Quy trình kiểm tra tính dư trực tiếp giới thiệu ở trong phần này dựa trên giá trị nhỏ nhất thoả mãn của chỉ số độ tin cậy tương đối u, fvà d.
Cầu sẽ cung cấp mức độ tính dư đầy đủ nếu tất cả các điều kiện chỉ số độ tin cậy mục tiêu trên được thỏa mãn.
Các giá trị của tỷ số bảo toàn hệ thống Ru = LFu/LF1, Rf = LFf/LF1 và Rd
= LFd/LF1 mà được yêu cầu để thoả mãn mức độ nhỏ nhất của tính dư cầu có thể được tính toán sử dụng nếu tải trọng động theo phân phối Log. Tính toán với cầu dầm I nhịp giản đơn (Thép và bê tông ứng suất trước) thì giá trị yêu cầu của Ru, Rf, Rd tương ứng là 1.22, 1.06, và 0.48. Giá trị VLF là 14.2 %, là giá trị trung bình của VLF cho tất cả phân tích cầu nhịp giản đơn, sử dụng giá trị VLL là 19% như đề nghị của Nowak (1992,1999) [80], [81].
Tên cơ sở các kết quả của phân tích độ tin cậy của hình dạng cầu nhịp giản đơn định hình, hệ thống cầu được xem như đầy đủ tính dư nếu phân tích cầu tạo ra tỉ lệ bảo toàn hệ thống:
- Cho khả năng cuối cùng Ru lớn hơn hay bằng 1.30. - Cho TTGH sử dụng Rf lơn hơn hay bằng 1.0. - Cho điều kiện phá hoại Rd lớn hơn hay bằng 0.50.
Những giá trị yêu cầu này của tỉ lệ bảo toàn hệ thống được tóm tắt ở Bảng 2.16. Giá trị yêu cầu Ru req là 1.30, nghĩa là R-D ở trạng thái sụp đổ phải là 30% cao hơn R-D khi phá hoại thành phần đầu tiên xảy ra. Giá trị yêu cầu Rf req là 1.10, nghĩa là khoảng tải trọng động R-D của hệ thống khi chuyển vị lớn nhất bằng chiều dài nhịp/100 đạt đến phải cao hơn 10% khoảng tải trọng động khi hư hõng thành phần đầu tiên xảy ra. Cuối cùng, giá trị yêu cầu Rd req là 0.50, chỉ ra rằng cầu phá hoại phải có khả năng chịu khoảng 50% tải trọng động mà cầu nguyên vẹn chịu trước khi hư hỏng thành phần đầu tiên xảy ra. Một hệ thống cầu đặc biệt sẽ cung cấp mức độ đầy đủ của tính dư nếu giá trị Ru, Rf, và Rd tính toán cho cầu đó thì cao hơn giá trị yêu cầu đưa ra ở đây [18], [26].
Bảng 2.16. Tỉ lệ hệ số tải trọng yêu cầu đối với phương pháp
tính dư hệ thống trực tiếp
TTGH cuối cùng Ru req = (LFu/LFl)req 1.30 TTGH hoạt động Rf req = (LFf/LFl)req 1.10 Điều kiện phá hoại Rd req = (LFd/LFl)req 0.50
Kiểm tra Ru, Rf, và Rd là kiểm tra tính dư của hệ thống. Cầu mà không dư có thể sẽ cung cấp mức cao của an toàn hệ thống nếu thành phần của chúng được thiết kế vượt. Do đó, kiểm tra tính dư phải luôn luôn được trình bày kết hợp với kiểm tra an toàn của thành phần. Điều này đạt được bởi sự so sánh khả năng thật sự của thành phần cầu với khả năng yêu cầu bởi tiêu chuẩn. Trong trường hợp này, Rreq được định nghĩa như là khả năng của thành phần yêu cầu để thoả mãn tiêu chuẩn AASHTO. Ví dụ: khả năng thành phần yêu cầu Rreq thì được tính toán cho thành phần trọng yếu nhất sử dụng công thức thiết kế và đánh giá của AASHTO:
) 1 ( I L D Rreq d n l n (2.42)
Trong đó, là hệ số sức kháng, dlà hệ số tải trọng tĩnh, l là hệ số tải trọng động, Dn là tải trọng tĩnh thiết kế hay danh định, và Ln(1+I) là tải trọng động thiết kế hay danh định bao gồm tác động xung kích. Công thức (2.42) có một định dạng chung mà có thể được sử dụng cho tiêu chí AASHTO bất kỳ. Ví dụ, đối với tiêu chí WSD, dvàl bằng 1.0 và bằng 1/0.55. Đối với tiêu chí LFD, phụ thuộc vào dạng của thành phần đang phân tích, dbằng 1.30 vàllà 2.17. Tiêu chí LRFD, giả thiết rằng hệ số điều chỉnh tải trọng bằng 1.0. Trong LRFD, hệ số phụ thuộc vào loại vật liệu, và dphụ thuộc vào dạng của tải trọng tĩnh. Ví dụ, d= 1.25 thì được sử dụng cho tải trọng tĩnh thành phần, và l
tuỳ thuộc vào tổ hợp tải trọng đã sử dụng. Ví dụ, l=1.75 được sử dụng cho tổ hợp tải trọng cơ sở.
Hệ số tải trọng thành phần yêu cầu LFl req được định nghĩa như sau:
XeTK req L D R LF (2.43)
Trong đó: Rreq là khả năng thành phần yêu cầu xác định từ công thức (3.4), D là tải trọng tĩnh tác động trên thành phần chịu tải trọng trọng yếu nhất, và LXeTK là tác động của tải trọng xe tải thiết kế trên thành phần trọng yếu nhất. LXeTKđược tính toán từ phân tích đàn hồi tuyến tính của cầu. Như trong trường hợp LFl, tính toán LF1 req thì được thực hiện với xe tải thiết kế không bao gồm hệ số xung kích. Theo tiêu chuẩn AASHTO, tỉ lệ bảo toàn thành phần rl được định nghĩa như sau:
D R D R LF LF r req provided req l l l (2.44)
Trong đó: Rprovided là khả năng thành phần cung cấp, Rreq là khả năng thành phần yêu cầu, D là tải trọng tĩnh.
Các thành phần cầu mà được thiết kế chính xác theo tiêu chuẩn AASHTO sẽ tạo ra một tỉ lệ bảo toàn thành phần là 1.0. Những thành phần mà được thiết kế vượt quá sẽ tạo ra ra giá trị lớn hơn 1.0. Quy trình đánh giá thành phần này có thể được sử dụng với bất kỳ tiêu chí thiết kế cầu nào, bao gồm WSD, LFD và LRFD hay quy trình đánh giá cầu, bao gồm mức độ xếp hạng thống kê và hoạt động sử dụng xe tải thiết kế hay tải trọng thích hợp bất kỳ khác.
Tỉ lệ bảo toàn thành phần được sử dụng kết hợp với kiểm tra Ru, Rf, và Rd
để giới thiệu các hệ số hệ thống như trình bày ở phần tiếp theo.