Nghiên cứu tính toán chỉ số độ tin cậy cho dầm cầu cả chát lớn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHAN BÁ THUẬN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY CHO DẦM CẦU CẢ CHÁT LỚN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHAN BÁ THUẬN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY CHO DẦM CẦU CẢ CHÁT LỚN Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng Mã số: 85.80.205 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ VIỆT HẢI Đà Nẵng, 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Phan Bá Thuận ii LỜI CÁM ƠN Luận văn thực phân tích nghiên cứu thực nghiệm Bộ Mơn Cơng trình xây dựng Giao Thông thuộc trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng hướng dẫn tận tình TS Đỗ Việt Hải thời gian học tập nghiên cứu trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Đỗ Việt Hải tận tình hướng dẫn khoa học trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cám ơn ban Giám Hiệu, Phòng Đào Tạo sau Đại Học, Khoa Xây dựng Cầu Đường, Thầy giáo Bộ Mơn Cơng trình xây dựng Giao Thông giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành luận văn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CÁM ƠN II DANH MỤC BẢNG BIỂU V DANH MỤC HÌNH ẢNH VI MỞ ĐẦU Phần Mở Đầu Chương 1: Tổng Quan Về Phân Tích Độ Tin Cậy Cho Kết Cấu Cầu Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Phân Tích Độ Tin Cậy Kết Luận Và Kiến Nghị Tài Liệu Tham Khảo .1 Chương 1: Tổng Quan Về Độ Tin Cậy Cho Kết Cấu Cầu 1.1 Sự phát triển phân tích độ tin cậy kết cấu cầu 1.1.1 Tồng quan: 1.1.2 Giới thiệu độ tin cậy: 1.1.3 Sự phát triển phân tích độ tin cậy kết cấu cầu 1.1.4 Một số cơng trình nghiên cứu ứng dụng số độ tin cậy .5 1.2 Tổng quan thiết kế kết cấu dầm cầu chữ i btct ứng suất trước 1.2.1 Quan điểm chung thiết kế: 1.2.2 Sự phát triển trình thiết kế: .7 1.2.3 Trình tự chung để thiết kế tiết diện dầm bê tông cốt thép Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Phân Tích Độ Tin Cậy 10 2.1 Chỉ số độ tin cậy: .10 2.1.1 Khái niệm độ tin cậy: 10 2.2 Phương pháp tính độ tin cậy: 11 2.2.1 Phương pháp first-order second-moment (fosm): .11 2.2.2 Phương pháp rackwitz-filessler 12 2.2.3 Phương pháp monte carlo: 14 2.2.4 Phương pháp hasofer-lind: 20 Chương 3: Tính Tốn Chỉ Số Độ Tin Cậy Cho Dầm cầu Cả Chát Lớn 24 3.1 Giới thiệu chung cầu chát lớn: .24 3.1.1 Vị trí xây dựng: 24 iv 3.1.2 Quy mơ cơng trình: 25 3.1.3 Giải pháp kết cấu: 25 3.1.4 Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng: 27 3.1.5 Bê tông: 27 3.1.6 Thép thường: .28 3.1.7 Cáp DƯL: 28 3.2 Tính tốn kiểm tốn dầm cầu chát lớn: 28 3.2.2 Kiểm toán dầm I 24,5m: .29 3.3 Ứng dụng chương trình phân tích kết 30 3.3.1 Giới thiệu ngơn ngữ lập trình matlab: 30 3.3.2 Ứng dụng chương trình phân tích kết theo phương pháp Monte Carlo 32 3.3.3 Ứng dụng chương trình phân tích kết theo phương pháp Hasofer-Lind 37 3.3.2.3.Kết tính theo phương pháp Hasofer-Lind: .41 3.4 Phân tích so sánh kết quả: .42 3.4.1 Thiết kế kết cấu dầm: 42 3.4.1.1 Đối với dầm i 24,5m: 42 3.4.2 Phân tích số độ tin cậy dầm cầu trường hợp tăng tải: 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 53 v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thống kê thông số tĩnh tải 18 Bảng 3.1 Cường độ bê tông 27 Bảng 3.2 Bảng tiêu chuẩn thép 28 Bảng 3.3:Kiểm toán cường độ uốn 28 Bảng 3.4: Bảng kiểm toán lực cắt 29 Bảng 3.5:Kiểm toán cường độ uốn 29 Bảng 3.6: Bảng kiểm toán lực cắt 30 Bảng 3.7: Giá trị bias factor (  ) cho hoạt tải 32 Bảng 3.8: Thống kê tham số độ lệch chuẩn 33 Bảng 3.9 Bảng tính hệ số độ tin cậy tần suất phá hoại 36 Bảng 3-10 Bảng hệ số giá trị trung bình tham số độ lệch chuẩn, dầm I 33m 40 Bảng 3-11 Bảng hệ số giá trị trung bình tham số độ lệch chuẩn, dầm I 24,5m 40 Bảng 3-12 Bảng tính hệ số độ tin cậy tần suất phá hoại 41 Bảng 3.13 Bảng tính hệ số độ tin cậy tần suất phá hoại dầm I 24,5m dầm I 33m sau thay đổi bố trí cáp .44 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH 1-1: HÀM MẬT ĐỘ XÁC SUẤT TẢI TRỌNG, SỨC KHÁNG VÀ BIÊN AN TOÀN 11 HÌNH 2-2 SƠ ĐỒ LÀM VIỆC CỦA PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG MONTE CARLO 15 HÌNH 2-3: SỰ THAY ĐỔI ĐỘ TIN CẬY THEO THỜI GIAN 16 HÌNH 2-4 HỆ SỐ LÀM VIỆC CỦA HOẠT TẢI ÁP DỤNG TRONG ASSTHO LRFD 18 HÌNH 2-5 PHƯƠNG PHÁP HASOFER-LIND 21 HÌNH 3-1 CẦU CẢ CHÁT LỚN 24 HÌNH 3-2 MẶT CẮT NGANG CẦU 25 HÌNH 3-3 MẶT CẮT NGANG DẦM CHỦ, DẦM I 24,5M 26 HÌNH 3-5 MẶT CẮT NGANG DẦM CHỦ, DẦM I 33M 26 HÌNH 3-6 PHẦN MỀM MATLAB 31 HÌNH 3-7 SƠ ĐỒ KHỐI PHƯƠNG PHÁP HASOFER-LIND 39 HÌNH 3-8 KẾT QUẢ TÍNH ĐƯỢC CỦA DẦM I 33M 41 HÌNH 3-9 KẾT QUẢ TÍNH ĐƯỢC CỦA DẦM I 33M 41 vii NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY CHO DẦM CẦU CẢ CHÁT LỚN Học viên:Phan Bá Thuận Chuyên ngành:Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số:85.80.205 Khóa:K36 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Trong kết cấu cầu, tham số vật liệu, tải trọng, sơ đồ kết cấu, … đại lượng ngẫu nhiên ảnh hưởng đến xác suất phá hoại kết cấu Sự phá hoại thể số độ tin cậy Luận văn tập trung vào việc phân tích độ tin cậy dầm I bê tơng cốt thép ứng suất trước có xét đến tính khơng chắn tĩnh tải, hoạt tải, mặt cắt hình học, sức kháng bê tơng cường độ thép,… Kết tính tốn cho thấy số độ tin cậy dầm cầu cao Kết cho thấy việc lựa chọn bố trí cốt thép dự ứng lực dầm dư thừa Luận văn đề xuất giữ nguyên tiết diện dầm thay đổi cốt thép dự ứng lực dầm để tối ưu hóa thiết kế cầu dầm I bê tơng cốt thép dự ứng lực dựa phân tích độ tin cậy Ngoải ra, luận văn cịn tính tốn tải trọng vượt cho phép dầm cầu dựa phân tích độ tin cậy Từ khóa: cầu bê tông cốt thép, số độ tin cậy, xác suất phá hoại, hàm mật độ xác suất RELIABILITY INDEX FOR PRESTRESSED CONCRETE GIRDERS FOR CA CHAT LON BRIDGE Abstract: In reinforced concrete bridges, the parameters such as materials, geometries and loads are random variables These random variables have influence on the failure probability of structures performed by the reliability index This essay will focus on the reliability analysis of the prestressed reinforced concrete I-beams considering for uncertainties: dead loads, live loads, cross-section, compressive strength and yield stress for structure components The results showed that the reliability index is greatly high That means the selection and arrangement of reinforcement in these beams were overdesigned The thesis also proposed to maintain the cross-section of the beams and change the prestressed tendons to optimize the design of the prestressed reinforced concrete I-beams In addition, thepermited overload truck have been computed for beams based on the reliability analysis Key words: reinforced concrete bridge, reliability index, failure probability, probability density function MỞ ĐẦU Cơ sở thực tiễn đề tài Trong thiết kế dầm cầu, thực chất tham số đặc trưng cho tính chất vật liệu, kích thước hình học, tải trọng, loại tải trọng khác tác động vào kết cấu dầm cầu đại lượng ngẫu nhiên Hiện nay, tiêu chuẩn thiết kế cầu TCN272-05 sử I dụng giá trị danh định cho tính tốn tham số nhân với hệ số tải trọng hệ số sức kháng (hệ số an tồn) Vì vậy, thiết kế đánh giá cơng trình cầu, đặc biệt dầm cầu theo độ tin cậy trở thành yêu câu quan trọng cần thiết Tính tốn độ tin cậy dầm cầu nội dung quan trọng kiểm định đánh giá cơng trình cầu, nhằm dự đốn tuổi thọ cịn lại cầu làm sở cho tổ chức khai thác cầu để đảm bảo an tồn kết cầu phương tiện lưu thơng qua cầu Vì cần nghiên tính tốn số độ tin cậy cho dầm cầu, cụ thể dầm chữ I bê tông cốt thép ứng suất trước II Mục đích nghiên cứu Lý thuyết độ tin cậy ứng dụng tính tốn số độ tin cậy cho kết cấu dầm cầu Cả Chát Lớn Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Dầm cầu chữ I bê tông cốt thép ứng suất trước Lý thuyết độ tin cậy ứng dụng tính tốn số độ tin cậy cho kết cấu dầm I bê tông cốt thép ứng suất trước III Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết tính tốn số độ tin cậy sử dụng phần mềm Matlab để tính tốn IV V Bố cục luận văn Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan phân tích độ tin cậy cho kết cấu cầu Chương 2: Cơ sở lý thuyết phân tích độ tin cậy Chương 3: Tính tốn số độ tin cậy cho dầm cầu Cả Chát Lớn Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 ... kế độ tin cậy Làm sở để thực hóa tính tốn chương 24 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY CHO DẦM CẦU CẢ CHÁT LỚN 3.1 Giới thiệu chung cầu Cả Chát Lớn: 3.1.1 Vị trí xây dựng: - Vị trí cầu Cả Chát. .. thơng qua cầu Vì cần nghiên tính tốn số độ tin cậy cho dầm cầu, cụ thể dầm chữ I bê tông cốt thép ứng suất trước II Mục đích nghiên cứu Lý thuyết độ tin cậy ứng dụng tính tốn số độ tin cậy cho kết... tích độ tin cậy Chương 3: Tính tốn số độ tin cậy cho dầm cầu Cả Chát Lớn Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CHO KẾT CẤU CẦU 1.1 Sự phát triển phân tích độ tin