Tổng Quan

CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN

1. Trạng thái giới hạn
Trạng thái giới hạn (TTGH) là trạng thái mà kết cấu thôi không thỏa mãn các yêu cầu đề ra đối với công trình khi sử dụng cũng như khi xây lắp. Đối với kết cấu chịu lực, người ta xét các TTGH sau:
- Nhóm TTGH thứ nhất: mất khả năng chịu lực hoặc không còn sử dụng được nữa phá hoại về bền: mất ổn định, mất cân bằng vị trí, kết cấu bị biến đổi hình dạng...
- Nhóm TTGH thứ hai: không còn sử dụng bình thường được : bị võng, bị lún, bị rung, bị nứt.
2. Điều kiện tính toán:
Nhóm TTGH thứ nhất, điều kiện an toàn về khả năng chịu lực có thể viết dưới dạng:
N  S (3.1)
trong đó: N – hiệu ứng tải trọng tác dụng lên cấu kiện (nội lực, ứng suất.. );
S – khả năng chịu lực của cấu kiện có thể chịu được (giới hạn chảy, giới hạn tỷ lệ, cường độ tính toán … của vật liệu).

Đặt M = S -N, được gọi là miền an toàn (safety margin) hay quãng an toàn. Điều kiện an toàn được xác định đối với kết cấu khi M = (S,N) > 0 và xảy ra phá hoại khi M = (S,N) < 0 (hình 3.1). Khi M=0, sẽ xác định mặt phá hoại hay trạng thái giới hạn. Đây là ranh giới giữa miền an toàn và miền không an toàn trong không gian tham số tính toán và nó cũng thể hiện trạng thái mà một kết cấu không còn đáp ứng chức năng theo thiết kế. Trạng thái giới hạn có thể là một hàm tường minh hoặc một hàm ẩn của các biến ngẫu nhiên cơ bản, và nó có thể ở dạng đơn giản hoặc phức tạp. Các phương pháp phân tích độ tin cậy được khai triển tương ứng với các trạng thái giới hạn theo tính chất và mức độ phức tạp của nó.
- Nội lực N có giá trị lớn nhất có thể xảy ra trong suốt thời gian sử dụng. Nội lực N gây bởi tải trọng tính toán, đó là tải trọng lớn nhất có thể có trong thời gian đó. Tải trọng tính toán N là tích số của tải trọng tiêu chuẩn PC với hệ số độ tin cậy về tải trọng Q (xét đến khả năng tải trọng thực tế có thể biến đổi khác với tải trọng tiêu chuẩn một cách bất lợi).
Khi có nhiều tải trọng (Pi) tác dụng đồng thời, phải tính toán với tổ hợp bất lợi nhất của các tải trọng. Xác suất để xuất hiện đồng thời nhiều tải trọng mang giá trị lớn nhất được xét bằng cách nhân tải trọng hoặc nội lực với hệ số tổ hợp nc.
m
N   Pc N  n , (3.2)
n i i Q c i1

Trong đó

Ni – nội lực do Pi = 1; n - hệ số an toàn về sử dụng, xét đến mức độ

quan trọng của công trình; m- số lượng tải trọng tác dụng cùng một lúc lên công trình.
- Khả năng chịu lực S là nội lực giới hạn mà cấu kiện có thể chịu được, S phụ thuộc các đặc trưng hình học của tiết diện cấu kiện và các đặc trưng cơ học của vật liệu. S biểu dạng tích số của đặc trưng hình học tiết diện A với cường độ tính toán f của vật liệu và với hệ số điều kiện làm việc c.
Như vậy, khả năng chịu lực S viết là
M u m u
trong đó: u = 1,3 – hệ số an toàn đối với cấu kiện tính theo giới hạn bền.
Cuối cùng, điều kiện an toàn về khả năng chịu lực (3.1) kết hợp (3.2), (3.3) có thể viết dưới dạng:
trong đó:  là biến dạng hay chuyển vị của kết cấu dưới dạng tác dụng của các tải trọng tiêu chuẩn trong những tổ hợp bất lợi nhất. Nếu i là biến dạng
gây bởi tải trọng đơn vị thì   Pcn   ; (3.6)
[ ] biến dạng lớn nhất cho phép để kết cấu có thể sử dụng bình
thường, được qui định trong tiêu chuẩn hay xem bảng D.14- PL.
3.2.2. Tải trọng và tác động, tổ hợp
Tải trọng và tác động để tính toán kết cấu được lấy theo tiêu chuẩn nhà nước “TCVN 2737–1995 Tải trọng và tác động”.
a. Phân loại tải trọng
Tùy theo thời gian tác dụng, tải trọng được chia thành tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời (dài hạn và ngắn hạn, tải trọng đặc biệt).
Tải trọng thường xuyên là tải trọng không biến đổi về giá trị, vị trí, phương chiều trong quá trình sử dụng công trình. Loại tải trọng này gồm có: trọng lượng các bộ phận của nhà và công trình kể cả trọng lượng bản thân kết cấu; trọng lượng và áp lực đất đắp, tác dụng của ứng lực trước.
Tải trọng tạm thời là những tải trọng có thể có hoặc không có trong một giai đoạn nào đó của quá trình xây dựng và sử dụng. Loại tải trọng này lại chia ra: tải trọng tạm thời dài hạn; tải trọng tạm thời ngắn hạn; tải trọng đặc biệt; tải trọng động.
Xét tính chất thay đổi theo thời gian tải trọng tĩnh và động khác nhau, tải động thay đổi, lặp nhiều lần. Tải trọng tĩnh có vị trí và hướng không đổi hoặc thay đổi rất nhỏ theo thời gian, tải trọng động thường lấy hệ số động từ 1,1-1,2.
b. Tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán
Đặc trưng cơ bản của tải trọng là giá trị tiêu chuẩn của chúng, được xác lập trên cơ sở thống kê và được cho trong tiêu chuẩn. Đó là trị số lớn nhất có thể có của tải trọng trong trường hợp sử dụng bình thường.
Tải trọng thường xuyên do trọng lượng các kết cấu được xác định theo số liệu của các tiêu chuẩn và của các nhà máy chế tạo, theo kích thước và khối lượng thể tích của vật liệu. Tải trọng tạm thời tác dụng lên sàn nhà được qui định theo [21]. Tải trọng gió cũng được xác định theo các chỉ dẫn của tiêu chuẩn này.
Hệ số độ tin cậy về tải trọng Q xét đến sự biến thiên của tải trọng do những sai lệch ngẫu nhiên khác với điều kiện sử dụng bình thường mang tính tức thời ngắn hạn. Trị số của Q được xác lập bằng cách thống kê quan trắc những tải trọng thực tế có trong thời gian sử dụng công trình. Trị số này dựa vào xác suất độ tin cậy của tải trọng không vượt qua tải tính toán là (No)=0,999, có nghĩa cho phép có thể 0,1% trường hợp tải trọng vượt qua tải tính toán No trong quá trình sử dụng.

Tiêu chuẩn tải trọng qui định các trị số Q tùy theo loại tải trọng. Ví dụ trọng lượng vật liệu thép Q = 1,05; với tải trọng gió Q = 1,2; tải trọng tạm thời trên sàn
Q =1,3 hay 1,2 tùy trường hợp cụ thể [21].
Khi tính đến kết cấu theo nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất thì dùng tải trọng tính toán, tức là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số độ tin cậy về tải trọng. Khi tính kết cấu theo nhóm trạng thái giới hạn thứ hai thì chỉ dùng tải trọng tiêu chuẩn.
c. Tổ hợp tải trọng
Các tải trọng tác dụng đồng thời lên công trình, tạo nên những tổ hợp tải trọng, các tổ hợp tải trọng được chia ra:
 Tổ hợp cơ bản, bao gồm các tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và ngắn hạn.
 Tổ hợp đặc biệt, gồm các tải trọng thường xuyên, các tải trọng tạm thời dài hạn và ngắn hạn, và một trong các tải trọng đặc biệt.
Xét sự xuất hiện đồng thời của các tải trọng người ta dùng hệ số tổ hợp nc để nhân với các trị số tải trọng trong của tổ hợp (xác suất xuất hiện đồng thời của nhiều tải trọng là ít xảy ra hơn là khi chỉ có ít tải trọng). Khi trong tổ hợp cơ bản mà chỉ có một tải trọng ngắn hạn thì giá trị tải trọng ngắn hạn được lấy toàn bộ, tức là nc = 1. Còn trong tổ hợp cơ bản có hai hay nhiều tải trọng ngắn hạn thì giá trị mọi tải trọng ngắn hạn này nhân với nc = 0,9. Khi tính với tổ hợp đặc biệt thì mọi tải trọng ngắn hạn nhân với nc = 0,8. Tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn không nhân với nc.

TRÌNH BÀY