BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ CẦU CHỊU GIÓ VÀ CHỊU ĐỘNG ĐẤT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬNTẢI

BÀI TIỂU LUẬN

MÔN HỌC

:NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ CẦU CHỊU
www.bic.vn
GIÓ VÀ CHỊU ĐỘNG ĐẤT
CHUYÊN ĐỀ 2 :NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẦU CHỊU
TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
GVHD: TS. NGUYỄN THẠC QUANG


NỘI DUNG CHÍNH
NỘI DUNG

1. TỔNG QUAN
2. NỘI DUNG
2.1. QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ
2.2. HỆ SỐ GIA TỐC
2.3. HỆ SỐ THỰC ĐỊA
2.4. HỆ SỐ ĐÀN HỒI ĐỊA CHẤN
2.5. PHÂN LOẠI TẦM QUAN TRỌNG
2.6. TIÊU CHÍ HỆ SỐ ĐỊA CHẤN

2.7. QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH
2.8. HỆ SỐ ĐIỀU CHỈNH
3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
2

1. TỔNG QUAN

NỘI DUNG

Lý do chọn tiểu luận:
- Động đất là một vấn đề phức tạp đối với công tác thiết kế
công trình xây dựng nói chung và công trình cầu nói riêng.
Nghiên cứu và tìm hiểu nguyên tắc thiết kế cầu chịu tải trọng
động đất là chìa khóa quan trọng đối với việc tính toán thiết
kế công trình cầu. Nội dung các đồ án thiết kế thông thường
vẫn còn hạn chế về vấn đề nay, tuy nhiên trên thực tế nếu
động đất xẩy ra thì ảnh hưởng là hết sức nghiêm trọng.
- Ở nước ta hiện nay đã có các quy trình tính toán động đất
tuy nhiên về cơ bản vẫn là biên dịch từ liên xô, mĩ .., và điều
chỉnh để phù hợp với điều kiện Việt Nam, tuy nhiên phương
pháp trình bày theo dạng tiêu chuẩn do đó cơ sở phương pháp
luận và trình tự chưa thật sự rõ ràng.
3


1. TỔNG QUAN

NỘI DUNG

Lý do chọn tiểu luận:
- Từ nhưng lý do trên nhóm 2 lớp cầu hầm K21.1 chọn nội
dung 2: nguyên tắc thiết kế cầu chịu tải trọng động đất là
chuyên đề nghiên cứu thảo luận.

4


1. TỔNG QUAN

NỘI DUNG

Phương pháp nghiên cứu:
-Thông qua việc tìm hiểu, nghiên cứu các tiêu chuẩn
trong nước: 22TCN272-05, 22TCN211-95. Tiêu chuẩn
nước ngoài: AASHTO, AASGHTOSD (AASHTO Guide
Specification for LRFD Seismic Bridge Design) cùng với
tham khảo các đồ án thực tế và các tài liệu trên mạng sẽ
thu thập, so sánh các thông tin và tập hợp để đưa ra các
nội dung tiểu luận và kết luận, kiến nghị.

5


2.1. QUY TRÌNH THIẾT KẾ
NỘI DUNG

-Mục tiêu thiết kế cầu chịu tải trọng động đất là đảm bảo
công trình dưới tác dụng của động đất có thể bị hư hỏng
nhưng không sụp đổ và có thể tiếp tục khai thác.
-Việc lựa chọn quy trình và phương pháp thiết kế động
đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: quy mô công trình,
cấp độ lớn của động đất, hệ số gia tốc, mức độ hư hỏng
có thể chấp nhận được…

6


2.1. QUY TRÌNH THIẾT KẾ
NỘI DUNG

❖Nhóm 1: Đối với cầu dầm giản đơn không cần phân
tích chi tiết về động đất, chỉ có một số yêu cầu cơ bản
về cấu tạo được quy định.
❖Nhóm 2: Đối với các kết cấu nhiều nhịp và kết cấu
phực tạp hơn tùy thuộc vào đặc điểm cầu để lựa chọn
theo một trong các phương pháp sau:

7


2.1. QUY TRÌNH THIẾT KẾ
NỘI DUNG

✓ Phương pháp 1 và 2 phù hợp với việc tính toán bằng
tay hoặc các bảng tính cho các kết cấu cầu thông thường
với ứng xử phần lớn ở các dạng giao động cơ bản.
✓ Phương pháp 3 áp dụng đối với các kết cấu đặc biệt
với nhiều dạng dao động phức tạp hơn khi chịu tải trong
động đất.
✓ Phương pháp 4 thường áp dụng cho các dạng cầu
nhịp lớn với cấu tạo phức tạp và thanh mảnh.

8

2.1. QUY TRÌNH THIẾT KẾ
NỘI DUNG

Trình tự tổng quát các bước thiết kế như sau

9


2.2. HỆ SỐ GIA TỐC ĐỘNG ĐẤT (ACCELERATION COEFICIENT)
NỘI DUNG

Hệ số gia tốc A là hệ số ước tính giá trị gia tốc nền
được đưa vào thiết kế theo điều kiện thực địa.
A xác định trên cơ sở thực nghiệm và phụ thuộc vào

nhiều yếu tố: cường độ, gia tốc địa chấn, đặc điểm địa
chất nơi đặt công trình, chu kỳ dao động địa chấn, lịch
sử địa chấn...

10


2.2. HỆ SỐ GIA TỐC ĐỘNG ĐẤT (ACCELERATION COEFICIENT)
NỘI DUNG

-Tại Nước ta, sau khi thống nhất sử
dụng tiêu chuẩn thiết kế cầu theo hệ
thống AASHTO, có sự chuyển đổi từ

Y(t)

phân loại động đất theo tiêu chuẩn
củ để phù hợp với tiêu chuẩn mới
như sau. Giá trị xác định được căn cứ

vào phân vùng động đất.
HÖ sè gia tèc

Vïng ĐĐ

CÊp (MSK - 64)

A  0,09

1

CÊp  6,5

0.09 < A  0,19

2

6,5 < CÊp  7,5

0.19 < A < 0,29

3

7,5 < CÊp  8

11


2.2. HỆ SỐ GIA TỐC ĐỘNG ĐẤT (ACCELERATION COEFICIENT)
NỘI DUNG

✓ Đối với các vị trí đặc biệt cần phải tiến hành những
nghiên cứu riêng để xác định các hệ số gia tốc riêng
theo vị trí và kết cấu:

-Vị trí ở gần một đứt gãy đang hoạt động.
-Có thể có những động đất kéo dài trong vùng.
-Tầm quan trọng của cầu cần xét đến một chu kỳ dài

hơn (tức chu kỳ tái xuất hiện động đất).

12


2.3. HỆ SỐ THỰC ĐỊA (SITE COEFICIENT - S)
NỘI DUNG

Hệ số thực địa phụ thuộc vào điều kiện của các loại
đất thực tế được xác định để tính toán hệ số đàn hồi địa
chấn Cms (mục 2.4), các giá trị S được ước tính theo

phân loại đất như sau:
-Đất loại 1: Đá cứng hoặc đá với lớp phủ bằng đất cứng
có chiều dày nhỏ hơn 60000 mm. Giá trị S lấy bằng 1

-Đất loại 2 : Đất dính cứng hoặc đất rời sâu có bề dày
vượt quá 60000 mm và loại đất phủ trên nền đá là cát,
sỏi cuội hay sét cứng trầm tích ổn định. Giá trị S lấy

bằng 1.2 .
13


2.3. HỆ SỐ THỰC ĐỊA (SITE COEFICIENT - S)
NỘI DUNG

-Đất loại 3: Đất sét mềm đến nửa cứng và cát có chiều
dày tối thiểu 9000 mm. Giá trị S lấy bằng 1.5 .
-Đất loại 4 : Đất sét mềm hoặc bùn dày hơn 12000 mm.

Giá trị S lấy là 2.0 .
Bảng tổng hợp giá trị S cho các loại đất

14


2.4.HỆ SỐ ĐÀN HỒI ĐỊA CHẤN (ELASTIC SEISMIC RESPONSE COEFFICIENT )

NỘI DUNG

Là hệ số được xác định để đưa vào tính toán các giá trị
cụ thể của tải trọng động đất. Csm
-Cms phụ thuộc vào vùng động đất, chu kỳ dao động và

hệ số thực địa.

-Hệ số đàn hồi địa chấn Csm cho dạng dao động thứ m
1,2 AS
được lấy theo công thức: Csm  2 / 3  2,5 A
Tm
Trong đó:
Tm

=

Chu kỳ dao động dạng thứ m (s)

A

=

Hệ số gia tốc

S

=

Hệ số thực địa lấy theo mục 2.2
15


2.4.HỆ SỐ ĐÀN HỒI ĐỊA CHẤN (ELASTIC SEISMIC RESPONSE COEFFICIENT )

NỘI DUNG

✓ Đối với đất loại III và IV và đối với các kiểu dao động

khác với kiểu cơ bản có chu kỳ nhỏ hơn 0,3 giây, thì
Csm phải lấy theo:

- Csm = A (0,8 + 4,0 Tm)
✓

Nếu chu kỳ dao động của một kiểu bất kỳ lớn hơn

4,0 giây thì trị số Csm lấy theo công thức:
Csm 3AS
4/ 3
Tm

16


2.4.HỆ SỐ ĐÀN HỒI ĐỊA CHẤN (ELASTIC SEISMIC RESPONSE COEFFICIENT)

NỘI DUNG

✓ Csm có thể được chuẩn hóa trong tính toán bằng
cách sử dụng Biểu đồ tra sau, dựa vào số liệu đầu vào là
chu kỳ T, giá trị A và loại đất

17


2.4.HỆ SỐ ĐÀN HỒI ĐỊA CHẤN (ELASTIC SEISMIC RESPONSE COEFFICIENT)

NỘI DUNG

✓ Ví dụ xác định Cms với A=0.28, T = 0.79s

18


2.5. PHÂN LOẠI TẦM QUAN TRỌNG CÔNG TRÌNH (IMPORTANCE
NỘI DUNG
CLASISFICATION)

-Theo AASHTO 2007, Là hệ số được sử dụng cho mục
đích

xác

định

hệ

số

điều

chỉnh

R

(Response

Modification Factor – mục 2.8)

-Hệ số này thường do chủ đầu tư quyết định.
-Để tính toán về động đất, cầu đang xét sẽ được phân
loại mức độ quan trọng như sau:
• Các cầu đặc biệt quan trọng ( Critial bridge)

• Các cầu thiết yếu, ( Essential Bridge) hoặc
• Các cầu thông thường (Other)
19


2.5. PHÂN LOẠI TẦM QUAN TRỌNG CÔNG TRÌNH (IMPORTANCE
NỘI DUNG
CLASISFICATION)

✓ Bảng xác định hệ số R theo tầm quan trọng công trình cho

kết cấu phần dưới

20


2.5. PHÂN LOẠI TẦM QUAN TRỌNG CÔNG TRÌNH (IMPORTANCE
NỘI DUNG
CLASISFICATION)

✓ Bảng xác định hệ số R cho các bộ phận liên kết

21

2.5. PHÂN LOẠI TẦM QUAN TRỌNG CÔNG TRÌNH (IMPORTANCE
NỘI DUNG
CLASISFICATION - IC)

- Theo AASHTOSE (AASHTO Guide Specification for

LRFD Seismic Bridge Design) để xác định hệ số SPC
(mục 2.6) trong thiết kế, cầu được chia làm 2 loại:
• Các cầu thiết yếu (mức độ quan trọng loại-I, IC-I):
vẫn đảm bảo các chức năng làm việc sau động đất.
• Các cầu thông thường (mức độ quan trọng loại-II,

IC-II ).
- 2 loại hình phân chia trên thường do yêu cầu và mục
đích khai thác thực tế… Căn cứ vào A và IC sẽ xác định
được giá trị SPC trong thiết kế.
22


2.5. PHÂN LOẠI TẦM QUAN TRỌNG CÔNG TRÌNH (IMPORTANCE
NỘI DUNG
CLASISFICATION - IC)

- Ví dụ xách định SPC theo IC và A

23


2.6. TIÊU CHÍ HỆ SỐ ĐỊA CHẤN (SEISMIC PERFORMANCE CATLOGY SPC)
NỘI DUNG

Là tiêu chí đưa đánh giá dựa trên hệ số gia tốc A và
phân loại tầm quan trọng của công trình (IC).
SPC được sử dụng cho mục đích lựa chọn phương

pháp phân tích phù hợp và thiết kế một số yếu tố cấu
tạo cho các bộ phận kết cấu cầu chịu động đất.

24


2.6. TIÊU CHÍ HỆ SỐ ĐỊA CHẤN (SEISMIC PERFORMANCE CATLOGY SPC)
NỘI DUNG

-SPC được phân thành 4 loại A, B, C, D theo bảng sau

Bảng phân loại theo AASHTOSD

25