2.1 Phạm vi và cấu trúc
Dự án NCHRP 24-31 được tổ chức thành hai hợp phần chính, mỗi hợp phần dẫn tới một yêu cầu then chốt để hoàn thành mục tiêu cuối cùng. Mục này mô tả phương pháp tiếp cận mang tính khái niệm đứng sau từng hợp phần. Các lưu đồ kết hợp các hoạt động khác nhau được cung cấp để làm rõ mối quan hệ qua lại giữa các hoạt động đó.
2.1.1 Hợp phần I
Hợp phần I bao gồm việc tập hợp và đánh giá tri thức cùng dữ liệu với mục tiêu cuối cùng là thiết lập: (1) các cơ sở dữ liệu, (2) các phương pháp thiết kế và các phương pháp thiết kế thay thế, (3) các kết cấu điển hình và các hồ sơ điển hình, và (4) các khoảng tải trọng dự kiến cùng phân bố của chúng.
Hình 41 trình bày lưu đồ của Hợp phần I(a), nêu khái quát kế hoạch nghiên cứu để xác lập hiện trạng thực hành trong thiết kế và thi công, cũng như các hồ sơ điển hình và điều kiện tải trọng. Hình 42 trình bày lưu đồ của Hợp phần I(b), đề cập đến việc xây dựng các cơ sở dữ liệu cho phép xác định các tham số thống kê cần thiết cho quá trình hiệu chỉnh được xem xét trong Hợp phần II. Các tài liệu cần thiết cho các tham số thống kê phục vụ hiệu chỉnh đã được tập hợp trong Hợp phần I. Trong Phương pháp hệ số sức kháng trực tiếp (RFA) được áp dụng trong nghiên cứu này, trọng tâm là độ không chắc chắn của mô hình (sẽ được trình bày tiếp ở mục sau); do đó, các tham số cần cho hiệu chỉnh được thu được từ việc phân tích các cơ sở dữ liệu của các hồ sơ điển hình. Việc sử dụng dữ liệu và tri thức được tập hợp trong Hợp phần I, cùng với việc đánh giá sức chịu tải để hiệu chỉnh các phương pháp thiết kế, được xem xét trong Hợp phần II.
2.1.2 Hợp phần II
Dữ liệu và các phương pháp được thiết lập trong Hợp phần I được phân tích trong Hợp phần II với các mục tiêu sau: (1) xác lập độ không chắc chắn của các phương pháp và tham số, bao gồm việc khảo sát nguồn gốc của chúng, (2) xây dựng các hệ số sức kháng và xem xét chúng trong các bài toán thiết kế, (3) xây dựng các hệ số sức kháng cuối cùng và các điều kiện để triển khai áp dụng, và (4) xây dựng các quy định kỹ thuật.
Hợp phần II được chia nhỏ theo các thách thức địa kỹ thuật liên quan đến thiết kế móng nông trên đất và đá. Hợp phần II(a) đề cập đến công việc cần thiết để xây dựng các hệ số sức kháng cho móng nông đặt trên đất rời, như trình bày ở Hình 43. Có sự phân biệt giữa móng chỉ chịu tải trọng thẳng đứng đúng tâm và móng chịu tải trọng nghiêng và/hoặc lệch tâm. Sự phân biệt này gắn với bản chất của các cơ sở dữ liệu, các tham số có thể thu được trong từng trường hợp, và mức độ phức tạp của tải trọng nghiêng/lệch tâm được thảo luận ở Mục 1.6 của báo cáo này. Hợp phần II(b) đề cập đến công việc cần thiết để xây dựng các hệ số sức kháng cho móng nông trên đá như trình bày ở Hình 44.
2.1.3 Các chủ đề bổ sung
Phương pháp tiếp cận đã nêu xem xét các điều kiện và khó khăn gắn với thực hành thiết kế và thi công móng nông cho cầu hiện hành, cũng như việc chuyển đổi chúng một cách có hệ thống sang LRFD. Phạm vi được trình bày phản ánh các hạn chế về ngân sách và nhu cầu xử lý các vấn đề cấp bách nhất do hội đồng nghiên cứu xác định. Vì vậy, các chủ đề như móng trên đất dính hoặc đất ma sát–dính \((\phi’-c\ \text{materials})\) sẽ cần thêm nỗ lực nghiên cứu. Các điều kiện liên quan khác như trượt móng, móng đặt trên mái dốc, và hệ đất hai lớp cũng đã được xem xét ở các mức độ chi tiết khác nhau tùy theo tầm quan trọng và lượng thông tin sẵn có.
2.2 Phương pháp luận
Mục 1.4 đã xem xét khuôn dạng của các hệ số thiết kế. Trong nghiên cứu này, phương pháp hệ số sức kháng (RFA) được áp dụng theo các nghiên cứu hiệu chỉnh trước đây của cơ sở dữ liệu LRFD cho móng sâu thuộc NCHRP (Paikowsky et al., 2004). Hình 45 và 46 minh họa các nguồn gốc của độ không chắc chắn và những khác biệt chủ yếu giữa việc áp dụng thiết kế dựa trên xác suất (PBD) cho thiết kế một phần tử kết cấu của kết cấu phần trên và cho thiết kế địa kỹ thuật của móng trong kết cấu phần dưới. Nếu xem một dầm cầu là một dầm đơn giản tựa trên hai gối, với giả thiết tiết diện đồng nhất, có trục đối xứng ngang và chiều cao dầm \(h\), thì có thể tính khá chính xác các mô men (do đó là ứng suất) và độ võng trong dầm. Nguồn độ không chắc chắn lớn nhất là tải trọng tác dụng (đặc biệt là hoạt tải và tải trọng do các sự kiện cực đoan trên cầu); trong khi đó, các tính chất vật liệu và kích thước hình học có độ không chắc chắn tương đối nhỏ hơn.
Hình 46 (mượn từ khái niệm do Ovesen, 1989 trình bày) cho thấy mức độ không chắc chắn lớn hơn gắn với thiết kế móng. Các tính chất vật liệu được xác định dựa trên khảo sát địa tầng và việc đánh giá các tham số theo cách trực tiếp hoặc gián tiếp. Tải trọng tác dụng lên móng và sự phân bố của nó phần lớn là chưa biết rõ, vì chỉ có rất ít thông tin từng được thu thập về tải trọng ở cấp độ móng. Do đó, độ không chắc chắn về tải trọng được giả thiết tương tự như trong thiết kế phần tử kết cấu. Khó khăn chính gắn với thiết kế móng, so với thiết kế một phần tử kết cấu, vẫn nằm ở mô hình phân tích. Trong khi mô hình tính toán của phần tử kết cấu là tường minh (dù trở nên cực kỳ phức tạp và kém xác định hơn khi phần tử thay đổi về hình học, thành phần và cần tương tác với các bộ phận khác), thì mô hình phân tích để đánh giá sức kháng của đất (tức là sức chịu tải) lại có độ không chắc chắn rất lớn do các giả thiết được đưa ra khi xây dựng nó và do dữ liệu thực nghiệm làm cơ sở cho nó. Vì vậy, độ không chắc chắn của mô hình sức kháng địa kỹ thuật chi phối việc đánh giá sức kháng của móng.
nhằm thiết lập các phương pháp thiết kế, thực hành thi công, các bài toán thiết kế và tải trọng.
nhằm xây dựng các cơ sở dữ liệu cho thí nghiệm tải trọng móng nông.
nhằm phát triển các tham số LRFD cho thiết kế theo ULS của móng nông trên đất rời.
để phát triển các tham số LRFD cho trạng thái giới hạn cường độ (ULS) của móng nông trên đá.
Khái niệm được áp dụng trong nghiên cứu này (tương tự như khái niệm mà Paikowsky và cộng sự, 2004, đã áp dụng cho móng sâu) vì vậy tập trung vào việc hiệu chỉnh các mô hình sức chịu tải (sức kháng) được lựa chọn như một hợp phần hoàn chỉnh, đồng thời giảm bớt các nguồn không chắc chắn liên quan khác bằng cách tuân theo các quy trình cụ thể, ví dụ như xác lập các tham số đất. Cách tiếp cận này được trình bày ở Mục 1.4 và được minh họa bằng các ví dụ trong các Mục 1.4.4 và 1.4.5. Việc phân tích có hệ thống nhiều trường hợp thực tế thông qua một mô hình sức kháng được lựa chọn và so sánh chúng với sức kháng đo được đã cho phép xác định độ không chắc chắn của việc áp dụng mô hình, đồng thời cũng bao hàm ảnh hưởng của các địa điểm khác nhau nơi thu thập dữ liệu, cũng như độ không chắc chắn gắn với sức kháng “đo được”.
Giả định rằng độ không chắc chắn thu được từ quá trình nêu trên đại diện cho mức độ biến thiên của việc áp dụng mô hình đối với một bài toán phân tích móng cụ thể (tức là mức độ biến thiên của sức kháng như được mô tả trong Hình 1 và 3) là hợp lý và đã chứng tỏ là thành công, mặc dù có thể còn chứa một mức độ bảo thủ nào đó, tùy thuộc vào chất lượng và độ tin cậy của các trường hợp trong cơ sở dữ liệu.
Việc hiệu chỉnh, xét theo tổ hợp loại đất, mô hình cụ thể và loại cọc như đã áp dụng trước đây cho móng sâu, đã chứng tỏ là cực kỳ hiệu quả so với việc lựa chọn tùy ý các tham số hoặc các giá trị nội suy ngược theo WSD, vốn đi ngược lại các nguyên tắc của PBD như đã minh họa ở Mục 1.4.4. Công tác hiệu chỉnh hiện tại chủ yếu bao gồm việc áp dụng các thống kê tải trọng thẳng đứng đã được thiết lập trong Dự án NCHRP 24-17 (Paikowsky và cộng sự, 2004), cùng với việc phát triển mới các thống kê tải trọng ngang và sức kháng cho các phương pháp thiết kế dựa trên trạng thái thực hành hiện hành như đã nêu ở trên.
Phương pháp luận và quy trình hiệu chỉnh chi tiết được trình bày trong Mục 4.3.
2.3 Thực hiện và trình bày
- Việc thực hiện Hợp phần I(a) (xem Mục 2.1, Hình 41) đã dẫn đến việc lựa chọn các phương trình sức chịu tải để phân tích, tức là xác lập các phương trình trạng thái giới hạn (tính toán) cần được đánh giá. Mục 3.1 trình bày các kết quả về việc xác lập trạng thái thực hành hiện hành trong thiết kế và thi công, làm cơ sở để Mục 3.4 trình bày phương pháp sức chịu tải được lựa chọn cho đất, và Mục 3.8 trình bày phương pháp sức chịu tải cho móng trên đá.
- Việc thực hiện Hợp phần I(b) (xem Mục 2.1, Hình 42) đã dẫn đến việc xây dựng các cơ sở dữ liệu về trường hợp thực tế, được trình bày trong Mục 3.2. Việc xem xét và xác định trạng thái giới hạn cường độ đo được trong các trường hợp thực tế của cơ sở dữ liệu này được mô tả trong các Mục 3.3, 3.6 và 3.7. Việc so sánh trạng thái giới hạn cường độ tính toán (được xác định ở Khoản 1 nêu trên) với trạng thái giới hạn cường độ đo được đã cho ra các tham số thống kê của các hàm phân bố sức kháng. Nội dung này được trình bày trong các Mục 3.5, 3.6 và 3.7. Các hàm phân bố của tải trọng được xác định và thiết lập trong Mục 4.2.
- Việc lựa chọn độ tin cậy mục tiêu được trình bày trong Mục 4.3.2.
- Việc xây dựng các hệ số sức kháng được trình bày trong Chương 4, với phần tổng kết ở các Mục 4.10 và 4.13 lần lượt cho móng trong/trên đất hạt rời và trên đá.
Hỗ trợ duy trì trang:
Tôi xây dựng trang này để chia sẻ các tài liệu kỹ thuật cốt lõi trong thiết kế hạ tầng giao thông.
Nếu bạn thấy nội dung hữu ích và muốn góp phần duy trì trang hoạt động bền vững, tôi rất trân trọng mọi sự ủng hộ.