luận án tiến sỹ kỹ thuật cầu đường “Nghiên cứu đánh giá tính dư trong kết cấu cầu ở Việt Nam”

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thực Các số liệu kết trình bày luận án trung thực, chưa công bố tác giả hay công trình khác Hà Nội, tháng 09 năm 2015 Tác giả Nguyễn Viết Huy ii LỜI CẢM ƠN Luận án Tiến sỹ thực Trường Đại học Giao thông Vận tải hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Đức Nhiệm PGS.TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy định hướng khoa học, liên tục quan tâm sâu sát, tạo điều kiện thuận lợi suốt trình nghiên cứu, có lúc nghiên cứu sinh cảm tưởng khó tiếp tục nghiên cứu nhờ động viên, khích lệ thầy cộng với nỗ lực không ngừng nghỉ thân, đến luận án hoàn thành Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn nhà khoa học nước, tác giả công trình nghiên cứu nghiên cứu sinh sử dụng trích dẫn luận án nguồn tư liệu quý báu, kết liên quan trình nghiên cứu hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Đào tạo Đại học Sau Đại học, Bộ môn Cầu Hầm, Hội đồng Tiến sỹ Trường Đại học Giao thông Vận tải tạo điều kiện để nghiên cứu sinh thực hoàn thành chương trình nghiên cứu Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Bộ Giao thông Vận tải đưa vào quy hoạch đào tạo sau đại học giai đoạn 2011-2015, cảm ơn lãnh đạo Ban PPP tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh vừa công tác vừa học tập, nghiên cứu Cuối biết ơn đến ba mẹ, vợ liên tục động viên để trì nghị lực, hy sinh thầm lặng, cảm thông, chia sẻ thời gian, sức khỏe khía cạnh khác sống trình thực luận án Hà Nội, tháng 9/2015 Nguyễn Viết Huy iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU xiv CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÍNH DƯ VÀ XÁC ĐỊNH MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan công trình cầu Việt Nam 1.1.1 Các dạng kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép bê tông cốt thép dự ứng lực [2],[5] 1.1.2 Các dạng kết cấu nhịp cầu thép [4] 1.1.3 Các dạng kết cấu mố, trụ [3] 1.2 Tổng quan nghiên cứu tính dư 1.2.1 Các phương pháp sử dụng để tính toán tính dư [29], [32], [48], [49], [50], [52], [57] 1.2.2 Nghiên cứu tính dư kết cấu công trình cầu 1.2.3 Nhận xét 13 1.2.4 Tính dư tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272-05 13 1.3 Những vấn đề tồn nghiên cứu tính dư 14 1.4 Những vấn đề đề tài tập trung nghiên cứu giải 15 1.5 Kết luận chương 16 CHƯƠNG CƠ SỞ PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỊNH CHUẨN TÍNH DƯ CỦA KẾT CẦU VÀ ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH TỔNG QUAN XÁC ĐỊNH TÍNH DƯ 17 2.1 Đánh giá tính dư cho kết cấu phần [48] 17 2.1.1 Xác định kết cấu bên điển hình 17 2.1.2 Các giả thiết trạng thái làm việc kết cấu TTGH tương ứng [27], [48], [56] 25 2.1.3 Phương pháp phân tích tính dư 28 2.1.4 Tính toán tính dư [75] 31 iv 2.1.5 Quan hệ hệ số hệ thống s với phương pháp độ tin cậy tính dư u tỉ lệ bảo toàn hệ thống Ru 52 2.1.6 Tỉ lệ bảo toàn hệ thống hình dạng kết cấu bên định hình 54 2.1.7 Quy trình xác định tính dư cho kết cấu phần [48] 55 2.2 Đánh giá định chuẩn tính dư kết cấu phần 62 2.2.1 Mức độ an toàn kết cấu phần 63 2.2.2 Các trạng thái giới hạn 64 2.2.3 Chu kỳ vòng đời mô hình tải trọng - số độ tin cậy 67 2.2.4 Phương pháp độ tin cậy 69 2.2.5 Xác định số độ tin cậy mục tiêu 70 2.2.6 Quy trình kiểm tra tính dư trực tiếp 72 2.2.7 Quy trình bước xác định hệ số dư 75 2.2.8 Hệ số hệ thống (tính dư) 77 2.2.9 Hệ số hệ thống cho cầu điển hình thông dụng 79 2.2.10 Xếp hạng tải trọng cho cầu tồn 80 2.3 Kết luận chương 82 CHƯƠNG MÔ HÌNH PHI TUYẾN XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỰC HẠN CỦA KẾT CẤU 84 3.1 Tổng quan 84 3.2 Tóm tắt lý thuyết phần tử hữu hạn tích hợp bước nhảy chuyển vị cho phần tử dầm Timoshenko 88 3.2.1 Lý thuyết dầm Timoshenko phương pháp phần tử hữu hạn truyền thống 88 3.2.2 Mở rộng phương pháp phần tử hữu cho dầm Timoshenko để xét đến phá hoại uốn cắt dầm [78] 93 3.3 Mối quan hệ nội lực – biến dạng (mô-men/ độ cong, lực cắt – biến dạng cắt) dầm bê tông cốt thép 98 3.4 Phương pháp chia lớp mặt cắt để xác định trạng thái ứng suất, biến dạng dầm 101 v 3.5 Xây dựng bảng tính xác định đường cong chịu uốn (đường cong M-к) phụ thuộc vào lực dọc lực cắt dầm 109 3.6 Thí nghiệm kiểm chứng mô hình phân tích đề xuất 112 3.6.1 Cấu tạo dầm BTCT thí nghiệm 113 3.6.2 Sơ đồ thí nghiệm 115 3.6.3 Xây dựng mô hình phi tuyến cho dầm thí nghiệm: 116 3.7 So sánh kết mô hình hóa kết thí nghiệm 123 3.8 Kết luận chương 129 CHƯƠNG CÁC VÍ DỤ ÁP DỤNG MÔ HÌNH PHI TUYẾN VÀ QUY TRÌNH TRỰC TIẾP 130 4.1 Trụ cột chịu lực đẩy ngang 130 4.1.1 Phân tích làm việc trụ tác dụng lực đầy ngang theo mô hình phi tuyến 130 4.1.2 Xác định tính dư kết cấu trụ cột theo quy trình trực tiếp 134 4.2 Trụ cột 135 4.2.1 Phân tích làm việc trụ cột chịu lực ngang 135 4.2.2 Xác định tính dư kết cấu trụ cột theo quy trình trực tiếp 137 4.3 Dầm liên tục nhịp 138 4.3.1 Phân tích khả chịu lực thẳng đứng dầm liên tục nhịp 138 4.3.2 Xác định tính dư dầm liên tục hai nhịp theo Quy trình trực tiếp 140 4.4 Kết luận chương 140 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 142 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, ĐỀ TÀI CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 147 TÀI LIỆU THAM KHẢO 148 PHỤ LỤC 157 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các thông số trung bình loại kết cấu bên 19 Bảng 2.2 Các thông số kết cấu uốn hai cột 20 Bảng 2.3 Các thông số kết cấu uốn bốn cột 21 Bảng 2.4 Độ cứng móng - kết cấu uốn hai cột 22 Bảng 2.5 Độ cứng móng - kết cấu uốn bốn cột 23 Bảng 2.6 Kết phân tích lực đẩy phi tuyến kết cấu uốn cột 31 Bảng 2.7 Các biến số kết cấu kết cấu uốn hai cột bốn cột 32 Bảng 2.8 Các điều kiện địa chất móng 32 Bảng 2.9 Dữ liệu đầu vào cho phân tích ví dụ cầu hai cột 41 Bảng 2.10 Dữ liệu đầu vào cho phân tích ví dụ cầu bốn cột 42 Bảng 2.11 Khả tải trọng ngang trụ bốn cột hai cột 44 Bảng 2.12 Giá trị biến ngẫu nhiên sử dụng phân tích kết cấu uốn hai cột 45 Bảng 2.13 Kết phân tích kết cấu uốn hai cột 45 Bảng 2.14 Kết phân tích kết cấu uốn bốn cột 46 Bảng 2.15 Giá trị trung bình COV tải trọng áp dụng tác động xe tải thiết kế đặt cạnh 68 Bảng 2.16 Tỉ lệ hệ số tải trọng yêu cầu phương pháp tính dư hệ thống trực tiếp 73 Bảng 3.1 Kết thí nghiệm cường độ bê tông 113 Bảng 3.2 Kết thí nghiệm cường độ thép 114 Bảng 3.3 Chia lớp phần tử bê tông 116 Bảng 3.4 Chia lớp phần tử thép 117 Bảng 3.5 Giá trị mô men – độ cong cho phần tử dầm 122 Bảng 3.6 Thông số đầu vào cho phần tử chịu uốn túy 123 Bảng 3.7 Thông số đầu vào cho phần tử chịu uốn (có xét đến ảnh hưởng lực cắt) 124 vii Bảng 4.1 Đặc trưng vật liệu sử dụng trụ cột 131 Bảng 4.2 Đặc trưng vật liệu sử dụng trụ cột 136 Bảng 4.3 Đặc trưng vật liệu sử dụng dầm liên tục hai nhịp 139 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cầu dàn BTCT thường (Cầu Sê Rê Pôk cũ- Đăk Lăk) Hình 1.2 Cầu Roòn- Quốc lộ 1A - Quảng Bình (1985) Hình 1.3 Cầu Pá Uôn - Sơn La (2010) Hình 1.4 Cầu Thanh Trì- Hà Nội (2006) Hình 1.5 Cầu Bãi Cháy- Quảng Ninh (2006) Hình 1.6 Cầu Long Biên Hình 1.7 Cầu Hàm Rồng Hình 1.8 Trụ Cầu Thăng Long (Hà Nội) Hình 1.9 Một số hình dạng điển hình trụ cầu Hình 2.1 Cầu Turnpike sụp đổ 18 Hình 2.2 Mô hình kết cấu uốn hai cột 29 Hình 2.3 Mặt cắt cột rời rạc 30 Hình 3.1 Mô hình khung dầm cho kết cấu bê tông cốt thép 86 Hình 3.2 Phá hoại nén uốn đồng thời 86 Hình 3.3 Phá hoại cắt-uốn đồng thời (xem [91]) 87 Hình 3.4 Quan hệ mô-men giới hạn lực cắt giới hạn cho số dạng mặt cắt dầm bê tông cốt thép [43] 87 Hình 3.5 Quan hệ chuyển vị -biến dạng dầm theo lý thuyết Timoshenko Euler-Bernoulli (nguồn [92]) 89 Hình 3.6 Mô hình phần tử dầm chịu tác dụng lực 89 Hình 3.7 Hàm dạng mô tả bước nhảy góc xoay chuyển vị thẳng đứng phần tử 95 Hình 3.8 Hàm Heaviside H x hàm  x  95 c Hình 3.9 Quá trình phá hoại dầm bê tông cốt thép 99 Hình 3.10 Mô hình chịu uốn dầm bê tông cốt thép (xem [22], [78]) 99 Hình 3.11 Mô hình quan hệ lực cắt – biến dạng cắt trượt (xem [78]) 100 ix Hình 3.12 Phân lớp dầm trạng thái ứng suất, biến dạng điểm 101 Hình 3.13 Trạng thái ứng suất- biến dạng phân tố dâm 102 Hình 3.14 Vòng tròn Mohr ứng suất vòng tròn Mohr biến dạng lớp xét 102 Hình 3.15 Trạng thái biến dạng dầm chịu cắt uốn đồng thời 103 Hình 3.16 Biều đồ ứng suất – biến dạng bê tông theo mô hình vật liệu Vecchio Collins ([33], [44]) 105 Hình 3.17 Biều đồ ứng suất – biến dạng thép (đàn hồi – dẻo lý tưởng) 106 Hình 3.18 Sơ đồ thuật toán xác định trạng thái ứng suất-biến dạng dầm BTCT 108 Hình 3.19 Mô-đun nhập số liệu đầu vào (kích thước, thông số vật liệu dầm) 110 Hình 3.20 Mô-đun nhập số liệu đầu vào(lực cắt, lực dọc trục) 110 111 Hình 3.21 Kết đường cong mô-men/độ cong (M- к) 111 Hình 3.22 Đường cong M- к dầm phụ thuộc vào lực dọc trục dầm 111 Hình 3.23 Đường cong M- к dầm phụ thuộc vào lực cắt dầm 112 Hình 3.24 Bố trí cốt thép dầm thí nghiệm 115 Hình 3.25 Công tác chế tạo, gia công dầm thí nghiệm 115 Hình 3.26 Sơ đồ gia tải dầm (uốn điểm) 116 Hình 3.27 Đường cong quan hệ ứng suất- biến dạng cho bê tông dầm (f’c =36.08MPa) 117 Hình 3.28 Đường cong quan hệ ứng suất- biến dạng cho cốt thép (fy = 523.67MPa) 118 Hình 3.29 (a) Biểu đồ biến dạng dầm 119 Hình 3.29 (b) Biểu đồ ứng suất dầm trạnig thai mô-men nứt 119 Hình 3.30 (a) Biểu đồ biến dạng dầm ứng suất vùng cốt thép chịu kéo đạt đến giới hạn chảy i Hình 3.30 (b) Biểu đồ ứng suất mặt cắt ngang dầm ứng suất vùng cốt thép chịu kéo đạt đến giới hạn chảy 120 x Hình 3.31 (a) Biến dạng bê tông ứng suất vùng nén bê tông đạt đến giới hạn nén 121 Hình 3.31 (b) Ứng suất bê tông ứng xuất vùng nén bê tông đạt đến giới hạn 121 Hình 3.32 Quan hệ mô-men độ cong phần tử dầm ứng với giá trị lực cắt khác 122 Hình 3.33 Mô-men giới hạn dầm giảm xuống lực cắt tăng 123 Hình 3.34 Đánh số phần tử đánh số nút cho mô hình dầm 124 Hình 3.35 Biểu đồ phân phối mô-men lực cắt dầm thời điểm chuyển vị cưỡng 5cm (mô hình thứ nhất) 125 Hình 3.36 Biểu đồ độ võng góc xoay dầm thời điểm chuyển vị cưỡng 5cm vị trí đặt lực (mô hình thứ nhất) 125 Hình 3.37 Biểu đồ phân phối mô-men lực cắt dầm thời điểm chuyển vị cưỡng 5cm vị trí đặt lực (mô hình thứ 2) 126 Hình 3.38 Biểu đồ độ võng góc xoay dầm thời điểm chuyển vị cưỡng 5cm (mô hình thứ hai) 126 Hình 3.39 Biểu đồ lực/độ võng dầm theo kết mô hình hóa 127 Hình 3.40 Kết nén dầm phòng thí nghiệm 127 Hình 3.41.Kết từ mô hình phân tích (phóng đại 1000 lần) 128 Hình 3.42 So sánh kết mô hình hóa với đường cong lực /độ võng dầm 128 Hình 4.1 Trụ khung cột 131 Hình 4.2 Quan hệ mô men – độ cong cho cột dầm ngang 132 Hình 4.3 Quan hệ lực cắt – biến dạng cắt cho cột 132 Hình 4.4 Quan hệ lực ngang chuyển vị ngang xà mũ 133 Hình 4.5 Chuyển vị trụ cột tác dụng thời điểm chuyển vị ngang 160mm 133 Hình 4.6 Trụ khung cột 135 Hình 4.7 Quan hệ lực - chuyển vị ngang trụ khung cột 136 143 không dư thành dư; nhiên, yêu cầu khả thiết kế thành phần cao hơn, an toàn hệ thống cho kết cấu không dư tăng cường Do đó, hệ số tính dư hệ thống đề nghị luận án này, chất, hệ số thưởng - phạt Một hệ số hệ thống nhỏ 1.0 dẫn đến thiết kế thành phần có mức độ khả cao hệ thống kết cấu không dư bị phạt Mặt khác, hệ thống dư thưởng cho phép thiết kế thành phần khả - Hệ số hệ thống phát triển kết cho cấu uốn hai cột kết cấu uốn bốn cột, đại diện cho phản ứng kết cấu uốn nhiều cột định hình Là bước để bổ sung hệ số hệ thống cho tiêu chuẩn 22TCN-272-05, hệ số hệ thống s đề nghị với giá trị nhỏ 0.8 giá trị lớn 1.20 - Kết cấu uốn đơn cột xem không dư tỉ lệ bảo toàn hệ thống chúng (Ru=1.02) nhỏ tỉ lệ bảo toàn mục tiêu 1.20 cho bê tông không tăng cường cốt tăng cường cốt Phần lớn trụ tường xem có ứng xử cấu uốn đơn cột - Trường hợp phá hoại hệ thống kết cấu bên chủ yếu cắt, xem không dư s = 0.8 - Tương tự, phá hoại liên kết bao gồm bar xem giòn không dư, s = 0.8 Kết cấu bên cầu phân tích luận án liên kết với kết cấu nhịp qua gối cầu Nếu liên kết toàn khối tính dư hệ thống cải thiện cực lớn - Hệ số tính dư hệ thống định chuẩn sử dụng phương pháp độ tin cậy để xác định mức độ khoảng an toàn thêm cung cấp hệ thống vượt phá hoại thành phần Dựa kinh nghiệm, kết cấu uốn bốn cột với bê tông không tăng cường cốt định hình cho hầu hết thiết kế, đại diện cho hệ thống kết cấu có tính dư đầy đủ Do đó, mức độ tính dư cung cấp kết cấu bên cột sử dụng mục tiêu mà tất kết cấu bên cầu phải đáp ứng Chỉ số độ tin cậy tương đối  = 0.5 xác định tiêu chí cho định chuẩn hệ số hệ thống để chống lại tải trọng gió Giá trị  = 0.5 tương ứng với tỉ lệ bảo toàn hệ thống (Ru) = 1.20 Mặc dù  144 dựa tải trọng ngang gió, giá trị cuối Ru = 1.20 hệ số hệ thống ương ứng áp dụng cho kiểu tải trọng - Quy trình bước sử dụng để đánh giá trực tiếp tính dư kết cấu bên Điều đòi hỏi sử dụng chương trình phân tích phi tuyến tính để thực phân tích phi tuyến tính gia tăng tải trọng ngang tác dụng giám sát phát triển phản ứng phi tuyến tính kết cấu Các TTGH xác định kiểm tra Bao gồm chế sụp đổ toàn hệ thống, gãy thành phần cục bộ, chuyển vị lớn Khi mức độ tải trọng ngang tạo TTGH tương ứng xác định, tỉ lệ bảo toàn hệ thống tỉ lệ tính dư hệ thống thiết lập Nếu hệ thống xác định không dư, hệ số hệ thống sử dụng để xác định mức độ yêu cầu tăng cường Để đánh giá cầu tồn tại, áp dụng quy trình phân tích trực tiếp nói - Quy trình phân tích trực tiếp áp dụng để kiểm tra khả chịu tải trọng lại sức chịu đựng hệ thống hay khả chúng để chịu tải trọng phá hoại phát thực việc sửa chữa cầu Một tỉ lệ tính dư hệ thống Rd = 0.5 đề nghị cho trường hợp phá hoại cầu trọng yếu Điều nghĩa kết cấu bên phá hoại có khả chịu nhiều 50% tải trọng mà gây thành phần kết cấu nguyên vẹn đạt đến khả giới hạn Đối với kết cấu phần - Kết nghiên cứu tính dư kết cấu nhịp hình thành sở xem xét tính dư thiết kế đánh giá khả kết cấu nhịp cầu Phương pháp đề xuất thiết kế “phạt’’ với kết cấu có tính dư không đầy đủ, thành phần chúng phải thiết kế có khả nhiều so với tiêu chuẩn hành Mặt khác, thiết kế tính dư đầy đủ “thưởng’’ cho phép thành phần thiết kế khả Điều đạt áp dụng hệ số hệ thống trình thiết kế đánh giá cầu thông thường, hệ số 145 hệ thống đề nghị nhỏ 1.0 sử dụng cho thiết kế mới, hệ số xếp hạng tải trọng sử dụng để đánh giá cầu tồn - Hệ số hệ thống phát triển cho hình dạng cầu điển hình Đối với cầu với hình dạng không điển hình thực phương pháp phân tích trực tiếp Gồm TTGH cho điều kiện phá hoại nguyên vẹn Hệ số tính dư tính toán từ phân tích tải trọng tăng dần - Quá trình định chuẩn nghiên cứu tính cầu dầm hộp dầm I bê tông ứng suất trước cầu thép nhiều dầm định hình Các tham số phân tích chứng minh tính dư cầu hàm số hình dạng hình học không nhạy cảm với biến đổi tính chất mặt cắt Hệ số hệ thống cho hình dạng cầu với giả thiết tất thành phần cầu Phân tích cầu liên tục tạo mức độ tính dư cao cầu nhịp giản đơn II Định hướng tiếp tục nghiên cứu Trong luận án này, nghiên cứu sinh đề xuất quy trình đơn giản công cụ phân tích kèm để phân tích tính dư cho toàn kết cấu cầu, kể kết cấu phần kết cấu phần Mô hình phân tích xét đến trạng thái phá hoại phi tuyến mà mô hình trước chưa đề cập đến như: phá hoại cắt, phá hoại tổng thể kết cấu sau thành phần bị phá hoại Nghiên cứu sinh tổng kết dạng kết cấu điển hình công trình cầu phân tích sơ tính dư kết cấu Trong nghiên cứu tiếp theo, nghiên cứu sinh đề xuất áp dụng mô hình để phân tích tính dư cho kết cấu cầu điển hình Việt Nam Các hướng triển khai cụ thể sau: - Trong luận án tập trung phân tích phá hoại kết cấu bên phản ứng cột Xà mũ, liên kết dầm cột liên kết cột - móng giải thiết cứng Trong tương lai xét đến phản ứng liên kết - Khả phá hoại bệ móng, cọc cọc sâu bệ cọc không rõ ràng mô hình phân tích Chỉ có độ dẽo toàn móng 146 tính đến sử dụng hệ số độ cứng móng Trong nhiều trường hợp, nhóm cọc bao gồm cọc đứng cọc xiên Dưới tải trọng ngang, cọc xiên chịu phần đáng kể trọng ngang Do vậy, phải kiểm tra tính dư nhóm cọc - Giả thiết mô hình sử dụng luận án hệ thống địa chất/móng trì tuyến tính suốt trình chịu tải phá hoại địa chất Mặc dù điều nhìn chung chấp nhận cho mục đích thiết kế, với việc áp dụng mức cao tải trọng ngang Phản ứng phi tuyến tính địa chất chí hư hỏng nghiên cứu tương lai để xác định xác hệ số hệ thống - Phân tích trình bày luận án thực riêng lẻ cho kết cấu bên kết cấu nhịp Phương pháp hợp lý cho trường hợp kết cấu nhịp kết nối với kết cấu bên qua gối cầu Nghiên cứu tương lai với kết cấu cầu liên kết liền khối hai hệ thống kết cấu - Phân tích luận án tập trung phản ứng thành phần cầu Mặc dù phản ứng phi tuyến tính mặt cầu tính đến mô hình hoá phần tử dầm song song, hư hỏng nén vỡ bê tông uốn ngang hay hư hõng cắt không xem xét Do đó, khả hư hõng mặt cầu tính đến tương lai - Mô hình tải trọng sử dụng luận án tương ứng với mô hình quy tắc LRFD Mô hình tải trọng phát triển dựa sở phản ứng tuyến tính hệ thống cầu sử dụng sở liệu thống kê giao thông trọng lượng xe tải Các nghiên cứu chuẩn hóa thêm vị trí tải trọng 147 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, ĐỀ TÀI CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN (1) PGS TS Trần Đức Nhiệm; PGS TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa; Nguyễn Viết Huy, "Nghiên cứu tính dư kết cấu bên công trình cầu, TTGH độ tin cậy", Tạp chí cầu đường Việt Nam, số tháng 3/2014 (2) PGS TS Trần Đức Nhiệm; PGS TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa; Nguyễn Viết Huy, "Giới thiệu quy trình bước kiểm tra tính dư trực tiếp", Tạp chí cầu đường Việt Nam, số tháng 4/2014 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bộ GTVT, "Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22-TCN-272-05," NXB Giao Thông Vận Tải, 2005 [2] Nguyễn Đăng Minh, “Trao đổi lịch sử xây dựng cầu lớn Việt Nam” Hội thảo KH-CN Viện Khoa học Công nghệ GTVT, 2007 [3] Nguyễn Thị Minh Nghĩa, Dương Thị Minh Thu, "Mố trụ Cầu", Nhà xuất Giao thông Vận tải, 2011 [4] Nguyễn Viết Trung, "Kết cấu nhịp cầu thép", Nhà xuất Xây dựng, 2005 [5] Nguyễn Viết Trung, Hoàng Hà, Nguyễn Ngọc Long, "Cầu Bê tông cốt thép", Nhà xuất Giao thông Vận tải, 2011 [6] Phạm Văn Thứ, "Các phương pháp phân tích độ tin cậy kết cấu xây dựng", Tạp chí Khoa học công nghệ hàng hải, Trường Đại học Hàng Hải, 2005 [7] Trần Đức Nhiệm, "Các phương pháp xác suất lý thuyết độ tin cậy tính toán công trình", Trường Đại học Giao thông Vận tải, 1996 [8] Trần Đức Nhiệm, "Tính toán thiết kế kết cấu cầu theo phương pháp hệ số độ tin cậy riêng, sở xây dựng tiêu chuẩn thiết kế tiên tiến hội nhập, Báo cáo Hội nghị Khoa học Việt – Đức, Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội, 2006 Tiếng Anh [9] AASHTO-LRFD-2012, "AASHTO LRFD Bridge Design Specifications," Highway Subcommittee on Bridges and Structures , 2011 [10] AASHTO, "Standard specifications for highway bridges", Washington D.C: American Association of State Highway and Transportation Officials, 1996 [11] Abdelrazaq AK, Sinn RC "Robustness and redundancy design for tall buildings" Advanced Technology in Structural Engineering: Proceedings of the 2000 Structures Congress & Exposition, May 8-10, 2000, Philadelphia PA, United States 2000 149 [12] Agarwal, J England, J and Blockley, D 2006 “Vulnerability Analysis of Structures" Structural Engineering International [13] Allaire, P.E (1985) "Basics of the Finite Element Method: Solid Mechanics, Heat Transfer, and Fluid Mechanics" Wm C Brown Publishers, Dubuque, Iowa [14] A Ibrahimbegovic and E Wilson, "A Modified Method of Incompatible Modes.," Communications in Applied Mechanics Methods, 1991 [15] A.Ibrahimbegovic, "Nonlinear Solid Mechanics: Theoretical Formulation and Finite Element Solution Methods", Springer, 2009 [16] A Ibrahimbegovic and D Brancherie, "Combined hardening and softening constitutive model of plasticity: precursor to shear slip line failure," Computational Mechanics, vol 31, 2003 [17] American Institute of Steel Construction (AISC), (2006) "Load and Resistance Factor Design Specification for Steel Buildings" 13th Edition [18] Ang, A.H., and Tang, W.H., “Probability Concepts in Engineering Planning and Design,” Vol II, John Willey and Sons, New York (1984) [19] Ayyub, B.M, and McCuen R.H., “Probability, Statistics, & Reliability for Engineers”, CRC Press, Florida (1997) [20] Bathe, K.-J (1982) "Finite Element Procedures in Engineering Analysis" Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey [21] Bathe, K.-J (1996) "Finite Element Procedures" Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey [22] B Pham, "Stress-Resultant Models for Optimal Design of Reinforced Concrete Frames.," Ecole Normale Superieure de Cachan, Cachan France, 2009 [23] Belytschko, T., Liu, W.K., and B Moran (2006) "Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures" Wiley, Hoboken, New Jersey [24] Cho, H.-N., Lim, J.-K & Choi, H.-H 2000 "Reliability-based fatigue failure analysis for causes assessment of a collapsed steel truss bridge" Engineering Failure Analysis 150 [25] Cook, R.D., Malkus, D.S., Plesha, M.E., and R.J Witt (2001) "Concepts and Applications of Finite Element Analysis" 4th Edition John Wiley & Sons, Inc., New York [26] Cordahi, I.A 2006 “Reliability of Corroded Steel Bridge Girder” Department of Civil and Environmental Engineering Massachusetts Institute of Technology Master of Engineering [27] Corotis, R.B & Nafday, A.M 1989 "Structural system reliability using linear programming and simulation" Journal of Structural Engineering 115(10):2435-47 [28] Cornell C.A Jalayer, F., Hamburger, R.O (2002) “Probabilistic Basis for the 2000 SAC FEMA Steel Moment Frame Guidelines.” ASCE J of Structural Engineering [29] Crampton, D.D., McGormley, J.C., and H.J Hill (2007) “Improving Redundancy of Two-Girder Bridges.” Proceedings, Transportation Research Board Annual Meeting Washington, D.C [30] Crisfield, M.A (1991) "Non-Linear Finite Element Analysis of Solids and Structures", Vol John Wiley & Sons, Inc., New York [31] D Brancherie, "Modeles continus et “discrets” pour les problemes de localisation et de rupture fragile et/ou ductile", Ecole Normale Superieure de Cachan, Cachan, 2003 [32] Daniels, J.H., Kim, W., and J.L Wilson (1989) “Recommended Guidelines for Redundancy Design and Rating of Two-Girder Steel Bridges.” National Cooperative Highway Research Program Report 319 Transportation Research Board, National Academy Press, Washington, D.C [33] D Bentz, F Vecchio and M Collins, "Simplifed Modified Compression Field Theory for Calculating Shear Strength of Reinforced Concrete Elements", ACI Structural Journal, no 103-S65, pp 614-624, 2006 [34] Der Kiureghian, A & Song, J 2008 "Multi-scale reliability analysis and updating of complex systems by use of linear programming" Reliability Engineering and System Safety 151 [35] Ditlevsen, O 1979 "Narrow reliability bounds for structural system" Journal of Structural Mechanics 7(4): 453-472.Ditlevsen, O & Madsen, H.O 1996 Structural Reliability Methods Chichester, UK: John Wiley & Sons [36] Eamon, C.D and Nowak, A.S 2004 “Effect of Secondary Elements on Bridge Structural System Reliability Considering Moment Capacity” Structural Safety 26:305-27 [37] F Armero and J Park, "An analysis of strain localisation in a shear layer under thermally coupled dynamic conditions Part 2: Localized thermoplastic model", International Journal for Numerical Methods in Engineering, vol 56, no 14: Computational Failure Mechanics, 14 April 2003 [38] F Armero and C Linder, "New finite elements with embedded strong discontinuities in the finite deformation range", Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2008 [39] Fisher, J.W., Pense, A.W., and Roberts, R (1977) “Evaluation of Fracture of Lafayette Street Bridge.” Journal of the Structural Division, ASCE [40] Frangopol, D.M., and Nakib, R., “Redundancy in Highway Bridges.” Engineering Journal, AISC, 28(1), pp 45-50, (1991) [41] Freudenthal, A M., Garrelts, J M., and Shinozuka, M., “The Analysis of Structural Safety”, Journal of Structural Division, Proc ASCE, 92(ST1), (1966) [42] Fu, C C., “Report on the Determination of Redundancy of the U.S Bridge Corporation Bridge 3000", submitted to Ohio Bridge, Cambridge Ohio, (2000) [43] F Vecchio and M Collins, "Predicting the Response of Reinforced Concrete Beams Subjected to Shear Using Compression Field Theory", ACI Structural Journal, 1988 [44] F Vecchio and Emara, "Shear Deformation in Reinforced Concrete Frames", ACI Structural Journal, 1992 152 [45] Gardoni, P., Der Kiureghian, A and Mosalam, K 2002 "Probabilistic capacity models and fragility estimates for reinforced concrete columns based on experimental observations" Journal of Engineering Mechanics [46] Galambos, T.V.,Leon T.R.,and French, C.W., NCHRP Report 352, "Inelastic Rating Procedures for Steel Beam and Girder Bridges" National Research Council, TRB, Washington, DC (1992); [47] Galambos, T.V 1990 "Systems reliability and structural design" Structural Safety [48] Gohsn and Moses, "NCHRP Report 406 "Redundancy in Highway Bridge Substructure", Transportation Research Board, Washington DC, 2001 [49] Ghosn, M., and F Moses (1998) “Redundancy in Highway Bridge Superstructures.” National Cooperative Highway Research Program Report 406 Transportation Research Board, National Academy Press, Washington, D.C [50] Grimmelt, M & Schueller, G.I 1982 "Benchmark study on methods to determine collapse failure probabilities of redundant structures" Structural Safety [51] Haldar, A and Mahadevan S 1999 "Probability, Reliability, and Statistical Methods in Engineering Design" John Wiley & Sons Inc [52] Henwadi, S & Frangopol, D.M 1994 "System reliability and redundancy in structural design and evaluation" Structural Safety 16: 47-71 [53] Hovell, Catherine (2007) “Evaluation of Redundancy in Trapezoidal BoxGirder Bridges Using Finite Element Analysis.” Masters Thesis, University of Texas at Austin [54] Hughes, J.R (2000) The Finite Element Method: Linear Static and Dynamic Finite Element Analysis Dover Publications, Mineola, New York [55] Idriss, R L., White, K R., Woodward, C B., and Jauregui, D.V (1995) “Evaluation and Testing of a Fracture Critical Bridge.” NDT&E International 153 [56] ISO 2394: "General principles on reliability of structures", 1998, Geneva: International Organization for Standardization (ISO); [57] Joshua, M.M., "Evaluating the Redundancy of Steel Bridges: Improving the Strength and Behavior of Shear Stud Connections under Tensile Loading" Master of Science in Engineering, the uiniversity of Texas at Austin, (2008); [58] Karamchandani, A 1987 "Structural System Reliability Analysis Methods" Report No 83, Department of Civil Engineering, Stanford University [59] Kim, Janghwan (2009) “Evaluating the Redundancy of Steel Bridges.” Doctoral Dissertation, University of Texas at Austin In progress [60] Kim, D.-S 2009 "Matrix-based System Reliability Analysis Using the Dominant Failure Mode Search Method" Dept of Civil and Environmental Engineering, Seoul National University, Seoul, Korea [61] Kumarasena, S., et al., (2004), “Structural Redundancy of Steel Box Girder Bridges,” Proceedings of the 2004 FHWA Steel Bridge Conference, San Antonio, Texas [62] Kudsi, T.N., “Redundancy Analysis of Existing Truss Bridges: A System Reliability-Based Approach,” in partial fulfillment of the requirement for the degree of Doctor ofPhilosophy, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Maryland, College Park, MD 20742, (2001) [63] K Bathe, "Finite Element Procedures", Prentice Hall, 1996 [64] Lam, P a M G., "Design of Highway Bridge Foundations to Resist Earthquake Loads", FHWA Report RD 86/101, 1985 [65] Lee, J.S 1989 "Basic study on the reliability analysis of structural systems" Journal of Ocean Engineering and Technology; [66] Liu, W.D., Ghosn, M., and F Moses (2001) “Redundancy in Highway Bridge Substructures.” National Cooperative Highway Research Program Report 458 Transportation Research Board, National Academy Press, Washington, D.C 154 [67] Liu, N & Tang, W.H 2004 "System reliability evaluation of nonlinear continuum structures – a probabilistic FEM approach" Finite Elem in Analysis and Design; [68] Lowe, S.,"Collapse Behaviour of Reinforced Concrete Beam and Slab Bridges", MPhil Dissertation, Cambridge University; [69] MacGregor, J.G 1976 “Safety and Limit States Design for Reinforced Concrete” Canadian Journal of Civil Engineering [70] Milwaukee Transportation Partners, (2005), “Redundancy of Box Girder Steel Bridges – A Study For the Marquette Interchange HPS Twin Box Girder Structures,” Project I.D [71] Moses, F and Verma, D.,NCHRP Report 301, "Load Capacity Evaluation of Existing Bridges" National Research Council, TRB, Washington, DC (1987); [72] Moses, F and Ghosn, M., "A Comprehensive Study of Bridge Loads and Reliability." Report FHWA/ODOT/85-005, U.S Department of Transportation, Washington, DC (1985); [73] Melchers, R.E., “Structural Reliability: Analysis and Predictions,” Ellis Horwood Ltd.,Chichester, (1987) [74] M a Y J Ghosn, "Bridge system Safety and Redundancy", NCHRP Report 776, 2014 [75] Moses and Ghosn, "NCHRP Report 458 "Redundancy in Highway Bridge Superstructures", Transportation Research Board, Washington DC, 1998 [76] National Steel Bridge Alliance (NSBA), (2005), "Practical Steel Tub Girder Design", Chicago, IL Parmelee, R.A., and Sandberg, H.R., (1987), “If it’s Redundant, Prove It,” Civil Engineering, ASCE [77] N A Simo, "Calibration of LRFD Bridge Design Code", NCHRP Project 12-33, 1994 [78] N Bui, V Ngo, D Brancherie and A Ibrahimbegovic, "Enriched Timoshenko 155 beam finite element for modelling bending and shear failure of reinforced concrete frames," Computer and Structures, vol 143, 2014 [79] Nowak, A.,"Calibration Report for NCHRP project 12-33", Department of Civil Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, MI (May 1992); [80] Nowak, A.S., “Calibration of LRFD Bridge Design Code, ” NCHRP report 368, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, (1999) [81] R Taylor, "FEAP - A Finite Element Analysis Program Version 7.5 User Manual,", 2004 [82] Rashedi, M.R 1983 "Studies on reliability of structural systems" Department of Civil Engineering, Case Western Reserve University [83] Samaras, Vasilis (2009) “Evaluating the Redundancy of Steel Bridges.” Masters Thesis, University of Texas at Austin In progress [84] Scheffey, C.F (1971) “Pt pleasant Bridge Collapse: Conclusions of the Federal Study.” Civil Engineering, Vol 41, No [85] Shao, S & Murotsu, Y 1999 "Approach to failure mode analysis of large structures" Probabilistic Engineering Mechanics [86] Sutton, James P (2007) “Evaluating the Redundancy of Steel Bridges: Effect of a Bridge Haunch on the Strength and Behavior of Shear Stud under Tensile Loading” Masters Thesis, University of Texas at Austin [87] Tarek N Kudsi, Chung.C.Fu, "Redundancy Analysis of Existing Truss Bridges: A System Reliability-Based Approach", First International Conference Bridge Maintenance, Safety and Management, Barcelona, 2002 [88] Throft-Christensen, P and Baker, M.J., "Structural Reliability Theory and Its Implications" Springer-Verlag, New York (1982) [89] United Facilities Criteria (UFC) (2005) "Design of Buildings to Resist Progressive Collapse" UFC 4-023-03 Washington, DC 156 [90] V Ngo, A Ibrahimbegovic and D Brancherie, "Model for localized failure with thermo-plastic coupling Theoretical formulation and ED-FEM implementation," Computers and Structures, vol 127, pp 2-18, 2013 [91] O Burdet, Ibeton, 2013, http://ibeton.epfl.ch/recherche/shear/ [92] http://paulino.ce.gatech.edu/courses/cee570/2012_prior/faqs/eb-timo.png) 157 PHỤ LỤC PHỤ LỤC I SƠ ĐỒ KHỐI PHẦN MỀM XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỦA KẾT CẤU PHỤ LỤC II CÁC FILE DỮ LIỆU ĐẦU VÀO (INPUT FILE) - Ví dụ trụ cột - Ví dụ trụ cột - Ví dụ dầm liên tục nhịp PHỤ LỤC III CÁC PHẦN TỬ MỞ RỘNG TRONG FEAP - Phần tử Elmt1 (bước nhảy chuyển vị uốn) - Phần tử Elmt2 (bước nhảy chuyển vị cắt) Phần giới thiệu PHỤ LỤC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT [...]... pháp tính dư trên thế giới và ở Việt Nam đồng thời chỉ ra những vấn đề còn tồn tại mà luận án tập trung giải quyết Trong chương 2, luận án sẽ tập trung phân tích chi tiết cơ sở đánh giá, định chuẩn tính dư của kết cấu cầu và đề xuất một quy trình tổng quan tính dư làm cơ sở cho việc đề xuất một mô hình tính toán tính dư của kết cấu cầu 17 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỊNH CHUẨN TÍNH DƯ CỦA KẾT... cầu 22TCN-272-05 Bố cục của luận án Để đạt mục tiêu đề ra, luận án giải quyết 03 vấn đề chính: (1) Tổng quan về tình hình nghiên cứu tính dư, xác định mục tiêu nghiên cứu tính dư (2) Đánh giá và định chuẩn tính dư của kết cấu công trình cầu trên cơ sở lý thuyết độ tin cậy (3) Tính toán, đánh giá tính dư kết cấu trụ cầu Luận án được cấu thành các nội dung như sau: Phần mở đầu: Giới thiệu về các lý do... số tính dư cho phù hợp với từng loại, bộ phân và dạng kết cấu công trình Từ tầm quan trọng của vấn đề, số lượng nghiên cứu hạn chế ở Việt Nam và tính cấp thiết của nội dung nghiên cứu, Nghiên cứu sinh chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá tính dư trong kết cấu cầu ở Việt Nam” Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của đề tài luận án là đề xuất một quy trình đơn giản và trực tiếp để xác định tính dư của kết. .. hệ thống s Dư i đây, luận án tóm lược các kết quả này cho kết cấu phần dư i và kết cấu phần trên 2.1 Đánh giá tính dư cho kết cấu phần dư i [48] 2.1.1 Xác định kết cấu bên dư i điển hình Theo khảo sát thì các hệ thống kết cấu bên dư i cầu định hình có thể được phân chia thành các loại sau đây: 18 - Kết cấu uốn định hình: trụ tường, kết cấu uốn đơn cột, kết cấu uốn hai cột và kết cấu uốn nhiều cột -... hoại Luận án đưa ra các dạng kết cấu điển hình trong công trình cầu để xác định tính dư, giúp thiết lập bảng tra về hệ số tính dư cho các kết cấu này để tiện áp dụng trong thực tế Qua đó, phát triển một cơ sở hợp lý cho việc xem xét tính dư kết cấu nhịp và phần dư i trong thiết kế và đánh giá kết cấu cầu, và phát triển dữ liệu cần thiết để bổ sung vào tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05 Bố cục của luận. .. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỊNH CHUẨN TÍNH DƯ CỦA KẾT CẦU VÀ ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH TỔNG QUAN XÁC ĐỊNH TÍNH DƯ Trong chương này, luận án tập trung làm rõ khái niệm về tính dư và tổng kết các nghiên cứu trên thế giới về phân tích, đánh giá và định chuẩn tính dư cho kết cấu cầu trên thế giới, đặc biệt là các nghiên cứu về tính dư cho kết cấu cầu ở Mỹ Theo các nghiên cứu [40], [42], [48], [49], [57], [53], [59], [61],... cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ðề tài luận án và bố cục luận án Chương 1 Tổng quan về tính dư và xác định mục tiêu nghiên cứu Chương 2 Cơ sở phân tích, đánh giá và định chuẩn tính dư của kết cấu và đề xuất quy trình tổng quan xác định tính dư Chương 3 Đề xuất mô hình tính toán tính dư của kết cấu dựa trên phân tích phi tuyến vật liệu và phương pháp phần tử hữu hạn mở... cứu tính dư cho kết cấu, các tác giả tách riêng để nghiên cứu xác định tính dư cho kết cấu phần trên và kết cấu phần dư i Việc nghiên cứu được tách thành các bước như sau: - Bước thứ nhất là xác định các dạng kết cấu điển hình để xác định tính dư, tính toán tính dư cho từng dạng kết cấu chuẩn đã được xác định - Bước thứ hai là định nghĩa các TTGH liên quan đến hiện tượng mất khả năng làm việc của kết. .. nghiên cứu về tính dư cho kết cấu cầu trên thế giới và tại Việt Nam Từ đó xác định những điểm cần cải tiến trong quy trình và phương pháp đánh giá tính dư để có thể xác định được hệ số tính dư chính xác và đơn giản hơn Trên cơ sở đó, luận án đề xuất mô hình lý thuyết cho phép xác định chính xác hơn tính dư của kết cấu cầu Kết quả phân tích lý thuyết được kiểm chứng lại bằng một số kết quả thí nghiệm Ý nghĩa... kết cấu để áp dụng trong quá trình thiết kế và đánh giá kết cấu công trình cầu, làm cơ sở cho việc xây dựng được hệ thống bảng tra để giúp cho các kĩ sư thiết kế dễ dàng xác định hệ số tính dư cho từng loại kết cấu Phương pháp nghiên cứu Đề tài luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với kiểm chứng bằng thực nghiệm Theo đó, trước hết đề tài tổng hợp những kết quả nghiên cứu về tính dư ... Nếu vùng liên kết vùng nối yếu, tính dư kết cấu bên không đạt tính chất giòn phá hoại liên kết c Kết cấu nhịp không cải thiện tính dư kết cấu bên dư i, liên kết kết cấu nhịp kết cấu bên thiết... số tính dư hệ thống s Dư i đây, luận án tóm lược kết cho kết cấu phần kết cấu phần 2.1 Đánh giá tính dư cho kết cấu phần [48] 2.1.1 Xác định kết cấu bên điển hình Theo khảo sát hệ thống kết cấu. .. giải Trong chương 2, luận án tập trung phân tích chi tiết sở đánh giá, định chuẩn tính dư kết cấu cầu đề xuất quy trình tổng quan tính dư làm sở cho việc đề xuất mô hình tính toán tính dư kết cấu