2.2. Kiểm định cầu: 3 4-
2.2.2. Xác định khả năng chịu tải của cơng trình theo lý thuyết: 37
Xác định khả năng chịu tải của cơng trình phải dựa trên tình hình thực tế về các mặt hình học, cơ lý và trạng thái cơng trình qua thời gian khai thác. Để làm được điều này sẽ phải tính tốn lại cơng trình, cụ thể là phải xác định nội lực lớn nhất cho phép đối với các phân tố riêng rẽ của kết cấu và so sánh với nội lực do tải trọng thực tế gây ra. Tải trọng thực tế này gồm có tĩnh tải thực tế và hoạt tải đang khai thác hoặc dự kiến cho qua cầu.
Khi tính tốn lại cơng trình cầu phải căn cứ vào thực trạng của các bộ phận và phân tố kết cấu, nghĩa là phải dùng sơ đồ và kích thước hình học thật, các đặc trưng cơ lý của vật liệu có kể đến sự biến đổi qua thời gian khai thác, các hư hỏng và khuyết tật của kết cấu… Các hồ sơ và tư liệu thu thập được trong khâu khảo sát, kiểm tra tại thực địa sẽ cho phép xác định được chính xác khả năng chịu tải thực tế của cơng trình. Trong một số trường hợp nếu tính tốn lý thuyết khơng chắc chắn phản ánh đầy đủ các điều kiện làm việc của cơng trình thì cần có sự kết hợp với thử tải trọng để xác định khả năng chịu tải.
Việc tính tốn lại khả năng chịu tải của công trình có thể thực hiện theo hai phương pháp. Theo phương pháp thứ nhất sẽ xác định các ứng suất trong kết cấu do hoạt tải thực tế (hoặc hoạt tải tính tốn) và so sánh chúng với ứng suất hoặc cường độ cho phép của vật liệu, trên cơ sở đó kết luận về sự an tồn hay không khi hoạt tải qua cầu. Phương pháp này có đặc điểm là mỗi khi thay đổi hoạt tải qua cầu sẽ phải tính tốn lại một lần.
Phương pháp thứ hai gọi tên là định cấp tải trọng, với nội dung là so sánh hoạt tải thực tế (hoặc hoạt tải tính tốn) với hoạt tải mà kết cấu nhịp có thể chịu được. Để thực hiện việc so sánh này người ta sử dụng đoàn hoạt tải tiêu chuẩn gọi tên là hoạt tải đơn vị ký hiệu T-1. Hoạt tải mà kết cấu nhịp có thể chịu được biểu thị bằng số lần của hoạt tải đơn vị, gọi tên là cấp của kết cấu nhịp. Hoạt tải thực tế (hoặc hoạt tải tính tốn) cũng được biểu thị ra bằng một số lần của hoạt tải đơn vị, gọi tên là cấp của hoạt tải. So sánh cấp của kết cấu nhịp và cấp của hoạt tải sẽ có thể kết luận về khả năng chịu tải an tồn hay khơng. Phương pháp này hiện nay ở nước ta chỉ áp dụng riêng cho cầu thép trên đường sắt, theo quy trình kỹ thuật kiểm định cầu đường sắt người ta tính đẳng cấp của các bộ phận cầu (thanh, dầm, nút, dàn, ...) và đẳng cấp của tải trọng khai thác để so sánh với tải trọng đoàn tàu đơn vị ký hiệu T-1 với quy ước T-1 bẳng 1/10 đồn tàu tiêu chuẩn T10 (có tải trọng trục đầu máy là 10T và tải trọng phân bố các toa xe là 3,6T/m).
- 42 - 1
pháp trạng thái giới hạn hoặc theo phương pháp ứng suất cho phép. Ở một số quốc gia có tồn tại sự không nhất quán trong các quy phạm, cụ thể là quy phạm thiết kế thì dựa trên phương pháp trạng thái giới hạn còn quy phạm kiểm định lại dựa trên phương pháp ứng suất cho phép. Sự khơng nhất qn này được giải thích bởi lý do là các cầu cũ cần kiểm định được thiết kế và xây dựng theo quy phạm ứng suất cho phép, vì thế kiểm định theo phương pháp ứng suất cho phép sẽ phù hợp hơn. Tình hình này cũng là một điều thực tế ở nước ta.
Việc tính tốn lại khả năng chịu tải của cơng trình theo phương pháp thứ nhất khơng có gì đặc biệt, hồn tồn giống như khi tính duyệt của giai đoạn thiết kế cơng trình. Dưới đây sẽ chỉ giới thiệu cách tính tốn lại khả năng chịu tải của cơng trình theo phương pháp thứ hai, tức là phương pháp định cấp tải trọng.
2.2.2.1. Đẳng cấp của các bộ phận cầu:
Đẳng cấp của một bộ phận cầu theo điều kiện nào đó (cường độ, ổn định, mỏi) là tỷ số giữa nội lực cho phép của hoạt tải tính theo cùng điều kiện với tải trọng đơn vị T-1 sinh ra trên bộ phận đó. [Nh] K = N1 Trong đó: K – đẳng cấp của bộ phận cầu;
[Nh] – nội lực cho phép do hoạt tải của bộ phận tính đẳng cấp; N1 – nội lực do tải trọng đơn vị của bộ phận tính đẳng cấp.
Khi tính N1 có xét đến xung kích (1+) nhưng khơng tính hệ số vượt tải.
Xét một bộ phận nào đó, giả sử có đường ảnh hưởng nội lực với diện tích là , q là tải trọng rải đều tương đương của hoạt tải, ta có:
[Nh] = q.
Nếu gọi q1 là tải trọng rải đều tương đương của hoạt tải đơn vị T-1 cũng trên đường ảnh hưởng bộ phận kết cấu trên ta có:
Thay vào cơng thức trên ta có:
N1 = q1.(1+). [Nh] K = N1 q = q . (1 + μ)
Với (1+) là hệ số xung kích của tải trọng T-1 tính theo cơng thức:
18 1 + μ = 1 +
Trong đó là chiều dài đặt tải (m). Theo QT79 hệ số xung kích khơng được lấy nhỏ hơn 1,2 khi tính theo TTGHCĐ và 1,1 khi tính theo TTGH về mỏi.
Ví dụ: Tính đẳng cấp dầm chủ theo điều kiện cường độ.
- Tính mơmen hoạt tải cho phép:
Với: Wth - mômen chống uốn thu hẹp của mặt cắt.
Từ đó ta có: [M] = [Wth Mặt khác: [M] = Mt + [Mh] Với: Mt - là mômen uốn do tĩnh tải. Nếu gọi p là tĩnh tải trên 1m dài cầu gồm n dầm chủ có diện tích đường ảnh hưởng là khi đó ta có:
p Mt =
n . ω
[Mh] - là mômen uốn cho phép do hoạt tải. Thay [M] và Mt vào cơng thức trên ta có:
p
[Mh] = [M] − Mt = [σ]. Wth −
n . ω
- Tính mômen hoạt tải đơn vị:
Nếu gọi M1 là mômen uốn do tải trọng T-1 sinh ra, là hệ số phân bố ngang ta có:
M1 = η. q1. (1 + μ). ω - Tính đẳng cấp của dầm chủ là: [ ] p [Mh] K = = σ . Wth − n . ω = [σ]. Wth. n − p. ω M1 η. q1. (1 + μ). ω η. q1. (1 + μ). ω. n
2.2.2.2. Đẳng cấp của hoạt tải:
Đẳng cấp của hoạt tải nào đó là tỷ số giữa nội lực do tải trọng đó với nội lực do tải trọng đơn vị T-1 sinh ra trên cùng một bộ phận kết cấu:
Trong đó:
Kht - đẳng cấp của hoạt tải.
Kht = Nht
N1
Nht - nội lực do hoạt tải sinh ra.
Nht = η. nh. qtđ. (1 + μh). ω
N1 - nội lực do tải trọng đơn vị T-1 sinh ra.
N1 = η. nh. q1. (1 + μ). ω
Do h và nh như nhau, riêng (1+) khác nhau theo quy định của QT79 phân loại theo đầu máy xe lửa, cụ thể:
- 44 -
N
+ Đầu máy Diezen:
Ta có đẳng cấp của hoạt tải:
1 + μ = 1 + 1 + μ = 1 + 27 30 + λ 21 30 + λ Nht qtđ. (1 + μh) Kht = = 1 q1. (1 + μ)
Với mỗi bộ phận kết cấu có một đường ảnh hưởng để tính nội lực bất lợi nhất do vậy mỗi bộ phận kết cấu có một đẳng cấp của hoạt tải.
2.2.2.3. Ý nghĩa của việc tính đẳng cấp của bộ phận kết cấu và đẳng cấp của hoạt tải:
Nếu ta so sánh đẳng cấp của bộ phận kết cấu với đẳng cấp của hoạt tải, giả sử ta có:
Hay: [Nh] > Nh [Nh] > N1 Nht N1
Nghĩa là nội lực cho phép do hoạt tải sinh ra của bộ phận kết cấu lớn hơn nội lực do hoạt tải sinh ra nên bộ phận kết cấu làm việc bình thường.
Từ đó, so sánh đẳng cấp bộ phận kết cấu với đẳng cấp hoạt tải ta có thể kết luận: K Kht : bộ phận kết cấu làm việc được
K < Kht: bộ phận kết cấu khơng chịu được hoạt tải.
Như vậy, mục đích tính đẳng cấp bộ phận kết cấu và đẳng cấp hoạt tải là để xác định bộ phận nào của kết cấu có thể làm việc được, nếu khơng đáp ứng yêu cầu thì tiến hành sửa chữa, nâng cấp để đảm bảo khai thác cơng trình an tồn, hiệu quả.