Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11823-42017 Thiết kế cầu đường bộ – Phần 4 Phân tích và đánh giá kết cấu


Thiết kế cầu đường bộ - Phần 4: Phân tích và đánh giá kết

cấu

Highway Bridge Design Specification - Part 3: Structure Analysis and Evaluation
1 PHẠM VI ÁP DỤNG
Tiêu chuẩn này qui định các phương pháp phân tích thích hợp để thiết kế và đánh giá các
loại cầu, nhưng chỉ giới hạn trong việc mô hình hoá kết cấu và xác định tác động của lực
(hiệu ứng lực).
Nói chung, các kết cấu cầu được phân tích trên cơ sở vật liệu đàn hồi. Tuy nhiên tiêu chuẩn
cho phép phân tích không đàn hồi hoặc phân bố lại hiệu ứng lực trong một số kết cấu nhịp
dầm liên tục. Tiêu chuẩn quy định phân tích không đàn hồi đối với các cấu kiện chịu nén làm
việc ở trạng thái không đàn hồi và được coi như là một trường hợp của các trạng thái giới
hạn đặc biệt.
Có thể sử dụng các phương pháp phân tích khác dựa trên cơ các tính chất vật liệu được qui
định trong tiêu chuẩn đồng thời thoả mãn điều kiện cân bằng và tính tương hợp.
2 KÝ HIỆU
Các ký hiệu sử dụng trong tiêu chuẩn này được liệt kê trong Bảng 1
Bng 1- Các ký hiu

hi
u
Đơn vMô tĐiu vin dn
A mm2 din tích dm, dm dc hoc bphn kết cu 6.2.2.1
As mm2 din tích tng cng ca các sườn tăng cường 6.2.6.4
As mm2 din tích tng cng ca các sườn tăng cường 6.2.6.4
a mm chiu dài vùng chuyn tiếp ca brng bn cánh
d
m hu hiu ca dm hp bê tông ; cly gia
các c
u kin tăng cng dc, hoc brng sườn
c
ng trong mt cu thép trc hướng
6.2.6.2; 6.2.6.4

hi
u
Đơn vMô tĐiu vin dn
B mm khong cách gia các dm ngang 6.2.6.4
b mm chiu dài lp xe; brng dm; brng ca cu
ki
n tm ; brng bn cánh dm đo vmi phía
c
a bn bng dm
.6.2.1.8;
6.2.2.1; 6.2.6.2
be mm brng bn cánh có hiu tương ng vi vtrí cthca tng phn đon nhp đang xét.6.2.6.2
bo mm brng bn bng dm chiếu lên mt phng trung
tuy
ến ca kết cu nhp cu.
6.2.6.2
bm mm brng bn cánh hu hiu cho phân đon phía
trong c
a nhp: Trường hp đặc bit ca be
2.6.2; 6.2.6.2
bn mm brng bn cánh có hiu đối vi các lc pháp
tuy
ến tác dng ti vùng neo
6.2.6.2
bs mm brng bn cánh có hiu ti các gi đỡ phía
trong ho
c đối vi bn cánh hng;: Trường hpđặc bit ca be
6.2.6.2
C - hsliên tc; Tham số độ cng 6.2.1.8; 6.2.2.1
Cm - hsgradien ca mômen 5.3.2.2.1
C1 - tham sca các gi đỡ chéo .6.2.2.2.5
D mm Chiu dy bn bng ca dm cong theo chiu
ngang; D
x/Dy, brng phân btrên 1 làn
6.2.1.8; 6.2.2.1
Dx N.mm2/mm độ cng chng un theo phương ca các thanh
c
t thép ch
6.2.1.8
Dy N.mm2/mm độ cng chng un thng góc vi các thanh ct
thép ch
6.2.1.8
d mm chiu cao ca dm hoc dm dc ph6.2.2.1
de mm khong cách gia bn bn bng phía ngoài ca
d
m biên và mép trong ca đá va hoc rào chn
giao thông
6.2.2.1
do mm chiu cao ca kết cu nhp 6.2.2.2

3 THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA

3.1 Phương pháp phân tích được chấp nhận (Accepted Method of Analysis)- Phương
pháp phân tích tính toán cho kết quả tin cậy, không đòi hỏi việc xác minh lại và đã trở thành
thông dụng trong thực tế kỹ thuật kết cấu công trình.[ads-post]
3.2 Nhịp cong (Arc Span) – Khoảng cách tim của các gối liền kề nhau, hoặc các điểm gối
tựa khác, được đo theo phương nằm ngang dọc theo đường tim của một phần tử cong.
3.3 Tỉ số mặt cắt (Aspect Ratio) - Tỉ số giữa chiều dài và chiều rộng của hình chữ nhật
3.4 Các điều kiện biên (Boundary Conditions) - Các đặc trưng hạn chế kết cấu về liên kết
gối và/hoặc tính liên tục giữa các mô hình kết cấu
3.5 Đường bao (Bounding) - Lấy 2 hoặc nhiều hơn các cực trị của các tham số để vẽ đường
bao đặc trưng nhằm đạt được một thiết kế thiên về an toàn.
3.6 Góc ở tâm (Central Angle) - Góc bao giữa 2 điểm dọc theo đường tim của cầu cong đo
từ tâm của đường cong như thể hiện trong Hình 1.16
3.7 Phương pháp biến dạng cổ điển (Classical Deformation Method) -Phương pháp phân
tích trong đó kết cấu được chia thành các thành phần mà độ cứng của chúng có thể được
tính một cách độc lập. Điều kiện cân bằng và tính tương hợp giữa các thành phần được bảo
đảm bằng cách xác định biến dạng tại các giao diện.
3.8 Phương pháp lực cổ điển (Classical Force Method) -Phương pháp phân tích trong đó kết cấu
được chia thành các thành phần tĩnh định và tính tương hợp giữa các thành phần được bảo đảm
bằng cách xác định lực tại các giao diện.
3.9 Mặt cắt dạng hộp kín (Closed-Box Section) – Một mặt cắt ngang gồm hai vách thẳng
đứng hay nghiêng trong đó có ít nhất một khoang hoàn toàn kín. Mặt cắt đóng kín có hiệu
quả trong việc chống xoắn do hình thành dòng ứng suất tiếp trong các vách và bản cánh.
3.10 Phương pháp giải đúng dần (Closed-Form Solution) - Một hoặc nhiều phương trình,
bao gồm cả những phương trình dựa trên các chuỗi hội tụ, cho phép tính toán các hiệu ứng
lực bằng việc đưa trực tiếp tải trọng và tham số của kết cấu vào phương trình.
3.11 Tính tương hợp (Compatibility) - Sự tương đương hình học của chuyển vị tại giao diện
của các thành phần được nối với nhau.
3.12 Thành phần (Component) - Một đơn vị kết cấu đòi hỏi thiết kế riêng biệt, từ này đồng
nghĩa với từ cấu kiện.
3.13 Phép khử dần (Condensation) - Quá trình làm giảm số phương trình phải giải bằng
cách tạo mối liên hệ giữa các biến số phải khử dần nhờ việc phân tích các biến số giữ lại.
3.14 Chiều rộng của lõi (Core Width) - Chiều rộng kết cấu nhịp liền khối trừ đi phần hẫng
của bản mặt cầu.
3.15 Vặn mặt cắt ngang (Cross-Section Distortion) - Sự biến dạng mặt cắt ngang của mặt
cắt dạng hộp kín hoặc mặt cắt dạng ống do tải trọng xoắn
3.16 Dầm cong (Curved Girder) – Một dầm I, dầm hộp kín, hoặc dầm ống bị uốn cong theo
mặt phẳng ngang
3.17 Bộ giảm chấn (Damper) – Một thiết bị truyền và giảm lực giữa các bộ phận kết cấu
phần trên và/hoặc kết cấu phần trên và kết cấu phần dưới, trong khi cho phép chuyển dịch
do nhiệt.Thiết bị cung cấp giảm chấn bằng cách tiêu hao năng lượng do địa chấn, phanh,
hoặc tải trọng động khác.
3.18 Mặt cầu (Deck) - Cấu kiện, có hoặc không có lớp áo đường, trực tiếp chịu tải trọng của
bánh xe
3.19 Hệ mặt cầu (Deck System) - Kết cấu phần trên, trong đó mặt cầu là một thể thống nhất
với các cấu kiện đỡ, hoặc khi mà tác động hoặc biến dạng của các cấu kiện đỡ có ảnh
hưởng đáng kể đến sự làm việc của mặt cầu.
3.20 Biến dạng (Deformation) - Sự thay đổi hình học của kết cấu do tác dụng của lực, bao
gồm chuyển vị dọc trục, chuyển vị cắt hoặc xoay.
3.21 Bậc tự do (Degree-of-Freedom) - Một trong số những chuyển dịch tịnh tiến hoặc
chuyển vị xoay cần thiết để xác định chuyển động của một nút. Dạng dịch chuyển của các
cấu kiện và/ hoặc toàn bộ kết cấu có thể được xác định bằng số bậc tự do.
3.22 Thiết kế (Design) - Việc xác định kích thước và bố trí cấu tạo các cấu kiện và liên kết
của cầu nhằm thoả mãn các yêu cầu của các Tiêu chuẩn kỹ thuật.
3.23 Bậc tự do động (Dynamic Degree-of-Freedom) - Bậc tự do với nó khối lượng hoặc hiệu
ứng của khối lượng đã được đi kèm.
3.24 Đàn hồi (Elastic) -Sự làm việc của vật liệu kết cấu trong đó tỉ lệ giữa ứng suất và biến
dạng là hằng số, và khi lực thôi tác dụng thì vật liệu quay trở lại trạng thái ban đầu như khi
chưa chịu tải.
3.25 Phần tử (Element) - Một phần của cấu kiện hoặc bộ phận được cấu tạo chỉ bằng một
loại vật liệu.
3.26 Vùng biên (End Zone) - Vùng kết cấu không áp dụng được lý thuyết thông thường về
dầm do tính gián đoạn của kết cấu và/hoặc do phân bố của tải trọng tập trung.
3.27 Trạng thái cân bằng (Equilibrium) - Trạng thái có tổng lực và mô men đối với bất kỳ
điểm nào trong không gian đều bằng không.
3.28 Dầm tương đương (Equivalent Beam) - Dầm giản đơn cong hoặc thẳng chịu được cả
tác động của lực xoắn và uốn.
3.29 Dải tương đương (Equivalent Strip) - Một phần tử tuyến tính nhân tạo được tách ra từ
mặt cầu để phân tích, trong đó hiệu ứng của lực cực trị tính cho một đường của tải trọng
bánh xe, theo phương ngang hoặc dọc, sẽ xấp xỉ bằng các tải trọng này xuất hiện thật trên
mặt cầu.
3.30 Phương pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method) - Phương pháp phân tích
trong đó phương trình vi phân khống chế được thoả mãn chỉ ở các điểm riêng biệt của kết
cấu.
3.31 Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) - Phương pháp phân tích
trong đó kết cấu được tách ra thành các phần tử nối với nhau tại các nút, dạng của trường
chuyển vị của các phần tử được giả định, tính tương hợp một phần hoặc đầy đủ sẽ được duy
trì giữa giao diện của các phần tử, và các chuyển vị nút được xác định bằng cách sử dụng
nguyên lý biến đổi năng lượng hoặc phương pháp cân bằng
3.32 Phương pháp dải hữu hạn (Finite Strip Method) - Phương pháp phân tích trong đó kết
cấu được chia thành các dải nhỏ song song, dạng chuyển vị của dải được giả định và tính
tương hợp từng phần được duy trì giữa các giao diện của các phần tử. các tham số chuyển
vị của mô hình được xác định bằng cách sử dụng nguyên lý biến đổi năng lượng hoặc
phương pháp cân bằng.
3.33 Phân tích bậc nhất (First-Order Analysis) – Sự phân tích trong đó điều kiện cân bằng được
xây dựng trên kết cấu không biến dạng; nghĩa là ảnh hưởng của độ võng không được đưa vào
phương trình cân bằng.
3.34 Ứng suất uốn ngang bản cánh (Flange Lateral Bending Stress) – Ứng suất pháp do sự
uốn ngang bản cánh
3.35 Phương pháp bản gập (Folded Plate Method) - Phương pháp phân tích trong đó kết
cấu được chia thành các bản thành phần và cả hai yêu cầu về điều kiện cân bằng và tính
tương hợp được thoả mãn tại các giao diện giữa các phần tử.
3.36 Vết bánh xe (Footprint) - Diện tích tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường
3.37 Hiệu ứng lực (Force Effect) - Biến dạng, ứng suất hoặc hợp lực, có nghĩa là lực dọc
trục, lực cắt, mô men uốn và mô men xoắn gây ra do tải trọng tạo nên biến dạng hoặc thay
đổi thể tích.
3.38 Nền móng (Foundation) - Cấu kiện đỡ có được sức kháng bằng cách truyền tải trọng
của nó lên nền đất hoặc nền đá.
3.39 Hiệu ứng khung (Frame Action) - Tính liên tục ngang giữa bản mặt cầu và bản bụng
của mặt cắt ngang rỗng hoặc giữa bản mặt cầu vơí các cấu kiện chịu lực chính của các cầu
rộng.
3.40 Hiệu ứng khung đối với gió (Frame Action for Wind) - Sự uốn ngang của bản bụng
dầm và của phần giằng khung nếu có, nhờ vậy mà tải trọng gió ngang được truyền một phần
hoặc toàn bộ lên bản mặt cầu.
3.41 Bán kính cong dầm (Girder Radius) – Bán kính của đường tâm cung tròn của một
đoạn dầm cong
3.42 Sự phân tích tổng thể (Global Analysis) - Sự phân tích kết cấu như một tổng thể
3.43 Vị trí khống chế (Governing Position) - Vị trí và hướng của tải trọng tức thời để gây ra
tác động cực trị của hiệu ứng lực.
3.44 Phương pháp mạng dầm tương đương (Grillage Analogy Method) - Phương pháp
phân tích mà trong đó toàn bộ hoặc một phần của kết cấu phần trên được tách thành các
phần tử trực hướng đại diện cho các đặc trưng của kết cấu
3.45 Tính không đàn hồi (Inelastic) - Mọi trạng thái làm việc của kết cấu mà ở đó tỉ lệ giữa
ứng suất và biến dạng không phải là một hằng số và một phần của biến dạng vẫn tồn tại sau
khi dỡ tải.
3.46 Hoạt tải làn xe (Lane Live Load) - Sự tổ hợp giữa 2 trục của xe hai trục với tải trọng
phân bố đều, hoăc sự tổ hợp của xe tải thiết kế vơí tải trọng phân bố đều theo thiết kế.
3.47 Lý thuyết biến dạng lớn (Large Deflection Theory) - Mọi phương pháp phân tích mà
các ảnh hưởng của biến dạng lên hiệu ứng lực luôn luôn được xét tới.
3.48 Uốn ngang bản cánh (Lateral Flange Bending) – Sự uốn cong bản cánh theo phương
vuông góc với mặt phẳng bản cánh do xoắn ngang bản cánh và/hoặc sự xoắn không đều
trong cấu kiện.
3.49 Nguyên tắc đòn bẩy (Lever Rule) - Tổng mô men tĩnh tại một điểm để tính phản lực ở
điểm thứ hai.
3.50 Ứng xử tuyến tính (Linear Response) - Sự làm việc của kết cấu trong đó biến dạng tỉ lệ
thuận với tải trọng
3.51 Phân tích cục bộ (Local Analysis) - Sự nghiên cứu theo chiều cao mặt cắt về quan hệ
ứng suất và biến dạng bên trong cấu kiện hoặc giữa các cấu kiện bằng cách sử dụng các
hiệu ứng lực đã tính toán được từ những phân tích tổng thể hơn
3.52 Bộ phận, cấu kiện (Member) - Như định nghĩa về cấu kiện.
3.53 Phương pháp phân tích (Method of Analysis) - Phương pháp dùng toán học đế xác
định biến dạng, lực và ứng suất.
3.54 Mô hình (Model) - Sự lý tưởng hoá theo vật lý hoặc toán học của kết cấu hoặc một bộ
phận của nó để phân tích.
3.55 Kết cấu liền khối (Monolithic Construction) - Các cầu một hộp thép và/hoặc một hộp bê
tông kết cấu nhịp cầu bê tông đúc tại chỗ đặc hoặc rỗng, và kết cấu nhịp cầu đúc sẵn bao
gồm các phần tử dọc đặc hoặc rỗng được liên kết chặt với nhau bằng cách tạo dự ứng lực
căng sau theo chiều ngang.
3.56 Phương pháp M/R (M/R Method) - Một phương pháp gần đúng cho việc phân tích dầm
hộp cong trong đó dầm cong được xem xét như một dầm thẳng tương đương để tính toán
các hiệu ứng uốn và như một dầm giả thẳng để tính toán mô men xoắn đồng thời St.Venant
do độ cong.
3.57 Mô men âm (Negative Moment) - Mô men sinh ra lực kéo tại vị trí trên cùng của một
phần tử chịu uốn
3.58 Nút (Node) - Điểm mà ở đó các phần tử hữu hạn hoặc các cấu kiện của hệ mạng dầm
gặp nhau. Trong phương pháp sai phân hữu hạn, nút là một điểm mà ở đó phương trình vi
phân cơ bản được thoả mãn

ĐỌC TIẾP VÀ TẢI VỀ