2.1.3.1 Phân tích lực đẩy ngang
Quá trình phân tích lực đẩy ngang của các kết cấu uốn công trình cầu sử dụng chương trình PIERPUSH. Chương trình tổng hợp 2 mô đun độc lập: Chương trình phân tích mặt cắt BIAX và chương trình phân tích kết cấu phi tuyến tính NEABS. Mục tiêu các phân tích này là để kiểm soát sự phát triển của các sự kiện phi tuyến tính xẩy ra trong kết cấu và các mức độ lực ngang tương ứng được gọi là kiểm soát phản ứng từ sự kiện đến sự kiện [71], [72], [75].
2.1.3.2 Tỷ lệ bảo toàn hệ thống
Khả năng chịu tải bổ sung sau khi sự phá hoại thành phần đầu tiên xảy ra có thể được thể hiện bằng tỷ lệ bảo toàn hệ thống Ru. Thực chất, tỷ lệ bảo toàn hệ thống là một phương pháp xác định tính dư kết cấu bên dưới.
2.1.3.2.1 Mô hình kết cấu
Kết cấu uốn công trình cầu với n cột được mô hình hoá thành khung 2 chiều với các thành phần dầm - cột [48], [49].
Hình 2.2. Mô hình kết cấu uốn hai cột 2.1.3.2.2 Phân tích mặt cắt
Dựa trên tính chất hình học của mặt cắt ngang cột, cách bố trí cốt thép dọc, số lượng cốt thép ngang, và tính chất của vật liệu, file đầu vào được thực hiện cho chương trình phân tích mặt cắt, BIAX. Mục tiêu của phân tích mặt cắt là (1) phát triển mối quan hệ mô men và độ uốn (M-) phi tuyến tính; (2) thiết lập khả năng biến dạng dẻo tương ứng với biến dạng giới hạn quy định của bê tông và (3) xác định đường cong tương tác giữa lực dọc trục và mô men uốn (P- M) là đường cong xác định bề mặt chảy dẻo của cột sử dụng trong chương trình NEABS [71], [72], [75].
BIAX phân chia mặt cắt thành các thớ bê tông và phân chia các thanh cốt thép như thể hiện trong hình sau. BIAX sẽ tạo ra một tập hợp các quan hệ mô men - độ uốn tương ứng với các lực dọc trục khác nhau. Tất cả được tổng hợp để lập thành bề mặt tương tác giữa mô men uốn và lực dọc trục, được định nghĩa là bề mặt chảy dẻo của các thành phần cột phi tuyến tính.
Hình 2.3. Mặt cắt cột rời rạc
2.1.3.2.3 Phân tích tĩnh tăng dần và kiểm soát phản ứng từ sự kiện
đến sự kiện
Dựa trên cơ sở hình dạng kết cấu uốn được cung cấp, và bề mặt tương tác lực dọc trục và mô men uốn được tính toán bởi BIAX, viết 1 file đầu vào cho cho chương trình NEABS, chạy chương trình NEABS để phân tích phi tuyến tính tĩnh tăng dần, kiểm soát chuyển vị. Mục tiêu của phân tích này là kiểm soát sự phát triển tăng dần của các sự kiện phi tuyến tính và để tính toán các lực ngang tương ứng tác động lên kết cấu uốn. Việc theo dõi sự kiện đến sự kiện như thế này dẫn đến các TTGH đã định nghĩa ở trên.
2.1.3.3 Phân tích lực đẩy phi tuyến tính
Để thể hiện quy trình phân tích lực đẩy ngang và giải nghĩa kết quả theo khái niệm của tính dư kết cấu bên dưới, lựa chọn một kết cấu uốn 2 cột để làm ví dụ. Kết cấu uốn 2 cột với chiều cao 11m, cột 1.2m x 1.2m như trong hình 2.2. Cốt thép dọc của cột được bố trí hai lớp đối xứng với 44 thanh có tổng diện tích là A = 360mm2. Tỷ lệ cốt thép là 1.1%. Chiều dày bê tông phủ là 7.5cm. Tính chất của vật liệu sử dụng là:
Đối với cốt thép: Es = 200000Mpa; Fy = 450Mpa;
Tải trọng tĩnh kết cấu nhịp là 5560kN và được dàn đều dọc theo xà mũ. Tải trọng tĩnh là 6800kN bao gồm cả trọng lượng bản thân của kết cấu uốn. Tải trọng động là 1385kN bao gồm tải trọng làn và tải trọng xe tải được phân chia dọc theo xà mũ. Độ cứng móng là 72900 và 97200kN/m lần lượt theo hướng ngang và hướng đứng, và độ cứng quay là 3650000kNm/rad. Với các thông số trên thì ví dụ này được xếp loại là kết cấu uốn hai cột với “chiều rộng và chiều cao cột trung bình, fy và f’e trung bình; tỷ lệ thép dọc thấp, móng bè trên đất thông thường”.
Bảng 2.6. Kết quả phân tích lực đẩy phi tuyến kết cấu uốn 2 cột
Sự kiện Chuyển vị (cm) Lực (kN) Ru
Phá hoại thành phần đầu tiên 6.3 1519
Cơ chế hệ thống 13.6 1851 1.22
Phá hoại cục bộ - không tăng cường cốt 12.7 1821 1.20 Phá hoại cục bộ - tăng cường cốt 27.8 1748
Chuyển vị quá mức 22.0 1789
Lực tác động lên trụ cầu tương ứng với sự hình thành khớp dẻo đầu tiên là F1 = 1519kN tương đương với chuyển vị kết cấu uốn bằng 0.063m. Đối với trường hợp cột bê tông có tăng cường cốt, sự kiện kiểm soát là cơ chế hệ thống xảy ra tại chuyển vị kết cấu uốn là 0.136m và giá trị lực ngang cuối cùng Fu = 1851kN. Tỷ lệ bảo toàn cường độ là 1.22 (=1851kN/1519kN). Đối với bê tông không tăng cường cốt, TTGH cuối cùng được kiểm soát bằng sự phá hoại cục bộ tại chuyển vị bằng 0.127m và giá trị lực ngang cuối cùng là 1821kN. Tỷ lệ bảo toàn cường độ là 1.2 (=1821kN/1519kN). Trong trường hợp này, sự khác biệt là không đáng kể.