B&T depart. uct

tÝnh to¸n thiÕt kÕ kÕt cÊu Theo ph−¬ng ph¸p c¸c hÖ sè
®é tin cËy riªng -c¬ së x©y dùng c¸c tiªu chuÈn thiÕt
kÕ tiªn tiÕn vμ héi nhËp
( tiªu chuÈn aashto lrfd; 22tcn 272-05 )

17/10/2006

PGS.TS.Trần Đức Nhiệm Bộ môn cầu hầm UTC

1/24


B&T depart. uct

Sơ
Sơ đồ
đồ các
các bớc
bớc tính
tính toán
toán thiết
thiết kế
kế kết
kết cấu
cấu công
công trình
trình
START

Thay đổi các tham số
của giải pháp kết cấu

Phân tích các điều kiện thiết kế;
đề xuất giải pháp KCCT

Phân tích kết cấu; xác định các hiệu ứng tải (Load Effects): Nội lực,
chuyển vị... trong các bộ phận kết cấu.

N
(Không đạt)

Kiểm tra, tính duyệt các bộ phận KCCT tơng ứng theo các
điều kiện yêu cầu đảm bảo khả năng lm việc./ theo các TTGH /
( Đạt )

Y

Phân tích v đánh giá theo các chỉ tiêu kinh tế; xuất hồ sơ thiết kế
( bản vẽ kết cấu, bản tính)
FINISH
17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

2/24


B&T depart. uct


Phân
Phân tích
tích kết
kết cấu,
cấu, xác
xác định
định các
các hiệu
hiệu ứng
ứng tải
tải (LE)
(LE)

Yêu cầu
Kiểm soát đợc sự lm việc của hệ thống KCCT
Phát hiện đợc những bộ phận; vị trí lm việc bất lợi
Xác định đợc các hiệu ứng tải (LE) tng ứng với trờng hợp chịu tải bất lợi
Các phơng pháp
Phân tích đn hồi
Phân tích dẻo
Phân tích động
Các mô hình bi toán
Mô hình gần đúng
Mô hình chính xác hoá
Nhận xét: Bớc phân tích kết cấu cơ bản l giống nhau trong các TCTK . Sự khác
biệt trong các TCTK chủ yếu l ở cấu trúc tổ hợp các hiệu ứng tải.
17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC


3/24


B&T depart. uct

Kiểm
Kiểm tra,
tra, tính
tính duyệt
duyệt các
các bộ
bộ phận
phận KCCT
KCCT

Yêu cầu chung
Mỗi một bộ phận KCCT, theo từng trạng thái chịu tải,
phải đảm bảo đợc khả năng lm việc.
Quan niệm về việc đảm bảo đợc khả năng lm việc
tuỳ thuộc vo triết lý tính toán, thiết kế - cơ sở để định
dạng các tiêu chuẩn thiết kế tơng ứng.

17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

4/24


B&T depart. uct


Vai trò của tiêu chuẩn thiết kế

Các chủ thể tham gia vo quá trình xây dựng: Chủ đầu t; t
vấn thiết kế; nh thầu; ngời quản lý sử dụng.Giữa họ cần
phải có cách hiểu, cách tiếp cận chung thống nhất; các
quyền lợi v xung đột cần đợc dung ho






Tiêu chuẩn xác lập:
những chuẩn tắc chấp nhận chung ;
dạng v độ lớn của tải trọng v các tổ hợp tải trọng
Yêu cầu về khả năng chịu tải của KCCT
Yêu cầu về mức độ an ton thông qua : hệ số an ton, chỉ số
độ tin cậy hay xác xuất phá hoại

17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

5/24


B&T depart. uct

17/10/2006


Vai trß trung t©m cña c¸c tiªu chuÈn thiÕt kÕ

PGS.TS.Trần Đức Nhiệm Bộ môn cầu hầm UTC

6/24


B&T depart. uct

Các phơng pháp thiết kế

Các triết lý thiết kế v phơng pháp thiết kế tơng ứng đã
đợc vận dụng:
Thiết kế theo ứng suất cho phép (ASD)
Thiết kế theo tải trọng phá hoại (LSD; LFD)
Thiết kế theo Trạng thái giới hạn( thế hệ đầu )
Thiết kế theo Lý thuyết độ tin cậy
Thiết kế theo phơng pháp các hệ số độ tin cậy
riêng

17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

7/24


B&T depart. uct


Thiết
Thiết kế
kế theo
theo phơng
phơng pháp
pháp ứng
ứng suất
suất cho
cho phép
phép (aSD)

Cơ sở triết lý
KCCT đảm bảo duy trì đợc khả năng lm việc (không bị phá hoại, h hỏng...)
khi ứng suất trong kết cấu do tải trọng sử dụng (khai thác) không vợt quá
mức ứng suất lớn nhất cho phép:
m

Điều kiện:

Rn
Si

F .S
i 1

(dạng khác:

R
S )
K


Trong đó:
Rn = Cờng độ danh định (có thứ nguyên nh ứng suất ) của bộ phận KC
Si = ứng suất danh định trong kết cấu, đợc tính toán theo tải trọng sử
dụng.
F.S (hoặc K) = hệ số an ton
i = chỉ số của tải trọng
m = số dạng tải trọng trong tổ hợp xem xét
Nhận xét
17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

8/24


Thiết
Thiết kế
kế theo
theo tải
tải trọng
trọng phá
phá hoại
hoại (hệ
(hệ số
số tải
tải trọng)
trọng) LFD
LFD


B&T depart. uct

Cơ sở triết lý
KCCT cha bị phá hoại (vẫn duy trì đợc khả năng lm việc) chừng no tổ hợp
tải trọng tính toán còn cha vợt quá khả năng chịu tải (sức kháng) của bộ
phận kết cấu.
m

Điều kiện:

Q
i 1

i

i

Rn

Trong đó:
Rn = sức kháng danh định của bộ phận kết cấu
Qi = hiệu ứng tải danh định (tiêu chuẩn)
i = hệ số tải trọng của tải trọng thứ i
i = dạng tải trọng
m = số dạng tải trọng
Nhận xét

17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC


9/24


B&T depart. uct

Thiết
Thiết kế
kế theo
theo phơng
phơng pháp
pháp TTGH
TTGH (theo
(theo định
định dạng
dạng thế
thế hệ
hệ đầu
đầu ))

Cơ sở triết lý
Theo quá trình chịu tải, KCCT (v các bộ phận) có thể có các trạng thái
khác nhau.
TTGH l trạng thái tại đó kết cấu bắt đầu không duy trì đợc khả năng chịu
tải (bị phá huỷ); hoặc bất thờng, gây khó khăn cho khai thác.
Yêu cầu kết cấu trong quá trình lm việc không lâm vo bất kỳ một trạng thái
giới hạn no.
m
Điều kiện:


n Q
i 1

i

i

m.k .Rn F

(dạng chung)

Trong đó:
Rn = cờng độ danh định (tiêu chuẩn)
m, k = các hệ số xét đến đặc trng của điều kiện lm việc v vật liệu
F: đặc trng hình học của sức kháng
ni: các hệ số tải trọng
Qi = hiệu ứng tải thứ i
Trị số của ni: đợc lấy khác nhau, theo các TTGH khác nhau
Nhận xét
17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

10/24


Thiết
Thiết kế
kế theo
theo phơng

phơng pháp
pháp lý
lý thuyết
thuyết độ
độ tin
tin cậy
cậy

B&T depart. uct

Cơ sở triết lý

~
~
Các đại lợng Tác động S v Sức kháng R đều l những đại lợng ngẫu
nhiên.
~ ~
Trong so sánh giữa S v R , tơng quan no cũng có thể xảy ra với xác suất
no đó.
KCCT đợc xem l duy trì khả năng lm việc (không bị phá hoại,) khi xác
suất để không gặp sự cố (TTGH) - Độ tin cậy - l rất gần với 1.

~ ~
R P{S R | [0, T ]}
t

Độ tin cậy

Xác suất bị phá hoại hoặc gặp sự cố:


Rt Rc

Điều kiện tính duyệt:
hoặc

17/10/2006

t
c
Pfail
Pfail

t
fail

P

~ ~
P{S R | [0, T ]}

( đợc quy định bởi TCTK)
( đợc quy định bởi TCTK)

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

11/24


Thiết
Thiết kế

kế theo
theo phơng
phơng pháp
pháp lý
lý thuyết
thuyết độ
độ tin
tin cậy
cậy

B&T depart. uct

R R
t

Điều kiện :

Tính R ; Pfail

c

t
c
Pfail
Pfail

Hoặc

f(S),f(R)


f(S)

f(R)

S,R

R



~

~

S R

f ( S ) f ( R)dSdR

Pfail

f (S ) f ( R)dSdR

~

~

S R

Nhận xét :
L phơng pháp tính toán thiết kế hiện đại, tiên tiến nhất hiện nay; cho

phép xét đến đầy đủ tính chất bất định, ngẫu nhiên của các yếu tố
Đòi hỏi phải có đợc đầy đủ các số liệu thống kê của tất cả các tham số
17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

12/24


Thiết
Thiết kế
kế theo
theo phơng
phơng pháp
pháp các
các hệ
hệ số
số độ
độ tin
tin cậy
cậy riêng
riêng
B&T depart. uct

Thực chất l thiết kế trên cơ sở yêu cầu đảm bảo độ tin cậy. Cách tiếp cận v
giải quyết bằng việc sử dụng các hệ số độ tin cậy riêng (phơng pháp bậc 1
v bậc 2 của lý thuyết độ tin cậy).
Cơ sở triết lý

F(S),f(R)

f(S)

f(R)

c
S,R
S S S t Rt Rc R
S c v R c l các giá trị danh định của hiệu ứng tải v sức kháng, xác định theo
~
nguyên lý sau:
S c : P ( S S c ) 0.95
~
R c : P ( R R c ) 0.95
S t v R t l các giá trị tính toán của hiệu ứng tải v sức kháng
~
S t : S t s .S c , s 1 để P ( S S t ) rất nhỏ
~
t
R t : R t .S c , 1 để P ( R R ) rất nhỏ
~
~
Sự cố (TTGH) chỉ xảy ra với xác suất rất nhỏ = P ( S S t ).P ( R R t )
Các giá trị s ; đợc định chuẩn căn cứ theo độ tin cậy cần đạt đợc

17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

13/24



B&T depart. uct

17/10/2006

HÖ sè t¶i träng (Load factor)

PGS.TS.Trần Đức Nhiệm Bộ môn cầu hầm UTC

14/24


B&T depart. uct

17/10/2006

HÖ sè søc kh¸ng (Resistance Factor)

PGS.TS.Trần Đức Nhiệm Bộ môn cầu hầm UTC

15/24


B&T depart. uct

Thiết
Thiết kế
kế theo
theo phơng
phơng pháp

pháp các
các hệ
hệ số
số độ
độ tin
tin cậy
cậy riêng
riêng

Cơ sở triết lý
Theo quá trình chịu tải, KCCT (v các bộ phận) có thể có các trạng thái
khác nhau.
TTGH l trạng thái tại đó kết cấu bắt đầu không duy trì đợc khả năng chịu
tải (bị phá huỷ); hoặc bất thờng, gây khó khăn cho khai thác.
Yêu cầu kết cấu trong quá trình lm việc không lâm vo bất kỳ một trạng thái
giới hạn no.
m

Điều kiện:

Q
i 1

i

ni

Rn

(dạng tổng quát)


Trong đó:
Rn = sức kháng danh định (tiêu chuẩn)
F = hệ số sức kháng
gi: các hệ số tải trọng
Qi = hiệu ứng tải thứ i
Trị số của gi : đợc lấy khác nhau, theo các TTGH khác nhau

17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

16/24


phơng
phơng pháp
pháp định
định chuẩn
chuẩn các
các hệ
hệ số
số

B&T depart. uct

Chỉ số độ tin cậy


Pfail


f (S ) f ( R)dSdR

~ ~
Khi S v R phân phối chuẩn:
Pfail

R


S
R
R2 S2

f (S ) f ( R)dSdR

~ ~
S R

~ ~
S R

f (S ) N ( S , S )
f ( R) N ( R , R )


( ),





R S

2
R

2
S

, R ( )

ở đây, l hm phân phối chuẩn hoá :

17/10/2006

AASHTO LRFD,



Euro Code,

= 3.75 4.0



= 3.5

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

17/24



§Þnh chuÈn chØ sè ®é tin cËy b

B&T depart. uct

f ( R)  N (  R ,  R )

f (S )  N ( S , S )
Pfail

17/10/2006

  
S
   R
  R2   S2


   (  ),




R  S
 
2
R

2

S

,

β

R

0.0
0.5
1.0

0.500
0.691
0.841

0.500x10+0
0.309x10+0
0.159x10+0

1.5

0.9332

0.668x10-1

2.0

0.9772


0.228x10-1

2.5

0.9374

0.621x10-2

3.0

0.99865

0.135x10-2

3.5

0.9997670

0.233x10-3

4.0

0.9999683

0.317x10-4

R   ( )

Pfail


PGS.TS.Trần Đức Nhiệm Bộ môn cầu hầm UTC

18/24


B&T depart. uct

Phơng pháp định chuẩn các hệ số độ tin cậy riêng

Nguyên lý chung
Phân tích lựa chọn mức ĐTC yêu cầu R R c , hoặc lựa chọn chỉ số dộ tin cậy
(VD: trong AASHTO LRFD, 3.5 )
Lựa chọn để P( R R c ) 0.025 0.05 ứng với ( 0.8 1.0)
~
t
t
Tính toán chọn phân vị S , với P ( S S ) thoả mãn
hay
VD:

~
~
P ( S S t ).P ( R R t ) Pfail
Pfail
~
P(S S t )
~
t

P

(
R
R
)
~
3
c

3.5, Pfail 0.233 x10 ;.P ( R R ) 0.025 0.05

~
P ( S S t ) 0.00932
St
t
=> Tìm đợc S v f c (với Live load, ví dụ, f 1.75 trong trờng hợp
S
TTGH cờng độ I).
Kết luận
Với mọi TTGH khác nhau, có ĐTC tơng ứng (hoặc tơng ứng) chúng ta
sẽ xác định đợc trị số của các hệ số tơng ứng.
Ngời kỹ s thiết kế sẽ đợc đảm bảo rằng , nếu thực hiện đúng đắn các nội
dung tính toán, lấy đúng các hệ số, tổ hợp các hiệu ứng đúng đắn thì Độ tin
cậy của kết cấu sẽ không thấp hơn Độ tin cậy m TCTK yêu cầu
17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

19/24



Thiết
Thiết kế
kế theo
theo phơng
phơng pháp
pháp hệ
hệ số
số độ
độ tin
tin cậy
cậy riêng
riêng (TIÊP)
(TIÊP)

B&T depart. uct

Kết luận
Bằng việc tiến hnh tính toán thông thờng, với các hệ số Độ tin cậy riêng
thực chất l đã đảm bảo khả năng lm việc của KCCT với Độ tin cậy yêu cầu
(đợc định trớc trong tiêu chuẩn thiết kế), theo các trạng thái giới hạn tơng
ứng.
Nhận xét
Phơng pháp các hệ số ĐTC riêng thuận tiện, dễ vận dụng.
Xét đến đầy đủ các đặc tính v bản chất ngẫu nhiên của tất cả các đại lợng
tham gia trong bi toán tính toán, thiết kế công trình.
L phơng pháp thiết kế tiên tiến nhất, u việt nhất đợc đông đảo các
chuyên gia trên ton thế giới thừa nhận.
Tất cả các TCTK KCCT thế hệ mới nhất đều đợc định dạng, đợc biên soạn
trên cơ sở của phơng pháp các hệ số Độ tin cậy riêng ny.
Các TCTK dùng phơng pháp hệ số Độ tin cậy riêng

Euro Code
BS 5400
AASHTO LRFD (1994, 1998, 2002, 2004)
22 TCN 272 01; 22 TCN 272 05
SNIP 2.05.03.84 (hiệu chỉnh năm 1991)
17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

20/24


B&T depart. uct

tính u việt của TCTK KCCT theo phơng pháp
các hệ số độ tin cậy riêng - các tiêu chuẩn aashto lrfd

Tiêu

chuẩn thiết kế AASHTO LRFD l kết quả của quá
trình nghiên cứu,cập nhật v cải tiến liên tục
Các Tiêu chuẩn thiết kế AASHTO LRFD l TCTK tiên tiến,
ton diện, cho phép sử dụng các phơng pháp hiện đại
trong phân tích v thiết kế.
Tiêu chuẩn thiết kế AASHTO LRFD cung cấp sự linh hoạt
khi áp dụng hay tuỳ biến các Hệ số tải trọng v Hệ số sức
kháng - các hệ số Độ tin cậy riêng -nhằm đáp ứng đợc
các yêu cầu của mỗi dự án.

17/10/2006


PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

21/24


B&T depart. uct

NHữNG ĐáNH GIá CHUNG Về AASHTO LRFD

Tiêu

chuẩn thiết kế AASHTO LRFD đạt đợc độ an ton
của công trình cao v đồng đều hơn dẫn đến giảm giá
thnh duy tu bảo dỡng v giảm giá thnh theo cả vòng
đời (Life-cycle cost) của công trình.
Tiêu chuẩn thiết kế AASHTO LRFD dựa trên những tiến
bộ kỹ thuật v công nghệ mới trong xây dựng cầu, các
nguyên lý khoa học hon thiện v những phơng pháp
tiếp cận vấn đề một cách logic nhằm đảm bảo khả năng
thi công, tính an ton, khả năng phục vụ, khả năng kiểm
định, tính kinh tế v tính mỹ quan của công trình.

17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

22/24



B&T depart. uct

NHữNG ĐáNH GIá CHUNG Về AASHTO LRFD

Tiêu chuẩn thiết kế AASHTO LRFD cho phép ngời kỹ s tận
dụng đợc các tính năng của các loại vật liệu xây dựng mới,
nâng cao khả năng áp dụng của các loại vật liệu hiện có.
( WSDOT đã hợp tác với PCI để phát triển các dầm bê tông cốt
thép dự ứng lực mới, nhịp giản đơn, có khả năng vợt nhịp từ
48.8 đến 61m theo tiêu chuẩn LRFD v sử dụng bê tông chất
lợng cao.Nhiều tiểu bang đã xây dụng các cầu dùng thép
cờng độ cao ).
Các chú giải song hnh trong tiêu chuẩn AASHTO LRFD giúp
cho những ngời kỹ s hiểu nguyên lý v các kiến thức cần
thiết của tiêu chuẩn.
Tiêu chuẩn thiết kế AASHTO LRFD đã đa ra một cách thuyết
phục khả năng thiết kế v thi công các cồng trình cầu có chất
lợng với độ tin cậy cao .
17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

23/24


B&T depart. uct

Kết luận

Bộ tiêu chuẩn AASHTO LRFD (v phiên bản ứng dụng ở Việt

nam 22TCN 272-05 ) thực sự l bộ tiêu chuẩn tiên tiến, hiện
đại,có nhiều u việt v thờng xuyên đợc cập nhật.
Cần thiết phải tiến hnh việc nghiên cứu , tìm hiểu, vận dụng
đúng đắn các yêu cầu v quy định của bộ tiêu chuẩn mới
22TCN 272-05, đồng thời phải chú trọng đến việc đo tạo v
đo tạo lại một cách thờng xuyên cho đội ngũ kỹ s ở các
đơn vị trong ton ngnh
Các hệ số ĐTC riêng, nêu trong 22TCN 272-05,đợc định
chuẩn trên cơ sở các số liêu thống kê của AASHTO.Chúng sẽ
không thể hon ton phù hợp với điều kiện Việt nam.Việc
nghiên cứu để hiêu chỉnh các hệ số ny theo phơng pháp
tiếp cận m các công trình nghiên cứu m AASHTO đã tiến
hnh l thực sự cần thiết.
17/10/2006

PGS.TS.Trn c Nhim B mụn cu hm UTC

24/24