Đề tài nghiên cứu xây dựng phần mềm phân tích thiết kế và đánh giá khả năng chịu tải trong công trình cầu trên các dòng điện thoại thông minh. Phần mềm có khả năng phân tích và tính toán các loại cầu như: Cầu dầm thép liên hợp và không liên hợp, cầu bê tông cốt thép chữ I, chữ T và cầu dầm bản; Sử dụng các số liệu đo đạc kiểm định thực tế hiện trường như: Ứng suất-biến dạng, chuyển vị và cường độ vật liệu nhằm mục đích phân tích khả năng chịu tải thực tế các cầu cũ thông qua hệ số Rating Factor (AASHTO).
Trang 1Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ XVI-2019, Khoa XD Cầu đường - Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
XÂY DỰNG PHẦN MỀM PHÂN TÍCH THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CÔNG TRÌNH CẦU THEO TIÊU CHUẨN AASHTO TRÊN HỆ ĐIỀU
HÀNH ANDROID
BUILDING BRIDGE ANALYSIS OF DESIGN AND LOAD CAPACITY SOFTWARE
ACCORDING TO AASHTO STANDARDS ON ANDROID
SVTH: Hoàng Minh Quảng (1) ; Phan Văn Rôn (2) ; Trần Lê Ánh Huy (3)
(1)Lớp 14X3B,Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng;
Email: hoangquang96.cit@ gmail.com (2) Lớp 14X3C,Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng; Email: phanron123@gmail.com
(3) Lớp 14X3B,Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng;
Email: tranhuy27396@gmail.com
GVHD: TS Nguyễn Duy Thảo (4)
(4)Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng; Email: ndthao@ dut.udn.vn
Tóm tắt:Việc phân tích thiết kế, đánh giá khả năng chịu tải trong
công trình cầu thường được tính toán trên máy tính Hiện nay, cùng với
sự phát triển mạnh mẽ các dòng điện thoại thông minh cũng như tạo điều
kiện thuận lợi cho việc tính toán phân tích, đánh giá nhanh tại hiện
trường Đề tài nghiên cứu xây dựng phần mềm phân tích thiết kế và đánh
giá khả năng chịu tải trong công trình cầu trên các dòng điện thoại thông
minh Phần mềm có khả năng phân tích và tính toán các loại cầu như:
cầu dầm thép liên hợp và không liên hợp, cầu bê tông cốt thép chữ I, chữ
T và cầu dầm bản; sử dụng các số liệu đo đạc kiểm định thực tế hiện
trường như: ứng suất-biến dạng, chuyển vị và cường độ vật liệu … nhằm
mục đích phân tích khả năng chịu tải thực tế các cầu cũ thông qua hệ số
Rating Factor (AASHTO) Giao diện phần mềm được thiết kế trên nền
tảng hệ điều hành Android có thể cài đặt tiếp trên điện thoại di động và
rất thuận tiện cho người sử dụng trong điều kiện ngoài hiện trường công
trình Kết quả nghiên cứu cho phép xác định tình trạng làm việc thực tế
cũng như cắm biển tải trọng khai thác hợp lý cho công trình cầu.
Từ khóa: Hiệp hội đường cao tốc và giao thông vận tải Hoa Kỳ;
hệ số đánh giá tải trọng; điện thoại thông minh; phần mềm phân tích thiết
kế và đánh giá khả năng chịu tải trong công trình cầu; D&T Bridge.
Abstract: The design analysis as well as the evaluation of load capacity in bridge construction is calculated on the computer But now,
to facilitate the movement, calculation and quick assessment in the field, along with the growth of smart phones The research project builds software to analyze design and evaluate load capacity in bridge projects
on smart phones The software has the ability to test and calculate types
of bridges such as: Composite steel bridge, Non-Composite steel bridge, I-T reinforced concrete bridge and Slab-beam concrete bridge The software is capable of using actual measurement such as: stress-deformation, displacement and material strength for the purpose of analyzing actual load capacity of old bridge through the Rating Factor (AASHTO) The software interface designed on the Android operating system which can be installed on mobile phones and very convenient for users in the field conditions The research results allow to determine the actual working status as well as the reasonable exploitation load for the bridge.
Key words: American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO); rating factor; smart phones; bridge analysis of design and load capacity software; D&T Bridge
1 Đặt vấn đề
Đánh giá khả năng chịu tải thực tế công trình cầu là
nội dung rất quan trọng để đảm bảo an toàn công trình cầu
trong quá trình khai thác sử dụng Khi tiến hành đánh giá
năng lực chịu tải của cầu thường gặp phải một số khó
khăn: sự sai khác giữa các tiêu chuẩn thiết kế, sự sai khác
giữa quá trình thiết kế và quá trình làm việc thực tế của
cầu Ở nước ta hiện nay, công tác thiết kế các công trình
cầu được áp dụng theo Quy trình thiết kế TCVN
11823-2017 [1] dựa trên tiêu chuẩn AASHTO-LRFD: 2007-2014
[2] của Hoa Kỳ, tuy nhiên công tác kiểm định đánh giá
khả năng chịu tải các công trình cầu lại áp dụng theo tiêu
chuẩn 22TCN 243-98 [3] dựa theo tiêu chuẩn của Nga Sự
khác biệt về quan điểm giữa quy trình thiết và quy trình
kiểm định gây nhiều khó khăn trong công tác đánh giá khả
năng chịu tải thực tế của công trình cầu cũng như công tác
quản lý và khai thác cầu sau này Nhu cầu đánh giá các
công trình cầu mới và các công trình cầu đã qua sử dụng ở
nước ta trong thời gian tới là rất lớn đòi hỏi phải cập nhật
phương pháp phân tích và quy trình đánh giá khả năng
chịu tải của công trình cầu theo quan điểm của
AASHTO-LRFR [4]
Hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ các dòng
điện thoại thông minh, nhóm nghiên cứu đã xây dựng
phần mềm tính toán phân tích thiết kế và đánh giá khả
năng chịu tải công trình cầu (D&T Bridge) chạy trên hệ
điều hành điện thoại di động nhằm tạo điều kiện thuận lợi
cho các kỹ sư có thể tính toán, phân tích, đánh giá nhanh tại hiện trường công trình cầu
2 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
2.1 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu xây dựng phần mềm phân tích thiết kế và đánh giá khả năng chịu tải công trình cầu theo AASHTO nhằm giải quyết các bài toán thiết kế và kiểm định công trình cầu mới và cầu đã đưa vào khai thác Hướng tới giao diện trực quan, thân thiện người dùng
2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu bài toán phân tích thiết kế: cầu thép liên hợp và cầu thép không liên hợp và bài toán kiểm định cầu dầm đơn giản: cầu bê tông cốt thép thường dầm I, T, bản, cầu thép liên hợp và cầu thép không liên hợp
2.3 Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng tổng hợp các phương pháp lý thuyết kết hợp phương pháp thực nghiệm và xây dựng thuật toán chương trình trên hệ điều hành Android
3 Cơ sở lý thuyết tính toán
3.1 Cơ sở lý thuyết bài toán thiết kế: AASHTO-LRFD
2007-2014
3.2 Cơ sở lý thuyết bài toán đánh giá khả năng chịu tải công trình cầu: AASHTO-LRFR 2011
Trang 2SVTH: Hoàng Minh Quảng, Phan Văn Rôn, Trần Lê Ánh Huy; GVHD: TS Nguyễn Duy Thảo
Để xác định trạng thái chịu làm việc thực tế của công
trình, các cảm biến chuyển vị, biến dạng được gắn vào
đáy dầm cầu để đo đạc phản ứng dầm cầu dưới tác dụng
của hoạt tải thử nghiệm tại hiện trường Các công tác lắp
đặt thiết bị và thí nghiệm hiện trường được thể hiện như
Hình 10
Hình 10 Công tác lắp đặt thiết bị, thu thập dữ liệu đo tại
cầu Đôi, Quốc lộ 40B, tỉnh Quảng Nam
Từ các kết quả đo đạc thí nghiệm phản ứng cầu dưới tác
dụng của hoạt tải thử nghiệm tại hiện trường, có thể xác
định được hệ số phân bố ngang thực tế đối với hoạt tải
tương ứng với các thế tải khác nhau trên cầu như Hình
11-13.
Hình 11 Biểu đồ hệ số phân phối ngang thực tế đối với
hoạt tải (hoạt tải thử nghiệm xếp đúng tâm)
Hình 12 Biểu đồ hệ số phân phối ngang thực tế đối với
hoạt tải (hoạt tải thử nghiệm xếp lệch về thượng lưu)
Hình 13 Biểu đồ hệ số phân phối ngang thực tế (hoạt tải
thử nghiệm xếp lệch về hạ lưu)
Các kết quả đo đạc ở Hình 11-13 cho thấy: Hệ số phân
phối ngang của hoạt tải thực tế lớn nhất trong các sơ đồ
thử tải là 0.247 Giá trị này sẽ được sử dụng trong phân
tích đánh giá khả năng chịu tải thực tế công trình theo
phương trình (1)
5.5 Kết quả phân tích khả năng chịu tải cầu Đôi bằng
chương trình D&T Bridge
Sau khi nhập các số liệu hình học, tính chất cơ lý của vật liệu, các số liệu đo đạc thí nghiệm thử tải tại hiện trường vào phần mềm D&T Bridge, kết quả phân tích đánh giá khả năng chịu tải kết cấu nhịp cầu thông qua hệ số RF (Rating Factor) được thể hiện như Hình 14
Hình 14 Kết quả đánh giá khả năng chịu tải của cầu Đôi
trên phần mềm D&T Bridge Kết quả phân tích đánh giá bằng chương trình D&T Bridge cho thấy: giá trị nhỏ nhất của hệ số RF = 1.62 đối với hoạt tải HL93 Như vậy, theo phương trình (1) cầu Đôi đảm bảo khai thác an toàn với hoạt tải HL93 ở cấp độ Inventory (đảm bảo an toàn theo tuổi thọ thiết kế cầu) Tuy nhiên, thực tế khai thác hiện nay tại cầu Đôi đang được cắm biển hạn chế tải trọng lần lượt với các loại xe như sau: Xe tải (Type 3 Unit) là 17 tấn; xe đầu kéo (Type 3-S2 Unit) là 26 tấn và xe Sơmi-rơ móc (Type 3-3 Unit) là
35 tấn
Hình 15 Hiện trạng cắm biển hạn chế tải trọng khai thác
tại cầu Đôi, Quốc lộ 40B, tỉnh Quảng Nam Các kết quả đo đạc thí nghiệm tại hiện trường kết hợp kết quả phân tích tính toán khả năng chịu tải thực tế bằng phần mềm D&T Bridge có thể dùng làm cơ sở để đề xuất hiệu chỉnh lại công tác cắm biển hạn chế tải trọng tại công trình cầu Đôi, Quốc lộ 40B tỉnh Quảng Nam
6 Kết luận
Việc xây dựng phần mềm phân tích thiết kế, đánh giá khả năng chịu tải trong công trình cầu trên điện thoại thông minh giúp kĩ sư thuận lợi cho việc tính toán phân tích, đánh giá nhanh tại hiện trường Phần mềm có khả năng phân tích và tính toán các loại cầu như: cầu dầm thép liên hợp và không liên hợp, cầu bê tông cốt thép chữ I, chữ T và cầu dầm bản; sử dụng các số liệu đo đạc kiểm định thực tế hiện trường như: ứng suất-biến dạng, chuyển
vị và cường độ vật liệu nhằm mục đích phân tích khả năng chịu tải thực tế các cầu cũ thông qua hệ số Rating Factor (AASHTO) Kết quả nghiên cứu cho phép xác định tình trạng làm việc thực tế cũng như cắm biển tải trọng khai thác hợp lý cho công trình cầu ở Việt Nam hiện nay.
Daàm 1
0.157
0.223 0.235 0.227
0.157 Daàm 2 Daàm 3 Daàm 4 Daàm 5
0.160
0.225 0.247 0.223
0.135 Daàm 1 Daàm 2 Daàm 3 Daàm 4 Daàm 5
0.145
0.225 0.229 0.238
0.163 Daàm 1 Daàm 2 Daàm 3 Daàm 4 Daàm 5
Xe thử nghiệm
Cảm biến đo võng
Máy tính điều khiển
Cắm biển hạn chế tải trọng khai thác tại cầu Đôi
Trang 3Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ XVI-2019, Khoa XD Cầu đường - Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Trong tương lai, nhóm nghiên cứu định hướng xây
dựng, mở rộng phát triển phần mềm D&T Bridge để phân
tích và đánh giá khả năng chịu tải cho nhiều loại sơ đồ cầu
phức tạp hơn: cầu giàn, cầu dầm liên tục, hệ cầu khung,
vòm, hệ cầu treo
Tài liệu tham khảo
[1] Quy trình thiết kế TCVN 11823-2017 cầu đường bộ
[2] AASHTO-LRFD Bridge Design Specification
[3] Tiêu chuẩn ngành 22TCN 243-98 Quy định kiểm định cầu trên
đường ô tô
[4] The manual for bridge evaluation (Second Edition-2011),
AASHTO-LRFR