Tinh toan phan tich va thit k ca kt

Với sức mạnh ngày nay của cả phần cứng và phần mềm, các mô hình phần tử hữu hạn ba chiều 3D phức tạp hơn đã được sử dụng trong thiết kế cấu trúc nhiều major, một phần hoặc toàn bộ.. Dựa

Tính toán

Phân tích và thiết kế

của kết cấu cầu

Chung C Fu Shuqing Wang

NHƯ PON PR ESS SÁCH

Tính toán

Phân tích và Thiết kế

of BridgeStructures

Chung C Fu Shuqing Wang

SÁCH BÁO CHÍ TÀI TRỢ

CRC Press

Nhóm Taylor & Francis

6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 300 Boca

Raton, FL 33487-2742

© 2015 bởi Taylor & Francis Group, LLC

CRC Press là một dấu ấn của Taylor & Francis Group, một doanh nghiệp của Informa

Không xác nhận quyền sở hữu đối với tác phẩm gốc của Chính phủ Hoa Kỳ

Phiên bản ngày: 20140625

Sách Tiêu chuẩn Quốc tế Số-13: 978-1-4665-7985-9 (Sách điện tử - PDF)

Cuốn sách này chứa thông tin thu được từ các nguồn xác thực và được đánh giá cao Những nỗ lực hợp lý đã được thực hiện để xuất bản dữ liệu

và thông tin đáng tin cậy, nhưng tác giả và nhà xuất bản không thể chịu trách nhiệm về tính hợp lệ của tất cả các tài liệu hoặc hậu quả của việc

sử dụng chúng Các tác giả và nhà xuất bản đã cố gắng truy tìm chủ sở hữu bản quyền của tất cả các tài liệu được sao chép trong ấn phẩm này

và xin lỗi chủ sở hữu bản quyền nếu không được phép xuất bản dưới dạng này Nếu bất kỳ tài liệu bản quyền nào chưa được công nhận, vui lòng viết và cho chúng tôi biết để chúng tôi có thể sửa chữa trong bất kỳ lần tái bản nào trong tương lai.

Trừ khi được cho phép theo Luật Bản quyền của Hoa Kỳ, không một phần nào của cuốn sách này có thể được tái bản, tái bản, truyền tải hoặc sử dụng dưới bất kỳ hình thức nào bằng bất kỳ phương tiện điện tử, cơ học hoặc phương tiện nào khác, hiện đã được biết đến hoặc sau này được phát minh, bao gồm photocopy, vi phim và ghi

âm, hoặc trong bất kỳ hệ thống lưu trữ hoặc truy xuất thông tin nào mà không có sự cho phép bằng văn bản của nhà xuất bản.

Để được phép sao chép hoặc sử dụng tài liệu điện tử từ tác phẩm này, vui lòng truy cập www.copyright com (http://www.copyright.com/) hoặc liên hệ với Trung tâm Giải phóng Bản quyền, Inc (CCC), 222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923, 978-750-8400 CCC là một tổ chức phi lợi nhuận cung cấp giấy phép và đăng ký cho nhiều người dùng Đối với các tổ chức đã được CCC cấp giấy phép photocopy, một

hệ thống thanh toán riêng đã được bố trí.

Thông báo Nhãn hiệu: Tên sản phẩm hoặc công ty có thể là nhãn hiệu hoặc nhãn hiệu đã đăng ký và chỉ được sử dụng để nhận dạng và giải thích mà không có ý định vi phạm.

Ghé thăm trang web Taylor & Francis tại

http://www.taylorandfrancis.com

và trang web CRC Press tại

http://www.crcpress.com

Hồng Hà của tác giả thứ hai Nếu không có sự hỗ trợ của họ, cuốn sách này sẽ không tồn tại Cuốn sách này cũng được dành tặng cho các thành viên gia đình của chúng tôi để họ tiếp tục hỗ trợ và động viên.

Lịch sử của những cây cầu 3

Các loại cầu và quy trình thiết kế 6 Tải trọng và

vi Nội dung

2.4.5

2.4.6

Các loại cầu khác nhau với

mô hình toán học đã chọn của họ 41

thiểu và công trình ảo 66 Xử lý quan hệ chuyển vịkhi lắp ráp ma trận độ cứng tổng thể 71 Tính phi tuyến 73Phần tử khung 75

Độ ổn định đàn hồi 78Ứng dụng trong phân tích cầu 80

Phương pháp phân tích độ rão gia tăng thời gian tự động

trong phân tích độ rão và co ngót 84 Tính toán tải trọng tương đương do độ rão và co ngót gia tăng 86 Bước xác định thời gian tự động 87 Một ví dụ đơn giản về phân tích độ rão 88

833,3

Nội dung vii

Phần II

Hành vi và mô hình cầu nối

4 cầu bê tông cốt thép

9799

4.1

4.2

Giới thiệu 99

Đặc tính vật liệu bê tông và thép 101

Hành vi không xiên / lệch

Cầu dầm bê tông 108

Nguyên lý và mô hình của cầu dầm-sàn bê tông 112

Ví dụ minh họa 2D và 3D: Cầu dầm chữ T RC 120 Ví dụ minh họa 3D: Nhịp

đơn giản xiên

cầu ngang bê tông đúc sẵn dự ứng lực - Cầu Knoxville, Frederick, Maryland 123

Cơ bản về ứng suất trước 129

Nguyên lý và mô hình ứng suất 134

Ví dụ minh họa 2D về cầu bê tông dự ứng lực / dự ứng lực sau nguyên mẫu

ở Hoa Kỳ 140 Ví dụ minh họa 3D về cầu bê tông dự ứng lực hai ô — Cầu

Verzasca 2, Thụy Sĩ 144

đổi 146 Mô hình 2: Dầm liên tục có gối tựa xiên 147

5.3

5,4

5.4.2.2

5.4.2.3 Mô hình 3: Một dầm chế tạo một

giai đoạn 147

Mô hình 4: Dầm được xây dựng với các giai đoạn thi công thực tế 149 Mô hình 5: Ba dầm

xiên được hỗ trợ 149Kết quả phân tích cầu Verzasca 2 151

đổi 151 Mô hình 2: Dầm liên tục có gối tựa xiên 152

Mô hình 3: Một dầm chế tạo một giai đoạn 152

Mô hình 4: Dầm được xây dựng với các giai đoạn thi công thực tế 153 Mô hình 5: Ba dầm

xiên được hỗ trợ 154

Ví dụ minh họa 3D về cầu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn US23043

— Maryland 155

với các phần tử tấm 156 Mô hình 2: Bản sàn được mô hình hóa với các phần tử dầm 159

Kết quả phân tích cầu US23043 160

với các phần tử dầm 160

Ví dụ minh họa về cầu dầm hộp dự ứng lực ba

nhịp 160

Ví dụ minh họa về cầu đúc hẫng bê tông nhịp dài - Giang Tô, Cộng

hòa Nhân dân Trung Hoa 165

167

Kết quả của các đường gân bị uốn cong của mạng nhện Kết quả của hai cách tiếp cận về sự khử kích hoạt

169trên 169

5.4.2.45.4.2.55.4.3

5.4.3.25.4.3.35.4.3.45.4.3.55.5

5.5.1.25.5.2

5,6

5,7

5.7.2

5.7.3

Nội dung ix

6.1.2.16.1.2.26.1.2.36.1.2.4Kiểm soát hình học xây dựng 176

Phương trình cho nhiều ô 173 Phương trình cân bằng 174

Phương trình tương thích 175Quy luật cấu tạo của vật liệu 1766.1.3

Nguyên lý và mô hình của cầu bê tông cong 176

họa các ví dụ về Giao lộ Pengpo, Hà Nam, Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa 182

Mô hình Grillage được minh họa cho các ví dụ minh họa—

Cầu FHWA số 4 185

Mô hình phần tử hữu hạn 3D minh họa

ví dụ — Cầu nối nghiên cứu điển hình NCHRP 186

Nguyên lý và mô hình cầu dầm chữ I thép

minh họa 2D và 3D về cây cầu dầm chữ I bằng thép được uốn - Cầu

MD140, Maryland 218

Ví dụ minh họa 2D và 3D về cầu dầm chữ I bằng thép cong — Đường mòn Rock CreekPedestrianBridge, Maryland 224 Ví dụ minh họa 2D và 3D về cây cầu bị lệch và

Cầu dầm chữ I bằng thép gấp khúc với thanh giằng uốn cong

2D và 3D được minh họa ví dụ minh họa về mô hình toàn cầu

và cục bộ của cầu dầm chữ I nhịp đơn giản — Cầu đường

I-270 Middlebrook, Germantown, Maryland 229

Ví dụ minh họa 2D và 3D về cầu dầm hộp

thẳng 249

Các ví dụ minh họa 2D và 3D về cầu dầm hộp cong — Cầu tàu điện

họa 2D và 3D về cầu dầm hộp cong ba chiều — Cầu Estero

Parkway, Lee County, Florida 255

Nội dung xi

9.2.2.19.2.2.29.2.2.3Nguyên lý và phân tích cầu vòm 280

móc treo và lò xo vòm 283 Đo lực móc treo-cáp 285

Mặt cắt của vòm chính 276 Xoay dọc 276

Xoay ngang 2779.3

Ví dụ minh họa 3D về phân tích xây dựng— Cầu Yajisha, Quảng

Châu, Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa 289

Ví dụ minh họa 3D về một vòm cột được đề xuất

phân tích cầu — Lâm Nghi, Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa 292 Ví dụ minh họa 3D về cầu vòm—

Cầu sông Hoàng Hà Liễu Giang, Trịnh Châu, Cộng hòa

Nhân dân Trung Hoa 292

Ứng xử của cầu giàn thép 302

Nguyên lý và mô hình của cầu trục thép 306

Ví dụ minh họa 3D — Cầu giàn ngựa cho người đi bộ 308 Ví dụ minh họa 2D — Cầu Tydings, Maryland 313

Ví dụ minh họa 3D — Francis

Cầu Scott Key, Maryland 318

Ví dụ minh họa 3D — Cầu Thượng Tín, Chiết Giang, Cộng

hòa Nhân dân Trung Hoa 321

11 cầu dây văng 329

11.1

11,2

Khái niệm cơ bản về cầu dây văng 329 Ứng xử của

cầu dây văng 335

Phân khối lớn 347

Độ ổn định 348Hành vi năng động 349

Nguyên lý và mô hình của cầu dây văng 355

Ví dụ minh họa về Cầu Sutong, Giang Tô, Cộng hòa

Nhân dân Trung Hoa 361 Ví dụ minh họa với chế độ

12.2.2

12.2.3

Hành vi của cầu treo 379

12.3

Nội dung xiii

379 Cơ bản về phân tích cầu treo382Phân tích tải trọng trực tiếp của cầu treo 384 Xác định ban đầucấu hình của cầu treo 385 Xem xét các thay đổi tiếp tuyến của cáp 387 Bù yên và thả

độ võng của các trụ 388 Độ cứng ứng suất ban đầu thấp của cáp chính gần với trụ 388

Nguyên lý và mô hình của cầu treo 389

Các chủ đề đặc biệt của cầu

13 Mô hình thanh chống và buộc

397399

Ví dụ tính toán thủ công của STM 407

13,2

13.2.2

Kiểm tra khả năng của thanh chống 412 Kiểm tra giới hạn ứng suất vùng nút 413 Kiểm tra chi tiết

neo của các mối quan hệ 414

Ví dụ minh họa 2D 1 — Mố trên cọc 414

Ví dụ minh họa 2D 2 — Cầu tàu có tường 416 Ví dụ minh họa

2D 3 — Dầm cầu trục 416 Ví dụ minh họa 2D / 3D 4 — Cầu

tàu đầu búa của Cầu Thomas Jefferson 421

Ví dụ minh họa 2D 5 — Nắp uốn cong tích phân 426 Khả năng

tương thích thay thế STM và ví dụ minh họa 2D 6 — Nắp uốn cong

vấn đề vênh dầm 440

Sự vênh tuyến tính của các thành viên thép 441

Phân tích vênh của hoa mẫu đơnkèo theo phương pháp của Timoshenko 44314.2.2.3 Nghiên cứu điển hình về giàn ngựa bằng

Phương pháp của Timoshenko 444Phương pháp phân tích độ ổn định của phương pháp FEM 446

Ví dụ minh họa 3D với phân tích độ vênh tuyến tính của giàn ngựa

con, Pennsylvania 447

Ví dụ minh họa 3D với phân tích vênh tuyến tính của khung vòm đơn

giản tiêu chuẩn 450

Ví dụ minh họa 3D với phân tích độ vênh tuyến tính của một cây cầu vòm có

dây buộc được đề xuất — Linyi,

Cộng hòa nhân dân Trung Hoa 452

Ví dụ minh họa 3D với phân tích ổn định phi tuyến của

một cây cầu dây văng, Giang Tô, Cộng hòa Nhân dân

Nội dung xv

15.1

15,2

Khái niệm cơ bản về dự phòng cầu 459

Nguyên lý và mô hình phân tích dự phòng cầu 462

3D dưới tải trọng nổ của một cây cầu dầm thép, Maryland

Mô hình hóa IABs 498

Ví dụ minh họa về cầu dầm thép trong mô hình phần tử hữu

hạn liên tục đất 3D 507

Đất 50716,5

17.1

17,2

Khái niệm cơ bản về phân tích động lực học 511

Nguyên lý của phân tích động cầu 514

phân tích địa chấn 520Phân tích lịch sử thời gian phi tuyến 52317.2.3.2

Phân tích tải trọng nổ 523 Phân tích gió 527

17.2.4

17.2.5

Mô hình cầu để phân tích động lực học 528

phân tích đẩy 533Thay thế tĩnh phi tuyến—

Phân tích đẩy mạnh phương thức 535

Ví dụ minh họa 3D về phân tích động đất của SPA, MPA, và NL-THA —

FHWA Cầu số 4 536

họa 3D về một cây cầu có trụ cao chịu sóng địa chấn xiên - Cầu

Pingtang, Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa 544

17.3

17.3.3.217.4

Nội dung xvii

cong và bề mặt 558 Tính toán điểm mặt cầu 560

Điều khiển hình học cầu phân đoạn đúc sẵn 561

Đường cong cuối cùng và đường cong đúc

lý thuyết 562

Phân đoạn truyền và

khớp diễn viên phân đoạn 564

Đúc và khớp 564Các điểm kiểm soát và biến đổi 566 Quy trình đúc và kiểm soát 566 Tìm và sửa lỗi 567 Sự phát triển của kiểm soát hình học

trong cầu phân đoạn đúc sẵn 568 Biến đổi hình học 568

hệ tọa độ địa phương 569 Chuyển đổi giữa

hai hệ tọa độ 570 Định nghĩa hệ đúc trong hệ thống toàn cầu 570Một ví dụ về điều khiển hình học đúc khớp dòng ngắn 571

Xu hướng mô hình hóa và trực quan hóa cầu máy tính 573

18.6.1.218.6.1.318.6.2

18,7

Lời nói đầu

Cầu bao gồm các cấu trúc siêu và phụ Các kết cấu thượng tầng, thường được gọi là kết cấu mặt cầu, theo truyền thống được phân tích bởi chính bản thân mặt cầu để phân tích tải trọng Việc thay đổi các thông số kết cấu, thậm chí cả kiểu kết cấu, trong quá trình thiết kế là không thể chấp nhận được, bởi

vì chương trình máy tính có thể biết tính toán ứng suất, độ võng và nội lực trong vài giây Thông qua những tiến bộ trong khả năng máy tính, chia lưới trong tiền xử lý và hiển thị đường viền nhanh chóng trong hậu xử lý là tiêu chuẩn của hầu hết các chương trình máy tính phân tích và thiết kế cầu Với sức mạnh ngày nay của cả phần cứng và phần mềm, các mô hình phần tử hữu hạn ba chiều (3D) phức tạp hơn đã được sử dụng trong thiết kế cấu trúc nhiều major, một phần hoặc toàn bộ Dựa trên khả năng sẵn có hiện tại và tiềm năng trong tương lai, phần cứng máy tính hiệu suất cao và các công nghệ phần mềm tiên tiến thậm chí có thể mang đến cơ hội chưa từng có để phát triển thế hệ mới các

hệ thống phân tích và thiết kế tích hợp với cầu đường để không chỉ mang lại lợi ích cho thiết kế cầu mới mà còn cả xếp hạng tải và bảo trì thường xuyên của những cây cầu hiện có, sẽ được thảo luận ở phần 2 Chương 1 và 18

Tuy nhiên, bất kể công nghệ máy tính dẫn đầu đến đâu, một kỹ sư cầu nối cần có kiến thức cơ bản về ứng xử của cầu dưới sự kết hợp của các loại tải trọng khác nhau trong các giai đoạn xây dựng khác nhau Quyển sách này đầu tư về sự chuyển giaothefund Basicknowledgeofbridges toanovel khoảng các loại allmajorbridge Một số chương trình máy tính đã được sử dụng để phân tích các ví dụ

về cầu được minh họa trong suốt cuốn sách này Chúng tôi có ý định trình bày nguyên lý hơn là khả năng của từng chương trình, do đó, các chi tiết hạn chế về đầu vào dữ liệu và thông số kỹ thuật mã được cung cấp Các tính năng đặc biệt là sự trình bày của một loạt các loại kết cấu cầu nhưng khá độc lập với mã

xix

Quyển sách này được chia thành các phần: Phần I đồng tổng thể về mặt tổng thể cầu, Phần II bao gồm hành vi của cầu và mô hình hóa tất cả các loại cầu, và Phần III bao gồm các chủ đề đặc biệt về cầu Trong Phần I, Chương 1 cung cấp chủ đề phục hồi và phân tích tính toán phù hợp với kết cấu cầu Các phương pháp này thay đổi từ phân tích gần đúng đến phân tích tinh chỉnh tùy thuộc vào kích thước, độ phức tạp và tầm quan trọng của cây cầu Với công nghệ máy tính cải tiến nhanh chóng, chúng trở nên đơn giản và phổ biến hơn Chương 3 cung cấp nền tảng và cách tiếp cận của các phương pháp số đặc biệt cho cầu.

Phạm vi của Phần II là cung cấp thông tin về các chủ đề phân tích và kỹ thuật mô hình hóa phù hợp cho việc thiết kế và đánh giá các loại cầu khác nhau Các chương bao gồm các ví dụ minh họa về các cây cầu trên khắp thế giới, đặc biệt là intheUnitedStatesandPeople'sRepublicof China Chúng tôi bắt đầu từ cầu kiểu boong, đặc biệt là kiểu dầm Chương 4 đến chương 6 thảo luận về cầu bê tông Chương 7 và 8 nghiên cứu về cầu thép Trong đó có 4 chương, từ 9 đến 12, thảo luận về cầu vượt, cầu giàn, cầu dây văng và cầu treo, trong đó, ngoại trừ cầu giàn được xây dựng chủ yếu bằng thép, ba cầu khác có thể xây dựng hoặcconcreteorsteel

Trong Phần III, với mục đích phân tích, một số chủ đề đặc biệt, chẳng hạn như mô hình thanh chống và thanh giằng (Chương 13), phân tích ổn định (Chương 14), phân tích dư thừa (Chương 15), cầu tích phân (Chương 16), động / phân tích động đất (Chương 17), và đo cầu (Chương 18), được bao gồm để hoàn thành cuốn sách Trong phần này, các mô hình có thể bao gồm siêu cấu trúc và cấu trúc con Có thể đã sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn 3D của phân tích phi tuyến Các vấn đề chính của những phát triển gần đây trong công nghệ cầu cũng được thảo luận trong các chương đó Trọng tâm chủ yếu là cầu vượt trên xa lộ, mặc dù là cầu vượt

Nhìn chung, cuốn sách này có thể phân tích bằng cách sử dụng các mô hình toán học tương đối đơn giản hoặc phức tạp hơn với các ý nghĩa vật lý đằng sau mô hình, để các kỹ sư có thể tự tin với các kỹ thuật xác nhận, thậm chí cả cấu trúc cầu phức tạp

Chung C Fu, Tiến sĩ, Chuyên gia sản xuất, FASCE, là giám đốc / giáo sư nghiên cứu / cầu nối

Chuyên gia tư vấn tại Trung tâm Phần mềm và Công nghệ Kỹ thuật Cầu nối (BEST), Khoa Kỹ thuật Dân sự và Môi trường, Đại họcMaryland, CollegePark, Maryland Các lĩnh vực chuyên môn của Tiến sĩ Fu bao gồm tất cả các loại kỹ thuật kết cấu, kỹ thuật cầu, kỹ thuật động đất, ứng dụng máy tính trong kết cấu, phân tích phần tử hữu hạn, bê tông hiệu suất siêu cao (UHPC), thép (mỏi)

và các ứng dụng composite bao gồm polyme cốt sợi (FRP) và thép hiệu suất cao (HPS) để nghiên cứu và xây dựng cầu sáng tạo (IBRC), quản lý cầu, thử nghiệm (vật liệu và kết cấu) và ứng dụng đánh giá không phá hủy (NDE)

Shuqing Wang, PhD, PE, là chuyên gia GIS cấp cao về hợp đồng với

Cục quản lý đường cao tốc liên bang; đồng nghiệp nghiên cứu / nhà tư vấn cầu, Trung tâm BESTC, UniversityofMaryland, CollegePark, Maryland, về phát triển phần mềm cầu và phân tích cấu trúc; và cựu giám đốc trực tiếporofBridgeCADDivision, DepartmentofBridgeEngineering, Đại học Tongji, Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa Các lĩnh vực chuyên môn của ông trải rộng từ các công nghệ phần mềm tiên tiến hàng đầu đến các ngành kỹ thuật cầu, đặc biệt là phát triển hệ thống phân tích cấu trúc và mô hình hóa cầu hiện đại Các mối quan tâm nghiên cứu của Dr.Wang hiện tập trung vào việc hình dung hành vi cấu trúc trong thời gian thực và đại diện cho các mô hình cơ và hình học của cầu trong thời gian thử nghiệm

xxiii

Phần I

Chung

Giới thiệu

1.1 HIstoryofBrIdges

Trong suốt cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, cả phân tích cấu trúc và khoa học vật liệu đã trải qua những tiến bộ vượt bậc Trước thời điểm đó, các cấu trúc nhân tạo, chẳng hạn như cầu, về cơ bản được thiết kế bởi nghệ thuật, thay vì khoa học hoặc kỹ thuật Lý thuyết về cấu trúc không tồn tại, và kiến thức về cấu trúc rất hạn chế Do đó, những cây cầu được thiết kế trong thời kỳ đó hầu như dựa trên những bằng chứng thực nghiệm về những gì đã hoạt động trước đó Khi các nguyên tắc điều chỉnh các hành vi kết cấu được hiểu rõ hơn, việc tính toán các nguyên tắc đó được coi là hướng dẫn cho việc ra quyết định trong thiết kế kết cấu Đồng thời, với sự tiến bộ trong sản xuất vật liệu cầu chính là bê tông và thép, thiết kế cầu đã trở thành khoa học hơn là nghệ thuật

Thời cổ đại, các cây cầu được xây dựng bằng các nguồn tài nguyên thiên nhiên như gỗ, đá và đất sét với độ dài nhịp rất hạn chế, cho đến khi vữa, dạng xi măng poóc lăng sơ khai, được phát minh Với vật liệu vữa và hình dạng cấu trúc vòm, người La Mã đã có thể xây dựng những cây cầu mạnh và nhẹ

và thậm chí cả những cầu cạn dài, chẳng hạn như cầu cạn trong Hình 1.1, được xây dựng vào thế kỷ thứ nhất Vào thế kỷ thứ bảy, Trung Quốc đã có thể sử dụng gang làm đinh tán để ghép các đoạn đá vào nhau trong quá trình xây dựng Cầu Anji như thể hiện trong Hình 9.1, cầu này vẫn được sử dụng sau nhiều cuộc chiến tranh, lũ lụt và động đất Kỹ thuật không được cải thiện cho đến thế kỷ thứ mười tám khi kiến thức khoa học và kỹ thuật mới được biết đến rộng rãi hơn Vật liệu xây dựng mới, sắt, đặc biệt là gang được sản xuất hàng loạt, cho phép tạo ra các hệ thống cầu mới như giàn Cây cầu giàn bằng gang đầu tiên trên thế giới được xây dựng ở Coalbrookdale, Telford, Anh vào năm 1779, thể hiện trong hình 1.2 Cây cầu này vẫn được sử dụng để thỉnh thoảng vận chuyển nhẹ và người đi bộ Những cây cầu hiện đại là sự phát triển của những cây cầu ban đầu sử dụng vật liệu hiện đại, bê tông

và thép Với sự hỗ trợ của công nghệ hiện đại, đặc biệt là sau khi phát minh ra máy tính và máy tính liên quan

3

4 Phân tích tính toán và thiết kế kết cấu cầu

Hình 1.1 Cầu cạn La Mã, Pont du Gard, Pháp (Được sự cho phép của http://en.wikipedia.org/

wiki / Tệp: Pont_du_Gard_BLS.jpg.)

công cụ, cầu có thể được xây dựng với chiều dài nhịp đáng kinh ngạc Cầu cạn La Mã đã truyền cảm hứng cho việc xây dựng một cấu trúc cầu cạn La Mã đáng kinh ngạc khác, Cầu cạn Millau (Hình 1.3), một cây cầu dây văng ở miền Nam nước Pháp Đây là cây cầu cao nhất thế giới với một trong những cột buồm đứng ở độ cao 343 m (1125 ft) so với chân của cấu trúc Hiện tại, cây cầu có nhịp dài nhất thế giới (1991 m hay 6532 ft) là cầu Akashi Kaikyo, một cây cầu treo nối thành phố Kobe trên đất liền Honshu với Iwaya trên đảo Awaji, Nhật Bản (Hình 1.4)

Mặc dù các cầu nhịp cực dài, giống như cầu dây văng và cầu treo, là những tuyệt tác của kết cấu cầu, nhưng cầu nhịp trung bình đến ngắn là tiêu chuẩn Tại Hoa Kỳ, các mạng lưới giao thông quan trọng nhất là xa lộ Hệ thống bao gồm hơn 44.000 dặm (70.800 km) đường bộ và khoảng 55.000 cầu

Sự phát triển của Hệ thống Xa lộ Liên tiểu bang sau Thế chiến II cũng thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật cầu trong thế kỷ trước Sự ra đời của Hệ thống Xa lộ Liên tiểu bang đã dẫn đến việc áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế thống nhất ở Hoa Kỳ và cuối cùng là khoa học kỹ thuật cầu Trong thời đại của dự

án công trình công cộng lớn nhất này, việc sản xuất hàng loạt vật liệu xây dựng và xây cầu, các thủ tục đơn giản hóa và các mô hình phân tích đơn giản đã được tạo ra và sử dụng

Hình 1.2 Cây cầu giàn gang đầu tiên tại Coalbrookdale, Telford, Anh (Lịch sự

của Tata Steel European Limited.)

Hình 1.3 Cột buồm cao nhất: Cầu cạn Millau, Pháp

6 Phân tích tính toán và thiết kế kết cấu cầu

Hình 1.4 Cầu có nhịp dài nhất: Cầu Akashi Kaikyo, Nhật Bản (Được phép của Yokogawa

Tổng công ty Bridge.)

đã tạo ra một phương pháp xây dựng cầu hiệu quả và khả thi theo cách vừa nhất quán vừa có thể quản lý được (Tonias 1994) Tuy nhiên, với sự tiến bộ của các phương pháp tính toán và công cụ máy tính, ngày nay các phương pháp phân tích tinh vi và phức tạp hơn đã trở nên phổ biến hơn

1.2 Các loại BrIdge và quy trình desIgn

Mặc dù vật liệu tổng hợp polyme gia cố bằng sợi (FRP) dần dần đóng một số vai trò trong cơ sở hạ tầng dân dụng, bê tông và thép vẫn là vật liệu chính cho cầu Bê tông và thép có thể tạo thành các hình dạng khác nhau và xây dựng các kiểu kết cấu khác nhau Theo Cơ quan Kiểm kê Cầu Quốc gia Hoa Kỳ (NBI), tính đến năm 2012, Hoa Kỳ có 607.379 cây cầu đường cao tốc trong đó 403.072 cây cầu (72,12%) là cầu kiểu bản, dầm hoặc khung,

10.649 (1,75%) là cầu kiểu giàn và 7125 (1,17%) là cầu kiểu vòm

cầu Chỉ có 45 (0,01%) là cầu dầm văng và 96 (0,02%) là cầu dây văng Một kiểu cầu độc đáo khác phổ biến ở vùng ven biển

là cầu di chuyển Cầu di chuyển là loại cầu nâng, cầu cơ bản hoặc xoay, và có 840 (0,14%) loại cầu này ở Hoa Kỳ Tuổi trung bình của một cây cầu đường cao tốc Hoa Kỳ là khoảng 43 tuổi, trong khi tuổi trung bình của 76.000 + cây cầu đường sắt Hoa Kỳ là lâu đời hơn nhiều

Đối với xây dựng cầu mới, có 4 giai đoạn cơ bản của quá trình thiết kế: giai đoạn thiết kế ý tưởng, giai đoạn thiết kế sơ bộ, giai đoạn thiết kế chi tiết và giai đoạn thiết kế thi công Giai đoạn thiết kế ý tưởng là một quá trình nhằm phát triển một số phương án cầu khả thi và quyết định một hoặc một số khái niệm để xem xét thêm Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ,

chương trình tốt nhất được chọn và ước tính chi phí được tiến hành Giai đoạn thiết kế chi tiết là quá trình hoàn thiện tất cả các chi tiết của kết cấu cầu để xây dựng Cuối cùng, giai đoạn thiết kế xây dựng là quá trình đưa ra các quy trình từng bước để xây dựng cây cầu Mỗi giai đoạn thiết kế trước đó phải xem xét cẩn thận các yêu cầu của các giai đoạn tiếp theo Ví dụ, khả năng xây dựng cầu phải được xem xét trong giai đoạn thiết kế chi tiết; Ngoài ra, chi phí và tiến độ thi công cũng như tính thẩm

mỹ phải được xem xét trong giai đoạn thiết kế sơ bộ Một cây cầu hiện có ở Hoa Kỳ trải qua các chu

kỳ kiểm tra và đánh giá tải trọng hai năm một lần

Phân tích cấu trúc cầu, chủ đề chính của cuốn sách này, là không cần thiết cho cả bốn giai đoạn Các giai đoạn khác nhau có thể áp dụng các kỹ thuật mô hình hóa khác nhau, từ tính toán bằng tay đến phương pháp gần đúng và sau đó là phương pháp tinh chế Trong cuốn sách này, khả năng xây dựng, đặc biệt là khả năng xây dựng của các cầu nhịp cực dài, được thảo luận và chứng minh Các vấn đề khác nhau về độ bền, độ giãn của bê tông và thép, và độ ổn định trong các giai đoạn xây dựng tới hạn được đề cập trong các Chương 4 đến 12, 14, 15 và 17

Tại Hoa Kỳ, phương pháp thiết kế hệ số sức cản và tải trọng (LRFD) là tiến bộ mới nhất trong thực hành thiết kế kết cấu giao thông (AASHTO 2013) Sự kết hợp của các tải trọng thừa, được gọi là giới hạn trạng thái trong LRFD, không được vượt quá độ bền của vật liệu nhân với hệ số kháng nhỏ hơn độ đồng nhất (1,0) Một số trạng thái giới hạn được bao gồm để xem xét dịch vụ, sức mạnh

và sự kiện nghiêm trọng Khái niệm trạng thái giới hạn hasbeenuniversallyacceptedbym nhiều mã khác nhau trên toàn thế giới Biểu diễn bằng hình ảnh của quá trình LRFD được thể hiện trong Hình 1.5a với tải ( Q) và kháng ( R) và sau đó phát triển thành Hình 1.5b về ( R - Q)

Chỉ số độ tin cậy β, có ý tưởng tương tự với hệ số an toàn trong phương pháp thiết kế ứng suất cho phép, được đặt ở mục tiêu β = 3.5 trong mã LRFD (AASHTO 2013) Như có thể thấy trong cả hai hình, biên độ an toàn theo yếu tố là nhỏ, nhưng khi tải trọng thực tế lý thuyết và danh nghĩa

Hình 1.5 Khái niệm về thiết kế hệ số sức cản và tải trọng (a) Xác suất xảy ra

dựa trên R và Q ( b) Xác suất xảy ra dựa trên ( R - Q)

8 Phân tích tính toán và thiết kế kết cấu cầu

Hình 1.6 So sánh thống kê các phương pháp khác nhau với giá trị chính xác.

các điện trở được quan sát thấy, biên độ an toàn thực tế thực sự rộng hơn nhiều LRFD cũng tính đến các xác suất xảy ra khác nhau đối với tải và điện trở

Do những hạn chế và giả định trong một phân tích, nên không thể thống kê được kết quả chính xác bằng bất kỳ phương pháp phân tích nào Trong mã AASHTO LRFD, cả phương pháp gần đúng và phương pháp tinh chế, sẽ được đề cập chi tiết hơn trong Chương 2, đều được chấp nhận Người ta lưu

ý rằng Thiên kiến giá trị, sự khác biệt giữa phương tiện của

đúng và tinh chế đều gần bằng 1,0 Hệ số biến thiên (CV), được định nghĩa là tỷ lệ của

devia-sự σ nghĩa là μ, thấp hơn khi sử dụng phương pháp tinh chỉnh (được hiển thị dưới dạng đường cong nét liền so với phương pháp gần đúng được hiển thị dưới dạng đường chấm chấm, tương ứng, trong Hình 1.6) CV thấp nhất, có nghĩa là gần nhất với kết quả chính xác, trong tất cả các phương pháp cho kết quả từ thử nghiệm tải trọng tại hiện trường, là 4, ít biến động nhất Tuy nhiên, một cuộc kiểm tra thực địa rất tốn kém và mất thời gian, do đó, đôi khi nó được tiến hành cho một số trường hợp và sau đó được xác nhận bằng các phương pháp số Trong những tình huống này, phương pháp số được sử dụng để mô phỏng tất cả các trường hợp Hình 1.7a cho thấy hình chiếu bên của một cầu dầm thép nhịp giản đơn trên Hệ thống đường cao tốc liên bang của Hoa Kỳ Hình 1.7b cho thấy rằng các máy đo gia tốc được triển khai để phát hiện các tần số phương thức (thể hiện trong Hình 1.7c) và các chế độ liên quan của chúng Kết quả sau đó được so sánh với kết quả số từ mô hình phần tử hữu hạn như trong Hình 1.8 Quá trình này được lặp lại nhiều lần cho đến khi kết quả của phương thức dựa trên thử nghiệm và phương pháp số là gần nhau Kỹ thuật này được gọi là cập nhật Cập nhật mô hình phần tử hữu hạn là quá trình đảm bảo rằng kết quả của mô hình phân tích phần tử hữu hạn (FEA) phản ánh tốt hơn dữ liệu đo được so với các mô hình ban đầu

Hình 1.7 Kiểm tra hiện trường bằng máy đo gia tốc (a) Quang cảnh cây cầu; (b) vị trí của

máy đo gia tốc; (c) tần số mô hình đầu tiên từ thử nghiệm hiện trường.

1.3 Tải trọng và hệ số tải

Có hai loại tải trọng trên cầu: tải trọng vĩnh viễn và tải trọng nhất thời Tải trọng cố định phổ biến nhất

là tải trọng chết và tải trọng đất Tải trọng chết bao gồm trọng lượng của tất cả các thành phần của cấu trúc, phụ kiện / tiện ích, bề mặt mài mòn, lớp phủ trong tương lai và sự mở rộng trong tương lai Tải trọng đất bao gồm áp suất đất, phụ tải đất và tải trọng kéo xuống

Tải trọng nhất thời nổi bật nhất, không nhất thiết là tải trọng gây thiệt hại nhất, là tải trọng trực tiếp: tải trọng trực tiếp của xe cộ, phương tiện giao thông đường sắt hoặc người đi bộ Tải trọng trực tiếp, tác động động, ly tâm, phanh và các trường hợp khắc nghiệt như xe cộ

10 Phân tích tính toán và thiết kế kết cấu cầu

Hình 1.8 Hình ảnh giản đồ của một chiếc xe tải trên mô hình phần tử hữu hạn Cầu Middlebrook

va chạm cũng phải được xem xét trong quá trình thiết kế Các định nghĩa về tải trọng sống được sử dụng cho thiết kế cầu là khác nhau giữa các thông số kỹ thuật và thông thường chúng sẽ được sửa đổi khi nhu cầu giao thông thay đổi nhiều năm sau đó Ví dụ, HL-93 như thể hiện trong Hình 1.9a và b, hiện đang được sử dụng trong thiết kế cầu của Hoa Kỳ, quy định hai tải trọng xe cộ khác nhau kết hợp với tải trọng làn đường và các giá trị cực hạn phải được coi là giá trị lớn nhất của hai tổ hợp này Sau năm 2004, định nghĩa tải trọng trực tiếp được đơn giản hóa hơn đã được đưa vào thiết kế của Trung Quốc, loại tải trọng trực tiếp inwhichone, ví dụ, loại I như thể hiện trong Hình 1.10a và b, chứa tải trọng làn đường và một tải trọng xe đơn lẻ, và các giá trị cực hạn nên được thực hiện

32 kips(145 kN)

32 kips(145 kN)(4,3 m)

8 kips(35 kN)14–30 ft

q = 0,64 kips / ft (9,3

kN / M)(a)

25 kips(110 kN) (1,2 m) (110kN)

q = 0,64 kips / ft(9,3kN / M)(b)

Hình 1.9 Tải trọng thiết kế cầu của Hoa Kỳ (US HL-93) (a) Xe tải thiết kế và làn đường thiết kế; (b) thiết kế song song và làn

đường thiết kế.

41 đến 81 kips (180 đến 360 kN)

q = 0 72 kips / ft (10 5kN / M)(a)

31 kips

(140 kN)

31 kips(140kN)(7,0 m)

27 kips(120kN)

27 kips(120kN)

(1,4m) (3,0 m)

7 kips(120 kN)4,6 ft

(1,4 m)

23 ft

(b)

Hình 1.10 Trung Quốc thiết kế cầu (đường cao tốc loại I) tải trọng sống (a) Làn đường thiết kế; (b) xe tải thiết kế.

là mức tối đa của hai kết hợp này (JTG D60-2004) Ở Châu Âu, Eurocode (EN1991-2) xác định mô hình tải trọng giao thông cho cầu đườngLM1–4, trong đó mô hình tải trọng 1 (LM1 thể hiện trong Hình 1.11a)

và mô hình tải trọng 2 (LM2 được hiển thị trong Hình1.11b) được coi là tải trọng bình thường Mã thiết kế Ontariohighwaybridge (OHBDC1991), tương tự như theAASHTOcode, sử dụng chúng tối đa của hai tải trọng, tải trọng xe tải (Hình 1.12a) và tải trọng làn đường (Hình 1.12b) Trong các ứng dụng tải trọng trực tiếp, các hệ số khuếch đại tác động động khác nhau, giảm giá do nhiều làn đường và các hệ số tải trọng, nên được sử dụng theo mã thiết kế cụ thể tương ứng của chúng Để nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của tải trọng sống của

các mã khác nhau, tham khảo BridgeLoads: AnInternationalPerspective ( O'Connor

và Shaw 2000) Đánh giá tải trọng cầu, khác với thiết kế cầu, là một quy trình đánh giá thành phần cấu trúc khác nhau của cầu vượt trội so với cầu hiện tại để mang tải trọng sống xác định trước (Jaramilla và Huo 2005)

12 Phân tích tính toán và thiết kế kết cấu cầu

(7,2m)(a)

9,4 kips

(42kN)

25 kips(112kN) (112kN)

(7,2m) q = 0,69 kips / ft (10 kN / M)

(b)

Hình 1.12 Ontario thiết kế cầu tải trọng trực tiếp (a) Ô tô tải; (b) tải trọng làn

Các loại tải trọng khác tác dụng lên cầu là tải trọng nước (lực nổi, áp lực dòng chảy và sóng), tải trọng gió (tác dụng lên kết cấu và phương tiện cũng như tác dụng đàn hồi), tải trọng băng và tải trọng động đất Các mã khác nhau xác định các tổ hợp tải trọng với các hệ số tải trọng khác nhau Trong quá trình thiết kế, cần phải thông qua tất cả các tổ hợp tải trọng để giả định rằng các bộ phận và kết nối của cầu đáp ứng tất cả các yêu cầu về cường độ, dịch vụ và thậm chí của các sự kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như động đất, tải trọng băng, xe cộ và va chạm tàu Để đáp ứng các yêu cầu cụ thể về thiết kế cầu, phần mềm có khả năng xử lý tất cả các tổ hợp tải trọng là cần thiết Trong cuốn sách này, nhiều chương trình phần mềm máy tính, cụ thể hoặc không cụ thể cho cầu, được sử dụng, chủ yếu để chứng minh kỹ thuật mô hình hóa, không nhất thiết là khả năng của phần mềm

1.4 hiện tại deveLopment of anaLysIs anddesIgnof BrIdges

Phân tích kết cấu và thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) các kết cấu cầu từ lâu đã được phát triển song song với sự phát triển của công nghệ máy tính Nhiều phương pháp hoặc thuật toán phân tích cơ bản đã được phát triển dựa trên máy tính lớn và / hoặc máy tính nhỏ trong những năm 1970 Khi phương pháp phần tử hữu hạn được giới thiệu trong kỹ thuật kết cấu, đặc biệt khi các gói FEA dựa trên vi máy tính có sẵn vào những năm 1980, các phương pháp và công cụ phân tích cấu trúc cầu đã được nâng cao một thỏa thuận tuyệt vời; do đó nhiều vấn đề phức tạp không thể giải quyết được nếu không sử dụng các giả thiết gần đúng hoặc đơn giản hóa đã không còn là trở ngại đối với các kỹ sư cầu đường Sau khi công nghệ đồ họa máy tính và cơ sở dữ liệu được phổ biến rộng rãi vào những năm 1990,

trong đó một tập hợp các bản vẽ chi tiết có thể được tạo ra cùng với một tập hợp các báo cáo văn bản

về phân tích kết cấu và kiểm tra mã thiết kế

Trong thập kỷ đầu tiên của thế kỷ XXI, các công nghệ bao gồm phần cứng hoặc phần mềm máy tính, giao tiếp mạng diện rộng (WAN) và tính toán song song đã phát triển vượt bậc Do đó, các công

cụ phân tích và thiết kế cầu đã nâng cao từ các phương pháp đơn giản hóa hai chiều (2D) sang các phương pháp chi tiết ba chiều (3D), từ các thao tác trên bảng điều khiển đơn giản đến giao diện người dùng đồ họa trực quan (GUI) Nhiều vấn đề phi tuyến hiện nay thường được giải quyết trong các phân tích kết cấu cầu thông thường Quá trình xây dựng chi tiết có thể được mô phỏng từng bước Nhiều nhà cung cấp FEA thương mại lớn đã mở rộng hệ thống FEA cho mục đích chung để giải quyết các vấn đề đặc biệt trong phân tích và thiết kế cầu Các công cụ mô hình đồ họa 3D phức tạp hơn hiện có sẵn trong các công ty và viện thiết kế cầu

Trong những năm gần đây, sự tiến bộ nhanh chóng của phần cứng máy tính và đồ họa, chẳng hạn như nhiều lõi xử lý, hiển thị hoặc hiển thị 3D, tốc độ tính toán dấu phẩy động nhanh và dung lượng bộ nhớ lớn, đã làm tăng đáng kể tiềm năng ứng dụng công nghệ máy tính trong kỹ thuật cầu nối Đồng thời, các công nghệ phần mềm cơ bản, bao gồm phát triển và tích hợp hệ thống, lập trình song song,

mô hình đồ họa 3D và thực tế ảo, cơ sở dữ liệu và hệ thống thông tin địa lý (GIS), truyền thông Internet và điện toán đám mây, từ lâu đã sẵn sàng cho một cuộc cách mạng trong kỹ thuật phát triển ứng dụng Mặc dù các ứng dụng máy tính trong phân tích và thiết kế cầu đã có nhiều tiến bộ, nhưng tiến bộ của nó vẫn tụt hậu xa so với tiến bộ của các công nghệ cơ bản và không theo kịp các ứng dụng trong các lĩnh vực khác Các gói phần mềm cầu hiện tại cung cấp cho các kỹ sư một quy trình phân tích và thiết kế điển hình (1) để thiết lập và phân tích mô hình cơ học của cầu, (2) để kiểm tra mã thiết kế cho từng thành phần dựa trên kết quả phân tích và (3) để thay đổi kích thước các thành phần hoặc điều chỉnh kết cấu và lặp lại quy trình trước đó nếu cần Một kỷ nguyên mới của các ứng dụng công nghệ máy tính đang được yêu cầu bởi các kỹ sư cầu nối và quản trị viên giao thông

1.5 outXem trên anaLysIs và desIgn của BrIdges

Dựa trên khả năng sẵn có hiện tại và tiềm năng trong tương lai, phần cứng máy tính hiệu suất cao và công nghệ phần mềm tiên tiến mang đến cơ hội chưa từng có để phát triển thế hệ hệ thống phân tích

và thiết kế mới để không chỉ mang lại lợi ích cho thiết kế cầu mới mà còn đánh giá tải trọng và bảo trì định kỳ cầu Sẽ có một số khía cạnh trong việc phân tích và thiết kế các cây cầu đòi hỏi những cải tiến lớn

14 Phân tích tính toán và thiết kế kết cấu cầu

Đầu tiên, công việc thường xuyên tẻ nhạt là thiết lập các mô hình cơ khí của một cây cầu nên được

tự động hóa hoàn toàn Kỹ sư cầu nối nên an tâm cho những công trình sáng tạo hơn Tận dụng cơ sở

dữ liệu và công nghệ trực quan hiện đại, việc thiết lập một mô hình kỹ thuật của một dự án cầu đích thực phải là trọng tâm của hệ thống phần mềm cầu Đúng là một mô hình kỹ thuật phức tạp hơn nhiều

so với một mô hình cơ học trừu tượng; tuy nhiên, mục tiêu có thể đạt được khi loại cầu thường được sử dụng là trọng tâm Lấy mô hình kỹ thuật làm cốt lõi, giao diện của các kỹ sư sẽ chỉ chỉnh sửa các thông số trong một cảnh 3D phản ánh những thay đổi thông số trong thời gian thực như một dự án cầu ảo Như được minh họa trong Hình 18.26, các kỹ sư có thể mô tả một dự án cầu bắt đầu từ hình dạng đường đến cấu hình dầm Các công nghệ trực quan hóa hiện đại sẽ cung cấp cho các kỹ sư nhận thức ngay lập tức về những thay đổi kích thước trong một dự án ảo Quá trình thiết kế hoặc mô

tả sẽ tương tác và trực quan Ví dụ, một kỹ sư có thể bấm vào một tấm thép như trong Hình 18.26 để bật lên một biểu mẫu dữ liệu cho phép xác minh hoặc thay đổi định nghĩa của nó một cách nhanh chóng Khi có nhu cầu thực hiện một loại phân tích nhất định, các câu hỏi cần được đặt ra, chẳng hạn như “loại mô hình phân tích nào là phù hợp” và “làm cách nào để chúng tôi thiết lập mô hình FEA bắt buộc”, sẽ không còn là câu hỏi trực tiếp sự quan tâm của các kỹ sư Việc thiết lập mô hình FEA bắt buộc từ mô hình kỹ thuật phải tự động và tức thì Kết quả phân tích phải được biểu diễn trực tiếp và ngay lập tức vào mô hình kỹ thuật theo nghĩa kỹ thuật, chẳng hạn như kết xuất bề mặt được mã hóa màu phản ánh xếp hạng tải, thay vì các giá trị cơ học thông thường Hình 1.13

Hình 1.13 Một cái nhìn kết hợp giữa mô hình cầu và mô hình FEA của nó.

minh họa ý tưởng kết hợp một trong các mô hình FEA và kết quả phân tích của nó vào các cảnh dự án cầu ảo.

Thứ hai, là một phần của cơ sở hạ tầng quan trọng, việc quản lý và theo dõi toàn bộ vòng đời của từng thành phần riêng lẻ là rất quan trọng đối với cấu trúc cầu Dựa trên mô hình kỹ thuật nêu trên, lịch sử của tải trọng chết, thay đổi hình dạng và vị trí của thành phần, các thay đổi về kích thước và hư hỏng cũng như trang bị thêm của bất kỳ thành phần nào phải được thiết lập kể từ khi nó được xây dựng Tải trọng hoạt động phải được mô phỏng dựa trên lưu lượng và tốc độ giao thông thực Ngoài các giá trị cực trị thường xuyên thu được bằng phân tích tải trọng trực tiếp thiết kế, mỗi điểm quan tâm phải có các giá trị đỉnh thống kê thu được bằng cách mô phỏng lưu lượng vận hành Mệt mỏi cục bộ nên được đánh giá bằng các phân tích ứng suất của mô phỏng giao thông Đã tích lũy lịch sử của một cây cầu trong một khoảng thời gian nhất định, các kỹ sư cầu, thanh tra,

Cuối cùng, với tư cách là những điểm quan trọng của mạng lưới giao thông trên mặt đất quốc gia, các kỹ sư và / hoặc quản trị viên phải có khả năng tổng quan về tình trạng sức khỏe của cầu trong một khu vực địa lý rộng lớn Các công nghệ GIS hiện đại bao gồm lập bản đồ, vệ tinh hoặc ảnh hàng không (Hình 18.26), xử lý dữ liệu không gian và mạng giao thông diện rộng nên được tích hợp vào một hệ thống giám sát sức khỏe cầu Vì mỗi cấu trúc cầu riêng lẻ đã có một mô hình kỹ thuật được liên kết với lịch sử thời gian thực, các truy vấn đặc biệt từ cấp quản trị sẽ có thể được xử lý, ví dụ: truy vấn để định tuyến tốt nhất về mặt kết cấu an toàn để vận chuyển một tải đặc biệt từ đặt A đến B hoặc cho những cây cầu dễ bị tổn thương nhất trong một khu vực nhất định của một cuộc tấn công bằng xe tải Thông tin hành chính bao gồm tình trạng sức khỏe của cầu, kinh phí được phân bổ để bảo trì các cây cầu, và các dự đoán về việc sửa chữa trong tương lai sẽ có thể được hiển thị trên một bản đồ có lưu lượng giao thông khác Sự tiến bộ của công nghệ điện toán đám mây cũng sẽ tác động lớn đến các ứng dụng máy tính trong kỹ thuật cầu trong tương lai gần