Nghiên cứu tính toán chỉ số độ tin cậy cho dầm cầu Cả Chát Lớn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN BÁ THUẬN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY CHO DẦM CẦU CẢ CHÁT LỚN TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng - Năm 2019 Cơng trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS ĐỖ VIỆT HẢI Phản biện : PGS.TS NGUYỄN LAN Phản biện : PGS.TS NGUYỄN THẾ DƯƠNG Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng cơng trình giao thơng họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 21 tháng 12 năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Xây dựng cầu đường, Trường Đại học Bách khoa ĐHĐN MỞ ĐẦU I 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 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 III 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 IV Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết tính tốn số độ tin cậy sử dụng phần mềm Matlab để tính tốn 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 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: Bất chấp thường nghĩ, tham số khả chịu tải trọng khả mang tải cấu trúc phân tầng đại lượng xác định (tức số lượng hoàn toàn biết) Chúng biến ngẫu nhiên, độ an tồn tuyệt đối (hoặc khơng có xác suất thất bại) khơng thể đạt Do đó, cấu trúc phải thiết kế để phục vụ chức chúng với xác suất thất bại hữu hạn 1.1.2 Giới thiệu độ tin cậy: Phân tích độ tin cậy dầm cầu bê tông dự ứng lực sử dụng để ước tính khả thất bại phần tử chịu yêu cầu loại tải trọng trạng thái giới hạn khác Các xác suất tính tốn thất bại liên kết với số độ tin cậy, thường sử dụng để thiết lập định dạng mã để đạt thống an toàn định Tuy nhiên, hầu hết nghiên cứu sử dụng phần cầu điển hình, thống kê thông tin xác suất từ nguồn khác, thay sử dụng cầu có lấy thông tin xác suất từ thông tin thực địa dự án cầu thực chọn rõ ràng cho nghiên cứu độ tin cậy 1.1.2 Sự phát triển phân tích độ tin cậy kết cấu cầu Trong “Lý thuyết độ tin cậy dự báo tuổi thọ kết cấu cơng trình xây dựng” GS.TS Lê Xuân Huỳnh có đề cập sơ lược đến trình phát triển lý thuyết độ tin cậy trình tính tốn kết cấu cơng trình: Có thể chia trình nghiên cứu thành hai giai đoạn: 1.Nghiên cứu bản: Bao gồm việc nghiên cứu yếu tố tác động có chất ngẫu nhiên liên kết cấu cơng trình động đất, gió bão, sóng…dẫn đến tốn động lực học ngẫu nhiên (tính chất ngẫu nhiên tác động đầu vào) Nghiên cứu yếu tố ngẫu nhiên thân kết cấu cơng trình vật liệu, cấp phối, kích thước hình học, sơ đồ biến dạng,…dẫn đến việc nghiên cứu toán tử ngẫu nhiên mơ tả chất kết cấu cơng trình Nghiên cứu xử lý kết toán (các phản ứng kết cấu cơng trình) để đánh giá làm việc an toàn, mức độ rủi ro dự báo tuổi thọ kết cấu cơng trình Nghiên cứu ứng dụng: Vật dụng lý thuyết chung vào lớp tốn khác kết cấu cơng trình xây dựng đặc thù hệ kết cấu tác động nguyên nhân bên Trên sở kết nghiên cứu ứng dụng, hình thành việc xây dựng qui phạm chuyên ngành Đặc điểm giai đoạn việc xử lý khối lượng lớn thông tin trước sau thời điểm xem xét đánh giá Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đặc biệt có ý nghĩa lĩnh vực mà cấu kiện cơng trình chuẩn hố sản xuất hàng loạt theo qui mơ cơng nghiệp, thời gian khai thác cơng trình khơng phải vĩnh cửu Ví dụ panel, cột điện bê tơng, ống cống, cột điện thép, khung nhà công nghiệp tiền chế… Trong năm gần đây, xuất cơng trình nghiên cứu lý thuyết ứng dụng lý thuyết mờ xây dựng 1.1.3 Một số công trình nghiên cứu ứng dụng số độ tin cậy 1.1.3.1 Một số cơng trình nghiên cứu liên quan nước ngồi: 1.1.3.2 Một số cơng trình nghiên cứu liên quan nước Hiện nước ta, lý thuyết độ tin cậy thường dùng rộng rãi việc tính tốn đánh giá xác định tải trọng cho phép qua cầu Nghiên cứu đánh giá xác định tải trọng cho phép qua cầu sở kết kiểm định cầu luận án tiến sĩ tác giả Nguyễn Lan + Luận án làm rõ mối quan hệ giá trị tải trọng khai thác với độ tin cậy; cường độ tải trọng khai thác lưu lượng xe đến tuổi thọ lại cầu làm sở lựa chọn cắm biển báo phù hợp với độ tin cậy lựa chọn tuổi thọ cịn lại dự kiến cơng trình cầu + Ngồi ra, xây dựng chương trình Matlab tính mối liên hệ hiệu ứng tải trọng cắm biển sô độ tin cậy cầu 1.2 Tổng quan thiết kế kết cấu dầm cầu chữ I BTCT ứng suất trước 1.2.1 Quan điểm chung thiết kế: Trong thiết kế kỹ sư phải kiểm tra độ an toàn ổn định phương án khả thi chọn Để đảm bảo độ an tồn cơng trình thì: Sức kháng vật liệu ≥ Hiệu ứng tải trọng Mục tiêu thiết kế không vượt qua trạng thái giới hạn Tuy nhiên khơng phải mục đích nhất, mà ta cần xét đến yếu tố quan trọng khác chức năng, tính mỹ quan cơng trình, tác động đến yếu tố mơi trường kinh tế Từ mục tiêu tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 áp dụng cho công việc thiết kế sở đánh giá trạng thái giới hạn 1.2.2 Sự phát triển trình thiết kế: 1.2.2.1.Thiết kế theo ứng suất cho phép: Phương pháp có khuyết điểm sau: + Quan niệm độ bền dựa tính đàn hồi vật liệu đẳng hướng, đồng + Hệ số an toàn áp dụng cho cường độ, tải trọng coi cố định + Việc lựa chọn hệ số an tồn cịn dựa đốn, ý kiến khách quan vài cá nhân, khơng có sở tin cậy xác suất hư hỏng -Để khắc phục khuyết điểm trên: + Thay đổi độ bền dựa tính đàn hồi, phải xét tới cường độ giới hạn vật liệu + Hệ số an toàn áp dụng cho cường độ, phải xét thêm tới hiệu ứng tải trọng + Đánh giá độ an toàn dựa vào sở xác suất phá hoại Từ tiêu chuẩn thiết kế cầu ASSTHO –LRFD 1998 áp dụng làm sở biên soạn Tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN 27201 tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 áp dụng làm sở thiết kế cầu 1.2.2.2 Thiết kế theo hệ số tải trọng sức kháng (LRFD Load and resistance factors design) Phương pháp LRFD có ưu điểm khuyết điểm sau: - Ưu điểm: + Có xét tới khác biệt cường độ tải trọng + Đạt mức an toàn đồng cho trạng thái giới hạn khác loại cầu mà không cần phân tích xác suất thống kê phức tạp + Phương pháp thiết kế thích hợp ổn định -Khuyết điểm: + Cần có số liệu đầy đủ thống kê thuật tốn xác để chỉnh hợp lí hệ số sức kháng trường hợp đặc biệt 1.2.3 Trình tự chung để thiết kế tiết diện dầm bê tông cốt thép KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: Chương giới thiệu độ tin cậy phát triển lý thuyết độ tin cậy Có thể thấy năm gần đây, việc dánh giá, sữa chữa phục hồi sức khỏe vấn đề quan trọng nỗ lực giải cơng trình xuống cấp Ngồi ra, thiết kế đánh giá cầu chủ yếu ứng dụng phương pháp bán xác suất Sự không chắn tham số đánh giá xác định thông qua hệ số tải trọng  hệ số sức kháng  Để xác định hệ số cần nhiều liệu nghiên cứu thống kê sức kháng tải trọng qua trình hiệu chuẩn cẩn thận Với số liệu thống kê lớn kết phân tích xác, liệu tốn phân tích lớn nên việc ứng dụng phương pháp phân tích xác suất dựa sở liệu thống kê cần thiết CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY 2.1 Chỉ số độ tin cậy: 2.1.1 Khái niệm độ tin cậy: Một số định nghĩa “độ tin cậy” sử dụng tài liệu Quốc tế Tiêu chuẩn ISO 2394 EN định nghĩa sau: “Độ tin cậy khả (đo xác suất) kết cấu đáp ứng yêu cầu xác định điều kiện xác định suốt tuổi thọ thiết kế dự định” Trong phân tích độ tin cậy kết cấu thường xem xét loại trạng thái giới hạn sau: trạng thái giới hạn cực liên quan đến mát khả chịu tải kết cấu, trạng thái giới hạn sử dụng liên quan đến xuống cấp kết cấu vượt biến dạng , dao động lớn, nứt; trạng thái giới hạn mỏi liên quan đến mát cường độ chịu tải kết cấu tác dụng trọng lặp Hàm trạng thái giới hạn: g(R,Q)= R-Q (2-1) Trong đó: R đại diện cho sức kháng kết cấu; Q đại diện cho hiệu ứng tải trọng Nếu g>=0 kết cấu an tồn, g