L ỜI CẢM ƠN
1.3.PHÂN TÍCH CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC
NGOÀI TRÊN CƠ SỞ ĐẢM BẢO ĐỘ TIN CẬY
Theo Uỷ ban Liên hiệp về an toàn kết cấu (Joint Committee on Structural Safety), thiết kế công trình theo phương pháp xác suất được chia làm 3 mức độ để áp dụng:
Mức độ 3 là mức độ chính xác nhất, trong đó xem xét tác động và sức kháng của kết cấu công trình là các quá trình ngẫu nhiên không dừng.
Mức độ 2 xem xét tác động và sức kháng của kết cấu công trình như các
đại lượng ngẫu nhiên hay còn được gọi là phương pháp xác suất. Trong đó, các
đại lượng ngẫu nhiên ảnh hưởng đến độ tin cậy của kết cấu công trình có thểđặc trưng bằng số, không tương quan với nhau.
Mức độ 1 đánh giá các tác động và các phản ứng của kết cấu qua các hệ số
tải trọng và hệ số sức kháng (hay là hệ số độ tin cậy riêng) hay còn được gọi là phương pháp bán xác suất và đây là cơ sở để xây dựng các tiêu chuẩn thiết kế
công trình theo trạng thái giới hạn hiện nay ở hầu khắp các nước trên thế giới (LRFD, TTGH).
Ngoài ra cũng còn có thể nêu thêm cả mức độ 0 (Level 0), trong đó, phương pháp theo mức độ 0 là phương pháp truyền thống hay “phương pháp
ấn định” (deterministic design methods), sử dụng các giá trị đặc trưng về khả
năng và tác động theo phương pháp truyền thống thông thường [23].
Việc ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong tính toán đối với kết cấu công trình và xây dựng hệ thống tiêu chuẩn xây dựng đang được nhiều quốc gia, tổ
chức quốc tế và nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu. Trong những năm gần đây, một số công trình nghiên cứu điển hình về việc ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong phân tích đánh giá và xây dựng hệ thống tiêu chuẩn thiết kế đối với kết cấu công trình như:
1. Năm 1953, tác giả Streletxki N. S., đã sử dụng lý thuyết độ tin cậy để
làm cơ sở của phương pháp luận xây dựng triết lý thiết kế kết cấu công trình theo TTGH với các định dạng tiêu chuẩn thiết kế xuất hiện trong những năm 1960-1970 (Quy trình thiết kế cầu theo TTGH của Liên Xô: CH 200.62, CH 365.67). Bolotin V. V. [91] đã công bố những công trình nghiên cứu mà sau này
được coi như nền móng của lý thuyết độ tin cậy đối với kết cấu công trình hiện
đại. Tác giả Rzhanixin A. R. [93] đã nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay đổi đồng thời tải trọng và sức kháng đến tuổi thọ cũng như độ tin cậy của kết cấu công trình theo các sơ đồ đơn giản không đòi hỏi những tính toán quá phức tạp. Rzhanixin A. R. cũng là người đã đưa ra khái niệm xác suất bảo đảm không bị
phá hoại cũng như công thức tính xác suất này.
2. Các công trình nghiên cứu về xác định hệ số an toàn cho các tiêu chuẩn thiết kế ở khu vực châu Âu-Bộ tiêu chuẩn Eurocode dựa trên cơ sở phân tích độ
tin cậy. Chủ yếu được thực hiện bởi các tác giả ở châu Âu, có thể kể đến các công trình tiêu biểu của Faber M. H., Sorensen J.D. (2002) [50], trong đó đã đề
cập đến nhiều vấn đề như mối liên hệ giữa độ tin cậy và hệ số an toàn; Các vấn
xác định chỉ số độ tin cậy mục tiêu; Kiến nghị các nội dung cơ bản trong việc
định lập tiêu chuẩn.
3. Các kết quả nghiên cứu về xác định hệ số số tải trọng hệ số sức kháng cho kết cấu phần trên trong các tiêu chuẩn thiết kế dựa trên cơ sở phân tích độ
tin cậy như Nowak A.S. (1999) [74] đã công bố trong công trình nghiên cứu số
368 thuộc Chương trình nghiên cứu cấp quốc gia của Mỹ (National Coperrative Highway Research Program - NCHRP) về việc định lập tiêu chuẩn thiết kế cầu theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (LRFD).
4. Các công trình nghiên cứu về xác định hệ số sức kháng cho kết cấu móng cọc trong tiêu chuẩn thiết kế (LRFD) dựa trên cơ sở phân tích độ tin cậy. Chủ yếu được thực hiện bởi các tác giả ở Mỹ, gồm một số công trình tiêu biểu sau:
Paikowsky et al. (2004), đã xác định hệ số sức kháng của cọc khoan dựa trên cơ sở dữ liệu thử tải của Trường Đại học Florida, FHWA và nghiên cứu O'Neill. [75], [77]. Các hệ số sức kháng đại diện cho tổng sức kháng danh định và sức kháng thành bên và được hiệu chỉnh cho cọc khoan trong các điều kiện
đất nền khác nhau theo các biện pháp thi công khác nhau. Để phản ánh sự thay
đổi của hệ số tải trọng và phương pháp thiết kế trong tiêu chuẩn AASHTO LRFD, Allen (2005) [34] đã hiệu chỉnh lại các hệ số sức kháng của cọc khoan nhồi dựa trên cơ sở dữ liệu trong các tài liệu trước phù hợp với tiêu chuẩn ASD thông qua phân tích độ tin cậy theo phương pháp Monte Carlo [29], [35], [42], [76], [77]. Yang et al. (2008) với việc sử dụng 19 dữ liệu thí nghiệm hộp Osterberg (O-cell) ở Kansas, Colorado và Missouri [76], [87] đã hiệu chỉnh hệ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
số sức kháng của sức kháng thành bên xác định theo phương pháp O’Neill và Reese. Năm 2009, dựa trên dữ liệu thí nghiệm cọc khoan sắp xếp theo thứ tự từ
trên xuống dưới trong công trình nghiên cứu NCHRP 24-17, Liang và Li đã hiệu chỉnh hệ số sức kháng của cọc khoan sử dụng phương pháp O’Neill và Reese trên cơ sở phân tích độ tin cậy theo phương pháp Monte Carlo [66], [76].
Như vậy, việc định chuẩn các hệ số sức kháng đề xuất trong tiêu chuẩn AASHTO đã được bắt nguồn chủ yếu dựa trên sự phù hợp với hệ số an toàn khi thiết kế theo phương pháp ASD với việc xem xét các phân tích độ tin cậy cơ sở được Paikowsky thực hiện [29], [77]. Mặc dù khái niệm về LRFD đã được thiết
lập, nhưng các hệ số trong tiêu chuẩn AASHTO đến thời điểm đó chưa hoàn toàn thể hiện khái niệm này một cách đầy đủ [33]. Vì vậy, nhiều nhà nghiên cứu
đã nghiên cứu phát triển bổ sung một cách hợp lý phương pháp LRFD áp dụng cho kết cấu bên dưới bằng cách xác định các hệ số sức kháng cho phù hợp với
điều kiện đất nền khác nhau [36], [37], [42], [64], [66], [70], [71], [74], [77], [86].
Việc sử dụng các móng cọc khoan để chịu tải trong công trình cầu và các công trình xây dựng khác được áp dụng rộng rãi. Khi kết cấu bên trên rất nhạy cảm với các chuyển vị của kết cấu phần dưới, cần thiết phải sử dụng móng cọc khoan để đảm bảo được sự làm việc bình thường của kết cấu bên trên. Khi thiết kế theo các phương pháp FHWA, sức kháng danh định của cọc khoan được xác
định bằng độ lớn của tải trọng gây ra chuyển vị ở đầu cọc bằng 5% đường kính cọc nếu cọc không bị lún chìm trước khi chuyển vị [30], [46].
Hiện nay, các tiêu chuẩn AASHTO LRFD (các ấn bản 2007, 2012) đưa ra hệ số sức kháng dọc trục (φ) có giá trị trong phạm vi 0,40 – 0,60 với chỉ số độ
tin cậy () = 3,0 cho cọc khoan nhồi trong trường hợp sử dụng nhóm 2-4 cọc với các điều kiện đất nền khác nhau [29]. Theo AASHTO, hệ số sức kháng cho móng chỉ có một cọc đơn thì giảm 20% tương ứng với chỉ số độ tin cậy là 3,5. Tuy nhiên, trong các phiên bản AASHTO LRFD trước 2007 thì các hệ số sức kháng được đưa ra chủ yếu dựa trên sự phù hợp với hệ số an toàn theo phương pháp ASD [33].
1.4. PHÂN TÍCH CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LRFD VÀ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC KHÁNG TRONG TÍNH TOÁN