1. Luận án đã thực hiện các phương pháp phân tích, giả thiết mô hình, phân tích độ tin cậy và định chuẩn hệ số tính dư.
2. Bằng việc nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết phân tích phi tuyến vật liệu và phương pháp PTHH mở rộng, luận án đã đề xuất quy trình xác định tính dư trực tiếp đơn giản hơn so với quy trình của các tác giả trước đó để áp dụng trong thiết kế cầu.
3. Luận án cũng đã đề xuất mô hình phân tích phi tuyến bằng phương pháp PTHH mở rộng, cho phép xét đến sự làm việc của kết cấu sau khi những bộ phận chính đầu tiên bị phá hoại.
4. Luận án cũng đã đề cập đến việc xác định các dạng kết cấu điển hình trong công trình cầu để xác định tính dư, giúp thiết lập bảng tra về hệ số tính dư cho các kết cấu này để tiện áp dụng trong thực tế.
Kết quả của luận án này là phát triển một cơ sở hợp lý cho việc xem xét tính dư kết cấu nhịp và phần dưới trong thiết kế và đánh giá kết cấu cầu, và phát triển dữ liệu cần thiết để bổ sung vào tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05. Kết quả nghiên cứu là (1) phát triển quy trình phân tích để định lượng tính dư của kết cấu nhịp và bên dưới cầu và (2) cung cấp một bộ hệ số tính dư hệ thống áp dụng cho hình dạng kết cấu nhịp và bên dưới định hình. Những hệ số hệ thống này được định chuẩn sử dụng phương pháp hợp lý mà không thay đổi với phương pháp đã sử dụng để định chuẩn tải trọng và hệ số sức kháng của tiêu chuẩn 22TCN-272-05. Hệ số hệ thống cũng được áp dụng với bất kỳ tiêu chuẩn nào khác. Ngoài hệ số hệ thống được cung cấp cho hình dạng kết cấu nhịp và bên dưới định hình; đồng thời đưa ra một phương pháp phân tích trực tiếp để đánh giá tính dư kết cấu nhịp và bên dưới cho kết cấu không định hình.
Kết hợp với các kết quả nghiên cứu trước đây, luận án đưa ra một số khuyến cáo về việc xác định hệ số tính dư như sau:
Đối với kết cấu bên dưới
- Để cải thiện độ an toàn của kết cấu bên dưới không dư hai phương pháp được xem xét là: (1) điều chỉnh thiết kế, ví dụ, thêm nhiều cột hay sử dụng kiểu móng khác để tạo ra hệ thống kết cấu bên dưới có tính dư và (2) hoặc lựa chọn, sử dụng hình dạng kết cấu giống nhau nhưng thiết kế các thành phần có mức độ khả năng cao hơn. Phương pháp thứ hai này sẽ không tạo ra một kết cấu không dư thành dư; tuy nhiên, do yêu cầu khả năng thiết kế thành phần cao hơn, an toàn hệ thống cho kết cấu không dư được tăng cường. Do đó, hệ số tính dư hệ thống được đề nghị trong luận án này, về bản chất, là hệ số thưởng - phạt. Một hệ số hệ thống nhỏ hơn 1.0 dẫn đến thiết kế thành phần có mức độ khả năng cao hơn vì vậy một hệ thống kết cấu không dư bị phạt. Mặt khác, một hệ thống dư sẽ được thưởng bởi sự cho phép thiết kế thành phần ít khả năng hơn.
- Hệ số hệ thống được phát triển kết cho cấu uốn hai cột và kết cấu uốn bốn cột, đại diện cho phản ứng của kết cấu uốn nhiều cột định hình. Là bước đầu tiên để bổ sung hệ số hệ thống cho tiêu chuẩn 22TCN-272-05, hệ số hệ thống s được đề nghị với giá trị nhỏ nhất là 0.8 và giá trị lớn nhất là 1.20.
- Kết cấu uốn đơn cột được xem như là không dư bởi vì tỉ lệ bảo toàn hệ thống của chúng (Ru=1.02) là nhỏ hơn tỉ lệ bảo toàn mục tiêu 1.20 cho cả bê tông không tăng cường cốt và tăng cường cốt. Phần lớn trụ tường được xem như là có ứng xử như cấu uốn đơn cột.
- Trường hợp phá hoại hệ thống kết cấu bên dưới chủ yếu là cắt, nó được xem như là không dư và s = 0.8.
- Tương tự, phá hoại liên kết bao gồm thanh bar được xem như là giòn và không dư, s = 0.8. Kết cấu bên dưới cầu đã phân tích trong luận án này
được liên kết với kết cấu nhịp qua gối cầu. Nếu liên kết toàn khối thì tính dư hệ thống được cải thiện cực lớn.
- Hệ số tính dư hệ thống được định chuẩn sử dụng phương pháp độ tin cậy để xác định mức độ khoảng an toàn thêm được cung cấp bởi hệ thống vượt quá phá hoại thành phần đầu tiên. Dựa trên kinh nghiệm, kết cấu uốn bốn cột với bê tông không tăng cường cốt là định hình cho hầu hết các thiết kế, đại diện cho hệ thống kết cấu có tính dư đầy đủ. Do đó, mức độ tính dư được cung cấp bởi kết cấu bên dưới 4 cột được sử dụng như là mục tiêu mà tất cả kết cấu bên dưới cầu phải đáp ứng. Chỉ số độ tin cậy tương đối = 0.5 được xác định như là tiêu chí cho định chuẩn hệ số hệ thống để chống lại tải trọng gió. Giá trị
= 0.5 này tương ứng với tỉ lệ bảo toàn hệ thống (Ru) = 1.20. Mặc dù là dựa trên tải trọng ngang do gió, nhưng giá trị cuối cùng là Ru = 1.20 và thệ số hệ thống ương ứng được áp dụng cho các kiểu tải trọng.
- Khác với hệ số điều chỉnh tải trọng trong công thức (1.3.2.1-1) của tiêu chuẩn 22TCN-272-05 [1], hệ số hệ thống được lập thành Phụ lục cho hình dạng kết cấu bên dưới khác nhau. Thay vì, sử dụng hệ số tầm quan trọng khai thác, các TTGH khác nhau dẫn đến hệ số hệ thống khác nhau được xem xét đưa ra cho Nhà thiết kế và Nhà quản lý quan điểm lựa chọn TTGH thích hợp phụ thuộc đặc tính và vị trí của cầu cũng như là tầm quan trọng khai thác của nó. Phương pháp này không thay đổi với xu hướng hiện hành là phương pháp thiết kế cơ sở trong kỹ thuật thiết kế cầu.
- Đối với kết cấu bên dưới không có trong Phụ lục hệ số hệ thống, quy trình từng bước được sử dụng để đánh giá trực tiếp tính dư kết cấu bên dưới. Điều này đòi hỏi sử dụng chương trình phân tích phi tuyến tính như là phần mềm đề xuất ở chương 4 để thực hiện phân tích phi tuyến tính dưới sự gia tăng tải trọng ngang tác dụng và giám sát sự phát triển phản ứng phi tuyến tính trong kết cấu. Các TTGH được xác định và được kiểm tra. Bao gồm cơ chế sụp đổ toàn hệ
thống, sự gãy thành phần cục bộ, và chuyển vị lớn. Khi mức độ tải trọng ngang tạo ra TTGH tương ứng được xác định, tỉ lệ bảo toàn hệ thống và tỉ lệ tính dư hệ thống được thiết lập. Nếu hệ thống được xác định là không dư, thì hệ số hệ thống có thể được sử dụng để xác định mức độ yêu cầu tăng cường. Để đánh giá các cầu đang tồn tại, có thể áp dụng quy trình phân tích trực tiếp nói trên.
- Quy trình phân tích trực tiếp có thể được áp dụng để kiểm tra khả năng chịu tải trọng còn lại và sức chịu đựng của hệ thống hay khả năng của chúng để chịu một và tải trọng cho đến khi phá hoại được phát hiện ra và thực hiện việc sửa chữa cầu. Một tỉ lệ tính dư hệ thống Rd = 0.5 được đề nghị cho trường hợp phá hoại của cầu trọng yếu. Điều này nghĩa là kết cấu bên dưới phá hoại có khả năng chịu nhiều hơn 50% tải trọng mà sẽ gây ra trong thành phần đầu tiên của kết cấu nguyên vẹn đạt đến khả năng giới hạn của nó.
Đối với kết cấu phần trên
- Kết quả nghiên cứu tính dư kết cấu nhịp là hình thành một cơ sở xem xét tính dư trong thiết kế và đánh giá khả năng của kết cấu nhịp cầu. Phương pháp đề xuất là thiết kế “phạt’’ với kết cấu có tính dư không đầy đủ, và các thành phần của chúng phải được thiết kế có khả năng nhiều hơn so với tiêu chuẩn hiện hành. Mặt khác, thiết kế tính dư đầy đủ thì “thưởng’’ bởi sự cho phép các thành phần thiết kế ít khả năng hơn. Điều này có thể đạt được bởi áp dụng hệ số hệ thống trong quá trình thiết kế và đánh giá cầu thông thường, hệ số hệ thống đề nghị là nhỏ hơn 1.0 được sử dụng cho thiết kế mới, trong khi hệ số xếp hạng tải trọng được sử dụng để đánh giá cầu đang tồn tại.
- Hệ số hệ thống được phát triển cho hình dạng cầu điển hình. Đối với cầu với hình dạng không điển hình thì thực hiện phương pháp phân tích trực tiếp. Gồm các TTGH cho cả điều kiện phá hoại và nguyên vẹn. Hệ số tính dư được tính toán từ những phân tích tải trọng tăng dần.
- Phương pháp đề nghị được định chuẩn sử dụng kỹ thuật độ tin cậy. Tính dư được định nghĩa như là sự khác nhau giữa chỉ số độ tin cậy (chỉ số an toàn) của hệ thống cầu và chỉ số độ tin cậy của các thành phần. Phụ lục hệ số hệ thống được cung cấp cho các Nhà thiết kế và Nhà quản lý để áp dụng trong thiết kế và đánh giá kết cấu nhịp cầu.
- Quá trình định chuẩn đã nghiên cứu tính năng của cầu dầm hộp và dầm I bê tông ứng suất trước và cầu thép nhiều dầm định hình. Các tham số phân tích đã chứng minh rằng tính dư của những cầu này là một hàm số của hình dạng hình học và không nhạy cảm với biến đổi của tính chất mặt cắt. Hệ số hệ thống cho những hình dạng cầu này với giả thiết rằng tất cả thành phần của cầu là như nhau. Phân tích chỉ ra rằng cầu liên tục tạo ra mức độ tính dư cao hơn cầu nhịp giản đơn.