Nghiên cứu các đặc trưng thống kê giới hạn chảy của cốt thép trong các cầu BTCT thường

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu xác định các tham số thống kê chủ yếu của giới hạn chảy của cốt thép thường trong các công trình cầu BTCT dựa trên các kết quả thí nghiệm được ở một số cầu đã được xây dựng.

NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG THỐNG KÊ GIỚI HẠN CHẢY CỦA CỐT THÉP TRONG CÁC CẦU BTCT THƯỜNG PGS.TS NGUYỄN VĂN VI* ThS NGUYỄN THANH HƯNG ThS NGUYỄN VĂN HIỀN Studies on statistical characteristics of the yield strength of steel rod in conventional reinforced concrete bridge Abstract: The article mentioned the need to update the design thinking in view of the reliability theory, presents the results of the study to identify the main statistical parameters of the yield strength of conventional steel rod in the bridge structure of reinforced concrete to serve for the construction design according to the reliability theory ĐẶT VẤN ĐỀ * Các phương pháp tính tốn thiết kế cơng trình xây dựng, bao gồm cơng trình cầu, Tiêu chuẩn dựa phương pháp trạng thái giới hạn phương pháp hệ số an toàn phận mà Tây Âu người ta gọi “phương pháp nửa xác suất” Chúng sở cho Tiêu chuẩn ISO-2394-73 [4], Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 [1] nhiều Tiêu chuẩn thiết kế Nga [10] Châu Âu [3] Nhược điểm hệ phương pháp chỗ, hàm tải trọng hay nội lực hàm độ bền hay khả chịu tải cấu kiện cơng trình coi hàm đại lượng không đổi, chất đại lượng đại lượng ngẫu nhiên Các đại lượng đưa vào tính tốn cơng trình tham số độ bền vật liệu kết cấu, kích thước hình học, tiêu cơ-lý đất, tải trọng tác động,… Khi đó, giới hạn chảy cốt thép chịu lực thông thường đại lượng quan trọng đưa vào để thiết kế * Trường Đại học Công nghệ GTVT 54 Triều Khúc, Q Thanh Xuân, Hà Nội ĐT: 0974853495 Email: nguyenvivx@gmail.com 26 cầu bê tông cốt thép (BTCT), điều kiện Việt Nam nghiên cứu thống kê đại lượng chưa có Xét đến chất ngẫu nhiên đại lượng kể trên, ngày giới người ta sử dụng tương đối phổ biến phương pháp xác suất độ tin cậy tính tốn cơng trình xây dựng, có cơng trình cầu [6], [7], [9], Do vậy, cần cập nhật tư thiết kế cơng trình theo quan điểm lý thuyết độ tin cậy Việc xác định tham số thống kê chủ yếu, đánh giá quy luật phân bố mức độ phân tán giới hạn chảy cốt thép chịu lực dùng nhiều xây dựng cầu BTCT thông thường nhiệm vụ quan trọng để thiết kế cơng trình cầu theo lý thuyết độ tin cậy Bài báo trình bày kết nghiên cứu xác định tham số thống kê chủ yếu giới hạn chảy cốt thép thường cơng trình cầu BTCT dựa kết thí nghiệm số cầu xây dựng CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Các tác giả tiến hành thu thập số liệu thí nghiệm giới hạn chảy cốt thép thường cơng trình cầu BTCT quan quản lý cầu Đã thu thập số liệu cầu: Cầu Đông Trù, Hà Nội; Cầu Dự án Đường cao tốc ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 Hạ Long - Vân Đồn, Quảng Ninh; Cầu Bạch Đằng, Hải Phòng; Cầu đường Pháp Vân - Cầu Giẽ, Hà Nội; Cầu Kon Brai, Kon Tum; Cầu quốc lộ 38 Quán Gỏi - Yên Lệnh, Hưng Yên; Cầu Sơng Hốt, Quảng Ninh Các số liệu thí nghiệm giới hạn chảy cốt thép, tiến hành q trình thi cơng cơng trình cầu, tập hợp hồ sơ hồn cơng hạng mục tồn cơng trình Giá trị giới hạn chảy cốt thép xếp theo chủng loại thép với việc loại bỏ giá trị ngoại lai trình xử lý số liệu Các số liệu tổng hợp Bảng xem chi tiết phần Phụ lục tài liệu [2] Bảng Tổng hợp số liệu thu thập cơng trình cầu Số liệu thu thập STT Tên cơng trình Số lượng mẫu Loại thép Cầu Đông Trù, Hà Nội 74 C-III Cầu Dự án Đường cao tốc Hạ Long – Vân Đồn, Quảng Ninh 32 CB400-V Cầu Bạch Đằng, Hải Phòng 30 CB400-V Cầu đường Pháp Vân – Cầu Giẽ, Hà Nội 45 CB400-V Cầu Kon Brai, Kon Tum 99 C-III Cầu quốc lộ 38 Quán Gỏi – Yên Lệnh, Hưng Yên 54 GR60 Cầu Sông Hốt, Quảng Ninh 24 CB400-V Các tác giả tiến hành xử lý, phân tích thống kê số liệu thí nghiệm Khi phân tích thống kê số liệu thí nghiệm tác giả kiểm tra giả thiết với việc sử dụng tiêu chuẩn tương thích [8], sở so sánh độ lệch A độ nhọn E phân bố thực nghiệm với đại lượng liên quan đến phương sai chúng Phương sai đại lượng xác định theo công thức [8]: 6(n  1) D( A)  , (n  1)(n  3) 24n(n  2)(n  3) D( E )  , (1) (n  1) (n  3)(n  5) n − dung lượng mẫu nghiên cứu Theo tiêu chuẩn tương thích, độ lệch độ nhọn phân bố thực nghiệm theo số liệu thí nghiệm thỏa mãn bất đẳng thức ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 | A | D( A) , | E | D ( E ) (2) phân bố đại lượng thí nghiệm coi phân bố chuẩn Để phục vụ cho việc xử lý phân tích thống kê số liệu cách thuận lợi nhanh chóng, nhóm nghiên cứu lập chương trình “XLSLTN-1” ngơn ngữ Turbo Pascal Tất số liệu thu thập cơng trình cầu xử lý thống kê chương trình Trên h.1 h.2 ví dụ thể kết phân tích thống kê số liệu giới hạn chảy cốt thép cầu Đông Trù cầu đường Pháp Vân – Cầu Giẽ Còn h.3 h.4 thể kết phân tích thống kê số liệu tổng hợp giới hạn chảy cốt thép CIII cốt thép CB400-V 27 Hình Biểu đồ phân bố giới hạn chảy thép CIII cầu Đông Trù: 1- đường phân bố lý thuyết; 2- biểu đồ thực nghiệm Hình Biểu đồ phân bố giới hạn chảy thép CB400-V cơng trình cầu đường Pháp Vân – Cầu Giẽ Hình Biểu đồ phân bố giới hạn chảy thép CIII theo số liệu tổng hợp Hình Biểu đồ phân bố giới hạn chảy thép CB400-V theo số liệu tổng hợp Từ kết phân tích thống kê số liệu thí nghiệm giới hạn chảy loại cốt thép thu thập rút số kết luận sau đây: - Trong hầu hết trường hợp điều kiện (2) đảm bảo, có trường hợp thép GR60 thu thập cầu quốc lộ 38 Quán Gỏi – Yên Lệnh có | A |  D ( A) | E |  D( E ) Từ kết phân tích thống kê kết luận là: số liệu giới hạn chảy cốt thép cầu quốc lộ 38 Quán Gỏi – Yên Lệnh không 28 đồng nhất, mà số liệu loại thép khác - Khi số lượng mẫu thí nghiệm đủ lớn (n > 50) điều kiện thí nghiệm giới hạn chảy cốt thép hầu hết có phân bố chuẩn gần với phân bố chuẩn - Hệ số phân tán giới hạn chảy cốt thép thường cầu BTCT phân bố khoảng rộng, từ 0,025 đến 0,094, trung bình   0,06 Với số liệu tổng hợp hệ số phân tán giới hạn chảy cốt thép lớn hơn:  = 0,07÷0,075 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 - Khoảng tin cậy giới hạn chảy cốt thép CIII (397,7646  535,4200) MPa thép CB400-V (437,2394  575,8702) MPa KẾT LUẬN - Các kết nghiên cứu rằng, tính chất bền cốt thép khơng phải đại lượng không đổi mà đại lượng ngẫu nhiên, giá trị chúng phân bố khoảng rộng Cần phải xét đầy đủ chất ngẫu nhiên độ bền cốt thép trình thiết kế, xây dựng khai thác cơng trình, có cơng trình cầu Điều thực sở lý thuyết độ tin cậy - Trong điều kiện cho phép, nên tiến hành kiểm tra giả thiết thống kê phân bố giới hạn chảy cốt thép từ số liệu thu thập thí nghiệm theo định lý A N Kolmogorov tiêu chuẩn Pirxon (hay tiêu chuẩn khi-bình-phương 2 ) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Giao thông vận tải Tiêu chuẩn thiết kế cầu – 22 TCN 272-05 Hà Nội, 2005 [2] Nguyễn Văn Vi, Nguyễn Thanh Hưng, Nguyễn Văn Hiền (2016) Nghiên cứu số đặc trưng thống kê giới hạn chảy cốt thép chịu lực dùng nhiều cơng trình cầu BTCT thường để phục vụ thiết kế cầu theo độ tin cậy Thuyết minh đề tài nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải [3] Eurocode - EN 1990: 2002 Cơ sở thiết kế kết cấu Uỷ ban Tiêu chuẩn Châu Âu, Brussels [4] ISO-2394 (1973) General Principles for the Verification of the Safety of Structures [5] ISO 2394-98 (1998) General Principles on Riliability for Structures, Second Edition 9806-01 [6] JB 50153-92 (1992) Unified Standard of Riliability of Structure Design Beijing, China [7] OCDI (2009) Technical standards and and commentarics for port and habour facilities in Japan Tokyo, Japan [8] Пустыльник Е И (1968) Статистические методы анализа и обработки наблюдений – Москва: Наука – 288 с [9] РД 31-31-35-85 (1986) Основные положения расчета причальных сооружений на надежность В/О “Мортехинформреклама”, Москва СП 35.13330.2011 (2011) Мосты и трубы Москва Người phản biện: GS.TS ĐỖ NHƯ TRÁNG ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 29 ... phân tích thống kê số liệu giới hạn chảy cốt thép cầu Đông Trù cầu đường Pháp Vân – Cầu Giẽ Còn h.3 h.4 thể kết phân tích thống kê số liệu tổng hợp giới hạn chảy cốt thép CIII cốt thép CB400-V... bố giới hạn chảy thép CIII theo số liệu tổng hợp Hình Biểu đồ phân bố giới hạn chảy thép CB400-V theo số liệu tổng hợp Từ kết phân tích thống kê số liệu thí nghiệm giới hạn chảy loại cốt thép. .. cầu – 22 TCN 272-05 Hà Nội, 2005 [2] Nguyễn Văn Vi, Nguyễn Thanh Hưng, Nguyễn Văn Hiền (2016) Nghiên cứu số đặc trưng thống kê giới hạn chảy cốt thép chịu lực dùng nhiều cơng trình cầu BTCT thường