Trong luận án này, nghiên cứu sinh đã đề xuất được quy trình đơn giản và công cụ phân tích đi kèm để phân tích tính dư cho toàn bộ kết cấu cầu, kể cả kết cấu phần dưới và kết cấu phần trên. Mô hình phân tích đã xét đến được các trạng thái phá hoại phi tuyến mà các mô hình trước đây chưa đề cập đến như: phá hoại do cắt, phá hoại tổng thể của kết cấu sau khi một thành phần đã bị phá hoại. Nghiên cứu sinh cũng đã tổng kết được các dạng kết cấu điển hình trong công trình cầu và phân tích sơ bộ tính dư của các kết cấu này. Trong các nghiên cứu tiếp theo, nghiên cứu sinh đề xuất áp dụng mô hình này để phân tích tính dư cho các kết cấu cầu điển hình ở Việt Nam. Các hướng triển khai cụ thể như sau:
- Trong luận án này tập trung phân tích phá hoại kết cấu bên dưới là phản ứng của cột. Xà mũ, liên kết dầm cột và liên kết cột - móng được giải thiết là cứng. Trong tương lai sẽ xét đến phản ứng của các liên kết này.
- Phân tích sự nén vỡ bê tông đã sử dụng hai giá trị cho biến dạng lớn nhất mà bê tông có thể chịu đựng: 0.040 đối với bê tông không tăng cường cốt và 0.15 cho bê tông tăng cường cốt. Thực tế, khả năng biến dạng bê tông lớn nhất là một hàm của nhiều thông số bao gồm cường độ bê tông và tỉ lệ cốt thép. Việc này sẽ được xem xét trong các nghiên cứu tiếp theo.
- Khả năng phá hoại của bệ móng, cọc và cọc sâu dưới bệ cọc là không rõ ràng trong mô hình phân tích. Chỉ có độ dẽo toàn bộ của móng được tính đến là sử dụng hệ số độ cứng móng. Trong nhiều trường hợp, nhóm cọc bao gồm cọc đứng và cọc xiên. Dưới tải trọng ngang, cọc xiên chịu một phần đáng kể của trọng ngang. Do vậy, phải kiểm tra tính dư của nhóm cọc.
- Giả thiết của mô hình được sử dụng trong luận án là hệ thống địa chất/móng duy trì tuyến tính trong suốt quá trình chịu tải và không có phá hoại của địa chất. Mặc dù điều này nhìn chung được chấp nhận cho mục đích thiết kế, với việc áp dụng mức cao của tải trọng ngang. Phản ứng phi tuyến tính của địa chất và thậm chí là hư hõng sẽ được nghiên cứu trong tương lai để xác định chính xác hơn hệ số hệ thống.
- Phân tích được trình bày trong luận án này được thực hiện riêng lẽ cho kết cấu bên dưới và kết cấu nhịp. Phương pháp này hợp lý cho trường hợp khi kết cấu nhịp được kết nối với kết cấu bên dưới qua gối cầu. Nghiên cứu trong tương lai là với kết cấu cầu liên kết liền khối giữa hai hệ thống kết cấu.
- Hệ số hệ thống cung cấp một công cụ đơn giản để tính đến tính dư trong quá trình đánh giá và thiết kế cầu. Bảng hệ số hệ thống trong luận án này chỉ cung cấp cho một số giới hạn hình thù cầu. Tương lai có thể được mở rộng cho nhiều hình dạng cầu.
- Phân tích trong luận án này tập trung trên phản ứng của các thành phần cầu chính. Mặc dù phản ứng phi tuyến tính của mặt cầu được tính đến bởi mô hình hoá nó như là các phần tử dầm song song, sự hư hỏng của bản vì sự nén
vỡ của bê tông do uốn ngang hay hư hõng do cắt thì không được xem xét. Do đó, khả năng hư hõng này của mặt cầu sẽ được tính đến trong tương lai.
- Mô hình tải trọng đã sử dụng trong luận án là tương ứng với mô hình của quy tắc LRFD. Mô hình tải trọng này được phát triển dựa trên cơ sở phản ứng tuyến tính của hệ thống cầu và sử dụng một cơ sở dữ liệu thống kê giao thông và trọng lượng xe tải. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ chuẩn hóa thêm vị trí tải trọng.
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 trong kết cấu bên dưới công trình cầu, các TTGH và
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 các bước kiểm tra tính dư trực tiếp", Tạp chí cầu đường Việt Nam, số tháng 4/2014.
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 về lịch sử xây dựng cầu lớn ở Việt Nam” Hội thảo KH-CN Viện Khoa học và Công nghệ GTVT, 2007.
[3]. Nguyễn Thị Minh Nghĩa, Dương Thị Minh Thu, "Mố trụ Cầu", Nhà xuất bản Giao thông Vận tải, 2011.
[4]. Nguyễn Viết Trung, "Kết cấu nhịp cầu thép", Nhà xuất bản Xây dựng, 2005. [5]. Nguyễn Viết Trung, Hoàng Hà, Nguyễn Ngọc Long, "Cầu Bê tông cốt thép", Nhà xuất bản Giao thông Vận tải, 2011.
[6]. Phạm Văn Thứ, "Các phương pháp phân tích độ tin cậy của 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 và lý thuyết độ tin cậy trong 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 các hệ số độ
tin cậy riêng, cơ sở xây dựng các tiêu chuẩn thiết kế tiên tiến và 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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2000.
[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.
[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. 1. 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.
[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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[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.
[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 Box- Girder 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.
[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).
[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.
[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; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[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 beam finite element for modelling bending and shear failure of reinforced concrete frames," Computer and Structures, vol. submitted.
[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. 7.
[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.
[90]. V. Ngo, A. Ibrahimbegovic and D. Brancherie, "Model for localized failure with thermo-plastic coupling. Theoretical formulation and ED-FEM implementation,"
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 2 cột - Ví dụ trụ 3 cột
- Ví dụ dầm liên tục 2 nhịp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
PHỤ LỤC III. CÁC PHẦN TỬ MỞ RỘNG TRONG FEAP
- Phần tử Elmt1 (bước nhảy chuyển vị uốn) - Phần tử Elmt2 (bước nhảy do chuyển vị cắt)
Phần này được giới thiệu tại quyển