Tài liệu Phân tích khả năng chịu tải thực tế và đánh giá độ tin cậy cầu vĩ dạ trên quốc lộ 49a, thành phố huế

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN TÍN NGHĨA PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI THỰC TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CẦU VĨ DẠ TRÊN QUỐC LỘ 49A, THÀNH PHỐ HUẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN TÍN NGHĨA PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI THỰC TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CẦU VĨ DẠ TRÊN QUỐC LỘ 49A, THÀNH PHỐ HUẾ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 85.80.205 LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN DUY THẢO Đà Nẵng, -Năm 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Trần Tín Nghĩa ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i MỤC LỤC ...................................................................................................................ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ....................................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG......................................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH .........................................................................................vii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................ 1 3. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 1 4. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................. 2 5. Bố cục đề tài ..................................................................................................... 2 CHƢƠNG 1. CÔNG TRÌNH CẦU VĨ DẠ, THÀNH PHỐ HUẾ, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ .............................................................................................................. 3 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG CÔNG TRÌNH CẦU VĨ DẠ .......................................... 3 1.1.1. Vị trí xây dựng công trình .......................................................................... 3 1.1.2. Tải trọng thiết kế và qui mô công trình ...................................................... 3 1.2. HIỆN TRẠNG CỦA CẦU VĨ DẠ ....................................................................... 4 1.2.1. Bố trí chung cầu .......................................................................................... 4 1.2.2. Kết cấu phần trên ........................................................................................ 4 1.2.3. Kết cấu phần dƣới ....................................................................................... 4 1.2.4. Các hạng mục khác ..................................................................................... 5 1.3. NHU CẦU TẠO CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỂ QUẢN LÝ CÁC CẦU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THỪA THIÊN HUẾ HIỆN NAY ............................................................ 6 1.4. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI THỰC TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CẦU VĨ DẠ ....................................................... 7 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH ........................................................................................................... 9 2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY KẾT CẤU CÔNG TRÌNH ................. 9 2.1.1. Tổng quan về lý thuyết độ tin cậy của kết cấu công trình .......................... 9 2.1.2. Quá trình phát triển mô hình đánh giá độ tin cậy theo phƣơng pháp lý thuyết xác suất và thống kê toán học .......................................................................... 9 2.2. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH .......................................................................................................... 11 2.2.1. Chỉ số độ tin cậy β .................................................................................... 12 iii 2.2.2. Phƣơng pháp tuyến tính hóa xác định chỉ số độ tin cậy  ........................ 15 Kết luận Chƣơng 2 .................................................................................................... 20 CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CẦU VĨ DẠ .................................................................................................... 21 3.1. PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CẦU VĨ DẠ......................................... 21 3.1.1. Khảo sát hiện trạng cầu Vĩ Dạ .................................................................. 21 3.1.2. Đo đạc cƣờng độ bê tông các kết cấu chính cầu Vĩ Dạ ............................ 25 3.1.3. Đo đạc phản ứng kết cấu nhịp cầu Vĩ Dạ dƣới tác dụng của hoạt tải thử nghiệm ....................................................................................................................... 28 3.1.4. Phân tích khả năng chịu tải của kết cấu nhịp cầu Vĩ Dạ .......................... 35 3.2. ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY KẾT CẤU NHỊP CẦU VĨ DẠ ............................... 38 3.2.1. Độ tin cậy mục tiêu của cầu Vĩ Dạ ........................................................... 38 3.2.2. Xác định độ tin cậy kết cấu nhịp của cầu Vĩ Dạ ...................................... 39 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) iv PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI THỰC TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA CẦU VĨ DẠ TRÊN QUỐC LỘ 49A, THÀNH PHỐ HUẾ Học viên: Trần Tín Nghĩa Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 860580205 Khóa: K36 Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Nội dung nghiên cứu của Luận văn tập trung vào việc phân tích khả năng chịu tải thực tế kết cấu nhịp công trình Cầu Vĩ Dạ trên Quốc lộ 49A, TP Huế dựa trên các số liệu kết quả đo đạc thực tế: ứng suất, độ võng. Kết quả nghiên cứu cho thấy kết cấu dầm cầu đảm bảo yêu cầu hoạt tải thiết kế mở rộng HL93. Luận văn cũng tiến hành đánh giá độ tin cậy của kết cấu nhịp dựa trên cơ sở lý thuyết độ tin cậy theo điều kiện sức kháng uốn. Kết quả nghiên cứu thể hiện rằng: khi độ lệch của tải trọng và độ lệch sức khng của dầm tăng lên, độ tin cậy của dầm sẽ suy giảm khá đáng kể. Từ đó, có thể đƣa ra giải pháp hạn chế độ lệch chuẩn của tải trọng dựa trên độ lệch chuẩn của sức kháng nhằm đảm bảo chỉ số độ tin cậy mục tiêu của cầu. Các kết quả đạt đƣợc của đề tài có thể đƣợc sử dụng nhƣ cơ sỡ dữ liệu nhằm cải thiện công tác quản lý cầu trong quá trình khai thác sử dụng. Từ khóa – Độ tin cậy; độ tin cậy mục tiêu; tuổi thọ; sức kháng uốn; độ lệch chuẩn. ANALYSIS OF THE REALITY OF LOADING, AND ASSESSMENT OF RELIABILITY OF VI DA BRIDGE IN NATIONAL 49A, HUE CITY Abstract - The dissertation's content focuses on analyzing the actual load bearing capacity of Vi Da Bridge structure span on Highway 49A, Hue City based on the actual measurement results: stress, degree hammock. The research results show that the girder structure ensures the extended design load HL93. The thesis also conducts the reliability of the span structure based on the reliability theory based on bending resistance conditions. The study results show that: when the deviation of the load and the deflection resistance of the beam increases, the reliability of the beam will decline significantly. From there, it is possible to propose solutions to limit the standard deviation of the load based on the standard deviation of resistance to ensure the target reliability index of the demand. The results of this project can be used as a database to improve the demand management in the process of exploitation and use. Key words - Reliability; Target reliability; longevity; bending resistance; standard deviation. v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU:  Chỉ số độ tin cậy [] Chỉ số độ tin cậy mục tiêu PS Xác suất an toàn Pf Xác suất phá hoại  Ứng suất CÁC CHỮ VIẾT TẮT: ĐTC Độ tin cậy HTKT Hạ tầng kỹ thuật KCCT Kết cấu công trình KCN Kết cấu nhịp MC Mặt cắt XS Xác suất XSTK Xác suất thống kê vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang Bảng 2.1. Bảng tra hàm F(b) 14 Bảng 3.1. Tổng hợp khối lượng kiểm tra - đo đạc tổng thể cầu 22 Bảng 3.2. Tổng hợp khối lượng kiểm tra đo đạc cường độ bê tông 25 Bảng 3.3. Tổng hợp kết quả kiểm tra cường độ bê tông 27 Bảng 3.4. Tổng hợp khối lượng thử tải tĩnh cầu 29 Bảng 3.5. Tổng hợp khối lượng thử tải động 30 Bảng 3.6. Tổng hợp kết quả ứng suất trong kết cấu nhịp dầm T (L=33m) 34 Bảng 3.7. Tổng hợp kết quả chuyển vị trong kết cấu nhịp dầm T (L=33m) 35 Bảng 3.8. Tổng hợp kết quả kiểm tra ứng suất trong kết cấu nhịp dầm T (L=33m) 36 Bảng 3.9. Tổng hợp kết quả kiểm tra chuyển vị trong kết cấu nhịp dầm T (L=33m) 37 Bảng 3.10. Kỳ vọng về hiệu ứng do tổng tải trọng tác dụng bên ngoài lên kết cấu nhịp. 40 Bảng 3.11. 40 Độ lệch chuẩn của sức kháng uốn. Bảng 3.12. Độ lệch chuẩn của tải trọng hoạt tải. 41 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Hình 1.1. Bản đồ thể hiện vị trí của cầu Vĩ Dạ 3 Hình 1.2. Vị trí xây dựng cầu Vỹ Dạ, Thừa Thiên Huế 3 Hình 1.3. Sơ đồ nhịp cầu Vĩ Dạ 4 Hình 1.4. Hình ảnh kết cấu nhịp cầu Vỹ Dạ 4 Hình 1.5. Mố cầu Vỹ Dạ 5 Hình 1.6. Các hạng mục khác cầu Vỹ Dạ 5 Hình 1.7. Toàn cảnh cầu Vỹ Dạ 7 Hình 2.1. Các trạng thái của kết cấu 13 Hình 2.2. Mô hình giao thoa thể hiện xác suất không an toàn 14 Hình 2.3. Ý nghĩa hình học của PS và Pf 14 Hình 2.4. Mô hình tuyến tính hóa hàm phi tuyến 15 Hình 2.5. Sơ đồ phƣơng pháp tính độ tin cậy theo lý thuyết SXTK 19 Hình 3.1. Cầu Vỹ Dạ, TP Huế 23 Hình 3.2. Cát lấp đầy khe co giãn (khe dạng hở) 24 Hình 3.3. Gối cao su bị lệch, trƣợt tại đáy dầm 24 Hình 3.4. Nƣớc chảy tự do xuống xà mũ trụ cầu 25 Hình 3.5. Kiểm tra cƣờng độ của bê tông mố và trụ cầu 26 Hình 3.6. Kiểm tra cƣờng độ của bê tông dầm chủ 26 Hình 3.7. Vị trí đo ứng suất tĩnh và chuyển vị (võng) dầm chủ 29 Hình 3.8. Vị trí đo gia tốc dao động, chuyển vị động (hoặc biến dạng động) trong dầm chủ 30 Hình 3.9. Bố trí đoàn xe thử tải 31 Hình 3.10. Hệ thống đo động - tĩnh SDA 830C (TML-Japan) 32 Hình 3.11. Hệ thống kiểm định kết cấu cầu STS –Wifi (BDI Hoa Kỳ) 32 Hình 3.12. Hệ thống thu thập dữ liệu thử tải tại hiện trƣờng công trình 33 Hình 3.13. Lắp đặt cảm biến đo dƣới đáy dầm cầu tại ½ nhịp 33 Hình 3.14. Điều xe thử tải vào vị trí theo các sơ đồ kiểm định cầu 34 Hình 3.15. Biểu đồ quan hệ chỉ số độ tim cậy β và độ lệch chuẩn tải trọng hoạt tải của dầm chủ 01. 42 Hình 3.16. Biểu đồ quan hệ chỉ số độ tim cậy β và độ lệch chuẩn tải trọng hoạt tải của dầm chủ 02. 43 Trang viii Hình 3.17. Biểu đồ quan hệ chỉ số độ tim cậy β và độ lệch chuẩn tải trọng hoạt tải của dầm chủ 03. 44 Hình 3.18. Biểu đồ quan hệ chỉ số độ tim cậy β và độ lệch chuẩn tải trọng hoạt tải của dầm chủ 04. 45 Hình 3.19. Biểu đồ quan hệ chỉ số độ tim cậy β và độ lệch chuẩn tải trọng hoạt tải của dầm chủ 05. 46 Hình 3.20. Biểu đồ quan hệ chỉ số độ tim cậy β và độ lệch chuẩn tải trọng của dầm chủ 06. 47 Hình 3.21. Biểu đồ quan hệ chỉ số độ tim cậy β và độ lệch chuẩn tải trọng hoạt tải của 6 dầm chủ nhịp số 5 trƣờng hợp độ lệch chuẩn sức kháng 14% 49 Hình 3.22. Biểu đồ quan hệ chỉ số độ tim cậy β và độ lệch chuẩn tải trọng hoạt tải của 6 dầm chủ nhịp số 5 trƣờng hợp độ lệch chuẩn sức kháng 15% 50 Hình 3.23. Biểu đồ quan hệ chỉ số độ tim cậy β và độ lệch chuẩn tải trọng của 6 dầm chủ nhịp số 5 trƣờng hợp độ lệch chuẩn sức kháng 16% 51 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài - Hiện trạng hệ thống giao thông đƣờng bộ trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế bao gồm 4.734,208 km/2.608 tuyến đƣờng, với 476 cầu có chiều dài tổng cộng 18.052m trên các tuyến đƣờng huyện, thị xã, đƣờng tỉnh, đƣờng đô thị, đƣờng vành đai, đƣờng quốc lộ. Các cây cầu hầu nhƣ đƣợc xây dựng từ lâu trong điều kiện áp dụng các tiêu chuẩn trƣớc đây không còn hiệu lực. Mặt khác, những năm gần đây mật độ giao thông trên toàn Tỉnh ngày một gia tăng, ảnh hƣởng trực tiếp đến tuổi thọ công trình, tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất an toàn giao thông cho ngƣời và phƣơng tiện cũng nhƣ khả năng phục vụ công trình cầu khi phƣơng tiện lƣu thông qua cầu. - Trong số đó có cầu Vĩ Dạ nằm trên Quốc lộc 49A, bắc qua sông Nhƣ Ý nối đƣờng Bà Triệu và đƣờng Phạm Văn Đồng, thuộc địa phận thành phố Huế, tỉnh Thừa Thiên Huế. Cầu đƣợc thiết kế theo quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18-79, với qui mô vĩnh cửu bằng BTCT và BTCTDƢL, gồm 5 nhịp dầm giản đơn chữ T bằng BTCT DUL dài 33m, mặt cắt ngang gồm 6 phiến dầm, với tổng chiều dài cầu L=169,5m. Khổ cầu: B = 2,5 + 8 + 2,5. Tổng bề rộng cầu 14,0m. - Trải qua một thời gian khai thác (từ tháng 5 năm 1998), hiện trạng cầu đang khai thác và sử dụng tốt. Tuy nhiên, đứng trƣớc áp lực lƣu lƣợng và tải trọng giao thông ngày càng tăng, và tải trọng tính toán theo quy trình thiết kế đã không còn hiệu lực. Nên cần phải có đánh giá lại khả năng phục vụ của cầu Vĩ Dạ theo yêu cầu tải trọng mới, đồng thời phân tích độ tin cậy của kết cấu cầu để bổ sung các thông tin cho cơ quan quản lý khai thác là hết sức cần thiết. Việc phân tích độ tin cậy của công trình cầu hiện nay chƣa đƣợc quan tâm đúng mức. Một phƣơng pháp nghiên cứu khả năng chịu tải thông qua chỉ số độ tin cậy là lý thuyết độ tin cậy. 2. Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của đề tài là thông qua các số liệu khảo sát, đo đạc thử tải cầu hiện trạng và phân tích khả năng chịu lực của kết cấu nhịp cầu và đánh giá độ tin cậy theo chỉ số độ tin cậy. 3. Phạm vi nghiên cứu - Đánh giá khả năng chịu tải của cầu Vĩ Dạ theo yêu cầu của hoạt tải thiết kế mở rộng, là cơ sở để phục vụ việc thiết kế gia cố, tăng cƣờng (nếu cần thiết). - Đánh giá độ tin cậy cầu Vĩ Dạ nhằm bổ sung các thông tin cho đơn vị khai thác và quản lý cầu. - Các kết quả nghiên cứu chỉ thực hiện trên kết cấu nhịp (dầm chủ BTCT DƢL) cầu Vỹ Dạ. 2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu của luận văn đƣợc giải quyết thông qua các phƣơng pháp nghiên cứu kết hợp giữa nghiên cứu thực nghiệm và nghiên cứu lý thuyết: - Nghiên cứu thực nghiệm: tiến hành đo đạc hiện trạng cầu, đo đạc ứng xử kết cấu nhịp cầu Vĩ Dạ dƣới tác dụng của hoạt tải thí nghiệm. - Nghiên cứu lý thuyết: áp dụng lý thuyết tính toán độ tin cậy để tính toán chỉ số độ tin cậy kết cấu nhịp cầu Vĩ Dạ. 5. Bố cục đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận, các danh mục và phụ lục, luận văn đƣợc trình bày thành 3 chƣơng: Chƣơng 1 : Công trình cầu Vĩ Dạ, thành phố Huế, tỉnh Thừa Thiên Huế. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết đánh giá độ tin cậy của kết cấu công trình. Chƣơng 3: Phân tích khả năng chịu tải và đánh giá độ tin cậy Cầu Vĩ Dạ. 3 CHƢƠNG 1 CÔNG TRÌNH CẦU VĨ DẠ, THÀNH PHỐ HUẾ, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG CÔNG TRÌNH CẦU VĨ DẠ 1.1.1. Vị trí xây dựng công trình Hình 1.1. Bản đồ thể hiện vị trí của cầu Vĩ Dạ Cầu Vỹ Dạ bắc qua sông Nhƣ Ý, thành phố Huế - Địa điểm xây dựng: Phƣờng Xuân Phú và phƣờng Vĩ Dạ Thành phố Huế, tỉnh Thừa Thiên Huế. Hình 1.2. Vị trí xây dựng cầu Vỹ Dạ, Thừa Thiên Huế 1.1.2. Tải trọng thiết kế và qui mô công trình - Cầu Vỹ Dạ đƣợc thiết kế với qui mô vĩnh cửu bằng BTCT và BTCTDƢL. +Tải trọng thiết kế: Đoàn xe H30-XB80; ngƣời đi bộ 300 kg/m2. 4 - Cầu đƣợc thiết kế theo quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18-79. Đƣờng hai đầu cầu theo tiêu chuẩn đƣờng cấp III, có xét đƣờng đô thị loại 2. 1.2. HIỆN TRẠNG CỦA CẦU VĨ DẠ 1.2.1. Bố trí chung cầu Hình 1.3: Sơ đồ nhịp cầu Vĩ Dạ 1.2.2. Kết cấu phần trên Hình 1.4. Hình ảnh kết cấu nhịp cầu Vỹ Dạ -Toàn cầu gồm 5 nhịp dầm giản đơn. Kết cấu nhịp dầm BTCTDƢL chữ T lắp ghép. Chiều cao dầm chủ 1,7m; mối nối dọc và dầm ngang đổ bê tông tại chổ; -Mặt cắt ngang cầu gồm 6 phiến dầm cách nhau 2,3m. -Lớp phủ mặt cầu bằng BTN đƣợc tạo dốc ngang 1,5% để thoát nƣớc; 1.2.3. Kết cấu phần dƣới - Hai mố cầu M1 và M2: dạng mố nặng dạng vùi bằng BTCT đổ tại chỗ. Mỗi mố tựa trên móng cọc đóng gồm 22 cọc BTCT tiết diện 40x40cm. Tứ nón, chân khay và taluy đƣờng sau mố kè đá hộc xây vữa. Bệ mố, thân mố, xà mũ mố bằng bê tông cốt thép M300. 5 Hình 1.5: Mố cầu Vỹ Dạ - Kết cấu trụ T1, T2, T3 và T4: dạng kết cấu có kiến trúc chữ “V” bằng BTCT đổ tại chổ. Mỗi trụ cầu tựa trên móng cọc đóng từ (24-26) cọc BTCT tiết diện 40x40cm. Bệ trụ, thân trụ, xà mũ trụ bằng BTCT M300. 1.2.4. Các hạng mục khác Gờ chắn bánh xe bằng BTCT M300. Trên cầu có bố trí đèn cao áp chiếu sáng. Ống thoát nƣớc Ф=15cm, trên mỗi nhịp đặt 6 ống thoát nƣớc. Phía dƣới mặt cầu có bố trí hệ thống cấp nƣớc thành phố Ф=40cm. Hình 1.6. Các hạng mục khác cầu Vỹ Dạ 6 1.3. NHU CẦU TẠO CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỂ QUẢN LÝ CÁC CẦU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THỪA THIÊN HUẾ HIỆN NAY Thu thập dữ liệu đƣờng bộ là một công việc mang tính kỹ thuật đƣợc tiến hành thƣờng xuyên để kiểm tra mức độ xuống cấp và hƣ hại của cầu đƣờng bộ nhằm đảm bảo sự an toàn, tính liên tục và êm thuận của giao thông đƣờng bộ. Hạ tầng giao thông đƣờng bộ đƣợc sử dụng và tiếp xúc với các tác động tự nhiên và tải trọng xe, vì vậy tình trạng hƣ hỏng xảy ra theo thời gian do cơ sở hạ tầng lão hóa, tải trọng giao thông và sự xuống cấp do tiếp xúc tự nhiên. Đó là thách thức cho tất cả các cấp cơ quan đƣờng bộ từ trung ƣơng tới địa phƣơng để bảo tồn tính năng của hệ thống giao thông hiện có đồng thời mở rộng kinh phí cho mạng lƣới giao thông để đối phó với nhu cầu ngày càng tăng. Để phù hợp với cách tiếp cận đầu tƣ cân bằng, phƣơng pháp tiếp cận có hệ thống là cần thiết để tối ƣu hóa các nguồn lực. Hệ thống quản lý cầu đƣờng bộ có thể giữ một vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ những cán bộ ra quyết định đƣa ra những quyết định đúng đắn. Quản lý cầu đƣờng bộ là một quy trình có hệ thống để bảo trì, nâng cấp và vận hành cầu đƣờng bộ hiệu quả, kết hợp các nguyên tắc kỹ thuật với thực tế kinh doanh và việc phân tích kinh tế, và cung cấp các công cụ để tạo điều kiện tiếp cận linh hoạt và có tổ chức hơn nhằm đƣa ra các quyết định cần thiết để đạt đƣợc hiệu quả mong muốn. Toàn tỉnh Thừa Thiên Huế có 476 cầu có chiều dài tổng cộng 18.052m trên các tuyến đƣờng huyện, thị xã, đƣờng tỉnh, đƣờng đô thị, đƣờng vành đai, đƣờng quốc lộ. Các cây cầu hầu nhƣ đƣợc xây dựng từ lâu (có những cây cầu xây dựng trƣớc năm 1975) nên tại thời điểm hiện tại, với hệ thống quản lý chất lƣợng cũng nhƣ hệ thống quản lý khai thác vận hành khác hơn nhiều so với thời điểm xây dựng. Mặt khác, những năm gần đây mật độ giao thông trên toàn Đất nƣớc ngày một gia tăng, và việc Nƣớc ta hội nhập Quốc tế nên hệ thống vận tải cũng phải đáp ứng với nhu cầu mới, dẫn đến việc các cây cầu phải gồng mình trƣớc các loại tải trọng mới, lớn hơn các tải trọng tính toán, gây ảnh hƣởng rất lớn đến khả năng chịu lực của các kết cấu cầu và trực tiếp ảnh hƣởng đến tuổi thọ công trình cầu, tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất an toàn giao thông cho ngƣời và phƣơng tiện cũng nhƣ khả năng phục vụ công trình cầu khi phƣơng tiện lƣu thông qua cầu. Thực trạng công tác tổ chức khai thác cầu hiện nay dẫn đến công tác quản lý lõng lẽo, nguồn vốn duy tu sửa chữa hàng năm hạng hẹp, không đủ dữ liệu để quản lý và khai thác nên công trình nhanh chóng giảm khả năng chịu lực theo thời gian, dẫn đến các bộ phận của cầu suy giảm khả năng chịu lực nên tuổi thọ của công trình không cao. Đứng trƣớc các thách thức đặt ra rất lớn cho ngành giao thông vận tải là làm sao vẫn giữ nguyên những cây cầu hiện trạng nhƣng vẫn đáp ứng đƣợc khả năng khai thác hoặc tối thiểu là đáp ứng một loại tải trọng nào đó. Hiện nay, các Sở 7 chuyên ngành chỉ quản lý với các dữ liệu mang tính hiện trạng công trình nhƣ: kích thƣớc hình học của các cấu kiện, sơ đồ nhịp, tải trọng thiết kế, loại dầm; mố; trụ,…. Với các dữ liệu quản lý rất sơ sài nhƣ vậy, việc xác định các khả năng khai thác, khả năng chịu tải đối với các cây cầu là không thể, nếu đƣợc hay chăng đi nữa chỉ mang tính chủ quan, không mang tính khoa học và rất là bất cập, dẫn đến những hậu quả đáng tiết, không mong muốn. Vì vậy, nhu cầu tạo cơ sở dữ liệu cho việc quản lý trở nên rất cần thiết và cấp bách. Việc tạo cơ sở dữ liệu giúp cải thiện công việc quản lý nhƣ: cung cấp đầy đủ số liệu phục vụ chuẩn đoán sức khỏe công trình cầu, tăng độ chính xác, giảm thời gian và công việc khi thiết kế cải tạo hay nâng cấp, khắc phục đƣợc tƣ duy quản lý trƣớc đây nhƣ “hƣ đâu sửa đó”, giúp cho nhà quản lý lập kế hoạch duy tu, bảo dƣỡng. 1.4. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI THỰC TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CẦU VĨ DẠ Hình 1.7. Toàn cảnh cầu Vỹ Dạ Trong tất cả các đƣờng tuyến đƣờng thuộc thành phố Huế, chỉ có hai tuyến đƣờng quốc lộ đi qua thành phố. Tuyến quốc lộ 1 là tuyến cửa ngõ thành phố theo hƣớng Bắc Nam, tuyến quốc lộ 49A là tuyến hƣớng từ Đông sang Tây, là tuyến 8 huyết mạch để giao thông đi lại từ miền biển lên miền núi trong tỉnh, các cầu trên tuyến hầu nhƣ đã đƣợc xây dựng mới hoặc đã đƣợc nâng cấp theo đúng tải trọng HL93, nhƣng trên tuyến chỉ có cầu Vĩ Dạ bắc qua sông Nhƣ Ý nối đƣờng Bà Triệu và đƣờng Phạm Văn Đồng, thuộc địa phận thành phố Huế đƣợc xây dựng từ năm 1998 cho đến nay vẫn chƣa đƣợc sửa chữa và nâng cấp. Cầu đƣợc thiết kế theo quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18-79, với qui mô vĩnh cửu bằng BTCT và BTCTDƢL, gồm 5 nhịp dầm giản đơn chữ T bằng BTCT DUL dài 33m, mặt cắt ngang gồm 6 phiến dầm, với tổng chiều dài cầu L=169,5m. Khổ cầu: B = 2,5 + 8 + 2,5. Tổng bề rộng cầu 14,0m. - Trải qua một thời gian khai thác (từ tháng 5 năm 1998), hiện trạng cầu đang khai thác và sử dụng tốt. Tuy nhiên, đứng trƣớc áp lực lƣu lƣợng và tải trọng giao thông ngày càng tăng, và tải trọng tính toán theo quy trình thiết kế đã không còn hiệu lực. Nên cần phải có đánh giá lại khả năng phục vụ của cầu Vĩ Dạ theo yêu cầu tải trọng mới, thời kỳ mới, hƣớng đến khả năng phục vụ tốt cho nhu cầu cần thiết của xã hội. - Căn cứ theo các Quyết đinh : + Quyết định 392/QĐ-TTg ngày 10/3/2016 của Thủ tƣớng Chính phủ về việc phê duyệt danh mục dự án Chƣơng trình phát triển các đô thị loại II (các đô thị xanh) vay vốn ngân hàng phát triển Châu Á. + Quyết định số 894/QĐ-UBND ngày 29/04/2016 của UBND tỉnh Thừa Thiên Huế về việc phê duyệt dự án đầu tƣ xây dựng Chƣơng trình phát triển các Đô thị loại II (các đô thị xanh) - tiểu dự án Thừa Thiên Huế. - Theo chƣơng trình phát triển các đô thị loại II (các đô thị xanh)-Tiểu dự án Thừa Thiên Huế, cầu Vỹ Dạ đƣợc đầu tƣ nâng cấp, mở rộng thành 4 làn xe cơ giới và 02 làn xe thô sơ với yêu cầu hoạt tải thiết kế mới là HL93 (theo tiêu chuẩn 22TCN 272:05). Quá trình thiết kế mở rộng do hạn chế ảnh hƣởng đến chi phí bồi thƣởng giải phóng mặt bằng nên việc mở rộng về cả hai phía thƣợng hạ lƣu cầu cũ. Việc tận dụng lại cầu cũ còn tốt và xây mới mở rộng để tăng khả năng thông hành là đều tất yếu. Tuy nhiên, cầu cũ đƣợc thiết kế theo tiêu chuẩn cũ 22TCN 18-79 cần phải đánh giá lại khả năng chịu lực của cầu cũ. - Một trong những khó khăn, thách thức lớn cho việc thiết kế mở rộng là thiếu thông tin, dữ liệu về khả năng chịu lực của các bộ phân của cầu ở giai đoạn khi đƣa cầu vào khai thác sử dụng, ảnh hƣởng rất lớn đến tính an toàn và ổn định cho việc thiết kế nâng cấp cầu cũ, Do vậy việc phân tích khả năng chịu tải thực tế và đánh giá độ tin cậy của cầu Vĩ Dạ là rất cần thiết và cấp bách, vừa đánh giá khả năng chịu tải thực tế, vừa tạo cơ sở dữ liệu để tiện cho công tác quản lý sau này. 9 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 2.1.1. Tổng quan về lý thuyết độ tin cậy của kết cấu công trình Khả năng làm việc an toàn của các sản phẩm kỹ thuật nói chung và của kết cấu công trình xây dựng nói riêng luôn là mục tiêu cơ bản cần phải đáp ứng, là thƣớc đo quan trọng để đánh giá chất lƣợng công trình và đƣợc xét đến trong tất cả các giai đoạn: thiết kế, thi công, quản lý và khai thác. Để đánh giá độ tin cậy cho một bộ phận kết cấu hay hệ kết cấu công trình trƣớc hết phải thực hiện mô hình hóa, nghĩa là chọn sơ đồ tính toán của kết cấu, có thể đơn giản nhƣng phải phản ánh đủ các tính chất cơ bản của hệ thực. Trong mô hình hóa, ta thƣờng quan tâm đến ba yếu tố cơ bản là tải trọng, tính chất vật liệu và kích thƣớc hình học. Từ trƣớc đến nay ngƣời ta thƣờng xem các yếu tố đó là tiền định nhƣng thực tế không đúng nhƣ vậy. Các tính chất đặc trƣng về vật liệu, tải trọng, kích thƣớc hình học của cấu kiện… phụ thuộc vào quá trình làm việc của con ngƣời và nhiều nhân tố ảnh hƣởng khác, các thông tin thu thập không đầy đủ, không chính xác và không tuân theo 1 quy luật nào. Do vậy, chúng tiềm ẩn tính ngẫu nhiên và không chắc chắn. Ngoài ra, các yếu tố nhƣ tải trọng gió, tải trọng động đất, sự ăn mòn… là những tác động tự nhiên hoàn toàn mang tính ngẫu nhiên, các thông tin về chúng cũng không thể chính xác và chắc chắn. Mặt khác trong quá trình thi công thực tế và khai thác không thể tránh khỏi những sai lệch so với hồ sơ thiết kế. Từ những phân tích mang tính thực tiễn trên, theo tiến trình phát triển của môn cơ học công trình, các mô hình đánh giá sự an toàn hay hƣ hỏng của kết cấu hình thành các quan điểm tính toán nhƣ sau: - Tính toán sự an toàn của kết cấu theo ứng suất cho phép. - Tính toán sự an toàn của kết cấu theo trạng thái giới hạn. - Tính toán sự an toàn của kết cấu theo lý thuyết độ tin cậy. Trong 3 quan điểm tính toán trên, tính toán sự an toàn của kết cấu theo lý thuyết độ tin cậy sát với thực tế hơn cả vì nó có xét đến các sai lệch ngẫu nhiên của các tham số tính toán có trong thực tế. 2.1.2. Quá trình phát triển mô hình đánh giá độ tin cậy theo phƣơng pháp lý thuyết xác suất và thống kê toán học Từ những năm đầu thế kỷ 20, việc tính toán đánh giá an toàn cho kết cấu đƣợc mô hình hóa ở dạng ứng suất cho phép và một hệ số an toàn, sau đó tính toán và kiểm tra theo trạng thái giới hạn. 10 Ở các phƣơng pháp thiết kế thông thƣờng, ngƣời ta thƣờng đƣa ra các hệ số an toàn, hệ số vƣợt tải, hệ số vật liệu… thực chất đó là giải pháp kỹ thuật để bù đắp lại những sai số ngẫu nhiên mà trong quá trình tính toán chƣa xét đến hoặc không biết đến. Để bổ khuyết cho cách tính tiền định trên, khi xét đến sai số ngẫu nhiên của các đại lƣợng tính toán, phƣơng pháp đánh giá độ tin cậy của kết cấu dựa trên lý thuyết xác suất - thống kê và quá trình ngẫu nhiên ra đời đã mang lại những hiệu quả nhất định. Một số điểm mốc quan trọng trong quá trình phát triển nhƣ sau: Những công trình đầu tiên về độ tin cậy trong cơ học kết cấu đƣợc công bố bởi Mayer và Khôialốp. Thực tế, những ứng dụng của phƣơng pháp thống kê vào cơ học kết cấu đã đƣợc bắt đầu từ 1935 bởi Xtrelexki H.C Năm 1981 B.V.Gnhedenco, B.V.Beliav, Iu.K.Xoloviev đã trình bày “Những phƣơng pháp toán học trong lý thuyết độ tin cậy” một cách có hệ thống về quan niệm thiết kế theo độ tin cậy. Việc nghiên cứu về độ tin cậy đã đƣợc tiếp tục thực hiện sau đó bởi các nhà khoa học thuộc Liên Xô cũ và phƣơng Tây. Trong những thập niên cuối thế kỷ 20, các nghiên cứu và ứng dụng độ tin cậy đã tăng lên cả về số lƣợng và chất lƣợng, ngƣời ta đã mở rộng phạm vi nghiên cứu sự biến thiên ngẫu nhiên của tải trọng và đặc trựng cơ lý của vật liệu theo thời gian, nghĩa là xét đến các quá trình ngẫu nhiên. Theo xu hƣớng phát triển của khoa học kỹ thuật, độ tin cậy dần đƣợc đƣa vào hệ thống tiêu chuẩn thiết kế, tài liệu tính toán. Các quan niệm tính toán theo ứng suất cho phép hay trạng thái giới hạn đều mang tƣ tƣởng của lý thuyết độ tin cậy. Lý thuyết độ tin cậy đƣợc sử dụng làm cơ sở của quá trình cải tiến của các tiêu chuẩn thiết kế. Hiện nay việc tính toán kết cấu theo chỉ số độ tin cậy đã đƣợc đƣa vào tiêu chuẩn một số nƣớc nhƣ Trung Quốc, các nƣớc châu Âu và tổ chức tiêu chuẩn quốc tế nhƣ Tiêu chuẩn ISO 2394-1998: Nguyên lý chung về độ tin cậy của kết cấu công trình… Những khái niệm về độ tin cậy công trình Độ tin cậy là khái niệm liên quan chặt chẽ với tuổi thọ công trình. Để làm cơ sở cho việc tính toán định lƣợng ĐTC ta có định nghĩa sau: Định nghĩa 1: Hệ thống và các phần của nó là khái niệm tổng quát hoá để mô phỏng các công trình XDCB cụ thể do con ngƣời thiết kế, xây dựng và khai thác nhằm mục đích xác định phục vụ nhu cầu đời sống vật chất và tinh thần. Hệ thống gồm nhiều phần tử, bộ phận cấu tạo theo qui tắc nhất định và có mối quan hệ tƣơng tác. Định nghĩa 2: Chất lƣợng của hệ thống là phẩm chất của hệ thống đƣợc biểu thị qua các chỉ tiêu định lƣợng, bảo đảm cho hệ thống hoạt động bình thƣờng nhƣ mục