45.1-12, 2012) 2.4.2 Eurocode Eurocode quy định “đối với việc thay cấu kiện chịu căng kéo: (1) Việc thay thành phần lực căng phải tính đến thiết kế tình h́ng thiết kế đột ngột (2) Khi yêu cầu, mát đột ngột thành phần lực căng phải đưa vào thiết kế tình h́ng thiết kế ngẫu nhiên " Tở hợp tải trọng ngẫu nhiên theo Eurocode cho thiết kế kết cấu thể Công thức (2-2) : Ed = E{∑G(k,j) + "P" + "Ad + Ψ 1,1 Ψ 2,1 Q(k,j) +" ∑ Ψ i,jQ(i,j)}j ≥ 1; i> (2-2) Trong đó: G (k, j) = Giá trị đặc trưng hành động vĩnh viễn j, P = Các hành động ứng suất trước, Ad = Giá trị thiết kế hành động bất ngờ, Q (k, j) = Giá trị đặc trưng hành động biến j Ψ 1,1 = hệ số kết hợp cho hành động thường xuyên Ψ 2,1 = hệ số kết hợp cho hành động gần tĩnh Ψ i, j = = hệ số kết hợp cho hành động kèm i, j = hành động Ghi chú: Trong trường hợp khơng có phân tích chặt chẽ, tác động động việc cáp đột ngột có thể cho phép cách thận trọng cách sử dụng hiệu ứng tác động bổ sung Ed thể công thức (2-3) Ed = k( Ed1 - Ed2 ) (2-3) đó k = 1,5 Ed1 đại diện cho hiệu ứng thiết kế với tất cáp nguyên vẹn Ed2 đại diện cho hiệu ứng thiết kế loại bỏ cáp có liên quan ” (EC3, 2006) 2.4.3 Eurocode Phần 1.7 Eurocode Part 1.7 tuyên bố giá trị giới hạn cho hệ số khuếch đại động cấu trúc phản ứng đàn hồi tải đột ngột đặt vào (EC1.7, 2006) 2.4.4 Service d'Etudes Techniques des Routes et Autoroutes (SETRA), Pháp 2001 Các dẫn SETRA khuyến cáo cố tình cờ làm đứt dây văng nên xem xét Do đó, mợt tính tốn tĩnh tương đương phải thực hiện, xem xét hệ số khuếch đại động khoảng từ 1,5 đến 2,0 (SETRA, 2001) Các khuyến nghị nêu rõ hệ số khuếch đại động phụ thuộc vào nguồn gốc đứt gãy cấu trúc Họ lưu ý 2,0 giá trị tối đa tương ứng với việc tồn bợ đoạn dây văng bị đứt đợt ngợt Do đó, việc xem xét việc đứt tồn bợ đoạn dây văng xảy ra, so sánh với cố xảy một phần, họ khuyến nghị sử dụng giá trị tiêu chuẩn 1,5 (SETRA, 2001) 2.4.5 Federation International de Beton (FIB), 2005, Thụy Sĩ FIB quy định "Sự cố một dây văng không nên dẫn đến hư hỏng tồn bợ kết cấu dây văng” Chỉ dẫn FIB khuyến nghị Việc sử dụng nhiều phần tử kéo song song ưu tiên so với cáp bao gồm một phần tử chịu kéo (CEB-FIB, 2005) 2.4.6 Kết luận dẫn cố đứt cáp Theo (Ruiz-Teran Aparicio, 2007) “tất hướng dẫn đều giới hạn hệ số khuếch đại động giới hạn 2, giá trị lớn cho mợt bậc tự hệ thống chịu tải đột ngột” (Ruiz-Teran Aparicio, 2007) lưu ý thêm giá trị một hệ thống với một bậc tự Đối với cấu trúc có nhiều bậc tự dẫn đến nhiều mơ hình khối hơn, hệ số khuếch đại đợng lớn 2.5 Phân tích thiết kế cầu dây văng đê tránh đứt (các) cáp Phân tích một cấu trúc tiếp xúc với tác động ngẫu nhiên có chất đợng thực cách sử dụng phân tích tĩnh đợng Phân tích tĩnh khơng tính đến ảnh hưởng thời gian Phân tích Bán tĩnh mợt loại phân tích tĩnh giải thích mát cáp cách khuếch đại tác động hiệu ứng lên cấu trúc một giá trị gần gọi Hệ số khuếch đại đợng để tính tốn ảnh hưởng tải trọng ngẫu nhiên lên kết cấu Phân tích đợng lực học cần có thời gian xem xét, xem Phần 2.5.1.2 để có nhìn tởng quan chi tiết Việc phân tích cầu dây văng phức tạp loại cầu thơng thường khác kích thước vật liệu chúng phi tuyến tính cấu trúc phi tuyến hình học (Kao and Kou, 2010) Tính phi tuyến hình học cầu dây văng thể hiệu ứng võng dây cáp, hiệu ứng cột dầm đợ lệch lớn tính phi tuyến vật liệu thể trạng thái không đàn hồi vật liệu giới hạn đàn hồi vật liệu bị vượt tải trọng cực hạn Ứng xử cầu dây văng việc tăng tải hồn tồn khác so với kết cấu thơng thường, độ cứng cáp tăng lên tăng tải thể Hình 2-19 (Nazmy, 1990; Saini, 2007) Hình 2-19: Ứng xử cầu dây văng (Saini, 2007) Mợt phương pháp tiếp cận lượng sử dụng để phân tích cầu dây văng xem xét điểm phi tuyến cách phát triển mợt phương trình lượng cho cơng tải trọng bên ngồi thực tồn bợ cầu (Kuang Xi, 2000) Ngoài ra, phương pháp lượng sử dụng với cách tiếp cận lặp lại gia tăng, có tính đến hiệu ứng xoắn một cầu dây văng hai mặt phẳng cáp (Hegab, 1986, 1987, 1988) Phương pháp đợ cứng sử dụng để thực mợt phân tích tĩnh có tính đến tính phi tuyến dây văng (Podolny and Scalzi, 1976) Hơn nữa, phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến phân tích tĩnh mợt cầu dây văng không gian được sử dụng cách sử dụng lặp lại gia tăng tải trọng ma trận độ cứng tiếp tuyến kết cấu, cho phép tất hiệu ứng ứng xử phi tuyến tiềm ẩn (Nazmy, 1990) Ngay phương pháp luận có tính đến ảnh hưởng việc đứt cáp bị hạn chế, nhà thiết kế phải thiết kế mợt cầu dây văng để ứng phó với cố đứt cáp Đứt cáp thay xem xét cho cầu thiết kế Mợt ví dụ cầu Taney có ba (3) tình đứt cáp xem xét, cụ thể là: thời điểm va chạm, sau va chạm (Hai liền kề cáp đường dây giả định bị đứt cho hai tình h́ng) cáp thay (O'Donovan, Wilson Dempsey, 2003) Một cuộc điều tra cho thấy phi tuyến tính vật chất khơng dẫn đến sụp đổ một cáp bị đợ phi tuyến hình học có ảnh hưởng đáng kể trình đứt cáp (Zhou Chen, 2014) 2.5.1 Phân tích Bán tĩnh cho đứt cáp Công việc nghiên cứu về lượng biến dạng hệ số khuếch đại động xác định một hệ số khuếch đại động (DAF) tỷ số không thứ nguyên phản ứng động phản ứng tĩnh mợt cấu trúc chịu tải đợng (Mozos & Aparicio 2009) Trên thực tế việc sử dụng hệ số khuếch đại đợng để phân tích tởn hao cáp dễ dàng, tiết kiệm thời gian phân tích thiết kế sử dụng để phân tích sơ bợ mợt cầu, nhiên thường dẫn đến thiết kế thận trọng ảnh hưởng đến tính kinh tế đợ mảnh cầu (Park, Koh Choo, 2008) khơng phản ánh tính quán cấu trúc hình học với dẫn thứ hai / độ ổn định cho trường hợp đứt cáp (Zoli Woodward, 2005) Cuối cùng, cầu dây văng chịu tải trọng tĩnh có vùng ảnh hưởng tương đối nhỏ; nhiên, tải trọng động tạo ảnh hưởng vị trí mặt cắt cách xa vùng áp dụng đầu vào đợng Do đó, việc sử dụng một DAF cho tất mặt cắt phần tử cầu dây văng không hợp lý (Mozos & Aparicio 2010a) Hệ số khuếch đại động thu ảnh hưởng tải trọng xe cộ lên cầu đường bộ đường sắt cách sử dụng nhịp, hình học, vận tốc xe, đợ nhám mặt cầu, điều kiện biên tần số rung loại cầu hỗ trợ cáp Các hệ số khuếch đại động sử dụng để ước tính ảnh hưởng việc đứt cáp ngẫu nhiên kết cấu hỗ trợ cáp (Ruiz-Teran Aparicio, 2007) Việc sử dụng DAF để xác định ứng xử cầu cố cáp gọi phương pháp giả động (Ruiz-Teran Aparicio, 2009) phương pháp bán tĩnh Một nghiên cứu kết luận DAF tối đa 1,8 đoạn quan trọng cầu dây văng (Hyttinen, Vlimaki Jvenp, 1994) người khác cho DAF 2,0 DAF tối đa cho hệ thống một bậc tự (SDOF) khối lượng phép di chuyển theo một hướng mà phương pháp áp dụng cho cầu dây văng hệ thống nhiều bậc tự (MDOF) (RuizTeran & Aparicio 2009; Mozos & Aparicio 2009; Mozos & Aparic io 2011) Nghiên cứu gần về DAF liên quan đến cố cáp cầu hỗ trợ cáp xem xét ảnh hưởng việc cáp có tải trọng xe cợ di chuyển cầu, áp dụng chế hư hỏng Nghiên cứu DAF phụ thuộc nhiều vào tốc độ hệ thống chuyển động phân bố khối lượng Mợt cầu treo dây văng phân tích về ảnh hưởng việc đứt dây văng Kết cho thấy cố bộ phận trụ neo tạo giá trị DAF khoảng 2,5 - 3,5 chuyển vị dọc điểm nhịp, 1,3 - 2,8 chuyển động xoắn điểm nhịp 1,9 - 2,3 ứng suất dọc trục neo (Greco, Lonetti Pascuzzo, 2013) Về ảnh hưởng loại trụ tháp, nghiên cứu cho thấy tháp hình chữ H tạo phân bố ứng suất bên hệ thống cáp không cân gây chuyển động xoắn lớn dịch chuyển thẳng đứng tháp dầm cao đáng kể so với cầu tháp hình chữ A (Greco, Lonetti Pascuzzo, 2013) Nghiên cứu tương tự về ảnh hưởng việc đột ngột cáp treo cầu treo dẫn đến số DAF 2,2 lực căng tạo cáp treo liền kề với cáp treo bị cáp treo xa cáp treo bị hỏng bị ảnh hưởng (Qiu, Jiang Huang, 2014) 2.5.1.1 Quy trình đề xuất cho Phân tích bán tính Có một thay đổi phương pháp luận đề xuất hướng dẫn thảo luận Phần 2.3.2 PTI khuyến nghị suy hao (đứt) cáp biểu thị hành động lực kéo cáp lần theo hướng ngược lại với lực kéo cáp thông thường Eurocode khuyến nghị suy hao cáp mợt hiệu ứng sửa đởi Eurocode nói khác biệt hiệu ứng thu cáp nguyên vẹn hiệu ứng cáp bị khuếch đại hệ số 1,5 2.5.1.2 Xác định DAF Hầu hết kỹ sư áp dụng Khuyến nghị PTI tính tốn DAF cho đứt cáp cấu trúc hỗ trợ cáp Hyttinen, Vlimaki Jvenp đề xuất một Phương pháp kết hợp tổ hợp tải trọng đứt cáp đầy đủ với tải trọng nguyên để tách tác động cáp khỏi tĩnh tải hoạt tải (Hyttinen, Vlimaki Jvenp, 1994) Zoli & Woodward, 2005 thực một phương pháp phân tích tĩnh cầu vịm hỗ trợ cáp theo Khuyến nghị PTI cách tháo cáp tác dụng lực từ cáp vào khớp nối nơi cáp kết nối với mặt cầu vịm theo hướng ngược nhau, mơ hình cho cố cáp đợt ngợt Ngồi ra, người ta cho kết cấu trúc xây dựng tĩnh tải hoạt tải chồng lên với trường hợp tải trọng gấp đôi lực cáp theo hướng ngược lại, một đơn vị lực cáp loại bỏ cáp cách chồng lên một đơn vị bổ sung đơn vị lực cáp hệ số tác động động tương đương giả định 100% (Zoli Woodward, 2005) Wolff & Starossek đề xuất biểu thức trình bày Cơng thức 2-10 để thu DAF cho ứng xử một cầu dây văng: DAF = (Sdyn – S0) / (Sstat – S0) (2-10) Trong đó: S dyn = phản ứng động cực đại thời gian diễn cố S stat = phản ứng đối với việc tháo cáp tĩnh S = phản ứng trạng thái ban đầu (Wolff Starossek, 2008) Mặt khác, Mozos & Aparicio đề xuất biểu thức trình bày phương trình 2-11 để xác định DAF cho hiệu ứng uốn đứt dây cáp cầu dây văng D.A.F = ( MAULSdyn - M0 ) / (Mw/os - M0 ) (2-11) Trong đó: M = mômen uốn tĩnh với cáp văng trước hỏng, M w / os = mô men uốn tĩnh không cáp, với tổ hợp tải trọng ULS ngẫu nhiên M AULSdyn = mômen uốn động tạo đứt gãy dây văng 20 s (Mozos & Aparicio, 2010b) 2.5.2 Phân tích động cho đứt cáp Nếu mợt sợi cáp bị đứt khả căng cầu dây văng giảm làm cho cầu phản ứng động Gia tốc tạo vị trí cân đạt dao đợng tắt dần Do đó, cần phải có mợt phân tích đợng để thể đầy đủ mát một bộ phận (Ruiz-Teran Aparicio, 2009) 2.5.3 Thuộc tính phản ứng vật liệu (các) cáp mất, đứt đột ngột Các vật liệu phản ứng khác điều kiện tải khác nhau, đặc biệt cố (các) cáp Các đặc tính đàn hồi dẻo thép, bê tơng cáp bị thay đổi chịu kiện khắc nghiệt nở cháy 2.5.3.1 Thuộc tính đàn hồi Các đặc tính đàn hồi vật liệu mơ tả thay đởi đảo ngược vật liệu có tải trọng tác dụng lên cấu kiện Hình 2-30 mơ tả mợt hình trụ chịu tác dụng lực kéo dọc trục, lực kéo dọc trục F gây biến dạng hình trụ cách làm cho hình trụ căng so với chiều dài ban đầu tạo ứng suất diện tích mặt cắt ngang Hình 2-20: Ứng xử đàn hồi hình trụ chịu tải Do đó, tḥc tính vật liệu biểu thị số đo độ giãn dài vật liệu chịu tác dụng lực miễn chiều dài ban đầu phục hồi hồn tồn gọi Mơ đun đàn hồi Mô đun đàn hồi thể Cơng thức 2-12 Nó thước đo đợ cứng vật liệu (Euleri, 1727) F Tensile Stress FL E A Strain L AL L (2-12) Trong đó: E môđun đàn hồi; F lực tác dụng lên vật chịu lực căng; A0 diện tích mặt cắt ngang ban đầu mà lực tác dụng qua đó; ΔL lượng mà chiều dài vật thay đổi; L0 chiều dài ban đầu vật Khi phần tử bị kéo căng giới hạn đàn hồi theo mợt phương kích thước phương vng góc thay đởi Để giải thích cho thay đởi kích thước này, tỷ số tác dụng nén (âm) biến dạng ngang (biến dạng co) với biến dạng theo hướng tải trọng tác dụng (biến dạng dọc trục) gọi hệ số Poisson thể Hình 2-21 (Euleri, 1727) Khi tải trọng kéo tác dụng, vật liệu có xu hướng chống lại thay đởi thể tích mơ-đun chất tải chi phối thay đởi hình dạng điều chỉnh mơ-đun cắt Tính chất vật liệu quan trọng để giúp ngăn ngừa căng thẳng bên Để xác định ứng xử vật liệu phần này, mối quan hệ ứng suất-biến dạng đưa Công thức 2-13 G = E / 2(1 + v) (2-13) Trong đó G môđun trượt; E môđun đàn hồi; v hệ số Poisson Biến dạng dọc trục, x Ly Lx x y y Ly Lx , Biến dạng ngang , Hệ số Poisson Hình 2-21 Hình thể tác dụng hệ số Poisson Khối lượng mợt đơn vị thể tích ngun tố gọi khối lượng riêng định để tính khối lượng cho tất vật liệu 2.5.3.2 Tính dẻo Đợ dẻo vật liệu biết đến để xác định thay đổi đảo ngược vật liệu tải áp dụng cho Tại điểm suất, vật liệu chuyển từ hoạt động đàn hồi sang hoạt động ứng xử dẻo Hình 2-22 Sự cứng lại sản lượng sau mơ tả thêm ứng xử dẻo biến dạng vĩnh viễn xảy vật liệu Cũng biến dạng dẻo xảy hầu hết vật liệu, phản ứng thay đổi tùy theo vật liệu vật chất Trong bê tông, tính dẻo trượt cấu trúc phân tử vết nứt / vết nứt nhỏ thép trật khớp Sau suất, một số vật liệu thể hành vi làm cứng công việc cách giảm độ cứng vật liệu tăng ứng suất chảy tăng tải trọng Sau điểm suất, vật liệu hoạt động theo cách đàn hồi dẻo cách thể biến dạng liên quan đến ứng suất vật liệu Đợ dẻo hồn hảo tăng lên biến dạng khơng có ứng suất tải trọng Tốc đợ tải thời gian tải ảnh hưởng đến tính chất dẻo vật liệu Hình 2-22: Đường cong ứng suất-ứng biến thể ứng xử đàn hồi - dẻo vật liệu 2.5.3.3 Phản ứng Vật liệu dễ uốn kiện cực hạn - Thép và cáp Một vật liệu cho dễ uốn tạo nhiệt đợ bình thường, với thép ví dụ hồn hảo về vật liệu dễ uốn Mơđun Young hệ số góc vùng đàn hồi mối quan hệ ứng suất kéo đến điểm chảy Khớp dẻo vật liệu thép gây thay đởi hành vi tuyến tính gây biến dạng cứng ứng suất tăng lên đến ứng suất kéo cuối Trong vùng đàn hồi, mặt cắt ngang diện tích giảm tuyến tính hiệu ứng tỷ lệ Poisson sau ứng suất kéo cuối điểm diện tích mặt cắt ngang giảm đáng kể, mợt trạng thái gọi cở Hình 2-23 Hình 2-23: Đường cong ứng suất-căng thép Cáp vật liệu dễ uốn chúng sản xuất với căng thẳng gia tăng nhà sản xuất Đường cong ứng suất-biến dạng thép thể Hình - 23 thấp dây cáp có nhiều dây có nhiều áp lực tác đợng vào chúng trình sản xuất cách đẩy ứng suất chảy cáp lên hình 224 Phản ứng căng thẳng - căng thẳng tuyến tính đàn hồi vượt qua 70% cường độ cuối cùng, cáp hoạt động phi tuyến không co giãn với khơng có điểm suất xác định Tuy nhiên, điểm suất điều chỉnh một chứng ứng suất / biến dạng chảy riêng 0,002 Hình 2-23 Mơ hình đợ dẻo Johnson-Cook phù hợp với biến dạng tốc độ biến dạng cao nhiều vật liệu đặc biệt kim loại dựa tiêu chí dịng chảy bề mặt Von Mises mang lại xử lý cứng phụ tḥc vào tỷ lệ cao (Von Mises, 1913) Các cứng mô hình loại đẳng hướng có ứng suất chảy, σ thể Công thức 2-14 (2-14) A ứng suất chảy ban đầu tính MPa, B mơđun hóa cứng tính MPa, ɛ pl biến dạng dẻo tương đương, n số mũ gia công cứng, C tốc độ biến dạng hệ số phụ thuộc, ε tốc độ biến dạng dẻo, ɛ tốc độ biến dạng tham chiếu (1,0 s ), T nhiệt đợ tại, T phịng nhiệt đợ phịng, T tan chảy nhiệt đợ nóng chảy nhiệt đợ m hệ số hóa mềm nhiệt Hình 2-24: Đường cong Ứng suất – Ứng biến cho thép ứng suất trước Sự tiếp xúc (các) cáp với kiện khắc nghiệt cháy nổ ảnh hưởng đến ứng suất- mối quan hệ biến dạng vật liệu Theo Eurocode EC3 (EC3, 2006) 0,002ɛ Sự căng thẳng, tải nhiệt độ lửa tăng lên thép phản ứng theo một cách khác Từ 100-200 o C đợ cứng theo cách tăng dần Hình 224 Như nhiệt đợ tiến tới 600 o C, mô đun đàn hồi thép tăng 70% suất giảm 50% Khi lửa bùng cháy nhiệt độ tăng lên đến 700 o C, lưu ý lại 23% cường độ nhiệt độ môi trường xung quanh thép Tại 8000 o C, cường đợ cịn lại thép 11% cường độ 900 o C giảm đến 6% Thép nóng chảy 1500 o C Hình 2-25- Mối quan hệ ứng suất – ứng biến thép phụ thuộc vào nhiệt độ Thép carbon thành phẩm nóng bắt đầu dần sức mạnh độ cứng 300 o C 800oC sau tốc độ giảm giảm nhiệt độ tăng lên 1500oC mà nhiệt đợ nóng chảy thép cacbon thành phẩm nóng Tuy nhiên, cơng việc lạnh thép tốc độ giảm độ cứng độ cứng nhanh sau lửa đạt 300 o C Cũng biến dạng leo theo thời gian tăng lên (Bailey, 2005) Nó đánh dấu “Các đặc tính nhiệt thép nhiệt độ cao coi phụ tḥc vào về nhiệt đợ bị ảnh hưởng mức độ căng thẳng tốc độ gia nhiệt ”(Bailey, 2005) Các hệ số giãn nở nhiệt thay đổi theo gia tăng nhiệt độ thể Hình 2-26 Do thay đổi tinh thể, độ giãn dài thép khơng đởi khoảng 700-900 o C Hình 2-26: Độ giãn dài nhiệt so với nhiệt độ thép cacbon (Bailey, 2005) Theo (Hozjan Kwaśniewski, 2013) tính dẫn nhiệt thép cacbon sau giảm xuống với tốc độ đồng đều nhiệt độ lửa đạt 600oC, sau khơng đởi Có một tăng vọt về nhiệt riêng thép cacbon so sánh sang mơ hình tính tốn đám cháy đơn giản khuyến nghị Eurocode Hình 2-27: Ảnh hưởng lửa đến tính dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng thép cacbon 2.5.3.4 Phản ứng vật liệu giịn đứt cáp - Bê tơng Vật liệu giịn vật liệu bị vỡ mà khơng có biến dạng đáng kể chịu tác đợng nhấn mạnh Bê tơng mợt loại vật liệu giịn khơng có điểm chảy có giá trị ứng suất đỉnh Hình 2-28: Đường cong ứng suất-ứng biến cho bê tơng Điểm thú vị về vật liệu giịn hỏng hóc xảy khơng rõ ràng thay đởi tốc độ kéo dài vật liệu Bê tông đặc biệt làm cứng khơng có điểm chảy, làm cho sức mạnh tối ưu sức mạnh phá vỡ mợt giá trị Khi đợ bền tăng lên đợ giịn tăng theo Các phi tuyến tính bê tông không phù hợp vết nứt vi mô bắt đầu cho bề mặt xi măng cốt liệu Không giống thép thể biến cứng, bê tơng có xu hướng biểu biến dạng mềm giảm ứng suất vượt đỉnh giá trị gia tăng biến dạng Hình 2.28 Hình 2-29: Hệ số dẫn nhiệt nhiệt dung riêng bê tông cháy (Hozjan Kwaśniewski, 2013) Mơ hình đợ dẻo Mohr Coulomb sử dụng nghiên cứu để mơ hình hóa bê tơng ngun vật liệu Mơ hình dựa tiêu chí suất Mohr-Coulomb cho phép vật liệu chi phối để làm mềm / cứng đẳng hướng Bề mặt suất Mohr-Lý thuyết Coulomb điều chỉnh mợt tiêu chí cắt, gọi Mohr-Coulomb bề mặt ứng suất cắt (τ) điểm vật liệu đạt giá trị phụ tḥc tuyến tính vào ứng suất pháp tuyến (σ) theo góc ma sát (Ø) dọc theo mặt phẳng vượt qua bề mặt hư hỏng gọi cố kết (c) chúng điều chỉnh một mối quan hệ hiển thị Công thức 2-15 bên τ = c – s tan∅ (2-15) Trong đó: τ = ứng suất cắt, σ = ứng suất pháp tuyến, Ø = góc nội ma sát, c = lực dính (c) Do đó, với bê tơng mợt vật liệu giịn, khả tiếp xúc với kiện khắc nghiệt cháy nổ ảnh hưởng đến tính chất vật liệu (Hozjan Kwaśniewski, 2013) nghiên cứu cho thấy độ dẫn nhiệt bê tông giảm nhiệt độ tăng lên bê tông nhiệt dung riêng tăng nhẹ tính tốn đơn giản mơ hình theo Eurocode định độ dẫn nhiệt nhiệt riêng lại tương tự nhiệt độ mọc cho xem Hình 2-29