Đây lμ ph−ơng pháp tính toán cơ bản đang đ−ợc sử dụng rộng rãi [3, 8, 9, 15, 16, 19].
1. Những luận điểm cơ bản
Nét đặc thù của ph−ơng pháp tính theo trạng thái giới hạn lμ việc sử dụng một nhóm các hệ số an toμn mang đặc tr−ng thống kê: hệ số tổ hợp tải trọng nc, hệ số điều kiện lμm việc m, hệ số tin cậy Kn, hệ số lệch tải n, hệ số an toμn về vật liệu KVL. Nhóm các hệ số nμy thay thế cho một hệ số an toμn chung K.
a) Các trạng thái giới hạn: Công trình vμ nền của nó đ−ợc gọi lμ đạt đến trạng thái
giới hạn khi chúng mất khả năng chống lại các tải trọng vμ tác động từ bên ngoμi, hoặc khi chúng bị h− hỏng hay biến dạng quá mức cho phép, không còn thoả mãn đ−ợc các yêu cầu khai thác bình th−ờng.
Ng−ời ta phân biệt 2 nhóm trạng thái giới hạn:
Trạng thái giới hạn thứ nhất: Công trình, kết cấu vμ nền của chúng lμm việc trong điều kiện khai thác bất lợi nhất, gồm: các tính toán về độ bền vμ ổn định chung của hệ công trình - nền; độ bền thấm chung của nền vμ công trình đất; độ bền của các bộ phận mμ sự h− hỏng của chúng sẽ lμm cho việc khai thác công trình bị ngừng trệ; các tính toán về ứng suất, chuyển vị của kết cấu bộ phận mμ độ bền hoặc độ ổn định công trình chung phụ thuộc vμo chúng v.v...
Trạng thái giới hạn thứ hai: Công trình, kết cấu vμ nền của chúng lμm việc bất lợi trong điều kiện khai thác bình th−ờng, gồm: các tính toán độ bền cục bộ của nền; các tính toán về hạn chế chuyển vị vμ biến dạng, về sự tạo thμnh hoặc mở rộng vết nứt vμ mối nối thi công; về sự phá hoại độ bền thấm cục bộ hoặc độ bền của kết cấu bộ phận mμ chúng ch−a đ−ợc xem xét ở trạng thái giới hạn thứ nhất.
b) Biểu thức tính toán: Việc đánh giá sự xuất hiện các trạng thái giới hạn đ−ợc thực
hiện bằng cách so sánh các trị số tính toán của ứng lực, ứng suất, biến dạng, chuyển vị, sự mở rộng khe nứt... với khả năng chịu tải t−ơng ứng của công trình, độ bền của vật liệu, trị số cho phép của bề rộng khe nứt, biến dạng... Các trị số nμy đ−ợc quy định trong các quy phạm.
www.vncold.vn
ncNtt ≤ mR/Kn, (4-1)
Trong đó:
Ntt - trị số tính toán của tải trọng tổng hợp;
R - trị số tính toán của sức chịu tổng hợp của công trình hay nền. Các hệ số khác nh− đã giải thích ở trên.
Khi kiểm tra theo (4-1), để đảm bảo điều kiện kinh tế, th−ờng yêu cầu đại l−ợng ở vế phải không v−ợt quá (10 ữ 15)% so với đại l−ợng ở vế trái ứng với tổ hợp tải trọng bất lợi nhất.
2. Xác định giá trị các đại l−ợng và hệ số
a) Tải trọng tính toán:
Tải trọng tính toán đ−ợc xác định bằng cách lấy tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số lệch tải n:
Ntt = nNtc, (4-2)
Trong đó:
Ntc - tải trọng tiêu chuẩn;
n - hệ số lệch tải, xác định theo bảng (4-1).
Bảng 4-1: Một số giá trị của hệ số lệch tải [19]
STT Loại tải trọng n 1 Trọng l−ợng bản thân công trình 1,05 (0,95) 2 áp lực thẳng đứng của trọng l−ợng đất 1,1 (0,9) 3 áp lực ngang của đất 1,2 (0,8) 4 áp lực bùn cát 1,2 5 áp lực thuỷ tĩnh, sóng gió, thấm 1,0 6 Tải trọng nhiệt, ẩm 1,1 7 Tải trọng do động đất 1,1
Ghi chú: trị số n trong ngoặc đơn đ−ợc dùng trong tr−ờng hợp ứng với nó công trình sẽ ở
thế bất lợi hơn.
b) Độ bền tính toán của vật liệu công trình hay nền
Trong tr−ờng hợp chung R đ−ợc xác định nh− sau:
R = Rtc/KVL, (4-3)
Trong đó:
Rtc - c−ờng độ tiêu chuẩn của vật liệu;
KVL - hệ số an toμn về vật liệu, xét đến khả năng giảm nhỏ độ bền so với trị số tiêu chuẩn do sự thay đổi tính chất vật liệu vμ ảnh h−ởng của các yếu tố khác (ph−ơng
www.vncold.vn
tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai, lấy KVL = 1,0. tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai, lấy KVL = 1,0.Độ bền tiêu chuẩn của vật liệu đ−ợc xác định trên cơ sở xử lý thống kê số liệu thí nghiệm mẫu.
c) Hệ số tổ hợp tải trọng: Việc tính toán kiểm tra theo (4-1) đ−ợc thực hiện với các
tổ hợp tải trọng khác nhau. Các tổ hợp nμy đ−ợc xác định từ sự phân tích các điều kiện công tác thực tế của công trình ở giai đoạn xây dựng, khai thác vμ sửa chữa. Giá trị của hệ số tổ hợp tải trọng nc nh− sau:
- Với tổ hợp tải trọng cơ bản: nc = 1,0; - Với tổ hợp tải trọng đặc biệt: nc = 0,9; - Với tổ hợp tải trọng trong thi công: nc = 0,95.
d) Hệ số điều kiện làm việc: Hệ số nμy xét đến tính gần đúng của sơ đồ vμ ph−ơng
pháp tính toán, kiểu công trình, kết cấu hay nền, loại vật liệu xây dựng, dạng trạng thái giới hạn vμ các yếu tố khác ch−a đ−ợc tính đến. Trị số của hệ số điều kiện lμm việc m khi tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất lấy theo bảng 4-2; còn theo trạng thái giới hạn thứ hai thì lấy m = 1.
Bảng 4-2: Hệ số điều kiện làm việc của một số công trình thuỷ lợi [19]
STT Loại công trình vμ nền m
1 Công trình bêtông vμ bê tông cốt thép trên nền đất, đá nửa cứng 1,00
2 Công trình bêtông vμ bê tông cốt thép trên nền đá
a Khi mặt tr−ợt đi qua các khe nứt trong đá nền 1,00
b Khi mặt tr−ợt đi qua mặt tiếp xúc giữa bêtông vμ đá hoặc đi trong đá nền có một phần qua khe nứt, một phần qua đá nguyên khối
0,95
3 Đập vòm vμ các công trình ngăn chống khác trên nền đá 0,75
4 Các mái dốc tự nhiên vμ nhân tạo 1,00
e) Hệ số tin cậy Kn: xét đến tầm quan trọng (cấp) của công trình, các hậu quả khi xảy ra trạng thái giới hạn. Khi tính toán các trạng thái giới hạn nhóm 1, trị số Kn lấy nh− sau [19]:
- Công trình cấp I, Kn = 1,25; - Công trình cấp II, Kn = 1,20;
- Công trình cấp III, IV, V, Kn = 1,15.
Khi tính toán theo trạng thái giới hạn nhóm 2, lấy Kn = 1. Khi tính toán ổn định của mái dốc tự nhiên, Kn lấy theo cấp của công trình nằm kề sát nó.
