Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu xác định các tham số thống kê chủ yếu của giới hạn chảy của cốt thép thường trong các công trình cầu BTCT dựa trên các kết quả thí nghiệm được ở một số cầu đã được xây dựng.
Trang 1ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 26
NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG THỐNG KÊ GIỚI HẠN CHẢY
CỦA CỐT THÉP TRONG CÁC CẦU BTCT THƯỜNG
PGS.TS NGUYỄN VĂN VI * ThS NGUYỄN THANH HƯNG ThS NGUYỄN VĂN HIỀN
Studies on statistical characteristics of the yield strength of steel rod in conventional reinforced concrete bridge
Abstract: The article mentioned the need to update the design thinking in
view of the reliability theory, presents the results of the study to identify the main statistical parameters of the yield strength of conventional steel rod in the bridge structure of reinforced concrete to serve for the construction design according to the reliability theory
Các phương pháp tính toán và thiết kế các
công trình xây dựng, bao gồm cả các công trình
cầu, trong các Tiêu chuẩn hiện nay đều dựa trên
phương pháp các trạng thái giới hạn hoặc
phương pháp hệ số an toàn bộ phận mà ở Tây
Âu người ta gọi là “phương pháp nửa xác suất”
Chúng là cơ sở cho Tiêu chuẩn ISO-2394-73
[4], Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 [1]
và nhiều Tiêu chuẩn thiết kế của Nga [10] và
Châu Âu [3] Nhược điểm cơ bản của hệ
phương pháp này là ở chỗ, các hàm tải trọng
hay nội lực và hàm độ bền hay khả năng chịu tải
của cấu kiện và của cả công trình đều được coi
là hàm của các đại lượng không đổi, trong khi
bản chất các đại lượng này là các đại lượng
ngẫu nhiên Các đại lượng được đưa vào tính
toán công trình chính là các tham số của độ bền
vật liệu của kết cấu, các kích thước hình học,
các chỉ tiêu cơ-lý của đất, các tải trọng và tác
động,… Khi đó, giới hạn chảy của cốt thép chịu
lực thông thường là một trong các đại lượng
quan trọng nhất được đưa vào để thiết kế các
* Trường Đại học Công nghệ GTVT
54 Triều Khúc, Q Thanh Xuân, Hà Nội
ĐT: 0974853495
Email: nguyenvivx@gmail.com
cầu bê tông cốt thép (BTCT), và trong điều kiện Việt Nam các nghiên cứu thống kê về đại lượng này hầu như chưa có
Xét đến bản chất ngẫu nhiên của các đại lượng kể trên, ngày nay trên thế giới người ta đã
sử dụng tương đối phổ biến các phương pháp xác suất và độ tin cậy trong tính toán các công trình xây dựng, trong đó có các công trình cầu [6], [7], [9], Do vậy, cần cập nhật tư duy thiết
kế các công trình theo quan điểm của lý thuyết
độ tin cậy Việc xác định các tham số thống kê chủ yếu, đánh giá quy luật phân bố và mức độ phân tán của giới hạn chảy của cốt thép chịu lực được dùng nhiều trong xây dựng cầu BTCT thông thường là một trong các nhiệm vụ quan trọng để thiết kế các công trình cầu theo lý thuyết độ tin cậy
Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu xác định các tham số thống kê chủ yếu của giới hạn chảy của cốt thép thường trong các công trình cầu BTCT dựa trên các kết quả thí nghiệm được
ở một số cầu đã được xây dựng
2 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Các tác giả đã tiến hành thu thập số liệu thí nghiệm về giới hạn chảy của cốt thép thường trong các công trình cầu BTCT tại các cơ quan quản lý cầu Đã thu thập số liệu của 7 cầu: Cầu Đông Trù, Hà Nội; Cầu Dự án Đường cao tốc
Trang 2ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 27
Hạ Long - Vân Đồn, Quảng Ninh; Cầu Bạch
Đằng, Hải Phòng; Cầu đường Pháp Vân - Cầu
Giẽ, Hà Nội; Cầu Kon Brai, Kon Tum; Cầu
quốc lộ 38 Quán Gỏi - Yên Lệnh, Hưng Yên;
Cầu Sông Hốt, Quảng Ninh
Các số liệu thí nghiệm về giới hạn chảy của
cốt thép, được tiến hành trong quá trình thi
công các công trình cầu, đã được tập hợp trong
các hồ sơ hoàn công các hạng mục và toàn bộ công trình Giá trị giới hạn chảy của cốt thép được sắp xếp theo từng chủng loại thép với việc loại bỏ các giá trị ngoại lai trong quá trình
xử lý số liệu
Các số liệu được tổng hợp trong Bảng 1 và
có thể xem chi tiết trong phần Phụ lục của tài liệu [2]
Bảng 1 Tổng hợp số liệu thu thập tại các công trình cầu
Số liệu thu thập
Quảng Ninh
Các tác giả đã tiến hành xử lý, phân tích thống
kê các số liệu thí nghiệm Khi phân tích thống kê
các số liệu thí nghiệm các tác giả đã kiểm tra giả
thiết cơ bản với việc sử dụng tiêu chuẩn tương
thích [8], trên cơ sở so sánh độ lệch A và độ nhọn
E của phân bố thực nghiệm với đại lượng liên
quan đến phương sai của chúng
Phương sai của các đại lượng này được xác
định theo các công thức [8]:
) 3 )(
1 (
) 1 ( 6 )
(
n n
n A
) 5 )(
3 ( ) 1 (
) 3 )(
2 ( 24
)
n n n
n n n E
trong đó n − dung lượng của bộ mẫu nghiên cứu
Theo tiêu chuẩn tương thích, nếu độ lệch và
độ nhọn của phân bố thực nghiệm theo số liệu
thí nghiệm thỏa mãn các bất đẳng thức
) ( 3
|
thì phân bố của đại lượng được thí nghiệm có thể coi là phân bố chuẩn
Để phục vụ cho việc xử lý và phân tích thống kê các số liệu một cách thuận lợi và nhanh chóng, nhóm nghiên cứu đã lập chương trình “XLSLTN-1” trên ngôn ngữ Turbo Pascal Tất cả các số liệu thu thập được ở các công trình cầu đều được xử lý thống kê bằng chương trình này
Trên h.1 và h.2 là ví dụ thể hiện kết quả phân
tích thống kê số liệu về giới hạn chảy của cốt thép trong các cầu Đông Trù và cầu trên đường Pháp Vân – Cầu Giẽ Còn trên h.3 và h.4 thể hiện kết quả phân tích thống kê số liệu tổng hợp
về giới hạn chảy của cốt thép CIII và cốt thép CB400-V
Trang 3
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 28
Hình 1 Biểu đồ phân bố giới hạn chảy
của thép CIII ở cầu Đông Trù: 1- đường
phân bố lý thuyết; 2- biểu đồ thực nghiệm
Hình 2 Biểu đồ phân bố giới hạn chảy của thép CB400-V ở công trình cầu trên đường
Pháp Vân – Cầu Giẽ
Hình 3 Biểu đồ phân bố giới hạn chảy của
thép CIII theo số liệu tổng hợp
Hình 4 Biểu đồ phân bố giới hạn chảy của thép
CB400-V theo số liệu tổng hợp
Từ các kết quả phân tích thống kê số liệu
thí nghiệm về giới hạn chảy của các loại cốt
thép thu thập được có thể rút ra một số kết
luận sau đây:
- Trong hầu hết các trường hợp điều kiện
(2) đều được đảm bảo, chỉ có 1 trường hợp
đối với thép GR60 thu thập được ở cầu trên
quốc lộ 38 Quán Gỏi – Yên Lệnh có
) (
3
|
|A D A và |E| 5 D E( ) Từ kết quả
phân tích thống kê có thể kết luận là: số liệu
về giới hạn chảy của cốt thép ở cầu trên
quốc lộ 38 Quán Gỏi – Yên Lệnh không
đồng nhất, mà đây là số liệu của 2 loại thép khác nhau
- Khi số lượng mẫu thí nghiệm đủ lớn (n >
50) và điều kiện thí nghiệm như nhau thì giới hạn chảy của cốt thép hầu hết đều có phân bố chuẩn hoặc rất gần với phân bố chuẩn
- Hệ số phân tán của giới hạn chảy của cốt thép thường trong các cầu BTCT phân bố trong một khoảng rộng, từ 0,025 đến 0,094, trung bình là 0,06 Với số liệu tổng hợp thì hệ số phân tán của giới hạn chảy của cốt thép lớn hơn: = 0,07÷0,075
Trang 4ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 29
- Khoảng tin cậy của giới hạn chảy của cốt
thép CIII là (397,7646535,4200) MPa và của
3 KẾT LUẬN
- Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tính
chất bền của cốt thép không phải là đại lượng
không đổi mà là đại lượng ngẫu nhiên, giá trị
của chúng phân bố trong một khoảng rộng Cần
phải xét đầy đủ bản chất ngẫu nhiên của độ bền
của cốt thép trong quá trình thiết kế, xây dựng
và khai thác công trình, trong đó có công trình
cầu Điều đó chỉ có thể thực hiện được trên cơ
sở lý thuyết độ tin cậy
- Trong điều kiện cho phép, nên tiến hành
kiểm tra giả thiết thống kê cơ bản phân bố của
giới hạn chảy của cốt thép từ số liệu thu thập
hoặc thí nghiệm được theo định lý A N
Kolmogorov hoặc tiêu chuẩn Pirxon (hay tiêu
chuẩn khi-bình-phương ) 2
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bộ Giao thông vận tải Tiêu chuẩn thiết
kế cầu – 22 TCN 272-05 Hà Nội, 2005
[2] Nguyễn Văn Vi, Nguyễn Thanh Hưng,
Nguyễn Văn Hiền (2016) Nghiên cứu một số
đặc trưng thống kê của giới hạn chảy của cốt
thép chịu lực được dùng nhiều trong công
trình cầu BTCT thường để phục vụ thiết kế
cầu theo độ tin cậy Thuyết minh đề tài nghiên
cứu khoa học, Trường Đại học Công nghệ
Giao thông vận tải
[3] Eurocode - EN 1990: 2002 Cơ sở
thiết kế kết cấu Uỷ ban Tiêu chuẩn Châu Âu,
Brussels
[4] ISO-2394 (1973) General Principles for
the Verification of the Safety of Structures
[5] ISO 2394-98 (1998) General Principles
on Riliability for Structures, Second Edition
98-06-01
[6] JB 50153-92 (1992) Unified Standard
of Riliability of Structure Design Beijing,
China
[7] OCDI (2009) Technical standards and
and commentarics for port and habour facilities
in Japan Tokyo, Japan
Статистические методы анализа и обработки наблюдений – Москва: Наука –
288 с
положения расчета причальных сооружений
на надежность В/О “Мортехинформреклама”,
Москва
СП 35.13330.2011 (2011) Мосты и
трубы Москва
Người phản biện: GS.TS ĐỖ NHƯ TRÁNG