Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá tính dư trong kết cấu cầu ở Việt Nam

i<br /> <br /> LỜI CAM ĐOAN<br /> Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu<br /> và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, chưa được công bố bởi bất kỳ<br /> tác giả nào hay ở bất kỳ công trình nào khác.<br /> <br /> Hà Nội, tháng 09 năm 2015<br /> <br /> Tác giả<br /> <br /> Nguyễn Viết Huy<br /> <br /> ii<br /> <br /> LỜI CẢM ƠN<br /> Luận án Tiến sỹ được thực hiện tại Trường Đại học Giao thông Vận tải<br /> dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Trần Đức Nhiệm và PGS.TS Nguyễn<br /> Thị Minh Nghĩa. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy về<br /> định hướng khoa học, liên tục quan tâm sâu sát, tạo điều kiện thuận lợi trong<br /> suốt quá trình nghiên cứu, có những lúc nghiên cứu sinh cảm tưởng khó có thể<br /> tiếp tục nghiên cứu nhưng nhờ sự động viên, khích lệ của các thầy cộng với sự<br /> nỗ lực không ngừng nghỉ của bản thân, đến nay luận án đã được hoàn thành.<br /> Nghiên cứu sinh cũng xin được chân thành cảm ơn các nhà khoa học trong và<br /> ngoài nước, tác giả của các công trình nghiên cứu đã được nghiên cứu sinh sử<br /> dụng trích dẫn trong luận án về nguồn tư liệu quý báu, những kết quả liên quan<br /> trong quá trình nghiên cứu hoàn thành luận án.<br /> Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Đào tạo Đại<br /> học và Sau Đại học, Bộ môn Cầu Hầm, Hội đồng Tiến sỹ Trường Đại học Giao<br /> thông Vận tải đã tạo điều kiện để nghiên cứu sinh thực hiện và hoàn thành<br /> chương trình nghiên cứu của mình.<br /> Nghiên cứu sinh cũng xin trân trọng cảm ơn Bộ Giao thông Vận tải đã<br /> đưa vào quy hoạch đào tạo sau đại học giai đoạn 2011-2015, cảm ơn lãnh đạo<br /> Ban PPP đã tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh vừa công tác vừa học tập, nghiên<br /> cứu.<br /> Cuối cùng là sự biết ơn đến ba mẹ, vợ và các con vì đã liên tục động viên<br /> để duy trì nghị lực, sự hy sinh thầm lặng, sự cảm thông, chia sẻ về thời gian, sức<br /> khỏe và các khía cạnh khác của cuộc sống trong cả quá trình thực hiện luận án.<br /> Hà Nội, tháng 9/2015<br /> <br /> Nguyễn Viết Huy<br /> <br /> iii<br /> <br /> MỤC LỤC<br /> MỞ ĐẦU ........................................................................................................ xiv<br /> CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÍNH DƯ VÀ XÁC ĐỊNH MỤC TIÊU<br /> NGHIÊN CỨU ................................................................................................. 1<br /> 1.1 Tổng quan về các công trình cầu ở Việt Nam .......................................... 1<br /> 1.1.1 Các dạng kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực<br /> [2],[5] ................................................................................................................. 1<br /> 1.1.2 Các dạng kết cấu nhịp cầu thép [4]........................................................... 4<br /> 1.1.3 Các dạng kết cấu mố, trụ [3] .................................................................... 6<br /> 1.2 Tổng quan về nghiên cứu tính dư ............................................................. 8<br /> 1.2.1 Các phương pháp được sử dụng để tính toán tính dư [29], [32], [48], [49],<br /> [50], [52], [57].................................................................................................... 8<br /> 1.2.2 Nghiên cứu tính dư trong kết cấu công trình cầu ...................................... 9<br /> 1.2.3 Nhận xét................................................................................................. 13<br /> 1.2.4 Tính dư trong tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272-05 ................................... 13<br /> 1.3 Những vấn đề còn tồn tại trong nghiên cứu tính dư .............................. 14<br /> 1.4 Những vấn đề đề tài tập trung nghiên cứu giải quyết ........................... 15<br /> 1.5 Kết luận chương 1 ................................................................................... 16<br /> CHƯƠNG 2. CƠ SỞ PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỊNH CHUẨN TÍNH<br /> DƯ CỦA KẾT CẦU VÀ ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH TỔNG QUAN XÁC<br /> ĐỊNH TÍNH DƯ ............................................................................................. 17<br /> 2.1 Đánh giá tính dư cho kết cấu phần dưới [48]......................................... 17<br /> 2.1.1 Xác định kết cấu bên dưới điển hình ...................................................... 17<br /> 2.1.2 Các giả thiết về trạng thái làm việc của kết cấu và TTGH tương ứng [27],<br /> [48], [56]. ......................................................................................................... 25<br /> 2.1.3 Phương pháp phân tích tính dư ............................................................... 28<br /> 2.1.4 Tính toán tính dư [75] ............................................................................ 31<br /> <br /> iv<br /> 2.1.5 Quan hệ giữa hệ số hệ thống s với phương pháp độ tin cậy của tính dư<br /> u và tỉ lệ bảo toàn hệ thống Ru ..................................................................... 52<br /> 2.1.6 Tỉ lệ bảo toàn hệ thống của hình dạng kết cấu bên dưới định hình ......... 54<br /> 2.1.7 Quy trình xác định tính dư cho kết cấu phần dưới [48]........................... 55<br /> 2.2 Đánh giá và định chuẩn tính dư của kết cấu phần trên ........................ 62<br /> 2.2.1 Mức độ an toàn của kết cấu phần trên .................................................... 63<br /> 2.2.2 Các trạng thái giới hạn ........................................................................... 64<br /> 2.2.3 Chu kỳ vòng đời và mô hình tải trọng - chỉ số độ tin cậy ....................... 67<br /> 2.2.4 Phương pháp độ tin cậy .......................................................................... 69<br /> 2.2.5 Xác định chỉ số độ tin cậy mục tiêu ........................................................ 70<br /> 2.2.6 Quy trình kiểm tra tính dư trực tiếp ........................................................ 72<br /> 2.2.7 Quy trình từng bước xác định hệ số dư................................................... 75<br /> 2.2.8 Hệ số hệ thống (tính dư) ......................................................................... 77<br /> 2.2.9 Hệ số hệ thống cho cầu điển hình thông dụng ........................................ 79<br /> 2.2.10 Xếp hạng tải trọng cho cầu đang tồn tại ................................................ 80<br /> 2.3 Kết luận chương 2 ................................................................................... 82<br /> CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH PHI TUYẾN XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG LÀM<br /> VIỆC CỰC HẠN CỦA KẾT CẤU ................................................................ 84<br /> 3.1 Tổng quan ................................................................................................ 84<br /> 3.2 Tóm tắt lý thuyết phần tử hữu hạn tích hợp bước nhảy chuyển vị cho<br /> phần tử dầm Timoshenko .............................................................................. 88<br /> 3.2.1 Lý thuyết dầm Timoshenko và phương pháp phần tử hữu hạn truyền<br /> thống ............................................................................................................... 88<br /> 3.2.2 Mở rộng phương pháp phần tử hữu cho dầm Timoshenko để xét đến phá<br /> hoại uốn và cắt trên dầm [78] ........................................................................... 93<br /> 3.3 Mối quan hệ nội lực – biến dạng (mô-men/ độ cong, lực cắt – biến dạng<br /> cắt) trong dầm bê tông cốt thép. .................................................................... 98<br /> 3.4 Phương pháp chia lớp mặt cắt để xác định trạng thái ứng suất, biến<br /> dạng trong dầm ............................................................................................ 101<br /> <br /> v<br /> 3.5 Xây dựng bảng tính xác định đường cong chịu uốn (đường cong M-к)<br /> phụ thuộc vào lực dọc và lực cắt trên dầm ................................................. 109<br /> 3.6 Thí nghiệm kiểm chứng mô hình phân tích đề xuất ............................ 112<br /> 3.6.1 Cấu tạo của dầm BTCT thí nghiệm ...................................................... 113<br /> 3.6.2 Sơ đồ thí nghiệm .................................................................................. 115<br /> 3.6.3 Xây dựng mô hình phi tuyến cho dầm thí nghiệm: ............................... 116<br /> 3.7 So sánh kết quả mô hình hóa và kết quả thí nghiệm ........................... 123<br /> 3.8 Kết luận chương 3 ................................................................................. 129<br /> CHƯƠNG 4. CÁC VÍ DỤ ÁP DỤNG MÔ HÌNH PHI TUYẾN VÀ QUY<br /> TRÌNH TRỰC TIẾP .................................................................................... 130<br /> 4.1 Trụ 2 cột chịu lực đẩy ngang ................................................................ 130<br /> 4.1.1 Phân tích sự làm việc của trụ dưới tác dụng của lực đầy ngang theo mô<br /> hình phi tuyến ................................................................................................ 130<br /> 4.1.2 Xác định tính dư của kết cấu trụ 2 cột theo quy trình trực tiếp ............. 134<br /> 4.2 Trụ 3 cột ................................................................................................. 135<br /> 4.2.1 Phân tích sự làm việc của trụ 3 cột chịu lực ngang ............................... 135<br /> 4.2.2 Xác định tính dư của kết cấu trụ 3 cột theo quy trình trực tiếp ............. 137<br /> 4.3 Dầm liên tục 2 nhịp................................................................................ 138<br /> 4.3.1 Phân tích khả năng chịu lực thẳng đứng của dầm liên tục 2 nhịp .......... 138<br /> 4.3.2 Xác định tính dư của dầm liên tục hai nhịp theo Quy trình trực tiếp ..... 140<br /> 4.4 Kết luận chương 4 ................................................................................. 140<br /> KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 142<br /> DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, ĐỀ TÀI CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN<br /> CỨU CỦA LUẬN ÁN .................................................................................. 147<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 148<br /> PHỤ LỤC...................................................................................................... 157<br /> <br />