Đánh giá khả năng khai thác của cầu giàn Liên Chiểu Km776+040 tuyến đường sắt Bắc – Nam theo chỉ số độ tin cậy
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cầu Liên Chiểu là một công tình giao thông nối liền tuyến đường sắt Thống nhất từ Hà Nội đến TP Hồ Chí Minh qua 21 tỉnh, thành phố với tổng chiều dài 1.726 km, góp phần phát triển kinh tế – xã hội, đảm bảo quốc phòng, an ninh.
Chiến lược phát triển từ nay đến 2020, tầm nhìn đến 2030 [21], [23] và theo quy hoạch phát triển về việc tập trung, ưu tiên nâng cấp, hiện đại hóa tuyến đường sắt Bắc – Nam hiện có với tốc độ bình quân 80 – 90Km/h đối với tàu khách và 50 – 60Km/h đối với tàu hàng; năng lực thông qua toàn tuyến bằng 25(đôi tàu/ngày đêm) và 6,6 triệu tấn hàng hóa [22].
Cầu Liên Chiểu được hoàn thành năm 2005 theo dự án nâng cấp, hiện đại hóa tuyến đường sắt Bắc – Nam đảm bảo an toàn chạy tàu. Đến nay việc quản lý khai thác và duy tu bảo dưỡng cầu vẫn chưa được rõ ràng. Mặt khác khi thiết kế, do việc tiền định hóa các đại lượng tính toán và đánh giá an toàn của kết cấu theo ứng suất cho phép, theo trạng thái giới hạn nên chưa phản ảnh sát thực tế sự làm việc của kết cấu. Thực tế các yếu tố như tải trọng, tính chất đặc trưng về vật liệu, kích thước hình học của cấu kiện… đều mang tính ngẫu nhiên và không chắc chắn. Trong các yếu tố này, tải trọng có xu hướng tăng vượt mức qui định cộng với quản lí lỏng lẻo do ảnh hưởng từ mặt trái của cơ chế thị trường, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn cho kết cấu và khai thác. Từ đó đặt ra yêu cầu phải áp dụng mô hình phù hợp hơn cho tính toán, đánh giá kết cấu (về bền, về cứng) trong điều kiện các thông số đầu vào là không chắc chắn, phản ánh sát thực tế cũng như kiểm soát sự làm việc an toàn của kết cấu, góp phần phát triển kinh tế, an sinh xã hội.
Tính toán sự an toàn của kết cấu theo tiêu chuẩn độ tin cậy sát với thực tế hơn vì có xét đến những sai lệch ngẫu nhiên và hiện nay việc nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết độ tin cậy thành công trong nhiều lĩnh vực.
Các cầu đường sắt từ trước đến nay việc xác định độ tin cậy và tuổi thọ của công trình cầu vẫn chưa được quan tâm đúng mức.
Từ những vấn đề trên tác giả lựa chọn đề tài “ Đánh giá khả năng khai thác của cầu giàn Liên Chiểu Km776+040 tuyến đường sắt Bắc – Nam theo chỉ số độ tin cậy”
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Đánh giá khả năng khai thác theo chỉ số độ tin cậy của kết cấu công trình cầu Liên Chiểu khi gia tăng tải trọng khai thác theo các cấp tải trọng khác nhau.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu nhịp cầu giàn thép tĩnh định, làm việc trong giới hạn đàn hồi tuyến tính
Phạm vi nghiên cứu: Sự gia tăng tải trọng tiêu chuẩn, là đại lương ngẫu nhiên phân bố chuẩn trong quá trình khai thác; Xét ảnh hưởng của ứng suất phụ do trọng lượng bản thân. Không xét ăn mòn do môi trường, không xét kích thước hình học.
4. Phương pháp nghiên cứu
Thu thập dữ liệu: Hồ sơ thiết kế – thi công, hồ sơ hoàn công
Tính toán lý thuyết và khảo sát số từ kết quả của chương trình máy tính
Ứng dụng các phần mềm trong tính toán kết cấu (Midas/Civil)
Phân tích mức độ an toàn theo lý thuyết độ tin cậy
5. Bố cục đề tài
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, các danh mục và phụ lục, luận văn được trình bày thành 3 chương:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU GIÀN THÉP
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHAI THÁC CẦU GIÀN LIÊN CHIỂU
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CẦU GIÀN THÉP
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.1. Đặc điểm của cầu thép [8]
1.1.2. Ưu khuyết điểm của cầu thép [8]
a. Ưu điểm
b. Nhược điểm
1.1.3. Sơ lược lịch sử phát triển cầu thép [6], [8]
1.2. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH (hình 1.5)
Hình 1.5. Cầu giàn đường sắt
1.2.1. Thanh biên
1.2.2. Thanh xiên
1.2.3. Thanh đứng
1.2.4. Thanh đầu giàn (thanh cổng cầu)
1.2.5. Mặt cầu
1.2.6. Dầm ngang
1.2.7. Dầm dọc
1.2.8. Liên kết dọc
1.2.9. Liên kết ngang
1.2.10. Nút giàn
1.3. CÁC SƠ ĐỒ TÍNH
1.3.1. Sơ đồ cầu giàn giản đơn
a. Giàn có đường biên song song
b. Giàn có một đường biên đa giác
c. Giàn có một đường biên parabol
d. Giàn có thanh biên giàn cứng
1.1.1. Sơ đồ cầu giàn hẫng và giàn liên tục
a. Sơ đồ cầu giàn liên tục
b. Sơ đồ cầu giàn hẫng
1.4. CẤU TẠO CÁC THANH GIÀN, VÀ NÚT GIÀN
1.4.1. Cấu tạo các thanh giàn [13]
a. Mặt cắt một thành đứng [8], [13]
b. Mặt cắt hai thành đứng [8], [13]
1.4.2. Cấu tạo nút giàn [8]
a. Nút có các thanh gắn trực tiếp vào nhau [13]
b. Nút có bản riêng rẽ [13]
c. Nút có bản nút chắp [13]
1.5. CÁC YẾU TỐ NGẪU NHIÊN TRONG TÍNH TOÁN
Khi tính toán kết cấu công trình, trong các tiêu chuẩn thiết kế từ trước đến nay phần lớn các đại lượng tính toán được đưa vào các công thức tính toán kết cấu công trình đều không thể xác định chính xác hoàn toàn. Những đại lượng này trong mỗi trường hợp riêng có thể có những giá trị khác nhau mặc dù khá gần nhau. Vì vậy chúng được xem là những đại lượng ngẫu nhiên. Các đại lượng lượng ngẫu nhiên này bao gồm [4], [5]:
- Các đại lượng đặc trưng về tải trọng (lực tập trung, lực phân bố, tải trọng gió, lực động đất…)
- Các đại lượng về kích thước hình học (dài rộng, cao, đường kính…)
- Các đại lượng đặc trưng cho tính chất cơ lý của vật liệu (modun đàn hồi, hệ số poat-xông, giới hạn chảy, giới hạn bền, giới hạn mỏi…)
1.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Đối với cầu đường sắt, giàn thép, trong thực tế chế tạo và khai thác cầu thì đại lượng tải trọng có biến động nhiều nhất và do đó ảnh hưởng trội nhất khi tính chỉ số độ tin cậy β, so với các đại lượng ngẫu nhiên còn lại [3]. Với mục tiêu khảo sát đánh giá khả năng khai thác an toàn theo chỉ số độ tin cậy, khi tính toán với các cấp tải tăng dần, ở mỗi cấp tải, luận văn sẽ xét lần lượt độ lệch chuẩn của tải trọng khai thác ở các mức: 5%, 10%, 15% và 20% giá trị trung bình của cấp tải [3]. Các đại lượng ngẫu nhiên khác lấy ở mức 5% như các nghiên cứu về kết cấu thép dân dụng [2].
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ
ĐỘ TIN CẬY CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
Khi tính toán kết cấu công trình, trong các tiêu chuẩn thiết kế từ trước tới nay người ta đã tiền định hóa các đại lượng tính toán và bỏ qua các sai lệch quanh giá trị trung bình. Để bù đắp những sai lệch đó người ta đưa vào trong tính toán các hệ số an toàn, trong đó các tham số cơ bản được xét là các đại lượng tiền định. Mô hình toán học để miêu tả hiện tượng, phương pháp giải bài toán, cách đánh giá kết quả đều dùng toán học tiền định; các biến cơ bản của bài toán chỉ nhận các giá trị xác định, nghĩa là không đưa các sai lệch ngẫu nhiên vào trong mô hình tính toán. Vì vậy, nếu các đại lượng thu được từ kết quả tính toán là các giá trị tiền định, xem như là giá trị trung bình (kỳ vọng toán), nói cách khác không xét trực tiếp phương sai trong mô hình [17].
Trong chương 2 này tác giả nghiên cứu một tiêu chuẩn đánh giá khả năng làm việc của kết cấu công trình sát với thực tế hơn vì nó có xét đến những sai lệch ngẫu nhiên của các đại lượng tính toán. Đó là đánh giá khả năng làm việc của kết cấu theo độ đo xác suất, thông qua tiêu chuẩn độ tin cậy.
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
2.1.1. Quá trình phát triển và ứng dụng của lý thuyết độ tin cậy [2]
2.1.2. Các khái niệm và nhiệm vụ của lý thuyết độ tin cậy
a. Các khái niệm [4]
b. Nhiệm vụ của lý thuyết độ tin cậy [4]
2.1.3. Các khâu chủ yếu ảnh hưởng đến độ tin cậy
Hình 2.2. Sơ đồ tương tác quản lý theo ISO và các giai đoạn đánh giá
Các thiếu sót thường gặp trong các khâu làm giảm ĐTC:
- Không thu thập đầy đủ các số liệu cần thiết cho đầu vào (thiếu thiết bị đo, phương pháp xử lý thô sơ…)
- Sai sót trong tổ hợp tải trọng, chọn sơ đồ tính cho kết cấu, phương pháp giải chưa đủ chính xác.
- Chất lượng vật tư không đúng yêu cầu, thiết bị không chuẩn, sai thiết kế, bậc thợ thấp…
- Thiết bị bảo trì thường xuyên, sử dụng sai mục đích thiết kế
- Con người thiếu ý thức, cơ chế quản lý không phù hợp.
- Tác động của môi trường: ăn mòn, suy thoái vật liệu,…
2.1.4. Cơ sở lý thuyết định lượng độ tin cậy [4]
2.2. PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC AN TOÀN CỦA KẾT CẤU GIÀN THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY
Có thể thấy các nghiên cứu ứng dụng tính toán độ tin cậy đối với hệ kết cấu được xuất phát từ hai quan niệm về trạng thái mất an toàn của kết cấu [4]:
- Quan niệm 1: Kết cấu bị mất an toàn khi có một phần tử hoặc bộ phận của kết cấu rơi vào trạng thái mất an toàn. Nghĩa là độ tin cậy của kết cấu không vượt quá độ tin cậy của phần tử “yếu” nhất trong hệ.
- Quan niệm 2: Kết cấu là một hệ thống gồm nhiều phần tử liên kết với nhau, độ tin cậy của kết cấu được xác định từ độ tin cậy của các phần tử theo một cách tính độ tin cậy nào đó đối với hệ kết cấu.
Một số vấn đề cũng rất quan trọng khi tính toán công trình là chọn mức ĐTC (thông qua chỉ số độ tin cậy). Thông số này không chỉ đơn thuần kĩ thuật mà còn liên quan đến bài toán tối ưu và hiệu quả kinh tế.
2.3. MỘT SỐ TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU THEO CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY
2.3.1. Phương pháp thực nghiệm
a. Xác định cường độ từ chối theo thực nghiệm [4]
b. Xác định ĐTC theo kết quả thực nghiệm
2.3.2. Phương pháp tính độ tin cậy theo lý thuyết xác suất và thống kê toán học [4], [5]
Xét trường hợp đơn giản gồm hai biến ngẫu nhiên cơ bản độc lập thống kê và có phân phối chuẩn: S là hiệu ứng tải trọng tác dụng lên kết cấu (ứng suất, biến dạng, chuyển vị…) có giá trị trung bình là μS và độ lệch chuẩn σS; và R là khả năng chịu lực của vật liệu (giới hạn tỉ lệ, giới hạn chảy), có giá trị trung bình là μR và độ lệch chuẩn là σR ; các đặc trưng thống kế của chúng được thành lập trên cơ sở số liệu thí nghiệm, quan sát và đo đạc.
Đặt M = R – S, (2.9)
được gọi là miền an toàn (safety margin) hay quãng an toàn
Điều kiện an toàn được xác định đối với kết cấu khi M = g(R,S) > 0 và xảy ra phá hoại khi M = g(R,S) < 0 (hình 2.5)
Hình 2.5. Các trạng thái của kết cấu
Xác suất an toàn có dạng
ps = P(R > S) = P(M > 0) (2.10) Xác suất không an toàn hay xác suất phá hoại được xác định :
pf = 1 – ps = P(R < S) = P(M <0) (2.11)
Như ta đã giả thiết R và S là các biến ngẫu nhiên có phân phối chuẩn, do đó M cũng là một biến ngẫu nhiên có phân phối chuẩn, nghĩa là có kỳ vọng toán (giá trị trung bình)
μM = μR – μS (2.13)
và độ lệch chuẩn: (2.14)
Nếu đặt tỉ số: (2.15)
thì giá trị β cho biết trị trung bình của khoảng an toàn (μM) nằm cách xa ranh giới an toàn/phá hoại bao nhiêu lần độ lệch chuẩn của nó (σM). Giá trị β càng lớn cho thấy độ tin cậy càng cao hay xác suất phá hủy càng thấp. β được gọi là chỉ số độ tin cậy hay chỉ số bêta.
Như vậy:
xác suất phá hoại được xác định như sau:
(2.16)
xác suất an toàn:
(2.17)
Các bước thực hiện tính toán độ tin cậy của kết cấu theo phương pháp xác suất thống kê có thể biểu diễn theo sơ đồ ( hình 2.8) sau đây
Hình 2.8. Sơ đồ phương pháp tính toán ĐTC theo lý thuyết XSTK
2.3.3. Phương pháp tuyến tính hóa trong tính toán độ tin cậy [4]
2.3.4. Độ tin cậy của phần tử và độ tin cậy của hệ [4]
a. Độ tin cậy tính theo sơ đồ điện
b. Độ tin cậy tính theo cận (khoảng)
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Qua nghiên cứu lý thuyết độ tin cậy và đánh giá an toàn kết cấu công trình theo tiêu chuẩn độ tin cậy, với phạm vi nghiên cứu của luận văn, tác giả chọn nghiên cứu theo quan điểm 1 về đánh giá kết cấu giàn tĩnh định: “kết cấu bị mất an toàn khi có một phần tử hoặc bộ phận của kết cấu rơi vào trạng thái mất an toàn”; Việc ứng dụng phương pháp đánh giá an toàn theo chỉ số độ tin cậy β cho cầu giàn Liên Chiểu là phù hợp.
CHƯƠNG 3
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHAI THÁC
CẦU GIÀN LIÊN CHIỂU
Trong chương 2 tác giả đã trình bày phương pháp đánh giá kết cấu công trình theo tiêu chuẩn độ tin cậy; qua đó thấy rằng khi đánh giá kết cấu công tình theo ĐTC đã sử dụng mô hình tính kể rõ ảnh hưởng của các đại lượng ngẫu nhiên, sát với thực tế hơn so với mô hình tiền định dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế từ trước đến nay. Trên nền tảng đó, trong chương 3 này tác giả vận dụng cách đánh giá theo tiêu chuẩn ĐTC thông qua chỉ số độ tin cậy β để đánh giá mức độ an toàn khi tăng tải trọng khai thác cho công trình cầu giàn Liên Chiểu.
Cầu giàn Liên Chiểu là hệ kết cấu giản đơn được ghép nối (liên kết) từ các cấu kiện đơn, do đó trong phần này tác giả xem xét đánh giá kết cấu công trình theo quan điểm 1 về trạng trạng thái mất an toàn của kết cấu; nghĩa là kết cấu bị mất an toàn khi có một phần tử hoặc một bộ phận kết cấu rơi vào trạng thái mất an toàn, thể hiện khi chỉ số độ tin cậy của phần tử nhỏ hơn chỉ số độ tin cậy cho phép.
Chỉ số độ tin cậy cho phép [β] trong luận văn này được tác giả lựa chọn khi tham khảo qua các tài liệu [18], [19], [20], [25], [26], [27], [28], [29] để đánh giá mức an toàn khi tăng tải trọng khai thác của cầu Liên Chiểu với các mức là: [β] = 2,5 [25], [β] = 3,25 [28], [β] = 3,5 [18].
3.1. PHÂN TÍCH NỘI LỰC, CHUYỂN VỊ KHI TĂNG TẢI Ở CÁC CẤP ĐỘ KHÁC NHAU
3.1.1. Giới thiệu cầu giàn Liên Chiểu.
3.1.2. Mô hình hóa cầu bằng phần mềm Midas 2011v2.1
a. Khai báo về vật liệu
b. Khai báo về mặt cắt ngang các thanh
c. Khai báo về điều kiện biên
e. Khai báo làn và tải trọng hoạt tải
Chạy chương trình được kết quả như hình 3.14 dưới đây:
Hình 3.14. Kết quả tính toán khi chạy chương trình mô hình
Midas 2011v2.1
3.1.3. Phân tích nội lực, chuyển vị khi tăng tải ở các cấp độ khác nhau
Sau khi mô hình cầu giàn và gán tải trọng của hoạt tải đoàn tàu từ 14T/trục (T14) cho đến 18T/trục (T18), chạy chương trình đối với từng cấp tải trọng trên với tổ hợp tải trọng (THTT) như sau [9]:
THTT = 1,1TTBT + 1,3 (Tà vẹt + Ray) + 1,15 Hoạt tải
Để lấy kết quả nội lực và chuyển vị.
a. Phân tích ứng suất của các thanh trong giàn
Quy định về kiểm tra độ bền [10]:
- Thanh chịu uốn: , Ru = 2800(kG/cm2 )
- Thanh chịu kéo, nén: , Ro = 2700(kG/cm2 )
Kết luận: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục (hình 3.15)
Hình 3.15. Biểu đồ ứng suất của các thanh trong giàn
b. Phân tích chuyển vị tại các nút trong giàn
Quy định về kiểm tra độ cứng [10]:
với
Hình 3.16. Biểu đồ chuyển vị tại các vị trí nút giàn
Kết luận: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 23T/trục (hình 3.16)
3.2. ĐÁNH GIÁ VỀ BỀN CỦA CẦU LIÊN CHIỂU THEO CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY
Xác định độ tin cậy:
Trong đó:
R : kỳ vọng của ứng suất cho phép theo [10]
- Thanh chịu uốn: Ru = 2800(kG/cm2 )
- Thanh chịu kéo, nén: Ro = 2700(kG/cm2)
S : kỳ vọng của ứng suất do tải trọng tác dụng lên kết cấu
: là độ lệch chuẩn của ứng suất của kết cấu
: là độ lệch chuẩn của ứng suất do đô lệch chuẩn tải trọng và các các ứng suất phụ thêm từ sơ đồ tính.
Xét về điều kiện bền:
+ Đối với cấu kiện chịu kéo, nén: R = Ro = 2700 (kG/cm2).
= 5%Ro = 0,05.2700 = 135 (kG/cm2).
+ Đối với cấu kiện chịu uốn: R = Ru = 2800 (kG/cm2)
= 5%Ru = 0,05.2800 = 140 (kG/cm2).
: là độ lệch chuẩn của ứng suất của cấu kiện đang xét phụ thuộc vào tải trọng và sơ đồ tính.
Chọn các giá trị biến thiên tỷ đối theo các mức giống nhau: Ứng với mỗi tải trọng hoạt tải đoàn tàu xem tải trọng khai thác là 100% sau đó cho gia số tăng dần với các mức 5%, 10%, 15% và 20%, số gia ứng suất tăng theo tương ứng.
Sử dụng phần mềm Midas 2011v2.1 tính toán ứng suất của thanh giàn khi thay đổi tải trọng khai thác.
3.2.1. Chỉ số độ tin cậy về bền với độ lệch tải trọng 5%
Hình 3.17. Biểu đồ chỉ số ĐTC về bền với độ lệch TTKT 5%
Qua biểu đồ chỉ số độ tin cậy (hình 3.17) có thể kết luận:
- ĐTC [β] = 2,5: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục.
- ĐTC [β] = 3,25: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục.
- ĐTC [β] = 3,5: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục.
3.2.2. Chỉ số độ tin cậy về bền với độ lệch tải trọng 10%
Hình 3.18. Biểu đồ chỉ số ĐTC về bền với độ lệch TTKT 10%
Qua biểu đồ chỉ số ĐTC (hình 3.18) có thể kết luận như sau:
- ĐTC [β] = 2,5: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục
- ĐTC [β] = 3,25: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục
- ĐTC [β] = 3,5: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục
3.2.3. Chỉ số độ tin cậy về bền với độ lệch tải trọng 15%
Hình 3.19. Biểu đồ chỉ số ĐTC về bền với độ lệch TTKT 15%
Qua biểu đồ chỉ số ĐTC (hình 3.19) có thể kết luận như sau:
- ĐTC [β] = 2,5: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục
- ĐTC [β] = 3,25: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục
- ĐTC [β] = 3,5: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục
3.2.4. Chỉ số độ tin cậy về bền với độ lệch tải trọng 20%
Qua biểu đồ chỉ số ĐTC (hình 3.20) có thể kết luận như sau:
- ĐTC [β] = 2,5: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục
- ĐTC [β] = 3,25: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục
- ĐTC [β] = 3,5: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục
Hình 3.20. Biểu đồ chỉ số ĐTC về bền với độ lệch TTKT 20%
3.3. ĐÁNH GIÁ VỀ ĐỘ CỨNG CỦA CẦU LIÊN CHIỂU THEO CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY
Xác định độ tin cậy:
Trong đó:
R : kỳ vọng về độ võng cho phép của kết cấu;
S : kỳ vọng về độ võng do tải trọng tác dụng lên kết cấu;
: là độ lệch chuẩn của độ võng của kết cấu;
: là độ lệch chuẩn của độ võng do độ lệch chuẩn tải trọng.
Xét về điều kiện cứng:
R = [f] = L/800 = 49800/800 = 62,25 (mm).
= 5%R = 0,05.62,25 = 3,1125 (mm).
: là độ lệch chuẩn của độ võng của cấu kiện đang xét phụ thuộc vào độ lệch chuẩn tải trọng.
Chọn các giá trị biến thiên tỷ đối theo các mức giống nhau: Ứng với mỗi tải trọng hoạt tải đoàn tàu xem tải trọng khai thác là 100% sau đó cho gia số tăng dần với các mức 5%, 10%, 15% và 20%, số gia độ võng tăng theo tương ứng.
Sử dụng phần mềm Midas 2011v2.1 tính toán độ võng của giàn khi thay đổi tải trọng khai thác.
3.3.1. Chỉ số độ tin cậy về cứng với độ lệch tải trọng 5%
Hình 3.21. Biểu đồ chỉ số ĐTC về cứng với độ lệch TTKT 5%
Qua biểu đồ chỉ số ĐTC (hình 3.21) có thể kết luận như sau:
- ĐTC [β] = 2,5: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục
- ĐTC [β] = 3,25: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 18T/trục
- ĐTC [β] = 3,5: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 17T/trục
3.3.2. Chỉ số độ tin cậy về cứng với độ lệch tải trọng 10%
Qua biểu đồ chỉ số ĐTC (hình 3.22) có thể kết luận như sau:
- ĐTC [β] = 2,5: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 17T/trục.
- ĐTC [β] = 3,25: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 16T/trục.
- ĐTC [β] = 3,5: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 15T/trục.
Hình 3.22. Biểu đồ chỉ số ĐTC về cứng với độ lệch TTKT 10%
3.3.3. Chỉ số độ tin cậy về cứng với độ lệch tải trọng 15%
Hình 3.23. Biểu đồ chỉ số ĐTC về cứng với độ lệch TTKT 15%
Qua biểu đồ chỉ số ĐTC (hình 3.23) có thể kết luận như sau:
- ĐTC [β] = 2,5: Khai thác được với cấp tải trọng từ 14T/trục đến 16T/trục.
- ĐTC [β] = 3,25: Khai thác được cấp tải trọng 14T/trục.
- ĐTC [β] = 3,5: Không đảm bảo khai thác.
3.3.4. Chỉ số độ tin cậy về cứng với độ lệch tải trọng 20%
Hình 3.24. Biểu đồ chỉ số ĐTC về cứng với độ TTKT 20%
Qua biểu đồ chỉ số ĐTC (hình 3.24) có thể kết luận như sau:
- ĐTC [β] = 2,5: Khai thác với tải trọng hoạt tải đoàn tàu 14T/trục
- ĐTC [β] = 3,25: Không đảm bảo khai thác.
- ĐTC [β] = 3,5: Không đảm bảo khai thác.
3.4. ĐÁNH GIÁ CHUNG KHẢ NĂNG KHAI THÁC CỦA CẦU GIÀN LIÊN CHIỂU
- Khi đánh giá khả năng khai thác của cầu giàn Liên Chiểu theo Trạng thái giới hạn cho thấy khả năng khai thác chấp nhận được với tải trọng hoạt tải đoàn tàu khi qua cầu đến 24T/trục.
- Khi đánh giá theo lý thuyết ĐTC thông qua chỉ số độ tin cậy β nhận thấy rằng độ tin cậy về cứng bé hơn so với độ tin cậy về bền, do đó khả năng khai thác của cầu giàn Liên Chiểu được đánh giá theo độ tin cậy về cứng (Bảng 3.14):
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Với chỉ số ĐTC cho phép [β] =2,5, cầu có thể khai thác với tải trọng hoạt tải đoàn tàu T14 và cho phép độ lệch tải trọng khai thác 20%.
Với chỉ số ĐTC cho phép [β] = 3,25, cầu có thể khai thác với tải trọng hoạt tải đoàn tàu T14 và cho phép độ lệch tải trọng khai thác 15%.
Với chỉ số ĐTC cho phép [β] = 3,5, cầu có thể khai thác với tải trọng hoạt tải đoàn tàu T14 và cho phép độ lệch tải trọng khai thác 10%.
Vậy kết cấu cầu giàn Liên Chiểu Km776 + 040 hiện tại đảm bảo khả năng khai thác an toàn với tải trọng hoạt tải đoàn tàu qua cầu là 14T/trục với biến động tải trọng tối đa 10% với tiêu chuẩn [β] = 3,5.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
Luận văn đã trình bày được một phương pháp tính toán độ tin cậy cho một kết cấu công trình cầu ứng dụng phương pháp xác xuất và thống kê toán học với các tham số khi xem chúng là các đại lượng ngẫu nhiên.
Luận văn đã vận dụng được cách đánh giá kết cấu theo chỉ số ĐTC β vào công trình cầu giàn Liên Chiểu nhịp giản đơn, phản ánh sát thực tế về khả năng khai thác an toàn của kết cấu hiện tại với các tải trọng hoạt tải đoàn tàu.
Thu thập được một số chỉ số ĐTC cho phép của các nước trên thế giới dùng để đánh giá độ tin cậy kết cấu công trình cầu nói chung và cầu đường sắt nói riêng, qua đó đánh giá mức độ an toàn và dự báo khả năng của công trình theo biến động của tải trọng khai thác.
2. KIẾN NGHỊ
Tính toán kết cấu theo lý thuyết độ tin cậy, một mô hình phản ánh sát thực tế hơn so với phương pháp truyền thống (sử dụng hệ số an toàn), trong đó có xét cả đến các ảnh hưởng của quá trình ngẫu nhiên, nghĩa là xét đến những sai số ngẫu nhiên đối với các tham số tính toán (như tải trọng, vật liệu, kích thước hình học…). Do đó cần nghiên cứu đưa vào áp dụng trong tính toán cho các công trình cầu ở Việt Nam.
3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Trong luận văn với phạm vi nghiên cứu đề tài tác giả chỉ mới đánh giá khả năng khai thác về bền, về cứng theo sự gia tăng tải trọng khai thác, chưa đánh giá sự ăn mòn của vật liệu, kích thước hình học… Do đó để hoàn chỉnh công tác đánh giá khả năng khai thác của công trình cầu giàn Liên Chiểu một cách toàn diện thì cần tiếp tục nghiên cứu thêm các vẫn đề còn chưa đề cập như đã nói ở trên.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN 2014\LUAN VAN (Phan Truong Khanh)
