Bài báo trình bày phương pháp hiệu chỉnh mô hình phân tích kết cấu cầu thông qua các thông số độ cứng của hệ dầm mặt cầu, dựa vào các kết quả đo đạc phản ứng động của cầu dưới tác dụng của hoạt tải thử nghiệm trên mô hình toàn cầu (full scale model). Mô hình kết cấu cầu sau khi hiệu chỉnh sẽ phù hợp với ứng xử thực tế của công trình cầu và được dùng để đánh giá khả năng chịu tải thông qua thông số RF (rating factor).
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2021, 15 (7V): 36–48 NGHIÊN CỨU HIỆU CHỈNH MƠ HÌNH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CƠNG TRÌNH CẦU DỰA VÀO SỐ LIỆU ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM TRÊN MƠ HÌNH TỒN CẦU Nguyễn Duy Thảoa,∗, Võ Duy Hùnga a Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng, 54 đường Nguyễn Lương Bằng, quận Liên Chiểu, Đà Nẵng, Việt Nam Nhận ngày 13/10/2021, Sửa xong 15/11/2021, Chấp nhận đăng 17/11/2021 Tóm tắt Tuổi thọ khả khai thác hoạt tải cơng trình cầu thực tế có sai khác định so với kết tính tốn thiết kế Do vậy, cơng tác đánh giá khả chịu tải thực tế cơng trình cầu đóng vai trị quan trọng cơng trình cầu xây dựng xong đặc biệt quan trọng cơng trình cầu cũ qua q trình khai thác, sử dụng lâu dài Bài báo trình bày phương pháp hiệu chỉnh mơ hình phân tích kết cấu cầu thông qua thông số độ cứng hệ dầm mặt cầu, dựa vào kết đo đạc phản ứng động cầu tác dụng hoạt tải thử nghiệm mơ hình tồn cầu (full scale model) Mơ hình kết cấu cầu sau hiệu chỉnh phù hợp với ứng xử thực tế cơng trình cầu dùng để đánh giá khả chịu tải thông qua thông số RF (rating factor) Từ khố: khả chịu tải cơng trình cầu; hiệu chỉnh mơ hình; ứng suất-biến dạng; chuyển vị; kết cấu cầu AN INVESTIGATION ON CALIBRATION FOR BRIDGE LOAD RATING MODEL BASED ON EXPERIMENTAL DATA OF FULL-SCALE MODEL Abstract The service life and the ability to exploit the live load bridge on the site have a certain difference compared with design calculation results Therefore, the assessment of the actual load capacity of the bridge plays an important role for the newly built bridge, also it is particularly important for the old bridges that have undergone the process of exploitation or long-term operation This paper presents a method to calibrate the structural analysis model of bridge through stiffness parameters of the deck-girder system, based on dynamic response measurement results of the bridge under the effect of experimental live load on the bridge field After calibration, the bridge structure model will be suitable for the actual behavior of the bridge, and it can be used to evaluate the load capacity through RF (rating factor) parameter Keywords: bridge load capacity; calibration model; stress-strain; displacement; bridge structure https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2021-15(7V)-04 © 2021 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) Giới thiệu Đối với cơng trình cầu trải qua thời gian khai thác sử dụng, cần thiết phải đánh giá lại khả chịu tải thực tế nhằm đánh giá mức độ an toàn hạn chế nguy rủi ro cho phương tiện giao thông lưu thông qua cầu, đồng thời đảm bảo tốn kinh tế cơng tác đánh giá kiểm định cơng trình cầu Khả chịu tải thực tế cơng trình cầu thường lớn so với kết tính tốn ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: ndthao@dut.udn.vn (Thảo, N D.) 36 Thảo, N D., Hùng, V D / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng lý thuyết số nguyên nhân sau: cường độ vật liệu kết cấu cơng trình thi công thực tế thường cao so với giá trị giả thuyết tính tốn lý thuyết, giả thuyết quy đổi tính tốn lý thuyết nhằm đơn giản hóa trình thiết kế xem độ cứng gối cầu gối cứng tuyệt đối, quy đổi sơ đồ làm việc không gian kết cầu sơ đồ tính dạng hệ phẳng thơng qua hệ số phân bố ngang Tập hợp tất yếu tố dẫn đến kết tồn khoảng cách định xác định khả chịu tải cơng trình cầu theo lý thuyết so với khả chịu tải thực tế cơng trình cầu Ở nước ta nay, cơng tác tính tốn thiết kế cầu thường áp dụng tiêu chuẩn [1] cầu đường sắt, [2, 3] cầu đường tơ, đó: tiêu chuẩn thiết kế [1] dựa theo trạng thái giới hạn theo quy trình Liên Xô cũ; tiêu chuẩn thiết kế [2, 3] dựa triết lý thiết kế theo hệ số tải trọng hệ số sức kháng AASHTO-LRFD [4–6] Tuy nhiên, công tác đánh giá khả chịu tải cơng trình cầu đường tơ áp dụng tiêu chuẩn [7, 8] theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ Nội dung [7, 8] đánh giá khả chịu tải kết cấu cầu dựa vào đáp ứng kết cấu cầu tác dụng hoạt tải thử nghiệm tác dụng tĩnh tác dụng động lên kết cấu cầu Với tải trọng tác dụng tĩnh lên kết cấu cầu, quy định hoạt tải thử nghiệm đặt tĩnh lên kết cấu phải gây tạo tối thiểu 80% nội lực thiết kế tiêu chuẩn Ưu điểm giải pháp đo tĩnh cho phép xác định xác ứng xử cầu tác dụng tĩnh tải trọng thí nghiệm có giá thành lớn, đặc biệt kết cấu cơng trình cầu có khả chịu tải lớn có quy lớn chiều dài nhịp số xe, phải chất tải tĩnh tất xe gần toàn chiều dài kết cấu nhịp để gây tạo 80% nội lực thiết kế theo quy định [7, 8] Do vậy, ý tưởng đo đạc kết ứng xử kết cấu cầu tác dụng xe hoạt tải thí nghiệm di động cầu để đánh giá khả chịu tải công trình cầu nhằm giảm thiểu chi phí thời gian đo đạc trường đề xuất [9, 10] áp dụng nhiều cơng trình cầu Hoa Kỳ [11–13]; phản ứng động kết cầu biến dạng-ứng suất chuyển vị tác dụng dụng động hoạt tải thử nghiệm đo đạc trường sử dụng để hiệu chỉnh lại mơ hình phân tích lý thuyết thông qua việc điều chỉnh điều kiện biên, độ cứng hệ liên kết ngang phân phối tải trọng kết cấu cầu Mơ hình kết cấu cầu sau hiệu chỉnh phù hợp với ứng xử kết cầu thực tế khai thác dùng để đánh giá khả chịu hoạt tải cơng trình cầu Nghiên cứu [14] cho phép đánh giá xác định tải trọng cho phép qua cầu sở kết kiểm định cầu ( bao gồm kết đo tĩnh động kết cấu cầu) đồng thời xây dựng phổ hiệu ứng tải trọng xác định hệ số tải trọng cho mơ hình xe hợp pháp để đánh giá cầu cắm biển tải trọng dựa liệu trạm cân trọng lượng tĩnh xe qua cầu Các tác giả [15] kết hợp phương pháp OD (orthogonal diagonalization) PSO (particle swarm optimization) xây dựng thuật tốn cập nhật mơ hình phân tích lý thuyết cầu giàn thép đường sắt liên tục dựa kết đo đạc dao động tự phân tích tần số mode dao động mơ hình cầu thực tế với mục tiêu giảm thiểu khác biệt tần số kết đo đạc thực nghiệm kết phân tích lý thuyết Các thông số sử dụng để cập nhật điều chỉnh mơ hình lý thuyết q trình phân tích độ cứng gối cầu mô đun đàn hồi giàn thép Nghiên cứu [16] sử dụng thuật toán ANN (Artificial Neural Networks) để dự báo đánh giá tình trạng kết cấu cầu dựa vào liệu cầu bang Alabama, Hoa Kỳ Ở nước ta, cơng trình cầu bê tơng, bê tông cốt thép dự ứng lực đầu tư xây dựng nhiều địa phương cầu dầm chữ I, T, super T nhiên nghiên cứu đánh giá khả chịu tải dạng kết cầu cầu hạn chế Với tồn nêu trên, nội dung báo nghiên cứu xây dựng mơ hình kết cấu dầm cầu bê tơng cốt thép dự ứng lực super T chịu tác dụng hoạt tải thử nghiệm mơ hình lý thuyết kết hợp với kết đo đạc thực nghiệm trường mơ hình tồn cầu Các kết đo đạc biến dạng-ứng suất thực nghiệm so sánh với kết phân tích mơ hình lý thuyết, điều chỉnh mơ hình 37 Thảo, N D., Hùng, V D / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng phân tích lý thuyết theo phương pháp lặp thơng qua thông số độ cứng hệ dầm thay đổi Q trình tính tốn thực lặp lặp lại nhiều lần kết thúc sai số biến dạng-ứng suất kết phân tích lý thuyết kết đo đạc thực nghiệm nhỏ giới hạn định Mơ hình phân tích lý thuyết sau hiệu chỉnh thông số độ cứng phù hợp với đáp ứng kết cấu thực tế trường sử dụng đánh giá khả chịu tải thực tế thông qua thông số Rating Factor (RF) [17] Các kết phân tích đo đạc thí nghiệm áp dụng cầu Nguyễn Hoàng (TP Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam) cho phép giảm thiểu chi phí kiểm định trường, cần đo đạc ứng xử kết cấu tác dụng xe tải thử nghiệm di động cầu để đánh giá khả chịu tải kết cầu cầu mà đảm bảo yêu cầu kỹ thuật toán đánh giá khả chịu tải thực tế cơng trình cầu Cơ sở điều chỉnh mơ hình phân tích kết cấu cầu lý thuyết dựa vào kết đo đạc thực nghiệm Cơ sở ban đầu việc điều chỉnh mơ hình phân tích kết cấu lý thuyết dựa vào kết đo thực nghiệm chấp nhận giả thuyết ứng xử kết cấu làm việc miền đàn hồi tuyến tính Cần lưu ý tác dụng xe thử nghiệm di động qua cầu cung cấp thông tin đáp ứng cầu khả chịu tải tối đa cầu Khả chịu tải thực tế cầu bị ảnh hưởng từ kết thí nghiệm, nhìn chung phụ thuộc vào tiêu chuẩn thiết kế đặc trưng cường độ vật liệu sử dụng kết cấu Hình Sơ đồ thuật tốn phân tích hiệu chỉnh mơ hình phân tích lý thuyết dựa vào kết đo đạc thực nghiệm Các kết đo đạc thực nghiệm trường sử dụng để điều chỉnh lại độ cứng theo phương ngang cầu, điều kiện biên liên kết với đất, đặc trưng phân phối tải trọng kết cấu cầu Các thí nghiệm thường đo đạc tác dụng xe tải thử nghiệm có trọng lượng xác định, kết đo đạc so sánh với kết phân tích lý thuyết theo tiêu chuẩn thiết kế Mục tiêu việc hiệu chỉnh mô hình chủ động sử dụng kết đo đạc trường làm sở để thay đổi thông số (độ cứng liên kết ngang, điều kiện biên, phân phối tải trọng ) mơ hình phân tích lý thuyết mơ hình có đáp ứng giống với mơ hình kết cấu thực tế Mơ hình phân tích lý thuyết sau hiệu chỉnh xem phù hợp với thực tế chịu lực kết cấu cầu sử dụng để đánh giá khả chịu tải, đánh giá cấp phép cho tải trọng khổ siêu trường siêu trọng, dự báo trường hợp vượt khả chịu 38 Thảo, N D., Hùng, V D / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng tải cầu trình khai thác sử dụng Mơ hình phân tích hiệu chỉnh sử dụng để thiết kế gia cường phục hồi nâng cấp khả chịu tải kết cấu Sơ đồ thể nội dung phương pháp điều chỉnh mơ hình phân tích kết cấu lý thuyết dựa vào kết đo đạc thực nghiệm thể Hình Theo [11], hàm sai số kết phân tích mơ hình lý thuyết kết đo đạc thực nghiệm mô hình tồn cầu thể qua đại lượng sai số sau: - Sai số tuyệt đối: (1) |Rm − Rc | - Sai số phần trăm: (Rm − Rc )2 (2) (Rm )2 - Sai số tỷ lệ: max|Rm − Rc |gage max|Rm |gage (3) - Hệ số tương quan: Rm − Rm Rc − Rc Rm − Rm Rc − Rc (4) Rm đáp ứng (ứng xử) kết cấu đo đạc trường; Rc đáp ứng (ứng xử) kết cấu tính tốn mơ hình lý thuyết Rm , Rc đáp ứng (ứng xử) trung bình đo đạc, lý thuyết kết cấu; |Rm |gage , |Rc |gage đáp ứng (ứng xử) đo đạc, lý thuyết kết cấu vị trí cụ thể kết cấu Q trình điều chỉnh thơng số đầu vào mơ hình phân tích lý thuyết phân tích tính tốn đáp ứng kết cấu, kiểm tra lặp lặp lại với kết đo đạc thực nghiệm dừng lại thỏa mãn giá trị sai số Bảng 1, [11] Mô hình phân tích lý thuyết sau hiệu chỉnh xem “mơ hình hiệu chuẩn” sử dụng để đánh giá khả chịu tải thực tế cơng trình, cấp phép tải trọng khổ (siêu trường siêu trọng) dự báo vượt tải trình khai thác cầu Bảng Các sai số yêu cầu kết phân tích mơ hình lý thuyết (đã hiệu chuẩn) so với kết đo thực nghiệm Hàm so sánh Giá trị u cầu mơ hình hiệu chuẩn Sai số phần trăm (%) Sai số tỷ lệ (%) Hệ số tương quan < 10 < 10 > 0,9 Mơ hình hiệu chuẩn sử dụng để phân tích kết cấu đánh giá khả chịu tải ứng với hoạt tải mục tiêu thông qua hệ số Rating Factor [17] sau: RF = C − γDC DC − γDW DW ± γP P γLL LL.(1 + I M) (5) C sức kháng tính tốn kết cấu; DC hiệu ứng trọng lượng thân dầm gây ra; DW hiệu ứng lớp phủ mặt cầu gây ra; LL hiệu ứng hoạt tải mục tiêu cần đánh giá; P 39 Thảo, N D., Hùng, V D / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng tải trọng chất thêm kết cấu; I M hệ số xung kích; γDC hệ số tải trọng tương ứng với tải trọng DC; γDW hệ số tải trọng tương ứng với tải trọng DW; γLL hệ số tải trọng tương ứng với hoạt tải mục tiêu LL; γP hệ số tải trọng tương ứng với tải trọng chất thêm P Theo AASHTO-LRFR [17], cơng trình cầu đảm bảo chịu hoạt tải mục tiêu cần đánh giá hệ số RF > Áp dụng phương pháp điều chỉnh mơ hình phân tích kết cấu cầu lý thuyết dựa vào kết đo đạc thực nghiệm 3.1 Các thơng số đầu vào Q trình phân tích lý thuyết đo đạc thực nghiệm trường tiến hành cầu Nguyễn Hoàng (TP Tam Kỳ, Quảng Nam) Cầu thiết kế chịu hoạt tải thiết kế HL93 theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 [2] Sơ đồ kết cấu nhịp gồm: 25,4 m + × 32,26 m + × 38,2 m Kết cấu nhịp gồm ba dạng: dầm rỗng BTCTDƯL L = 25,4 m, dầm BTCTDƯL super T L = 32,26 m L = 38,2 m Nội dung nghiên cứu tập trung vào dầm cầu Super T, đó: mặt cắt ngang cầu thể Hình 2; thơng số đầu vào kết cấu nhịp thể Bảng Hình Mặt cắt ngang cầu Nguyễn Hoàng (Quảng Nam) Bảng Các thông số đầu vào kết cấu nhịp dầm Super T Thông số đầu vào Đơn vị Giá trị Chiều cao dầm chủ Khoảng cách dầm Cường độ bê tơng dầm Mơ men qn tính dầm chủ Chiều dày mặt cầu Cường độ bê tông BMC mm mm MPa mm4 mm MPa 1750 2440 50 2,70E+11 200 35 3.2 Đo đạc biến dạng kết cấu nhịp tác dụng hoạt tải thử nghiệm trường Các cảm biến đo biến dạng-ứng suất (Strain sensor) dạng mạch vòng (full bridge) loại ST350 hãng Bridge Diagnostics, Inc sử dụng để thu thập biến dạng kết cấu dầm Super T vị trí ½ nhịp dầm Hình tác dụng hoạt tải thử nghiệm; thông số cảm biến thể như Hình Bảng Hoạt tải thử nghiệm có trọng lượng xấp xỉ 30 (tấn) di chuyển cầu với vận tốc không (km/h) Các giá trị biến dạng-ứng suất nhịp dầm chủ tác dụng hoạt tải thử nghiệm lưu trữ thông qua hệ thống đồng liệu đo (Data logger) máy tính Các giá trị biến dạng-ứng suất làm sở cho q trình điều chỉnh mơ hình phân tích lý thuyết 40 Thảo, N D., Hùng, V D / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình Bố trí thiết bị, máy móc thu thập biến dạng-ứng suất tác dụng hoạt tải thử nghiệm Hình Lắp đặt cảm biến đo biến dạng (ST350), hoạt tải thử nghiệm cầu Bảng Thông số kỹ thuật cảm biến đo biến dạng (ứng suất) Số„hiệu cảm biến Thông số kỹ thuật cảm biến Chuẩn đo: (mm) Phạm vi đo: (µε) Độ nhạy: (µε/mV/V) Dạng mạch đo: Nhiệt độ lúc đo: (°C) Kích thước (mm) Vật liệu B1232 B2158 B2154 B2159 76,2 2000 559,7 × 350 50 ữ 85 111ì32ì13 Nhụm 76,2 2000 506,9 ì 350 50 ữ 85 111ì32ì13 Nhụm 76,2 2000 512,5 ì 350 50 ữ 85 111ì32ì13 Nhụm 76,2 2000 544,1 ì 350 50 ữ 85 111×32×13 Nhơm 3.3 Mơ hình hóa kết cấu tác dụng hoạt tải thử nghiệm Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn [18] để tiến hành mô hệ kết cấu dầm cầu Super T gồm dầm chủ, mặt cầu dầm ngang bố trí gối cầu; sơ đồ tính nhịp dầm Super T dạng đơn giản phần mềm SAP2000 Các thông số đầu vào kết cấu lấy Bảng Hoạt tải xe gồm trục mô lực tập trung, tổng trọng lượng xe 30 (tấn) theo trọng lượng kích thước xe tải thử nghiệm trường Sơ đồ kết cấu hoạt tải mơ Hình Tiến hành phân tích đáp ứng kết cấu cầu dầm Super T tác dụng hoạt tải thử nghiệm di chuyển cầu vị trí khác để thu biến dạng-ứng suất mơ hình lý thuyết vị trí 41 Thảo, N D., Hùng, V D / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 1/2 nhịp dầm chủ Các giá trị biến dạng-ứng suất so sánh với giá trị biến dạng-ứng suất thực nghiệm đo đạc trường thông qua giá trị sai số phần trăm, sai số tỷ lệ hệ số tương quan xác định theo phương trình (2), (3) (4) Hình Mơ hình hóa kết cấu nhịp dầm Super T 3.4 Phân tích hiệu chỉnh mơ hình lý thuyết dựa vào kết đo biến dạng-ứng suất trường Từ kết đo đạc biến dạng thực tế εm trường mơ hình tồn cầu kết biến dạng phân tích lý thuyết εc mơ hình số Áp dụng phương trình (2), (3) (4) xác định sai số hệ số tương quan biến dạng-ứng suất kết đo đạc trường kết lý thuyết sau: - Sai số phần trăm biến dạng: (εm − εc )2 (6) (εm )2 - Sai số tỷ lệ biến dạng: max |εm − εc |gage max |εm |gage (7) - Hệ số tương quan biến dạng: (εm − εm ) (εc − εc ) (εm − εm )2 (εc − εc )2 (8) đó: εm , εc , εm , εc , |εm |gage , |εc |gage đáp ứng (về biến dạng-ứng suất) kết cấu giải thích tương tự đại lượng tương ứng phương trình (1)–(4) Nếu sai số phần trăm, sai số tỷ lệ hệ số tương quan biến dạng xác định theo (6)–(8) chưa đảm bảo giá trị yêu cầu theo Bảng 1, tiến hành thay đổi thơng số đầu vào mơ hình phân tích như: momen quán tính dầm chủ; momen quán tính dầm ngang; momen quán tính mặt cầu; modun đàn hồi E vật liệu dầm chủ, dầm ngang, mặt cầu Sau tính tốn lại εc so sánh lại với giá trị biến dạng thực tế đo đạc εm Quá trình lặp lặp lại nhiều lần giá trị sai số hệ số tương quan thỏa mãn điều kiện quy định Bảng Mơ hình kết cấu lúc xem “mơ hình hiệu chuẩn” ứng xử mơ hình hiệu chuẩn xem xác với kết cấu cầu chịu lực thực tế trường Hình thể kết biến dạng đo đạc trường εm biến dạng mơ hình phân tích lý thuyết εc vị trí nhịp dầm số trước hiệu chỉnh mơ hình phân tích lý thuyết Kết 42 Thảo, N D., Hùng, V D / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng so sánh cho thấy: giá trị εm giá trị εc sai khác nhiều Điều chứng tỏ: đáp ứng mơ hình phân tích lý thuyết (mơ hình số) chưa phù hợp với thực tế chịu lực kết cấu dầm Super T Giá trị εm nhỏ giá trị εc , điều cho thấy cường độ, độ cứng kết cấu dầm mơ hình lý thuyết nhỏ so với kết cấu dầm làm việc thực tế trường Do vậy, mơ hình lý thuyết cần thiết phải điều chỉnh lại thông số độ cứng, mô đun đàn hồi hệ dầm (theo hướng tăng) để tiến hành phân tích lại so sánh với kết đo đạc trường thỏa mãn điều kiện sai số hệ số tương quan biến dạng Bảng Hình thể kết biến dạng đo đạc trường εm biến dạng mô hình phân tích lý thuyết εc vị trí nhịp dầm số mơ hình “đã hiệu chuẩn” (mơ hình đảm bảo u cầu sai số hệ số tương quan) Kết so sánh cho thấy: giá trị εm giá trị εc tiệm cận sát vào Lúc xem rằng: đáp ứng “mơ hình hiệu chuẩn” phù hợp với thực tế chịu lực kết cấu nhịp dầm Super T trường Hình Kết biến dạng nhịp – dầm số (trước hiệu chỉnh); : giá trị εc ; —: giá trị εm Hình Kết biến dạng nhịp – dầm số sau hiệu chỉnh (mơ hình hiệu chuẩn); : giá trị εc ; —:giá trị εm Một cách tương tự, Hình Hình thể kết biến dạng đo đạc thực nghiệm biến dạng phân tích mơ hình số vị trí nhịp dầm số 1, 2, trước sau hiệu chỉnh mơ hình lý thuyết Kết so sánh cho thấy sai khác εm εc giảm lớn sau mơ hình lý thuyết hiệu chỉnh lại thông số đầu vào 43 Thảo, N D., Hùng, V D / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình Kết biến dạng nhịp – dầm 1, 2, (trước hiệu chỉnh); , , ♦, : giá trị εc dầm 1, 2, 4; — — — — : giá trị εm dầm 1, 2, Hình Kết biến dạng nhịp – dầm 1,2,3 (sau hiệu chỉnh); , , ♦, : giá trị εc dầm 1, 2, 4; — — — — : giá trị εm dầm 1, 2, Bảng thể thông số mô đun đàn hồi mô men quán tính hệ dầm mặt cầu trước sau điều chỉnh Nhìn chung giá trị tăng nhằm hiệu chỉnh lại kết phân tích biến dạng mơ hình lý thuyết tiệm cận với giá trị biến dạng đo đạc trường, ngoại trừ giá trị mô men quán dầm ngang không thay đổi hai dầm ngang bố trí gối ảnh hưởng đến giá trị biến dạng vị trí nhịp dầm Super T Bảng Các thông số kết cấu trước sau hiệu chỉnh mơ hình Thơng số hiệu chỉnh Giá trị ban đầu Giá trị sau hiệu chỉnh J x dầm ( mm4 ) J x dầm (mm4 ) Edầm (N/mm2 ) Ebmc (N/mm2 ) Jdầm ngang (mm4 ) 2,7E+11 2,7E+11 31975 22063 3,627E+10 3,84E+11 3,60E+11 34587,5 25780 3,627E+10 44 Thảo, N D., Hùng, V D / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Các hàm so sánh trước sau hiệu chỉnh mô hình Hàm so sánh Mơ hình trước hiệu chỉnh Mơ hình sau hiệu chuẩn Sai số phần trăm Sai số tỷ lệ Hệ số tương quan 239,0% 76,5% 0,707 4,2% 3,5% 0,924 Bảng thể giá trị so sánh sai số phần trăm, sai số tỷ lệ hàm tương quan biến dạng giá trị đo đạc trường giá trị tính tốn mơ hình lý thuyết tính tốn theo phương trình (6), (7), (8) Kết tính tốn cho thấy sau hiệu chỉnh hàm so sánh thỏa mãn giá trị quy định theo Bảng Như vậy: mơ hình hiệu chuẩn xem phù hợp với trạng thái chịu lực thực tế cơng trình sử dụng để đánh giá khả chịu tải đối yêu cầu thiết kế, cấp phép tải trọng loại xe siêu trường siêu trọng dự báo tải trình khai thác sử dụng 3.5 Đánh giá khả chịu tải kết cấu hoạt tải HL93 dựa mơ hình hiệu chỉnh từ kết đo đạc thực nghiệm Trên mơ hình kết cấu cầu hiệu chuẩn, tiến hành mô hoạt tải HL93 [2–4]; tiến hành phân tích ứng xử (nội lực) kết cấu cầu dầm Super T tác dụng tĩnh tải DC, DW hoạt tải HL93 Áp dụng phương trình (5) để đánh giá khả chịu tải kết cấu dầm Super T hoạt tải HL93 theo M V sau: RF M = RFV = Mr − γDC MDC − γDW MDW γLL MHL93 (1 + I M) (9) Vr − γDC VDC − γDW VDW γLL VHL93 (1 + I M) (10) Mr , Vr sức kháng uốn, sức kháng cắt tính tốn dầm Super T; MDC , MDW , MHL93 mô men tải trọng DC, DW hoạt tải HL93 gây dầm Super T mơ hình hiệu chỉnh; VDC , VDW , VLL lực cắt tải trọng DC, DW hoạt tải HL93 gây dầm Super T mơ hình hiệu chỉnh; I M hệ số xung kích hoạt tải HL93 Các hệ số tải trọng hệ số xung kích lấy phụ thuộc vào trạng thái giới hạn [2, 17] xác định theo Bảng Bảng Bảng tổng hợp hệ số tải trọng, hệ số xung kích theo [2, 17] Trạng thái giới hạn DC DW P LL IM Cường độ Khai thác 1,25 1,25 1,5 1,5 1,2 1,2 1,75 1,35 0,25 0,25 Kết đánh giá khả chịu tải kết cấu nhịp dầm Super T trường hợp xe tải thiết kế tải trọng [2, 17] theo điều kiện sức kháng uốn sức kháng cắt thông qua hệ số RF thể Bảng 45 Thảo, N D., Hùng, V D / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Đánh giá RF xe thiết kế tải trọng [2, 17] Hệ số RF Dầm Super T Nội lực DC+DW LL Sức kháng Dầm M (kN.m) V (kN) 6930,4 739,5 2134,2 201,5 Dầm biên M (kN.m) V (kN) 7109,4 755,5 2320,2 235,4 Cường độ Khai thác 17773 1962 2,32 2,77 3,01 3,60 17773 1962 2,10 2,34 2,72 3,04 Bảng Đánh giá RF xe hai trục tải trọng [2, 17] Hệ số RF Dầm Super T Nội lực DC+DW LL Sức kháng Dầm M (kN.m) V (kN) 6930,4 739,5 1596,2 157,5 Dầm biên M (kN.m) V (kN) 7109,4 755,5 1695,0 175,7 Cường độ Khai thác 17773,0 1962,0 3,11 3,55 4,03 4,60 17773,0 1962,0 2,88 3,14 3,73 4,07 Kết đánh giá khả chịu tải kết cấu nhịp dầm Super T trường hợp xe hai trục tải trọng [2, 17] theo điều kiện sức kháng uốn sức kháng cắt thông qua hệ số RF thể Bảng Từ kết phân tích Bảng Bảng cho thấy: giá trị Rating factor (RF) khống chế dầm Super T giá trị RF nhỏ tất trường hợp tính tốn Vậy, kết cấu nhịp dầm Super T xác định RF = 2,10 > 1; dầm Super T đảm bảo khả chịu hoạt tải thiết kế HL93 theo điều kiện sức kháng uốn sức kháng cắt Giá trị RF trường hợp xe ba trục (RF = 2,10) nhỏ so với giá trị RF trường hợp xe hai trục (RF = 2,88), điều chứng tỏ xe ba trục gây hiệu ứng nội lực bất lợi xe hai trục dầm super T Để thấy rõ khác biệt tiến hành đánh giá khả chịu tải dầm Super T mơ hình hiệu chỉnh mơ hình ban đầu chưa hiệu chỉnh (tính tốn theo quy định tiêu chuẩn thiết kế [2]); ta áp dụng phương trình (9) (10) với giá trị mô men M lực cắt V tính tốn mơ hình ban đầu; kết đánh giá RF thể Bảng Có thể thấy rằng: giá trị RF dựa kết phân tích mơ hình ban đầu (RF = 1,48) lớn nhỏ nhiều so với giá trị (RF = 2,10) xác định mơ hình hiệu chỉnh Bảng Đánh giá RF xe thiết kế tải trọng mơ hình chưa hiệu chỉnh Hệ số RF Dầm Super T Nội lực DC+DW LL Sức kháng Dầm biên M (kN.m) V (kN) 8724,6 890,4 2791,1 282,2 17773,0 1962,0 46 Cường độ Khai thác 1,48 1,74 1,92 2,25 Thảo, N D., Hùng, V D / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Kết nghiên cứu dầm Super T – cầu Nguyễn Hoàng (Quảng Nam) cho thấy: đánh giá khả chịu tải cơng trình cầu mơ hình hiệu chỉnh (dựa vào kết đo đạc trường) đánh giá mức độ dự trữ cường độ chịu lực dầm hoạt tải khai thác HL93 cao so với giá trị phân tích mơ hình ban đầu chưa hiệu chỉnh Điều đặc biệt có ý nghĩa tiến hành đánh giá khả chịu lực cơng trình cầu cũ trải qua thời gian dài khai thác sử dụng Phương pháp đánh giá khả chịu tải thực tế kết cấu cầu dựa việc hiệu chỉnh mơ hình phân tích sử dụng xe tải chạy qua cầu để gây tạo lực kích động lên kết cấu cầu cho phép rút ngắn thời gian kiểm định chi phí kiểm định thử tải (do khơng cần phải đo hoạt tải đặt tĩnh lên kết cấu) Kết luận Bài báo trình bày nội dung nghiên cứu đánh giá khả chịu tải kết cấu cầu sở hiệu chỉnh mơ hình phân tích lý thuyết dựa vào kết thí nghiệm trường Tiến hành thực nghiệm đo đạc kết biến dạng-ứng suất dầm super T, L = 38,2 m (mơ hình tồn cầu) tác dụng hoạt tải xe thử nghiệm cơng trình cầu Nguyễn Hồng – tỉnh Quảng Nam Xây dựng mô ứng xử nhịp cầu Super T tác dụng hoạt tải thử nghiệm mô hình lý thuyết phần tử hữu hạn Sử dụng kết đo biến dạng-ứng suất trường để điều chỉnh thông số độ cứng hệ dầm cho ứng xử mơ hình phù hợp với kết đo đạc thực nghiệm Kết đánh giá khả chịu tải mơ hình cầu Nguyễn Hồng hiệu chỉnh cho thấy khả dự trữ cường độ chịu hoạt tải HL93 cao khoảng 42,9% so với giá trị phân tích mơ hình cầu chưa hiệu chỉnh Mơ hình kết cấu cầu sau hiệu chỉnh sử dụng để đánh giá khả chịu tải cầu, cấp phép tải trọng loại xe siêu trường siêu trọng dự báo tải trình khai thác sử dụng Quá trình đo đạc phản ứng cầu sử dụng xe thử nghiệm di động qua cầu cho phép rút ngắn nhiều thời gian chi phí thử nghiệm trường, mang lại hiệu kinh tế cao công tác kiểm định đánh giá khả chịu thực tế cơng trình cầu Tài liệu tham khảo [1] 22TCN 18-79 (1979) Quy Trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn Bộ giao thông vận tải Việt Nam [2] 22TCN 272-05 (2005) Tiêu chuẩn thiết kế cầu Bộ giao thông vận tải Việt Nam [3] TCVN 11823:2017 Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường Bộ Khoa Học Công Nghệ Việt Nam [4] AASHTO-LRFD (1998) Standard Specification for Highway Bridges Second Edition American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington DC, USA [5] AASHTO-LRFD (2007) Standard Specification for Highway Bridges 4th Edition American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington DC, USA [6] AASHTO-LRFD (2012) Standard Specification for Highway Bridges 6th Edition American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington DC, USA [7] 22TCN 170-87 (1987) Quy trình thử nghiệm cầu, giao thông vận tải bưu điện việt nam edition [8] 22TCN 243-98 (1998) Quy trình kiểm định cầu đường ô tô Bộ giao thông vận tải Việt Nam [9] Commander, B (1989) An Improved Method of Bridge Evaluation: Comparison of Field Test Results with Computer Analysis Master Thesis, University of Colorado, Boulder, CO [10] Schulz, J L (1989) Development of a Digital Strain Measurement System for Highway BridgeTesting Masters Thesis, University of Colorado, Boulder, CO [11] Bridge Diagnostics, Inc (2006) Integrated Approach to Load Testing Boulder, CO 80301-2826 USA 47 Thảo, N D., Hùng, V D / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [12] Goble, G., Schulz, J., Commander, B (1992) Load Prediction and Structural Response Final Report, FHWA DTFH61-88-C-00053, University of Colorado, Boulder, CO [13] Lichtenstein, A G., et al Manual for Bridge Rating Through Load Testing Technical Report, NCHRP Project 12-28(13)A [14] Lan, N (2015) Nghiên cứu đánh giá xác định tải trọng cho phép qua cầu sở kết kiểm định cầu Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Giao thông vận tải [15] Tran-Ngoc, H., He, L., Reynders, E., Khatir, S., Le-Xuan, T., Roeck, G D., Bui-Tien, T., Wahab, M A (2020) An efficient approach to model updating for a multispan railway bridge using orthogonal diagonalization combined with improved particle swarm optimization Journal of Sound and Vibration, 476: 115315 [16] Nguyen, T T., Dinh, K (2019) Prediction of bridge deck condition rating based on artificial neural networks Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE) - HUCE, 13(3):15–25 [17] AASHTO-LRFR (2011) The manual for Bridge evaluation 2th Edition American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington DC, USA [18] Zienkiewicz, O C., Taylor, R L., Zhu, J Z (2013) The finite element method: its basis and fundamentals Seventh edition, Butterworth-Heinemann 48 ... yêu cầu kỹ thuật toán đánh giá khả chịu tải thực tế cơng trình cầu Cơ sở điều chỉnh mơ hình phân tích kết cấu cầu lý thuyết dựa vào kết đo đạc thực nghiệm Cơ sở ban đầu việc điều chỉnh mơ hình. .. khai thác sử dụng 3.5 Đánh giá khả chịu tải kết cấu hoạt tải HL93 dựa mơ hình hiệu chỉnh từ kết đo đạc thực nghiệm Trên mơ hình kết cấu cầu hiệu chuẩn, tiến hành mô hoạt tải HL93 [2–4]; tiến hành... dựng Kết nghiên cứu dầm Super T – cầu Nguyễn Hoàng (Quảng Nam) cho thấy: đánh giá khả chịu tải cơng trình cầu mơ hình hiệu chỉnh (dựa vào kết đo đạc trường) đánh giá mức độ dự trữ cường độ chịu lực