Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13594-10:2023 Thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 MM, vận tốc đến 350 km/h - Phần 10

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13594-10:2023

THIẾT KẾ CẦU ĐƯỜNG SẮT KHỔ 1435 MM, VẬN TỐC ĐẾN 350 KM/H - PHẦN 10 : CẦU CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT

Railway Bridge Design with gauge 1435 mm, speed up to 350 km/h - Part 10 : Bridge design for earthquake resistance

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1 Phạm vi

2 Tài liệu viện dẫn

3 Các giả thiết

4 Thuật ngữ, định nghĩa, ký hiệu

4.1 Các định nghĩa, thuật ngữ

4.2 Các ký hiệu

5 Các yêu cầu cơ bản và các tiêu chí cần tuân theo

5.1 Tải trọng động đất thiết kế

5.2 Các yêu cầu cơ bản

5.2.1 Yêu cầu chung

5.2.2 Yêu cầu không sụp đổ (TTGHCĐ)

5.3 Tiêu chí cần tuân theo

5.3.1 Yêu cầu chung

5.3.2 Ứng xử động đất dự kiến

5.3.3 Kiểm tra sức kháng

5.3.4 Thiết kế theo khả năng

5.3.5 Quy định về độ dẻo

5.3.6 Liên kết - Kiểm soát chuyển vị - Cấu tạo

5.3.7 Tiêu chí đơn giản hóa

5.4 Thiết kế cơ sở

6 Điều kiện nền đất và tải trọng động đất

6.1 Điều kiện nền đất

6.1.1 Tổng quát

6.1.2 Nhận dạng các loại nền đất

6.2 Tải trọng động đất

6.2.1 Khái quát

6.2.2 Áp dụng các thành phần chuyển động

6.2.3 Định lượng các thành phần

6.2.4 Biểu diễn theo lịch sử thời gian

6.2.5 Phổ thiết kế phụ thuộc thực địa để phân tích tuyến tính

6.3 Sự thay đổi theo không gian của tải trọng động đất

7 Phân tích

7.1 Mô hình hóa

7.1.1 Bậc tự do động

7.1.2 Khối lượng

7.1.3 Giảm chấn kết cấu và độ cứng của các bộ phận

7.1.4 Mô hình hóa đất

7.1.5 Hiệu ứng xoắn

7.1.6 Hệ số ứng xử cho phân tích tuyến tính

7.1.7 Thành phần thẳng đứng của tải trọng động đất

7.1.8 Ứng xử động đất của cầu dẻo đều đặn và không đều đặn

7.1.9 Phân tích phi tuyến của các cầu không đều đặn

7.2 Phương pháp phân tích

7.2.1 Phân tích động tuyến tính - Phương pháp phổ phản ứng

7.2.2 Phương pháp dạng cơ bản

7.2.3 Phương pháp tuyến tính khác

7.2.4 Phân tích lịch sử thời gian động phi tuyến

7.2.5 Phân tích tĩnh phi tuyến (phân tích đầy dần)

8 Kiểm tra độ bền

8.1 Yêu cầu chung

8.2 Vật liệu và độ bền thiết kế

8.2.1 Vật liệu

8.2.2 Độ bền thiết kế

8.3 Thiết kế theo khả năng

8.4 Hiệu ứng thứ cấp

8.5 Tổ hợp của tải trọng động đất với các tác động khác

8.6 Kiểm tra sức kháng của các mặt cắt bê tông

8.6.1 Độ bền thiết kế

8.6.2 Kết cấu có ứng xử dẻo hạn chế

8.6.3 Kết cấu có ứng xử dẻo

8.7 Kiểm tra sức kháng đối với các cấu kiện thép và cấu kiện liên hợp

8.7.1 Trụ thép

8.7.2 Dầm thép hoặc dầm liên hợp

8.8 Móng

8.8.1 Yêu cầu chung

8.8.2 Hiệu ứng tải trọng thiết kế

8.8.3 Kiểm tra sức kháng

9 Cấu tạo

9.1 Yêu cầu chung

9.2 Trụ bê tông

9.2.1 Sự kiềm chế

9.2.2 Oằn của cốt thép chịu nén dọc

9.2.3 Các quy tắc khác

9.2.4 Các trụ rỗng

9.3 Trụ thép

9.4 Các móng

9.4.1 Móng nông

9.4.2 Móng cọc

9.5 Các kết cấu có ứng xử dẻo hạn chế

9.5.1 Kiểm tra tính dẻo của các mặt cắt tới hạn

9.5.2 Tránh phá hoại giòn của các bộ phận không dẻo đặc biệt

9.6 Gối và liên kết động đất

9.6.1 Yêu cầu chung

9.6.2 Gối

9.6.3 Liên kết động đất, thiết bị neo giữ, bộ truyền xung động

9.6.4 Độ dài chồng tối thiểu

9.7 Mố và tường chắn bê tông

9.7.1 Yêu cầu chung

9.7.2 Mố liên kết mềm với dầm

9.7.3 Mố được liên kết cứng với dầm

9.7.4 Cống có chiều sâu vùi lớn

9.7.5 Tường chắn

9.8 Các quy định bổ sung cho mố, tường chắn và móng

9.8.1 Các tính chất của đất nền

9.8.2 Các yêu cầu đối với vị trí xây dựng và đất nền

9.8.3 Hệ thống móng

9.8.4 Tương tác giữa đất và kết cấu

9.8.5 Kết cấu tường chắn

10 Cầu có hệ cách ly động đất

10.1 Yêu cầu chung

10.2 Định nghĩa

10.3 Các yêu cầu cơ bản và tiêu chí cần tuân theo

10.4 Tải trọng động đất trong thiết kế cầu có hệ cách chấn

10.4.1 Phổ thiết kế

10.4.2 Biểu diễn lịch sử thời gian

10.5 Quy trình phân tích và mô hình hóa

10.5.1 Yêu cầu chung

10.5.2 Đặc tính thiết kế của hệ cách ly

10.5.3 Điều kiện áp dụng các phương pháp phân tích

10.5.4 Phân tích phổ mode cơ bản

10.5.5 Phân tích phổ đa mode

10.5.6 Phân tích lịch sử thời gian

10.5.7 Thành phần thẳng đứng của tải trọng động đất

10.6 Kiểm tra

10.6.1 Trường hợp thiết kế động đất

10.6.2 Hệ cách ly

10.6.3 Kết cấu phần dưới và kết cấu phần trên

10.7 Yêu cầu đặc biệt đối với hệ cách ly

10.7.1 Khả năng phục hồi ngang

10.7.2 Kiềm chế ngang ở giao diện cách ly

10.7.3 Kiểm tra và Bảo trì

Phụ lục A (Quy định) Mức độ và hệ số tầm quan trọng - Áp dụng cho công trình cầu đường sắt

Phụ lục B (Tham khảo) Phổ phản ứng chuyển vị đàn hồi

Phụ lục C (Tham khảo) Xác định chuyển vị mục tiêu đối với phân tích tĩnh phi tuyến (đẩy dần)

Phụ lục D (Tham khảo) Thiết kế bản của dầm liên hợp thép - bê tông tại liên kết dầm - cột trong khung chịu mô men

Phụ lục E (Tham khảo) Xác suất liên quan đến tải trọng động đất tham chiếu - Hướng dẫn lựa chọn tải trọng động đất thiết kế trong giai đoạn xây dựng

Phụ lục F (Tham khảo) Quan hệ giữa hệ số dẻo chuyển vị và hệ số dẻo cong của khớp dẻo trong trụ bê tông

Phụ lục G (Tham khảo) Đánh giá độ cứng có hiệu của cấu kiện bê tông cốt thép có tính dẻo

Phụ lục H (Tham khảo) Sự thay đổi không gian của chuyển động nền do động đất: Mô hình và phương pháp phân tích

Phụ lục I (Tham khảo) Tính chất vật liệu có thể và khả năng biến dạng khớp dẻo cho phân tích phi tuyến

Phụ lục J (Tham khảo) Khối lượng bổ sung của nước chứa trong các trụ ngập nước

Phụ lục K (Quy định) Tính toán các hiệu ứng thiết kế theo khả năng

Phụ lục L (Tham khảo) Phân tích tĩnh phi tuyến (Pushover)

Phụ lục M (Quy định) Sự thay đổi các đặc tính thiết kế của thiết bị cách chấn

Phụ lục N (Tham khảo) Hệ số X đối với các hệ cách ly thông dụng

Phụ lục O (Tham khảo) Thí nghiệm để áp dụng của tính chất thiết kế của các thiết bị cách chấn

Phụ lục P (Tham khảo) Các hệ số khuếch đại địa hình

Phụ lục Q (Quy định) Các biểu đồ thực nghiệm để phân tích hóa lỏng đơn giản

Phụ lục R (Quy định) Các độ cứng tĩnh đầu cọc

Phụ lục S (Tham khảo) Tương tác động lực giữa đất và kết cấu (SSI) Các hiệu ứng chung và tầm quan trọng

Phụ lục T (Quy định) Phương pháp phân tích đơn giản hóa đối với kết cấu tường chắn

Phụ lục U (Tham khảo) Sức chịu tải động đất của móng nông

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Lời nói đầu

TCVN 13594-10:2023 được biên soạn trên cơ sở tham khảo BS EN 1998-2:2005.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 13594 thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc đến 350 km/h bao gồm các phần sau:

- TCVN 13594-1:2022 Thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc đến 350 km/h - Phần 1: Yêu cầu chung

- TCVN 13594-2:2022 Thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc đến 350 km/h - Phần 2: Thiết kế tổng thể và bố trí cầu,

- TCVN 13594-3:2022 Thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc đến 350 km/h - Phần 3: Tải trọng và tác động

- TCVN 13594-4:2022 Thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc đến 350 km/h - Phần 4: Phân tích và đánh giá kết cấu

- TCVN 13594-5:2023 Thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc đến 350 km/h - Phần 5: Kết cấu bê tông

- TCVN 13594-6:2023 Thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc đến 350 km/h - Phần 6: Kết cấu thép

- TCVN 13594-7:2023 Thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc đến 350 km/h - Phần 7: Kết cấu liên hợp thép - bê tông cốt thép

- TCVN 13594-8:2023 Thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc đến 350 km/h - Phần 8: Gối cầu, Khe co giãn, Lan can

- TCVN 13594-9:2023 Thiết kế cầu đường sắt khổ 1435mm, vận tốc đến 350km/h - Phần 9: Địa kỹ thuật và nền móng

TCVN 13594-10:2023 do Viện Khoa học và công nghệ Giao thông vận tải tổ chức biên soạn, Bộ Giao thông vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường và chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và công nghệ công bố

THIẾT KẾ CẦU ĐƯỜNG SẮT KHỔ 1435 MM, VẬN TỐC ĐẾN 350 KM/H - PHẦN 10 : CẦU CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT

Railway Bridge Design with gauge 1435 mm, speed up to 350 km/h - Part 10 : Bridge design for earthquake resistance

1  Phạm vi

Tiêu chuẩn quy định các yêu cầu này áp dụng để thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc đến 350 km/h chịu tác động của động đất, nhằm đảm bảo trong trường hợp có động đất thì sinh mạng con người được bảo vệ, các hư hỏng được hạn chế, công trình quan trọng vẫn có thể duy trì hoạt động.

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu trong việc thiết kế cầu chịu động đất mà tác động động đất theo phương ngang chủ yếu thông qua mô men uốn của trụ hoặc các mố, tức là cầu bao gồm các hệ thống trụ thẳng đứng hoặc gần như thẳng đứng đỡ hoạt tải từ kết cấu trên.

Tiêu chuẩn này đề cập các yêu cầu, tính năng, tiêu chí tuân thủ và quy tắc ứng dụng áp dụng, tải trọng động đất, phân tích, kiểm tra độ bền, xem xét cấu tạo cho thiết kế cầu chịu động đất, phương pháp áp dụng hệ cách chấn để bảo vệ cầu chịu động đất.

Có thể áp dụng tiêu chuẩn này để thiết kế động đất cho cầu dây văng và cầu vòm, mặc dù không hoàn toàn đầy đủ. Tiêu chuẩn này cũng không bao hàm thiết kết cấu treo.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn nảy. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

- TCVN 9386-1:2012 Thiết kế công trình chịu động đất, Phần 1: Quy định chung, tác động động đất và quy định đối với kết cấu nhà,

- TCVN 9386-2:2012 Thiết kế công trình chịu động đất, Phần 2: Nền móng, tường chắn và các vấn đề địa kỹ thuật

- BS EN 1090-1 Execution of Steel Structures - Thi công kết cấu thép

- BS EN 15129: 2009 Anti - Seismic Devices - Thiết bị chống động đất

3  Các giả thiết

Ngoài các giả thiết được đưa ở TCVN 13594-1:2022, bổ sung giả thiết sau:

- Không có sự thay đổi kết cấu nào xảy ra trong suốt giai đoạn xây dựng hoặc trong tuổi thọ tiếp theo của kết cấu, trừ khi có sự chứng minh và kiểm tra thích hợp được đưa ra.

4  Thuật ngữ, định nghĩa, ký hiệu

4.1  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ trong TCVN 13594-1:2022 và các thuật ngữ sau.

4.1.1

Thiết kế theo khả năng (capacity design)

Quy trình thiết kế được sử dụng khi thiết kế các kết cấu có tính chất dẻo để đảm bảo phân cấp sức mạnh của các thành phần kết cấu khác nhau cần thiết để dẫn đến cấu hình dự định của khớp dẻo và để tránh các dạng hỏng hóc do giòn.

4.1.2

Cấu kiện dẻo (ductile members)

Các cấu kiện có thể tiêu tán năng lượng thông qua sự hình thành của khớp dẻo

4.1.3

Kết cấu dẻo (ductile structure)

Kết cấu mà dưới chuyển động động đất mạnh có thể tiêu tán một lượng đáng kể đầu vào năng lượng thông qua việc hình thành cấu hình dự kiến của khớp dẻo hoặc bằng cách khác cơ chế

4.1.4

Ứng xử dẻo hạn chế (limited ductile behaviour)

Ứng xử động đất của cầu, không có sự tiêu tán năng lượng đáng kể trong khớp dẻo dưới tải trọng động đất thiết kế.

4.1.5

Liên kết rõ ràng (positive linkage)

Liên kết được thực hiện bởi các liên kết động đất

4.1.6

Cách ly động đất (Seismic Isolated)

Cung cấp các kết cấu cầu với các thiết bị cách ly đặc biệt nhằm mục đích giảm thiểu phản ứng động đất (lực và / hoặc chuyển vị).

4.1.7

Sự biến đổi không gian (spatial variability)

Trường hợp trong đó chuyển động của mặt đất tại các trụ đỡ khác nhau của cầu khác nhau và, do đó, tải trọng động đất không thể dựa trên đặc điểm của chuyển động tại một điểm duy nhất

4.1.8

Ứng xử động đất (seismic behaviour)

Ứng xử của cầu dưới sự kiện động đất thiết kế, tùy thuộc vào đặc điểm của mối quan hệ tổng thể lực- chuyển vị của kết cấu, có thể là dẻo hoặc dẻo giới hạn / về cơ bản đàn hồi.

4.1.9

Liên kết động đất (seismic links)

Bộ hạn chế có thể truyền một phần hoặc toàn bộ động đất qua đó. Được dùng trong kết hợp với gối, chúng có thể được cung cấp với độ chùng thích hợp, để được chỉ được kích hoạt trong trường hợp vượt quá chuyển vị động đất thiết kế.

4.1.10

Chiều dài chồng tối thiểu (minimum overlap length)

Biện pháp an toàn dưới dạng khoảng cách tối thiểu giữa mép trong của được hỗ trợ và cạnh ngoài của cấu kiện hỗ trợ. Sự chồng tối thiểu là nhằm đảm bảo rằng chức năng của giá đỡ được duy trì dưới cơn động đất cực mạnh sự chuyển vị.

4.1.11

Chuyển vị động đất thiết kế (design seismic displacement)

Chuyển vị gây ra bởi các tải trọng động đất thiết kế.

4.1.12

Tổng chuyển vị thiết kế trong trường hợp thiết kế động đất (total design displacement in the seismic design situation)

Chuyển vị được sử dụng để xác định khe hở thích hợp để bảo vệ các cấu kiện kết cấu chính. Nó bao gồm chuyển vị động đất thiết kế, chuyển vị do ảnh hưởng lâu dài của các tác động thường xuyên và gần như thường xuyên và một phần thích hợp của chuyển vị do chuyển động nhiệt.

4.1.13

Hệ số ứng xử (Behaviour factor)

Hệ số được sử dụng cho mục đích thiết kế để giảm độ lớn của lực thu được từ phân tích tuyến tính, nhằm xét đến phản ứng phi tuyến của kết cấu, liên quan đến vật liệu, hệ kết cấu và quy trình thiết kế.

4.1.14

Phương pháp thiết kế theo khả năng chịu lực và tiêu tán năng lượng (Capacity design method and energy dissipatition)

Phương pháp thiết kế trong đó một số cấu kiện của hệ kết cấu được lựa chọn, thiết kế và cấu tạo phù hợp nhằm đảm bảo tiêu tán năng lượng thông qua các biến dạng lớn trong khi tất cả những cấu kiện còn lại vẫn đảm bảo đủ độ bền để có thể duy trì được cách tiêu tán năng lượng đã chọn.

4.1.15

Kết cấu tiêu tán năng lượng (Dissipative structure)

Kết cấu có khả năng tiêu tán năng lượng bằng cách ứng xử trễ do dẻo kết cấu và/hoặc bằng các cơ chế khác.

4.1.16

Vùng tiêu tán năng lượng (Dissipative zones)

Vùng được định trước của một kết cấu tiêu tán năng lượng. Sự tiêu tán năng lượng của kết cấu chủ yếu tập trung tại đây.

CHÚ THÍCH 1: Vùng này còn được gọi là vùng tới hạn.

4.1.17

Đơn vị độc lập về mặt động lực (Dynamically independent unit)

Kết cấu hoặc một phần kết cấu trực tiếp chịu dao động nền và phản ứng của nó không chịu ảnh hưởng bởi phản ứng của các đơn vị hoặc kết cấu bên cạnh.

4.1.18

Hệ số tầm quan trọng (Importance factor)

Hệ số có liên quan đến những hậu quả của việc hư hỏng kết cấu.

4.1.19

Kết cấu không tiêu tán năng lượng (Non-dissipative structure)

Kết cấu được thiết kế cho trường hợp chịu động đất nhưng không tính đến ứng xử phi tuyến của vật liệu.

4.1.20

Bộ phận phi kết cấu (Non-structural element)

Các bộ phận kiến trúc, cơ khí hoặc điện, do không có khả năng chịu lực hoặc do cách liên kết với kết cấu không được xem là cấu kiện chịu lực trong thiết kế chịu động đất.

4.1.21

Cấu kiện kháng chấn chính (Primary seismic members)

Cấu kiện được xem là một phần của hệ kết cấu chịu tác động động đất, được mô hình hóa trong tính toán thiết kế chịu động đất và được thiết kế, cấu tạo hoàn chỉnh đảm bảo yêu cầu kháng chấn theo những quy định của tiêu chuẩn này

4.2  Ký hiệu

Chữ in thường:

4.3  Chữ viết tắt

5  Các yêu cầu cơ bản và các tiêu chí cần tuân theo

5.1  Tải trọng động đất thiết kế

Triết lý thiết kế của tiêu chuẩn này là đạt được với độ tin cậy phù hợp yêu cầu không sụp đổ và yêu cầu hạn chế hư hỏng đối với tải trọng động đất thiết kế (A_Ed).

Trừ khi có quy định khác, phổ đàn hồi của động đất thiết kế áp dụng tác động phù hợp với 6.2.3.2.2 đến 6.2.3.2.4. Để áp dụng phương pháp tuyến tính tương đương của 7.1.6 (sử dụng hệ số ứng xử q) phổ phải là phổ thiết kế phù hợp với 6.2.3.2.5.

Tải trọng động đất thiết kế, A_Ed, được thể hiện theo:

(a) Tải trọng động đất tham chiếu, A_Ek, liên quan đến xác suất tham chiếu vượt quá, P_NCR, trong 50 năm hoặc chu kỳ quay trở lại tham chiếu, T_NCR, (xem 5.2 và 6.1.3),

(b) Hệ số tầm quan trọng γ₁ (xem TCVN 13594-1:2022 và 5.2) để xét đến sự khác nhau về độ tin cậy:

CHÚ THÍCH:

Giá trị được gán cho chu kỳ quay trở lại tham chiếu, T_NCR, liên quan với tải trọng động đất tham chiếu có thể được đưa ra trong dự án cụ thể. Giá trị khuyến nghị là: T_NCR = 475 năm.

Phụ lục E cung cấp thông tin về tải trọng động đất tham chiếu và lựa chọn tải trọng động đất thiết kế trong giai đoạn xây dựng.

Cầu được phân loại theo mức độ quan trọng, phụ thuộc vào hậu quả hư hỏng đối với cuộc sống con người, tầm quan trọng đối với việc duy trì thông tin liên lạc, đặc biệt là trong giai đoạn ngay sau trận động đất và hậu quả kinh tế của sự sụp đổ.

CHÚ THÍCH: Có thể đưa ra các định nghĩa về các cấp độ quan trọng đối với cầu trong dự án cụ thể (xem thêm PD 6698. Phân loại được khuyến nghị theo ba loại quan trọng, như sau:

Cầu đường sắt được coi là quan trọng cấp II (tầm quan trọng trung bình), với các ngoại lệ được lưu ý dưới đây.

Cấp độ quan trọng III bao gồm các cầu nối có tầm quan trọng thiết yếu để duy trì thông tin liên lạc, đặc biệt là trong giai đoạn ngay sau trận động đất, cầu nối với sự cố liên quan đến với một số lượng lớn các trường hợp tử vong có thể xảy ra và các cầu chính nơi tuổi thọ thiết kế lớn hơn bình thường là bắt buộc.

Một cầu có thể được xếp vào loại quan trọng I (mức độ quan trọng nhỏ hơn mức độ quan trọng trung bình) khi cả hai các điều kiện sau được đáp ứng: Cầu không quan trọng đối với thông tin liên lạc, và việc chấp nhận xác suất vượt quá quy chiếu, PNCR, trong 50 năm đối với tải trọng động đất thiết kế, hoặc tuổi thọ thiết kế cầu tiêu chuẩn là 50 năm là không kinh tế chính đáng.

Các cấp quan trọng I, II và III gần tương ứng với các cấp hệ quả CC1, CC2 và CC3, tương ứng, được định nghĩa trong B3.1, TCVN 13594-1:2022.

Các quy định về cấp và tầm quan trọng xem ở Phụ lục A.

Các loại mức độ quan trọng được đặc trưng bởi các hệ số tầm quan trọng khác nhau γ₁ như được mô tả trong 5.1 và trong 5.2.2.

Hệ số quan trọng γ₁ = 1,0 có liên quan đến một tải trọng động đất có chu kỳ lặp tham chiếu được chỉ ra trong 5.1 và 6.1.3.

CHÚ THÍCH: Các giá trị được quy định cho γ1 có thể được đưa ra trong dự án cụ thể. Các giá trị của γ1 có thể khác nhau đối với các vùng động đất khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện nguy hiểm động đất và các cân nhắc về an toàn công cộng (xem CHÚ THÍCH của 5.2.3). Giá trị khuyến nghị của γ1 cho các loại quan trọng I và III tương ứng bằng 0,85 và 1,3.

5.2  Các yêu cầu cơ bản

5.2.1  Yêu cầu chung

Thiết kế phải nhằm đáp ứng hai yêu cầu cơ bản sau đây.

5.2.2  Yêu cầu không sụp đổ (TTGHCĐ)

Sau khi xảy ra động đất thiết kế, cầu giữ nguyên tính toàn vẹn kết cấu và có đủ sức kháng dư, mặc dù ở một số bộ phận có thể xảy ra hư hỏng đáng kể.

Chảy uốn của các mặt cắt đặc biệt (tức là sự hình thành khớp dẻo) được phép xảy ra trong các trụ. Khi không có cách ly động đất, độ chảy uốn như vậy nói chung là cần thiết ở các vùng có động đất cao, để giảm tải trọng động đất thiết kế đến mức tương ứng với sự gia tăng hợp lý của phần chi phí xây dựng bổ sung so với một cầu không được thiết kế để chống động đất.

Dầm cầu nói chung phải được thiết kế để tránh hư hỏng, trừ hư hỏng cục bộ cho các bộ phận phụ như khe co giãn, bản liên tục (xem 5.3.2.2) hoặc lan can.

Khi tải trọng động đất thiết kế có xác suất vượt đáng kể ngưỡng tuổi thọ thiết kế, thiết kế phải hướng tới khả năng kết cấu chịu thiệt hại. Các bộ phận dễ bị hư hại do chúng đóng góp vào tiêu tán năng lượng do động đất thiết kế nên được thiết kế cho phép sử dụng cầu cho giao thông khẩn cấp sau tải trọng động đất và có thể dễ dàng sửa chữa.

Khi tải trọng động đất thiết kế có xác suất vượt thấp trong phạm vi tuổi thọ thiết kế, tải trọng động đất có thể được coi là tải trọng sự cố, phù hợp với định nghĩa trong Điều 4 và 7.1.1, TCVN 13594-1:2022. Khi đó yêu cầu trên có thể được giảm.

CHÚ THÍCH: Dự án cụ thể có thể chỉ rõ các điều kiện được áp dụng, như mức độ giãn ra liên quan. Khuyến nghị áp dụng khi thời gian hoàn vốn tham chiếu T_NCR xấp xỉ bằng 475 năm. Xem thêm PD 6698.

5.2.3  Yêu cầu hạn chế hư hỏng (TTGHSD)

Động đất có khả năng xảy ra cao có thể chỉ gây hư hỏng cho các bộ phận phụ và cho những bộ phận cầu dự định tham gia để tiêu tán năng lượng. Các bộ phận khác của cầu vẫn không bị hư hỏng.

Tác động động đất được đưa vào tính toán cho “yêu cầu hạn chế hư hỏng” có xác suất vượt quá, P_DLR và chu kỳ lặp T_DLR.

CHÚ THÍCH 3: Các giá trị ấn định cho P_DLR hoặc T_DLR để sử dụng ở Việt Nam là P_DLR =10 % và T_DLR = 95 năm.

Độ tin cậy cho “yêu cầu không sụp đổ" và “yêu cầu hạn chế hư hỏng" được thiết lập bởi các cơ quan có thẩm quyền đối với các loại công trình khác nhau trên cơ sở những hậu quả của phá hoại.

Các mức độ tin cậy khác nhau được xét tới bằng cách phân loại công trình theo mức độ quan trọng khác nhau. Mỗi mức độ quan trọng được gán một hệ số tầm quan trọng ϰ. Khi có thể, hệ số này cần thiết lập sao cho nó tương ứng với một chu kỳ lặp có giá trị dài hơn hoặc ngắn hơn của hiện tượng động đất (so với chu kỳ lặp tham chiếu), cho chu kỳ lặp này là phù hợp để thiết kế từng loại công trình cụ thể (xem 6.1.3). Các định nghĩa về mức độ và hệ số tầm quan trọng cho trong Phụ lục A.

Các mức độ khác nhau của độ tin cậy thu được bằng cách nhân tác động động đất tham chiếu hoặc nhân những hệ quả tác động tương ứng khi sử dụng phương pháp phân tích tuyến tính với hệ số tầm quan trọng này. Chỉ dẫn chi tiết về mức độ quan trọng và các hệ số tầm quan trọng được cho ở 4.2.5.

CHÚ THÍCH:

Tại hầu hết các địa điểm, xác suất vượt quá theo năm H(a_gR) của đỉnh gia tốc nền tham chiếu agR có thể xem như đại lượng biến thiên theo a_gR như sau: H(a_gR) ≈ k₀ a_gR^-k, với giá trị của số mũ k phụ thuộc vào tính động đất, nhưng nói chung là bằng 3. Vì thế, nếu tác động động đất được định nghĩa dưới dạng đỉnh gia tốc nền tham chiếu a_gR, thì giá trị của hệ số tầm quan trọng γ₁, mà nhân với tác động động đất tham chiếu để đạt được cùng một xác suất vượt quá trong T_L năm cũng như trong T_LR năm theo đó tác động động đất tham chiếu được xác định, có thể được tính bằng: γ1 ≈ (T_LR/T_L)^-1/k. Một cách khác, giá trị của hệ số tầm quan trọng γ1, mà phải nhân với tác động động đất tham chiếu để đạt được xác suất vượt quá P_L của tác động động đất trong T_L năm, khác với xác suất vượt quá tham chiếu P_LR, cũng trên cùng số năm là T_L, có thể được tính bằng: γ₁ ≈ (P_L/ P_LR)^-1/k.

5.3  Tiêu chí cần tuân theo

5.3.1  Yêu cầu chung

Để phù hợp với các yêu cầu cơ bản nêu trong 5.2, thiết kế phải tuân theo với các tiêu chí như nêu dưới đây. Nói chung các tiêu chí nhằm mục tiêu rõ ràng đáp ứng yêu cầu không bị sập đổ (5.2.2) cũng như ngầm bảo đảm yêu cầu hư hỏng tối thiểu (xem 5.2.3). Việc tuân thủ các tiêu chí quy định trong tiêu chuẩn này được coi là thỏa mãn tất cả các yêu cầu cơ bản của 5.2.

Các tiêu chí tuân thủ phụ thuộc vào ứng xử dự định cho cầu dưới tải trọng động đất thiết kế. Có thể lựa chọn ứng xử này phù hợp với với 5.3.2.

5.3.2  Ứng xử động đất dự kiến

5.3.2.1  Yêu cầu

Phải thiết kế cầu sao cho ứng xử của nó dưới tải trọng động đất thiết kế có thể là dẻo, hoặc dẻo giới hạn / về cơ bản là đàn hồi, tùy thuộc vào động đất ở hiện trường, về việc có áp dụng cách ly cho thiết kế hay bất kỳ những liên kết có thể chiếm ưu thế. Ứng xử dẻo hoặc dẻo giới hạn được đặc trưng bởi mối quan hệ tổng thể lực - chuyển vị của kết cấu, được thể hiện theo sơ đồ trong Hình 1 (xem Bảng 2).

5.3.2.2  Ứng xử dẻo

Ở những vùng có động đất trung bình đến cao, do cả lý do kinh tế và an toàn, thiết kế cầu với tính dẻo thường thích hợp, tức là cung cấp cho nó các phương tiện tin cậy để tiêu tán một lượng đáng kể năng lượng đầu vào trong điều kiện động đất mạnh. Điều này được thực hiện bằng cách cung cấp sự hình thành một cấu hình khớp dẻo uốn hoặc sử dụng các thiết bị cách ly phù hợp với Điều 10. Một phần của điều này đề cập đến tính dẻo đạt được bằng khớp dẻo uốn.

Cầu có tính dẻo phải được thiết kế sao cho một cơ chế ổn định đáng tin cậy đầy đủ hoặc từng phần có thể phát triển trong kết cấu thông qua việc hình thành khớp dẻo uốn. Những khớp dẻo này thường hình thành trong các trụ và tác động như thành phần tiêu tán năng lượng chính.

CHÚ DẪN:

q - Hệ số ứng xử

IE - Đàn hồi lý tưởng

E - Đàn hồi nói chung

LD - Dẻo giới hạn

D - Dẻo

Hình 1 - Ứng xử động đất

Trong chừng mực có thể được, vị trí của khớp dẻo phải được lựa chọn tại các điểm có thể tiếp cận để kiểm tra và sửa chữa.

Dầm cầu phải duy trì trong phạm vi đàn hồi. Tuy nhiên, được phép hình thành khớp dẻo (uốn theo trục ngang) trong bản bê tông mềm dẻo tạo ra sự liên tục của mặt trên bản giữa lân cận các nhịp dầm bê tông đúc sẵn được đỡ đơn giản.

Không được có khớp dẻo trong các mặt cắt bê tông cốt thép khi lực dọc trục được chuẩn hóa η_k, xác định trong 8.3 vượt quá 0,6.

Tiêu chuẩn này không đưa ra các quy tắc cung cấp độ dẻo trong cấu kiện dự ứng lực kéo trước hoặc kéo sau. Do đó các cấu kiện như vậy cần được bảo vệ khỏi hình thành khớp dẻo dưới tải trọng động đất thiết kế.

Khớp dẻo uốn không nhất thiết phải hình thành ở tất cả các trụ. Tuy nhiên ứng xử động đất sau đàn hồi tối ưu của cầu đạt được nếu khớp dẻo phát triển gần như đồng thời ở nhiều trụ nhất có thể.

Khả năng của kết cấu để tạo thành khớp uốn là cần thiết, để đảm bảo tiêu tán năng lượng và do đó có tính dẻo (xem 7.1.6).

CHÚ THÍCH: Biến dạng của cầu được đỡ riêng bởi gối đàn hồi giảm chấn thấp chủ yếu là đàn hồi và nói chung không dẫn đến ứng xử dẻo (xem 7.1.6).

Mối quan hệ tổng thể lực - chuyển vị nên thể hiện một lực đáng kể ổn định khi chảy và phải đảm bảo tiêu tán năng lượng từ trễ trên ít nhất năm chu kỳ biến dạng không đàn hồi (xem Hình 1, 2 và 3).

CHÚ THÍCH: Gối đàn hồi được sử dụng trên một số hệ đỡ kết hợp với hệ đỡ nguyên khối trên các trụ khác, có thể làm cho lực chống lại tăng khi chuyển vị tăng, sau khi dẻo khớp đỗ hình thành trong các cấu kiện đỡ khác. Tuy nhiên tốc độ tảng của lực chống lại sẽ giảm đáng kể sau khi khớp dẻo hình thành.

Các cấu kiện đỡ (trụ hoặc mố) được liên kết với dầm thông qua trượt hoặc lắp đặt linh hoạt (gối trượt hoặc gối cau su đàn hồi) phải, nói chung, nằm trong phạm vi đàn hồi.

5.3.2.3  Ứng xử dẻo hạn chế

Trong kết cấu có tính dẻo hạn chế, một vùng chảy có giảm độ cứng đàn hồi không cần xuất hiện dưới tải trọng động đất thiết kế. về đặc trưng lực - chuyển vị, không cần thiết phải hình thành một lực ổn định, trong khi chuyển vị so với ứng xử đàn hồi lý tưởng cung cấp một số năng lượng tiêu tán trễ. Ứng xử đó tương ứng với giá trị của hệ số ứng xử q ≤ 1,5 và trong tiêu chuẩn này được gọi là độ dẻo hạn chế.

CHÚ THÍCH: Các giá trị của q trong khoảng 1 ≤ q ≤ 1,5 chủ yếu được quy về biên độ cố hữu giữa thiết kế và cường độ có thể xảy ra trong trường hợp thiết kế động đất.

Đối với các cầu mà phản ứng động đất có thể bị chi phối bởi dạng hiệu ứng cao hơn (ví dụ cầu dây văng), hoặc khi chi tiết của khớp dẻo có thể không đáng tin cậy (ví dụ do lực dọc trục lớn hoặc tỷ lệ nhịp chịu cắt thấp), khuyến nghị hệ số ứng xử q = 1, tương ứng với ứng xử đàn hồi.

5.3.3  Kiểm tra sức kháng

Trong các cầu được thiết kế cho ứng xử dẻo, các vùng của khớp dẻo phải được kiểm tra có đủ độ bền uốn để chịu tải trọng động đất thiết kế như quy định trong 8.5. Sức kháng cắt của khớp dẻo, cũng như cả sức kháng cắt và uốn của tất cả các vùng khác, phải được thiết kế để chịu "hiệu ứng thiết kế theo khả năng” quy định trong 5.3.4 (xem thêm 8.3).

Trong các cầu thiết kế có ứng xử dẻo giới hạn, tất cả các mặt cắt phải được kiểm tra có đủ cường độ để chống lại các tải trọng động đất thiết kế của 8.5 (xem 8.6.2).

5.3.4  Thiết kế theo khả năng

Đối với cầu có ứng xử dẻo, thiết kế theo khả năng được sử dụng để đảm bảo hệ thống phân cấp thích hợp của sức kháng tồn tại trong các bộ phận kết cấu khác nhau. Điều này để đảm bảo cấu hình dự kiến của khớp dẻo sẽ được hình thành và tránh được các dạng hư hỏng giòn.

Việc đảm bảo này phải đạt được bằng cách thiết kế tất cả các cấu kiện sao cho vẫn đàn hồi chống lại tất cả các dạng hư hỏng giòn, sử dụng hiệu ứng thiết kế theo khả năng. Chẳng hạn hiệu ứng là kết quả của các điều kiện cân bằng tại cơ chế dẻo dự kiến, khi tất cả khớp uốn đã phát triển một phần trên của khả năng chống uốn của chúng (vượt cường độ), như quy định ở 8.3.

Đối với các cầu có ứng xử dẻo hạn chế thì không bắt buộc áp dụng quy trình thiết kế theo khả năng.

5.3.5  Quy định về độ dẻo

5.3.5.1  Yêu cầu chung

Các khớp dẻo dự kiến phải được cấu tạo đủ độ dẻo để đảm bảo độ dẻo tổng thể cần thiết của kết cấu.

CHÚ THÍCH: Các định nghĩa về độ dẻo tổng thể và cục bộ, nêu trong 5.3.5.2 và 5.3.5.3, nhằm mục đích cung cấp cơ sở lý thuyết về ứng xử dẻo. Nói chung chúng không cần thiết cho thực tế kiểm tra độ dẻo thực hiện theo 5.3.5.4

5.3.5.2  Độ dẻo tổng thể

Đề cập đến hệ một bậc tự do tương đương với một hệ được lý tưởng hóa quan hệ lực đàn dẻo hoàn toàn - chuyển vị như thể hiện trong Hình 2, giá trị hệ số dẻo thiết kế của kết cấu (độ dẻo chuyển vị tính toán) được định nghĩa là tỷ số giữa chuyển vị TTGHCĐ (d_u) với chuyển vị chảy (d_y), cả hai đều được đo tại trọng tâm: tức là μ_d = d_u / d_y.

Khi thực hiện phân tích tuyến tính tương đương, lực chảy của quan hệ lực đàn dẻo hoàn toàn - chuyển vị tổng thể được giả định bằng giá trị chịu lực thiết kế, F_Rd. Chuyển vị chảy xác định nhánh đàn hồi được chọn sao cho gần đúng nhất với đường cong lực-chuyển vị thiết kế (đối với tải đơn điệu).

Chuyển vị cực hạn d_u được định nghĩa là chuyển vị lớn nhất thỏa mãn điều kiện sau đây. Kết cấu phải có khả năng duy trì ít nhất 5 chu kỳ từ biến dạng đến chuyển vị cực hạn:

- Không bắt đầu hư hỏng của cốt thép kiềm chế cho mặt cắt bê tông cốt thép, hoặc hiệu ứng oằn cục bộ đối với mặt cắt thép;

- Không có sự sụt giảm chịu lực đối với các bộ phận dẻo bằng thép hoặc không có sự sụt giảm quá 20% lực chịu cực hạn đối với cấu kiện dẻo bằng bê tông cốt thép (xem Hình 3).

CHÚ DẪN: A - Thiết kế B - Đàn hồi dẻo

Hình 2 - Biểu đồ lực- chuyển vị tổng thể (tải đơn điệu)

CHÚ DẪN: A - Tải đơn điệu B - Chu kỳ thứ 5

Hình 3 - Các chu kỳ chuyển vị - lực (bê tông cốt thép)

5.3.5.3  Độ dẻo cục bộ ở khớp dẻo

Độ dẻo tổng thể của kết cấu phụ thuộc vào độ dẻo cục bộ sẵn có tại khớp dẻo (xem Hình 4). Điều này có thể được thể hiện dưới dạng hệ số độ dẻo cong của mặt cắt ngang:

hoặc, về hệ số dẻo xoay biên ở đầu nơi khớp dẻo tạo thành, phụ thuộc vào khả năng quay dẻo, θ_p,u = θ_u - θ_y, của khớp dẻo:

Xoay của biên được đo trên chiều dài L, giữa mặt cắt đầu của khớp dẻo và mặt cắt có mô men bằng không, như trong Hình 4.

CHÚ THÍCH: Đối với các cấu kiện bê tông, quan hệ giữa θ_p, Ф_u, Ф_y, L và L_p cho bởi phương trình (I16b) trong I.3.2, Phụ lục I.

Chiều dài của khớp dẻo L_p cho các cấu kiện bê tông là hàm của hình dạng và các đặc điểm khác của cấu kiện có thể được quy định trong dự án cụ thể. Khuyến nghị biểu thức trong Phụ lục I.

Hình 4 - Góc xoay biên

Trong các biểu thức trên, biến dạng cực hạn phải tuân theo các định nghĩa trong 5.3.5.2.

CHÚ THÍCH: Mối quan hệ giữa độ dẻo cong của khớp dẻo và hệ số độ dẻo chuyển vị tổng thể đối với một trường hợp đơn giản được nêu trong Phụ lục F. Mối quan hệ đó không nhằm mục đích kiểm tra độ dẻo.

5.3.5.4  Kiểm tra độ dẻo

Sự phù hợp với các quy tắc cụ thể nêu trong Điều 8 được xem là đảm bảo độ dẻo cục bộ và tổng thể tương ứng.

Khi thực hiện phân tích động hoặc tĩnh phi tuyến, phải kiểm tra xoay biên yêu cầu dựa trên khả năng xoay hiện có của khớp dẻo (xem 7.2.4.4).

Với cầu có tính dẻo hạn chế, phải áp dụng các quy định trong 9.5.

5.3.6  Liên kết - Kiểm soát chuyển vị - Cấu tạo

5.3.6.1  Độ cứng có hiệu - Chuyển vị động đất thiết kế

Khi sử dụng các phương pháp phân tích tuyến tính tương đương, phải chọn độ cứng của mỗi cấu kiện tương ứng với độ cứng đàn hồi của nó dưới mức ứng suất tính toán lớn nhất do tải trọng động đất thiết kế. Đối với các cấu kiện có chứa khớp dẻo, điều này tương ứng với độ cứng đàn hồi tại điểm chảy lý thuyết (Xem Hình 5).

Đối với các cấu kiện cầu BTCT thiết kế theo ứng xử dẻo, và trừ khi sử dụng phương pháp chính xác hơn để đánh giá, có thể đánh giá độ cứng uốn có hiệu sử dụng trong phân tích tuyến tính (tĩnh hoặc động) cho tải trọng động đất thiết kế như sau:

Đối với trụ BTCT, giá trị được tính trên cơ sở độ cứng đàn hồi cát tuyến tại điểm chảy lý thuyết.

Đối với dầm BTCT hoặc BT ƯST, độ cứng của mặt cắt nguyên không nứt.

a) Mối quan hệ mô men - xoay của khớp dẻo cho kết cấu thép;

b) Mối quan hệ mô men - độ cong của mặt cắt ngang đối với bê tông cốt thép.

Hình 5 - Biểu đồ mô men - biến dạng tại khớp dẻo

CHÚ THÍCH: Phụ lục G đưa ra hướng dẫn đánh giá độ cứng có hiệu của cấu kiện bê tông.

Trong thiết kế cầu có tính dẻo hạn chế, có thể áp dụng cả các quy tắc này hoặc sử dụng độ cứng uốn của các mặt cắt nguyên bê tông chưa nứt cho toàn bộ kết cấu.

Đối với cầu có tính dẻo và tính dẻo giới hạn, nên xem xét việc giảm đáng kể độ cứng xoắn của dầm bê tông, liên quan đến độ cứng xoắn của dầm không được kiểm soát. Trừ khi thực hiện tính toán chính xác hơn, độ cứng xoắn của mặt cắt nguyên không nứt có thể sử dụng như sau:

Đối với các mặt cắt hở hoặc bản, có thể bỏ qua độ cứng xoắn;

- Đối với mặt cắt hộp ứng suất trước, 50% độ cứng của mặt cắt nguyên không nứt;

- Đối với mặt cắt hộp bê tông cốt thép, 30% độ cứng của mặt cắt nguyên không nứt.

Với cầu có tính dẻo và tính dẻo giới hạn, phải nhân chuyển vị từ phân tích như trên với tỷ số của (a) độ cứng uốn của bộ phận sử dụng trong phân tích với (b) giá trị độ cứng uốn tương ứng với mức độ ứng suất phát sinh từ phân tích.

CHÚ THÍCH: Cần lưu ý trong trường hợp phân tích tuyến tính tương đương (xem 7.1.6), đánh giá quá cao độ cứng có hiệu dẫn đến kết quả về mặt an toàn liên quan đến hiệu ứng tải trọng động đất. Trong trường hợp này, chỉ những chuyển vị cần được hiệu chỉnh sau khi phân tích, trên cơ sở độ cứng uốn tương ứng với mức mô men kết quả. Mặt khác, nếu độ cứng có hiệu giả định ban đầu thấp hơn đáng kể so với độ cứng tương ứng với ứng suất từ phân tích, phân tích nên được lặp lại bằng cách sử dụng giá trị gần đúng hơn độ cứng có hiệu.

Nếu thực hiện phân tích động đất tuyến tính dựa trên phổ thiết kế phù hợp với 6.2.3.2.5, chuyển vị động đất thiết kế, d_E, suy ra từ các chuyển vị, d_Ee, được xác định từ phân tích như sau:

trong đó: η là hệ số hiệu chỉnh giảm chấn quy định trong 6.2.3.2.2), xác định với các giá trị ξ quy định cho giảm chấn theo 7.1.3. Khi chuyển vị d_Ee suy ra từ phân tích đàn hồi tuyến tính dựa trên phổ đàn hồi phù hợp với 6.2.3.2.2, (q = 1,0), phải lấy chuyển vị thiết kế dE bằng dEe.

Hệ số dẻo chuyển vị được giả định như sau:

- Khi chu kỳ cơ bản T theo phương ngang được xem xét là T ≥ T₀ = 1,25T_C, trong đó T_C là chu kỳ góc xác định theo 6.2.3.2.2, thì:

- Nếu T < T₀ thì

trong đó q là giá trị hệ số ứng xử giả định trong phân tích, từ giá trị kết quả của d_Ee.

CHÚ THÍCH: Biểu thức (6) cung cấp sự tịnh tiến trơn tru giữa quy tắc "chuyển vị bằng nhau" có thể áp dụng cho T ≥ T₀, và biên độ chu kỳ ngắn (không điển hình cho cầu) trong đó giả định giá trị của q thấp là thích hợp. Đối với chu kỳ rất nhỏ (T <0,033 s), nên giả định q = 1 (xem thêm 7.1.6), cho: μ_d = 1.

Khi sử dụng phân tích lịch sử thời gian phi tuyến, các đặc trưng biến dạng của các cấu kiện chảy phải ước lượng ứng xử thực tế sau đàn hồi của chúng, cả hai vì các nhánh chất tải và dỡ tải của các vòng trễ có liên quan, cũng như các hiệu ứng suy giảm tiềm năng (xem 7.2.4.4).

5.3.6.2  Liên kết

Cần thiết kế liên kết giữa hệ thống đỡ và các cấu kiện được đỡ để đảm bảo tính toàn vẹn của kết cấu và tránh bị rơi do chuyển vị dưới động đất cực mạnh.

Trừ khi có quy định khác, gối, liên kết và thiết bị neo xuống sử dụng để đảm bảo tính toàn vẹn của kết cấu nên được thiết kế bằng cách sử dụng hiệu ứng thiết kế theo khả năng (xem 8.3, 9.6.2.1, 9.6.3.1 và 9.6.3.2).

Trong các cầu mới, cần đảm bảo độ dài chồng thích hợp giữa hệ đỡ và cấu kiện được đỡ tại các liên kết di động để tránh rơi dầm khỏi vị trí (xem 9.6.4).

Khi tăng cường các cầu hiện có như một giải pháp thay thế cho việc bố trí độ dài chồng, có thể sử dụng liên kết hoàn hảo giữa các cấu kiện đỡ và cấu kiện được đỡ (xem 9.6.1 và 9.6.3.1).

5.3.6.3  Kiểm soát chuyển vị - cấu tạo

Ngoài đảm bảo tính dẻo tổng thể cần thiết, các chi tiết kết cấu và phi kết cấu cũng như các bộ phận của chúng phải có cấu tạo phù hợp với các chuyển vị trong trường hợp thiết kế động đất.

Phải bố trí tịnh không để bảo vệ các bộ phận kết cấu tới hạn hoặc các cấu kiện chính. Tịnh không đó phải phù hợp với tổng giá trị chuyển vị thiết kế trong trường hợp thiết kế động đất, dEd, được xác định như sau:

trong đó các chuyển vị sau đây là tổ hợp với dấu bất lợi nhất:

d_E là chuyển vị động đất thiết kế phù hợp với 5.3.6.1;

d_G là chuyển vị dài hạn do các tác động thường xuyên và tựa thường xuyên (ví dụ: dự ứng lực, co ngót và từ biến đối với dầm bê tông);

d_T là chuyển vị do chuyển vị nhiệt;

ψ₂ là hệ số tổ hợp cho giá trị tựa thường xuyên của tác dụng nhiệt, tương ứng với Bảng A.1, A.2 hoặc A.3, TCVN 13594-1:2022.

Phải xét các hiệu ứng thứ cấp khi tính toán tổng giá trị chuyển vị thiết kế trong trường hợp thiết kế động đất khi các tác động đó là đáng kể.

Chuyển vị động đất thiết kế tương đối, d_E, giữa hai mặt cắt độc lập của cầu có thể được đánh giá là căn bậc hai của tổng bình phương các giá trị chuyển vị động đất thiết kế tính toán cho mỗi mặt cắt tương ứng với 5.3.6.1.

Lực xung lớn gây bởi tác động động không thể đoán trước giữa các cấu kiện chính cần được ngăn chặn bằng các cấu kiện dẻo / đàn hồi hoặc bằng các thiết bị hấp thụ năng lượng (đệm). Các cấu kiện như vậy có độ chùng ít nhất bằng tổng giá trị chuyển vị thiết kế trong trường hợp thiết kế động đất, d_Ed.

Chi tiết các bộ phận kết cấu không tới hạn (ví dụ mối nối chuyển dịch dầm tường đầu mố), dự kiến sẽ bị hư hỏng do tải trọng động đất thiết kế, nên sử dụng cho cách thức thiệt hại có thể dự bào được và cung cấp khả năng sửa chữa thường xuyên. Khoảng trống phải phù hợp với các phần thích hợp của chuyển vị động đất thiết kế và chuyển động nhiệt, p_E và p_T, sau khi cho phép hiệu ứng co ngót và từ biến dài hạn bất kỳ nào, sao cho tránh được hư hỏng dưới động đất tần suất. Các giá trị thích hợp của các phân số như vậy có thể được chọn dựa trên đánh giá hiệu quả chi phí của các biện pháp được thực hiện để ngăn ngừa thiệt hại.

CHÚ THÍCH: Giá trị cho p_E và p_T trong trường hợp không có quy định rõ ràng tối ưu hóa có thể được quy định trong dự án cụ thể. Các giá trị được đề xuất là: p_E = 0,4 (đối với chuyển vị động đất thiết kế); p_T = 0,5 (đối với chuyển vị nhiệt).

Tại các khe co giãn của cầu, có thể phải tránh hoặc giới hạn chuyển vị ngang khác nhau đến giá trị thích hợp để tránh trật bánh.

5.3.7  Tiêu chí đơn giản hóa

Trong trường hợp động đất thấp, có thể thiết lập các tiêu chí thiết kế đơn giản hóa.

CHÚ THÍCH: Việc lựa chọn loại cầu, loại nền đất và vùng động đất quy định độ động đất thấp được áp dụng có thể đưa trong dự án cụ thể, xem thêm PD6698. Khuyến nghị các trường hợp động đất thấp (và hậu quả động đất từ trung bình đến cao) nên được định nghĩa như khuyến nghị trong Chú thích ở 6.1.3(4).

Phân loại cầu và các tiêu chí đơn giản hóa cho thiết kế động đất liên quan đến các loại cầu riêng trong trường hợp động đất thấp có thể được thiết lập. Khuyến nghị các tiêu chí đơn giản hóa này dựa trên ứng xử động đất dẻo hạn chế/cơ bản là đàn hồi của cầu mà không cần thiết yêu cầu đặc biệt về độ dẻo.

5.4  Thiết kế cơ sở

Xem xét tải trọng động đất ở giai đoạn thiết kế cơ sở là quan trọng cả trong trường hợp động đất từ thấp đến trung bình.

Trong trường hợp động đất thấp, nên quyết định loại ứng xử động đất dự kiến (xem 5.3.2). Nếu chọn ứng xử dẻo giới hạn (hoặc cơ bản là đàn hồi), có thể áp dụng tiêu chí đơn giản hóa phù hợp với 5.3.7.

Trong trường hợp động đất trung bình hoặc cao, việc lựa chọn đặc tính dẻo nói chung là thích hợp, thực hiện bằng cấu tạo một cơ chế dẻo tin cậy hoặc bằng cách sử dụng thiết bị cách ly và tiêu tán năng lượng.

Cần quyết định số lượng các cấu kiện đỡ (trụ hoặc mố cầu) sử dụng để chịu động đất hướng dọc và ngang. Nói chung, cầu dầm liên tục làm việc tốt hơn trong điều kiện động đất so với những cầu có nhiều khe co giãn, ứng xử động đất sau đàn hồi tối ưu đạt được nếu khớp dẻo phát triển gần như đồng thời ở càng nhiều trụ càng tốt. Tuy nhiên số lượng trụ chịu động đất có thể ít hơn tổng số trụ, bằng cách sử dụng liên kết trượt hoặc mềm giữa dầm và một số trụ theo hướng dọc để giảm ứng suất phát sinh từ biến dạng cưỡng bức vào dầm do các tác động nhiệt, co ngót và các tác động không động đất khác.

Cần duy trì sự cân bằng giữa độ bền và tính mềm yêu cầu của các hệ thống đỡ ngang. Tính mềm cao làm giảm độ lớn lực ngang do tải trọng động đất thiết kế gây ra, nhưng làm tăng chuyển vị tại mối nối và gối di động và có thể dẫn đến hiệu ứng bậc hai cao.

Trong trường hợp cầu dầm liên tục, độ cứng ngang của mố và các trụ lân cận so với các trụ khác có thể rất cao (ở thung lũng dốc), nên sử dụng gối trượt hoặc gối chất dẻo ở các trụ thấp hoặc mố để tránh phân bố tải trọng động đất ngang giữa các trụ và mố bất lợi như ví dụ trong Hình 6.

Các vị trí được chọn để tiêu tán năng lượng phải đảm bảo khả năng tiếp cận để kiểm tra và sửa chữa. Các vị trí đó phải được chỉ rõ trong tài liệu thiết kế phù hợp.

Vị trí của các khu vực xảy ra thiệt hại động đất tiềm tàng khác với các khu vực nói trên cần được xác định và khó khăn khi sửa chữa cần ít nhất.

Trong các cầu đặc biệt dài, hoặc cầu vượt qua đất dạng không đồng nhất, số lượng và vị trí của các khe co giãn trung gian nên được xem xét quyết định.

Trong các cầu xây dựng ở khu vực có các đứt gãy kiến tạo đang hoạt động, sự gián đoạn có thể xảy ra chuyển vị của mặt đất phải được đánh giá và đáp ứng đầy đủ tính mềm của kết cấu hoặc bằng cách cung cấp các khe co giãn thích hợp.

Khả năng hóa lỏng của đất nền cần được khảo sát phù hợp với các quy định liên quan ở điều 9.8.

Hình 6 - Phân bố bất lợi của tải trọng động đất ngang

6  Điều kiện nền đất và tải trọng động đất

6.1  Điều kiện nền đất

6.1.1  Tổng quát

Phải thực hiện công tác khảo sát phù hợp để phân biệt điều kiện nền đất theo 6.1.2. Những chỉ dẫn thêm liên quan đến khảo sát và phân loại nền đất được cho trong 9.8.2.2.

Địa điểm xây dựng và nền đất chịu lực nói chung cần tránh những rủi ro đứt gãy, mất ổn định mái dốc và lún gây nên bởi sự hóa lỏng hoặc sự nén chặt khi động đất xảy ra. Khả năng xuất hiện các hiện tượng như thế phải được khảo sát theo 9.8.2.

Công tác khảo sát nền đất và/hoặc nghiên cứu địa chất cần được thực hiện để xác định tác động của động đất, phụ thuộc vào mức độ quan trọng của công trình và những điều kiện cụ thể của dự án.

6.1.2  Nhận dạng các loại nền đất

Có thể sử dụng các tham số cho trong Bảng 1 và mô tả dưới đây cho các loại nền đất A, B, C, D và E bằng các mặt cắt địa tầng để kể đến ảnh hưởng của điều kiện nền đất tới tác động động đất. Việc kể đến ảnh hưởng này còn có thể thực hiện bằng cách xem xét thêm ảnh hưởng của địa chất tầng sâu tới tác động động đất.

Cần phân loại nền đất theo giá trị của vận tốc sóng cắt trung bình v_s,30 (m/s) nếu có. Nếu không có thể dùng giá trị N_SPT.

Vận tốc sóng cắt trung bình, v_s,30, được tính toán theo biểu thức sau:

trong đó: h_i, v_i là chiều dày (m) và vận tốc sóng cắt (tại mức biến dạng cắt bằng 10^-5 hoặc thấp hơn) của lớp thứ i trong tổng số N lớp tồn tại trong 30 m đất trên bề mặt.

Đối với các địa điểm có điều kiện nền đất thuộc một trong hai loại nền đặc biệt s₁ và s₂ cần phải có nghiên cứu đặc biệt để xác định tác động động đất. Đối với những loại nền này, đặc biệt là đối với nền S₂, cần phải xem xét khả năng phá hủy nền khi chịu tác động động đất.

CHÚ THÍCH: Cần đặc biệt lưu ý nếu trầm tích là nền loại S1. Điển hình của loại nền đất này là giá trị v_s rất thấp, độ cản bên trong nhỏ và phạm vi mở rộng bất thường về ứng xử tuyến tính. Vì thế có thể tạo ra những hiệu ứng dị thường về sự khuếch đại chấn động nền và tương tác nền-công trình (xem điều 9.8.4). Trường hợp này, cần nghiên cứu đặc biệt để xác định tác động động đất nhằm thiết lập quan hệ giữa phổ phản ứng với chiều dày và giá trị vs của lớp sét/ bùn và sự tương phản về độ cứng giữa lớp này và các lớp đất nằm dưới.

Bảng 1 - Các loại nền đất

6.1.3  Các vùng động đất

Với hầu hết những ứng dụng của tiêu chuẩn này, nguy cơ động đất được mô tả dưới dạng một tham số là đỉnh gia tốc nền tham chiếu a_gR trên nền loại A. Các tham số bổ sung cần thiết cho các dạng kết cấu cụ thể được cho trong các điều có liên quan của tiêu chuẩn này.

CHÚ THÍCH: Đỉnh gia tốc nền tham chiếu a_gR trên nền loại A được lấy từ bản đồ phân vùng gia tốc nền lãnh thổ Việt Nam hoặc được lấy từ bảng đồ phân vùng nhỏ động đất của một số vùng lãnh thổ đã được cơ quan có thẩm quyền phê duyệt.

Trong tiêu chuẩn này, đỉnh gia tốc nền tham chiếu a_gR trên lãnh thổ Việt Nam được biểu thị bằng các đường đẳng trị. Giá trị a_gR giữa hai đường đẳng trị được xác định theo nguyên tắc nội suy tuyến tính. Từ đỉnh gia tốc nền có thể chuyển đổi sang cấp động đất theo thang MSK-64 hoặc thang MM.

Đỉnh gia tốc nền tham chiếu cho từng vùng động đất, tương ứng với chu kỳ lặp tham chiếu T_NCR của tác động động đất đối với yêu cầu không sụp đổ (hoặc một cách tương đương là xác suất tham chiếu vượt quá trong 50 năm, P_NCR) do cơ quan có thẩm quyền lựa chọn. Hệ số tầm quan trọng γ_l bằng 1,0 được gán cho chu kỳ lặp tham chiếu. Với chu kỳ lặp khác, gia tốc nền thiết kế a_g trên nền loại A sẽ băng a_gR nhân với hệ số tầm quan trọng γ₁ (tức là a_g = γ₁.a_gR).

Giá trị a_gR lấy theo Bản đồ phân vùng gia tốc nền hoặc Bảng phân vùng gia tốc nền theo địa danh hành chính lãnh thổ Việt Nam.

Trường hợp động đất yếu, có thể sử dụng các quy trình thiết kế chịu động đất được giảm nhẹ hoặc đơn giản hóa cho một số loại, dạng kết cấu.

CHÚ THÍCH: Trường hợp động đất yếu là khi gia tốc nền thiết kế ag trên nền loại A không vượt quá 0,08g (0,78 m/s²).

Trong trường hợp động đất rất yếu, không cần phải tuân theo những điều khoản của tiêu chuẩn này.

CHÚ THÍCH: Trường hợp động đất rất yếu là khi gia tốc nền thiết kế ag trên nền loại A không vượt quá 0,04g (0,39 m/s²)

6.2  Tải trọng động đất

6.2.1  Khái quát

Mô hình mô tả tải trọng động đất phù hợp với chuyển động động đất có liên quan, mức độ quan trọng của kết cấu và tương xứng với sự tinh vi của mô hình được sử dụng trong phân tích cầu là rất phức tạp.

Điều này chỉ xem xét sự rung động truyền từ nền đất đến kết cấu khi định lượng tải trọng động đất. Tuy nhiên động đất có thể gây ra chuyển vị lâu dài trong đất, phát sinh từ sự phá hoại nền hoặc đứt gẫy. Những chuyển vị này có thể dẫn đến chuyển vị cưỡng bức gây hậu quả nghiêm trọng cho cầu. Loại hiểm họa này cần được đánh giá qua các nghiên cứu đặc biệt. Hậu quả của nó được giảm thiểu bằng các biện pháp thích hợp, chẳng hạn chọn hệ kết cấu phù hợp. Trong tiêu chuẩn này không đề cập đến hiệu ứng sóng thần.

6.2.2  Áp dụng các thành phần chuyển động

Nói chung, có ba thành phần tịnh tiến của tải trọng động đất cần được xem xét khi thiết kế cầu. Khi áp dụng phương pháp phổ phản ứng, có thể phân tích riêng biệt các thành phần tịnh tiến của động đất theo hướng dọc, ngang và thẳng đứng. Trong trường hợp này, tải trọng động đất được biểu thị bằng ba thành phần tác động, mỗi tác động cho mỗi hướng, định lượng theo 6.2. Các hiệu ứng tác động phải được tổ hợp phù hợp với với 7.2.1.4.

Khi thực hiện phân tích lịch sử thời gian phi tuyến, cầu được phân tích dưới tác động đồng thời của các thành phần khác nhau.

Tải trọng động đất áp dụng tại mặt giao diện giữa kết cấu và đất. Nếu sử dụng lò xo để biểu diễn độ cứng của đất liên quan đến móng nông hoặc với móng sâu, chẳng hạn như cọc, giếng, v.v... (xem điều 9.8), chuyển động được áp dụng ở đầu của lò xo tiếp xúc với đất.

6.2.3  Định lượng các thành phần

6.2.3.1  Yêu cầu chung

Mỗi thành phần của chuyển động động đất phải được định lượng dưới dạng phổ phản ứng hoặc biểu diễn lịch sử thời gian nhất quán lẫn nhau như được nêu trong điều 9.8.1.

6.2.3.2  Phổ phản ứng đàn hồi phụ thuộc vào thực địa

6.2.3.2.1  Tổng quát

Trong phạm vi tiêu chuẩn này, chuyển động động đất tại một điểm cho trước trên bề mặt được biểu diễn bằng phổ phản ứng gia tốc đàn hồi, được gọi tắt là “phổ phản ứng đàn hồi”.

Dạng của phổ phản ứng đàn hồi được lấy như nhau đối với hai mức tác động động đất với yêu cầu không sụp đồ và yêu cầu hạn chế hư hỏng.

Tác động động đất theo phương nằm ngang được mô tả bằng hai thành phần vuông góc được xem là độc lập và biểu diễn bằng cùng một phổ phản ứng.

Đối với ba thành phần của tác động động đất, có thể chấp nhận một hoặc nhiều dạng khác nhau của phổ phản ứng, phụ thuộc vào các vùng nguồn và độ lớn động đất phát sinh từ chúng.

CHÚ THÍCH: Khi lựa chọn hình dạng phù hợp cho phổ phản ứng, cần lưu ý tới độ lớn của những trận động đất góp phần lớn nhất trong việc đánh giá nguy cơ động đất theo phương pháp xác suất mà không thiên về giới hạn trên an toàn (ví dụ trận động đất cực đại có thể xảy ra) được xác định nhằm mục đích này.

Ở những nơi chịu ảnh hưởng động đất phát sinh từ các nguồn rất khác nhau, khả năng sử dụng nhiều hơn một dạng phổ phản ứng phải được xem xét để có thể thể hiện đúng tác động động đất thiết kế. Trong những trường hợp như vậy, thông thường giá trị của ag cho từng loại phổ phản ứng và từng trận động đất sẽ khác nhau.

Đối với các công trình quan trọng (γ_i >1) cần xét các hiệu ứng khuếch đại địa hình.

CHÚ THÍCH: Phụ lục tham khảo P cung cấp thông tin về hiệu ứng khuếch đại địa hình.

Có thể biểu diễn chuyển động động đất theo hàm của thời gian (xem 6.2.4).

Đối với một số loại công trình, có thể xét sự biến thiên của chuyển động nền đất trong không gian cũng như theo thời gian.

6.2.3.2.2  Thành phần nằm ngang

Thành phần nằm ngang của động đất phải tùy thuộc vào loại đất nền tại móng của hệ đỡ. Khi có nhiều hơn một loại đất tương ứng với các hệ đỡ này, thì áp dụng 6.3.

Với các thành phần nằm ngang của tác động động đất, xác định phổ phản ứng đàn hồi S_e(T) bằng các công thức sau (xem Hình 7):

trong đó:

S_e(T)  là phổ phản ứng đàn hồi;

T  là chu kỳ dao động của hệ tuyến tính một bậc tự do;

a_g  là gia tốc nền thiết kế trên nền loại A (a_g = γ₁.a_gR);

T_B  là giới hạn dưới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc;

T_C  là giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc;

T_D  là giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng;

S  là hệ số nền;

η  là hệ số điều chỉnh độ cản với giá trị tham chiếu η = 1 đối với độ cản nhớt 5 %.

Giá trị của các chu kỳ T_B, T_C và T_D và của hệ số nền S mô tả dạng phổ phản ứng đàn hồi phụ thuộc vào loại nền đất, nếu không xét tới địa chất tầng sâu (xem 6.1.2).

CHÚ THÍCH: Đối với 5 loại nền đất A, B, C, D, và E, giá trị các tham số S, T_B, T_C và T_D được cho trong Bảng 2, các dạng phổ được chuẩn hóa theo a_g với độ cản 5 % được cho ở Hình 7.

Đối với các nền đất Loại S₁ và S₂, cần có các nghiên cứu riêng để xác định các giá trị tương ứng của S, T_B, T_C và T_D,

Hệ số điều chỉnh độ cản η có thể xác định bằng biểu thức:

trong đó:

ξ  là tỷ số cản nhớt của kết cấu, tính bằng phần trăm.

Trường hợp đặc biệt, khi dùng tỷ số cản nhớt khác 5 %, giá trị này được cho trong phần có liên quan của tiêu chuẩn này.

Phổ phản ứng chuyển vị đàn hồi S_De(T), nhận được bằng cách biến đổi trực tiếp phổ phản ứng gia tốc đàn hồi S_e(T) theo biểu thức sau:

Hình 7 - Dạng của phổ phản ứng đàn hồi

Bảng 2 - Giá trị của các tham số mô tả các phổ phản ứng đàn hồi

Hình 8 - Phổ phản ứng đàn hồi cho các loại nền đất từ A đến E (độ cản 5 %).

Thông thường, cần áp dụng Biểu thức (14) cho các chu kỳ dao động không vượt quá 4,0 s. Đối với các kết cấu có chu kỳ dao động lớn hơn 4,0 s có thể dùng một định nghĩa phổ chuyển vị đàn hồi hoàn chỉnh hơn.

CHÚ THÍCH: Với phổ phản ứng đàn hồi tham khảo Chú thích 1 của 6.2.3.2.2(2), một định nghĩa như thế được trình bày trong Phụ lục tham khảo B dưới dạng phổ phản ứng chuyển vị. Đối với những chu kỳ dài hơn 4 s, phổ phản ứng gia tốc đàn hồi S_e(T) có thể lấy từ phổ phản ứng chuyển vị đàn hồi dựa vào biểu thức (14).

6.2.3.2.3  Thành phần thẳng đứng

Thành phần thẳng đứng của tác động động đất phải được thể hiện bằng phổ phản ứng đàn hồi, S_ve(T), được xác định bằng cách sử dụng các Biểu thức từ (15) đến (18).

CHÚ THÍCH:

Đối với 5 loại nền đất A, B, C, D và E, giá trị các tham số T_B, T_C và T_D mô tả các phổ thẳng đứng được cho trong Bảng 3. Không áp dụng các giá trị này cho các loại nền đất đặc biệt S₁ và S₂.

Bảng 3 - Giá trị khuyến nghị các tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi theo phương thẳng đứng

6.2.3.2.4  Chuyển vị nền thiết kế

Trừ khi có nghiên cứu riêng dựa trên thông tin sẵn có, giá trị chuyển vị nền thiết kế dg ứng với gia tốc nền thiết kế có thể tính bằng biểu thức sau:

với a_g, S, T_C và T_D như đã định nghĩa trong 6.2.3.2 2.

6.2.3.3  Hiệu ứng nguồn gần

Phổ cụ thể theo vị trí xem xét các hiệu ứng nguồn gần được sử dụng khi vị trí nằm trong phạm vi 10 km theo chiều ngang của đứt gẫy kiến tạo đang hoạt động đã biết có thể tạo ra sự kiện cương độ mô men cao hơn 6,5.

CHÚ THÍCH: Trừ khi dự án cụ thể định nghĩa khác, khuyến cáo rằng đứt gẫy kiến tạo được coi là tác động cho các mục đích của yêu cầu này khi có mức trung bình tốc độ trượt lịch sử ít nhất 1 mm / năm và bằng chứng địa hình về tải trọng động đất trong thời đại Holocen (11000 năm trước).

6.2.4  Biểu diễn theo lịch sử thời gian

Khi thực hiện phân tích lịch sử thời gian phi tuyến, ít nhất phải sử dụng ba cặp thành phần lịch sử thời gian chuyển động nằm ngang nền đất. Các cặp nên chọn từ các sự kiện đã ghi được với cường độ, khoảng cách nguồn và cơ chế phù hợp với những điều xác định tải trọng động đất thiết kế.

Khi không có sẵn số lượng cặp chuyển động nền đất thích hợp ghi lại được, các bản ghi sửa đổi thích hợp hoặc giản đồ gia tốc mô phỏng có thể thay thế các bản ghi chuyển động bị thiếu.

Phù hợp với phổ phản ứng đàn hồi giảm chấn 5 % có liên quan của tải trọng động đất thiết kế phải được thiết lập bằng các tỷ lệ biên độ của các chuyển động như sau.

a. Đối với mỗi trận động đất bao gồm một cặp chuyển động ngang, phổ SRSS được thiết lập bằng cách lấy căn bậc hai của tổng các bình phương (RMS) của phổ giảm chấm 5 % của từng thành phần.

b. Phổ của toàn bộ các trận động đất được hình thành bằng cách lấy giá trị trung bình của phổ SRSS của các trận động đất riêng lẻ của bước trước.

c. Phổ tổng hợp phải có tỷ lệ sao cho nó không thấp hơn 1,3 lần so với Phổ phản ứng đàn hồi giảm chấn 5 % của tải trọng động đất thiết kế, trong phạm vi chu kỳ từ 0,2T₁ đến 1,5T₁, trong đó T₁ là chu kỳ tự nhiên của dạng (mode) cơ bản của kết cấu trong trường hợp cầu dẻo, hoặc chu kỳ có hiệu (T_eff) của hệ thống cách ly trong trường hợp cầu có cách ly (xem 10.2)

d. Hệ số tỷ lệ thu được từ bước trước được áp dụng cho tất cả các các thành phần chuyển động động đất riêng lẻ.

Khi phổ SRSS của các thành phần của một chương trình gia tốc kế được ghi, tỷ số giữa chúng với các giá trị tương ứng của phổ phản ứng đàn hồi của tải trọng động đất thiết kế cho thấy sự thay đổi lớn trong phạm vi chu kỳ ở P_c, việc sửa đổi gia tốc kế đã ghi có thể được thực hiện để phổ SRSS của các thành phần được sửa đổi phù hợp hơn với phổ phản ứng đàn hồi của tải trọng động đất thiết kế.

Các thành phần của từng cặp lịch sử thời gian phải được áp dụng đồng thời.

Khi sử dụng ba bản ghi lịch sử thời gian chuyển động nền đất thành phần để phân tích lịch sử thời gian phi tuyến, tỷ lệ của các cặp thành phần nằm ngang có thể được thực hiện, độc lập với tỷ lệ các thành phần theo phương thẳng đứng. Đại lượng sau phải được thực hiện sao cho giá trị trung bình của các phổ liên quan của tổng thể không thấp hơn 10 % của phổ phản ứng đàn hồi giảm chấn 5 % của tải trọng động đất thiết kế theo phương thẳng đứng trong biên độ chu kỳ từ 0,2T_v đến 1,5T_v, trong đó T_v là chu kỳ của dạng thấp nhất trong đó phản hồi đối với thành phần thẳng đứng chiếm ưu thế so với phản hồi đối với các thành phần ngang (ví dụ về mặt khối lượng tham gia).

Được phép sử dụng các cặp bản ghi chuyển động nền đất nằm ngang kết hợp với các bản ghi theo phương thẳng đứng của các chuyển động động đất khác nhau phù hợp với các yêu cầu trên. Tỷ lệ độc lập của các cặp bản ghi chiều ngang và bản ghi thẳng đứng phải thực hiện như trên.

Cho phép sửa đổi thành phần bản ghi thẳng đứng bằng cách sử dụng phương pháp được chỉ định.

6.2.5  Phổ thiết kế phụ thuộc thực địa để phân tích tuyến tính

Cả kết cấu dẻo và dẻo giới hạn phải được thiết kế theo phân tích tuyến tính bằng cách sử dụng phổ phản ứng chiết giảm, được gọi là phổ thiết kế.

Khả năng kháng chấn của hệ kết cấu trong miền ứng xử phi tuyến thường cho phép thiết kế kết cấu với các lực động đất bé hơn so với các lực ứng với phản ứng đàn hồi tuyến tính.

Để tránh phải phân tích trực tiếp các kết cấu không đàn hồi, người ta kể đến khả năng tiêu tán năng lượng chủ yếu thông qua ứng xử dẻo của các cấu kiện của nó và/hoặc các cơ cấu khác bằng cách phân tích đàn hồi dựa trên phổ phản ứng được chiết giảm từ phổ phản ứng đàn hồi, vì thế phổ này được gọi là “phổ thiết kế". Sự chiết giảm được thực hiện bằng cách đưa vào hệ số ứng xử q.

Hệ số ứng xử q biểu thị một cách gần đúng tỷ số giữa lực động đất mà kết cấu sẽ phải chịu nếu phản ứng của nó là hoàn toàn đàn hồi với tỷ số cản nhớt 5 % và lực động đất có thể sử dụng khi thiết kế theo mô hình phân tích đàn hồi thông thường mà vẫn tiếp tục bảo đảm cho kết cấu một phản ứng thỏa mãn các yêu cầu đặt ra. Giá trị của hệ số ứng xử q trong đó có xét tới ảnh hưởng của tỷ số cản nhớt khác 5 % của các loại vật liệu và hệ kết cấu khác nhau tùy theo cấp dẻo kết cấu tương ứng được cho trong các phần khác nhau của tiêu chuẩn này. Giá trị của hệ số ứng xử q có thể khác nhau theo các hướng nằm ngang khác nhau của kết cấu, mặc dù sự phân loại cấp dẻo kết cấu phải như nhau trong mọi hướng.

Đối với các thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ thiết kế S_d(T) được xác định bằng các biểu thức sau:

trong đó:

a_g, S, T_C, T_D như đã định nghĩa trong 6.2.3.2.2;

S_d(T) là phổ thiết kế;

q là hệ số ứng xử;

β là hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương nằm ngang, β = 0,2.

Đối với thành phần thẳng đứng của tác động động đất, phổ thiết kế cho bởi các Biểu thức từ (20) đến (23) với gia tốc nền thiết kế a_vg theo phương thẳng đứng được thay bằng giá trị a_g; S lấy bằng 1,0 còn các tham số khác như định nghĩa trong 6.2.3.2.3.

Đối với thành phần thẳng đứng của tác động động đất, hệ số ứng xử q nói chung có thể lấy nhỏ hơn hoặc bằng 1,5 cho mọi loại vật liệu và hệ kết cấu.

Việc lấy giá trị q lớn hơn 1,5 theo phương thẳng đứng cần được lý giải thông qua phân tích phù hợp.

Phổ thiết kế được xác định như trên không thích hợp cho thiết kế công trình có hệ cách chấn đáy hoặc có hệ tiêu tán năng lượng.

6.3  Sự thay đổi theo không gian của tải trọng động đất

Đối với các mặt cắt cầu dầm liên tục, sự thay đổi trong không gian phải được xem xét khi có một hoặc cả hai điều kiện sau đây.

- Tính chất của đất dọc theo cầu thay đổi đến mức có nhiều hơn một loại đất nền (như quy định trong 6.1, tương ứng với các hệ thống đỡ của dầm cầu.

- Tính chất của đất dọc theo cầu gần như đồng nhất, nhưng chiều dài của dầm liên tục vượt quá chiều dài giới hạn thích hợp, L_lim.

CHÚ THÍCH: Giá trị quy định cho L_lim để sử dụng có thể đưa ra trong dự án cụ thể. Giá trị khuyến nghị là: L_lim = L_g /1,5 trong đó chiều dài L_g xác định như dưới đây.

Nên xét đến mô hình mô tả biến thiên theo không gian, ngay cả khi chỉ theo cách đơn giản, cho đặc tính lan truyền của sóng động đất, cũng như mất dần mối tương quan giữa các chuyển động tại các vị trí khác nhau do tính ngẫu nhiên không đồng nhất của đất, liên quan đến sức phức tạp của sóng phản xạ và khúc xạ. Mô hình cũng nên xét đến, kể cả khi chỉ theo cách đơn giản, để tăng sự mất tương quan do sự khác biệt về tính chất cơ học của đất dọc cầu, điều này cũng sửa đổi nội dung tần số từ hệ đỡ này thành hệ khác.

CHÚ THÍCH: Các mô hình biến thiên trong không gian của chuyển động động đất và các phương pháp phân tích thích hợp trình bày trong Phụ lục H.

Trừ khi thực hiện đánh giá chính xác hơn, có thể sử dụng phương pháp đơn giản hóa quy định dưới đây:

Phản ứng quán tính phải được tính bằng một trong các phương pháp được quy định tronq điều 7 (xem 7.2.1, 7.2.3 và 7.2.4) sử dụng tải trọng động đất đầu vào duy nhất cho toàn bộ kết cấu (ví dụ một phổ phản hồi đơn hoặc các bộ chương trình gia tốc kế tương ứng), tương ứng với loại nền dưới các hệ đỡ của cầu là xấu nhất.

Có thể đánh giá sự thay đổi không gian của tải trọng động đất bằng các hiệu ứng giả tĩnh của các chuyển vị tương ứng, đặt tại móng của hệ đỡ dầm. Các tập hợp này phải phản ánh các cấu hình có thể xảy ra của sự thay đổi không gian của chuyển động động đất tại trường tự do và được lựa chọn tạo ra các giá trị lớn nhất của hiệu ứng động đất đang khảo sát.

Các yêu cầu trên được coi là thỏa mãn, bằng cách áp đặt mỗi theo sau hai bộ chuyển vị ngang áp dụng riêng biệt, trong mỗi hướng ngang của phân tích, trên các móng hệ đỡ có liên quan hoặc trên đầu phía đất của lò xo đại diện cho độ cứng của đất có liên quan. Tác dụng của hai tập không cần được tổ hợp.

a. Tập A: Bao gồm các chuyển vị tương đối:

Áp dụng đồng thời với cùng dấu (+ hoặc -) cho tất cả các hệ đỡ của cầu theo hướng ngang được xem xét (xem Hình 9).

Hình 9 - Chuyển vị tập A

trong đó:

d_g là chuyển vị mặt đất thiết kế tương ứng với loại nền của hệ đỡ I, tương ứng 6.2.3.2.4;

L_i là khoảng cách (hình chiếu trên mặt phẳng ngang) của hệ đỡ i từ kết cấu đỡ tham chiếu i = 0, có thể được chọn phù hợp tại một trong các đầu của hệ đỡ;

L_g là khoảng cách mà dưới đó chuyển vị của nền đất được coi là hoàn toàn không tương quan.

CHÚ THÍCH: Giá trị L_g có thể được đưa ra trong dự án cụ thể. Các giá trị khuyến nghị được đưa ra trong Bảng 4, phụ thuộc vào loại nền đất:

Bảng 4 - Khoảng cách dưới đó chuyển động nền có thể được coi là không tương quan

b. Tập B: Bao gồm ảnh hưởng của chuyển vị nền đất xảy ra theo hướng ngược lại tại hệ đỡ lân cận. Điều này được tính bởi chuyển vị giả định Δd_j của hệ đỡ trung gian bất kỳ i (>1) liên quan đến các hệ đỡ liền kề i-1 và i+1 của nó, được xem là không bị chuyển vị (xem hình 9).

trong đó:

L_av,i  là trung bình của khoảng cách L_i-1,i và L_i,i+1 của hệ đỡ trung gian i tới các hệ đỡ liền kề i-1 và i+1 tương ứng. Đối với hệ đỡ biên (0 và n) L_αv,0 = L₀₁ và L_av,n = L_n-1,n;

β_r  là hệ số tính đến cường độ chuyển vị nền đất xảy ra theo hướng ngược lại tại các hệ đỡ liền kề.

CHÚ THÍCH: Giá trị cho B_r có thể lấy ở dự án cụ thể. Giá trị đề xuất là: B_r = 0,5 khi cả ba trụ đỡ có cùng loại nền đất, B_r = 1.0 khi loại nền đất tại một trong các trụ đỡ khác với hai loại kia.

ε_r như được định nghĩa cho tập A ở trên. Nếu thay đổi loại nền đất xuất hiện giữa hai hệ đỡ, nên sử dụng giá trị lớn nhất của ε_r.

Tập B bao gồm cấu hình sau của các chuyển vị tuyệt đối được đặt với dấu ngược tại các hệ đỡ liền kề i và i+1, cho i từ 0 đến n-1 (xem Hình 10).

d_i = ± Δd_i/2

d_i+1 = ±Δd_i+1/2

Hình 10 - Chuyển vị tập B

Trên mỗi hướng ngang, hiệu ứng bất lợi nhất thu được từ phân tích tĩnh được tổ hợp với các hiệu ứng có liên quan của phản ứng quán tính, bằng cách sử dụng quy tắc SSRS. Kết quả của tổ hợp này tạo thành các hiệu ứng để phân tích theo hướng được xét. Tổ hợp các hiệu ứng của các thành phần khác của tải trọng động đất áp dụng quy tắc 7.2.1.4.

Khi thực hiện phân tích lịch sử thời gian, chuyển động động đất được áp dụng ở mỗi hệ đỡ cần phản ánh với đủ tin cậy độ biến thiên không gian có thể xảy ra của tải trọng động đất.

CHÚ THÍCH : Hướng dẫn mẫu chuyển động động đất không gian có thể xảy ra độ biến thiên cho trong H.2, Phụ lục H.

7  Phân tích

7.1  Mô hình hóa

7.1.1  Bậc tự do động

Mô hình cầu và bậc tự do động phải đại diện cho sự phân bố độ cứng và khối lượng, sao cho tất cả các dạng biến dạng đáng kể và lực quán tính được kích hoạt dưới kích thích động đất thiết kế.

Trong một số trường hợp, có thể sử dụng hai mô hình riêng biệt trong phân tích là đủ, một là để mô hình hóa phản ứng theo hướng dọc của cầu, hai là cho hướng ngang. Các trường hợp cần xét theo thành phần chiều thẳng đứng của tải trọng động đất được quy định trong 7.1.7.

7.1.2  Khối lượng

Giá trị trung bình của khối lượng thường xuyên và tựa thường xuyên tương ứng với các tác động thay đổi phải được xem xét.

Các khối lượng phân bố có thể được gộp lại tại các nút phù hợp với lựa chọn bậc tự do.

Đối với mục đích thiết kế, các giá trị trung bình của các tác động lâu dài được lấy bằng các giá trị đặc trưng của chúng.

Các giá trị tựa thường xuyên của các tác động thay đổi phải được lấy bằng ψ_2,1Q_k,1, trong đó Q_k,1 là giá trị đặc trưng của tải trọng giao thông.

CHÚ THÍCH: Giá trị quy định cho ψ_2,1 có thể được cho trong dự án cụ thể. Các các giá trị được đề xuất là:

Cầu bình thường nói chung và phù hợp với khuyến nghị của Phụ lục A, TCVN 13594-1:2022, ψ_2,1 = 0.

Cầu cho đường sắt nặng ψ_2,1 = 0,3. Cầu đường sắt có điều kiện giao thông nặng có thể coi như áp dụng cho các đường sắt liên thành phố và đường sắt tốc độ cao.

Khi sử dụng Q_k,1, các hệ số điều chỉnh a_Q và a_q được áp dụng theo Điều 11, TCVN 13594-3:2022.

Khi các trụ ngập trong nước, và trừ khi có sự đánh giá chính xác hơn về tương tác thủy động lực học, hiệu ứng này có thể được đánh giá bằng cách tính thêm một khối lượng nước ngập tác động theo phương ngang trên một đơn vị chiều dài của trụ bị chìm. Ảnh hưởng thủy động lực đến tải trọng động đất thẳng đứng có thể được bỏ qua.

CHÚ THÍCH: Phụ lục J cung cấp thông tin quy trình tính khối lượng bổ sung của nước ngập theo các hướng ngang đối với các trụ chìm.

7.1.3  Giảm chấn kết cấu và độ cứng của các bộ phận

Khi sử dụng phân tích phổ phản ứng, có thể giả định các giá trị sau của tỷ số giảm chấn nhớt tương đương ξ, trên cơ sở vật liệu của các bộ phận khi phần lớn năng lượng biến dạng bị tiêu tán trong phản ứng động đất. Nói chung điều này sẽ xảy ra ở các trụ.

CHÚ THÍCH: Khi kết cấu bao gồm một số thành phần i với các tỉ số giảm chấn nhớt khác nhau, ξ_i, giảm chấn nhớt có hiệu của kết cấu ξ_eff có thể được đánh giá là:

trong đó: E_di là năng lượng biến dạng gây ra trong thành phần i do tải trọng động đất. Tỷ số giảm chấn có hiệu có thể được đánh giá một cách phù hợp riêng cho từng dạng riêng, trên cơ sở giá trị tương ứng của E_di.

Có thể đánh giá độ cứng của cấu kiện tương ứng với 5.3.6.1.

Trong dầm bê tông, gồm dầm bê tông đúc sẵn và bản đổ tại chỗ, các bản liên tục (xem 5.3.2.2) nên được đưa vào mô hình phân tích động đất, có xét đến độ lệch tâm tương đối của chúng so với trục dầm và giá trị giảm của độ cứng uốn của chúng. Trừ khi độ cứng này được đánh giá trên cơ sở chuyển động quay của khớp dẻo có liên quan, có thể sử dụng giá trị bằng 25% độ cứng uốn của mặt cắt ngang nguyên bê tông không nứt.

Đối với các hiệu ứng bậc hai, áp dụng 5.4 và 8.4. Hiệu ứng bậc hai đáng kể có thể xảy ra ở những cầu có trụ mảnh và ở những cầu đặc biệt, như cầu vòm và cầu dây văng.

7.1.4  Mô hình hóa đất

Để phân tích động đất của hệ tổng thể, các cấu kiên đỡ, nói chung, phải giả định sự truyền tải trọng động đất từ đất lên dầm là cố định tương đối so với đất móng (xem 6.1.2). Các hiệu ứng tương tác kết cấu - nền đất có thể được xét tương ứng theo điều 9.8.4, sử dụng sức kháng hoặc lò xo đất một cách thích hợp.

Phải luôn xem xét các hiệu ứng tương tác kết cấu - đất cho các trụ khi dưới tác dụng của tải trọng ngang đơn vị theo một hướng đã cho ở đỉnh trụ, độ dẻo của đất đóng góp hơn 20% tổng chuyển vị ở đỉnh trụ.

Phải xác định ảnh hưởng của tương tác kết cấu - đất lên cọc hoặc giếng tương ứng theo 9.8.3.4.2, có xét đến quy định của 9.4.2.

Trong trường hợp khó đánh giá một cách đáng tin cậy các đặc tính cơ học của đất, nên thực hiện phân tích bằng cách sử dụng giá trị đánh giá cao nhất và thấp nhất có thể xảy ra. Sử dụng cách đánh giá cao về độ cứng của đất để tính toán nội lực và đánh giá thấp để tính toán chuyển vị của cầu.

7.1.5  Hiệu ứng xoắn

Chuyển động xoắn của cầu đối với trục thẳng đứng được xem xét chỉ ở các cầu xiên (góc xiên φ > 20°) và cầu có tỷ số B / L> 2,0.

CHÚ THÍCH: Các cầu như vậy có xu hướng quay quanh trục thẳng đứng, ngay cả khi khối tâm về mặt lý thuyết là trùng với tâm của độ cứng (L là tổng chiều dài của dầm liên tục và B là chiều rộng của dầm).

Hình 11 - Cầu xiên

Các cầu có độ xiên lớn (φ > 45°) nói chung nên tránh xây dựng ở vùng có động đất cao. Nếu điều này là không thể và cầu được đỡ trên các mố qua các gối thì độ cứng ngang thực tế của gối phải được mô hình hóa chính xác, có tính đến sự tập trung phản lực thẳng đứng gần các góc tù. Ngoài ra, có thể sử dụng độ lệch tâm ngẫu nhiên tăng lên.

Khi sử dụng Phương pháp dạng cơ bản (xem 7.2.2) để thiết kế cầu chéo, mô men tĩnh tương đương sau đây được xét là tác động theo trục thẳng đứng tại trọng tâm của dầm:

trong đó:

F  là lực ngang được xác định theo Biểu thức (38);

e = e_a + e_d

e_a = 0,03L hoặc 0,03B là độ lệch tâm ngẫu nhiên của khối lượng; và

e_d = 0,05L hoặc 0,05B là độ lệch tâm bổ sung phản ánh hiệu ứng động của đồng thời dao động tịnh tiến và dao động xoắn.

Để tính toán e_a và e_d, kích thước L hoặc B ngang với hướng được sử dụng.

Khi sử dụng mô hình động đầy đủ (mô hình không gian), tính đến phần động của kích thích xoắn nếu trọng tâm bị chuyển vị bởi lệch tâm ngẫu nhiên e_a theo hướng và ý nghĩa bất lợi nhất. Tuy nhiên, cũng có thể đánh giá hiệu ứng xoắn bằng cách sử dụng mô men xoắn tĩnh của Biểu thức (8).

Khả năng chịu xoắn của kết cấu cầu không được phụ thuộc vào lực xoắn độ cứng của một trụ đơn lẻ. Trong các cầu một nhịp, các gối phải được thiết kế để chịu các hiệu ứng xoắn.

7.1.6  Hệ số ứng xử cho phân tích tuyến tính

Quy trình tham chiếu của tiêu chuẩn này là phân tích phổ phản ứng đối với phổ thiết kế được xác định trong 6.2.3.2.5, (xem 6.2.4). Hệ số ứng xử được xác định tổng thể cho toàn bộ kết cấu và phản ánh khả năng dẻo của nó, tức là khả năng của các bộ phận dẻo với sự kéo dài, với hư hỏng chấp nhận được nhưng không bị sập đổ, các tải trọng động đất trong phạm vi sau đàn hồi. Mức độ có thể của tính dẻo quy định trong 5.3.2. Khả năng của các cấu kiện dẻo để phát triển khớp dẻo uốn là một yêu cầu thiết yếu để áp dụng các giá trị của hệ số ứng xử q quy định trong Bảng 5 đối với ứng xử dẻo.

CHÚ THÍCH: Phương pháp phân tích tuyến tính sử dụng các hệ số giảm lực tổng thể là đủ an toàn (các hệ số ứng xử như được xác định trong Bảng 2), thường được coi là sự thỏa hiệp hợp lý giữa những điều không chắc chắn nội tại của vấn đề động đất và những điều có liên quan một mặt các lỗi có thể chấp nhận được và nỗ lực cần thiết cho việc phân tích và thiết kế khác.

Khả năng cần thiết này của các bộ phận dẻo để phát triển khớp dẻo uốn được coi là đảm bảo khi tuân thủ các quy tắc cấu tạo của điều 9 và được thiết kế theo khả năng tương ứng với 8.3.

Có thể sử dụng giá trị lớn nhất của hệ số ứng xử q cho hai thành phần động đất ngang quy định trong ở Bảng 5, phụ thuộc vào ứng xử sau đàn hồi của các bộ phận dẻo nơi diễn ra sự tiêu tán năng lượng chính. Nếu cầu có nhiều loại cấu kiện dẻo khác nhau, hệ số ứng xử q tương ứng với nhóm loại có đóng góp lớn vào khả năng kháng chấn sẽ được sử dụng. Các giá trị khác nhau của hệ số ứng xử q có thể được sử dụng trong mỗi một trong hai hướng ngang.

CHÚ THÍCH: Sử dụng các giá trị hệ số ứng xử nhỏ hơn giá trị tối đa cho phép trong Bảng 5 thường dẫn đến giảm nhu cầu về độ dẻo, ngụ ý nói chung là giảm hư hại tiềm năng. Việc sử dụng như vậy do người thiết kế và chủ đầu tư quyết định.

Bảng 5 - Giá trị lớn nhất của hệ số ứng xử q

CHÚ THÍCH: Trong các trụ hình chữ nhật, khi chịu tải trọng động đất theo hướng tổng thể dưới xem xét, vùng nén có dạng hình tam giác, giá trị nhỏ nhất của các giá trị α_s, tương ứng với hai phía của mặt cắt nên được sử dụng.

Đối với các cầu có ứng xử động đất thông thường như quy định trong 7.1.8, có thể sử dụng giá trị của hệ số q ở Bảng 5 cho ứng xử dẻo mà không có bất kỳ kiểm tra đặc biệt về độ dẻo có sẵn, trừ khi đáp ứng các yêu cầu chi tiết quy định trong Điều 9. Khi chỉ đáp ứng các yêu cầu quy định trong 9.5, có thể sử dụng các giá trị của hệ số q quy định trong Bảng 5 cho ứng xử dẻo giới hạn mà không có bất kỳ kiểm tra đặc biệt nào về tính dẻo có sẵn, bất kể mức độ đều đặn hoặc không đều đặc của cầu.

Đối với cấu kiện BTCT dẻo, các giá trị của hệ số q quy định trong Bảng 2 áp dụng khi lực dọc trục chuẩn hóa η_k xác định trong 8.3 không vượt quá 0,30. Nếu 0,30 < η_k ≤ 0,60 ngay cả trong bộ phận dẻo đơn, có thể giảm giá trị của hệ số ứng xử đến:

Nên sử dụng q_r = 1,0 (ứng xử đàn hồi) cho các cầu có hệ chịu lực động đất với các cấu kiện có η_k ≥ 0,6.

Có thể chỉ sử dụng các giá trị của hệ số q đối với ứng xử dẻo quy định trong Bảng 5 nếu có thể tiếp cận được vị trí của tất cả các khớp dẻo có liên quan để kiểm tra và sửa chữa. Nếu không các giá trị trong Bảng 5 phải được nhân với 0,6; song giá trị q cuối cùng không được nhỏ hơn 1,0.

CHÚ THÍCH: Thuật ngữ “có thể tiếp cận”, sử dụng trong đoạn trên có nghĩa là “có thể tiếp cận ngay cả với khó khăn hợp lý”. Chân của một trụ nằm ở vị trí nền đắp đầy, thậm chí ở mức độ sâu đáng kể, được coi là “có thể tiếp cận được”. Ngược lại, chân của một trụ chìm trong nước sâu hoặc đầu cọc bên dưới bệ lớn không nên coi là "Có thể tiếp cận được".

Khi dự định tiêu tán năng lượng xảy ra tại các khớp dẻo nằm trong các cọc thiết kế cho ứng xử dẻo và tại những điểm không thể tiếp cận được, giá trị q cuối cùng được sử dụng không được nhỏ hơn 2,1 đối với cọc thẳng đứng và 1,5 đối với cọc xiên (xem thêm 9.8.3.4.2).

Điều 5.3.2.2 áp dụng cho khớp dẻo tạo trong dầm.

CHÚ THÍCH: Khả năng tiềm tàng hình thành khớp dẻo trong các bộ phận của dầm phụ (các bản liên tục) là được phép trong trường hợp này, nhưng không nên dựa vào đó để tăng giá trị của q.

Kết cấu cầu có khối lượng cơ bản tuân theo chuyển động động đất ngang của nền đất (kết cấu “khóa trong”) không có tác động khuếch đại gia tốc mặt đất nằm ngang đáng kể. Kết cấu như vậy được đặc trưng bởi một giá trị rất thấp của chu kỳ tự nhiên theo phương ngang (T ≤ 0,03 s). Có thể đánh giá các phản ứng quán tính của các kết cấu này theo phương ngang bằng tính toán lực quán tính ngang trực tiếp từ gia tốc động đất thiết kế và q = 1. Mố liên kết mềm dẻo với dầm thuộc loại này.

Kết cấu cầu gồm một dầm ngang liên kết cứng với cả hai mố (hoặc nguyên khối hoặc thông qua các gối hoặc liên kết cố định), có thể được coi là loại kết cấu “khóa trong” không phân biệt giá trị của chu kỳ tự nhiên, nếu mố được đặt trong nền đất cứng tự nhiên trên 80% diện tích ngang của chúng. Nếu không đáp ứng được các điều kiện này thì nên đưa vào mô hình tương tác với đất ở các mố, sử dụng các thông số độ cứng thực tế của đất. Nếu T> 0,03 s, phổ thiết kế xác định trong 6.2.3.2.5, cần sử dụng với q = 1,50.

Khi phần chính của tải trọng động đất thiết kế do gối chất dẻo chịu, tính mềm dẻo của gối dẫn đến ứng xử đàn hồi thực tế của hệ. Những cầu như vậy phải được thiết kế phù hợp với điều 10.

CHÚ THÍCH: Nói chung sẽ không có khớp dẻo nào phát triển trong các trụ được liên kết mềm dẻo với dầm theo hướng được xem xét. Một trường hợp tương tự sẽ xảy ra ở các trụ riêng lẻ với độ cứng thấp so với các trụ khác (xem 5.3.2.2). cấu kiện như vậy có đóng góp không đáng kể trong việc chịu động đất và do đó không ảnh hưởng đến giá trị của hệ số q (xem 7.1.6).

Hệ số ứng xử đối với phân tích theo hướng thẳng đứng phải luôn là lấy bằng 1,0.

7.1.7  Thành phần thẳng đứng của tải trọng động đất

Có thể bỏ qua ảnh hưởng của thành phần động đất thẳng đứng lên trụ trong trường hợp động đất thấp và trung bình, ở những vùng có động đất cao, chỉ cần tính đến những tác động này nếu các trụ chịu ứng suất uốn cao do các tác động cố định thẳng đứng của dầm, hoặc khi cầu nằm trong phạm vi 5 km từ đứt gãy kiến tạo tác động, với tải trọng động đất thẳng đứng được xác định tương ứng với 6.2.2.3

Phải luôn tính đến ảnh hưởng của thành phần động đất thẳng đứng tác động theo hướng lên phía trên của dầm bê tông ứng suất trước.

Phải luôn tính đến các tác động của thành phần động đất thẳng đứng lên các gối và các liên kết.

Việc đánh giá các tác động của thành phần thẳng đứng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng Phương pháp dạng cơ bản và Mô hình dầm mềm (xem 7.2.2.4).

7.1.8  Ứng xử động đất của cầu dẻo đều đặn và không đều đặn

Để thiết kế theo M_Ed, giá trị lớn nhất của mô men thiết kế ở vị trí khớp dẻo dự định của bộ phận dẻo i rút ra từ phân tích trường hợp thiết kế động đất và bởi M_Rd, khả năng chịu uốn thiết kế của cùng mặt cắt với cốt thép thực tế dưới tác động đồng thời của các hiệu ứng không động đất trong trường hợp thiết kế động đất, sau đó hệ số giảm lực cục bộ r_i liên quan đến cấu kiện i, dưới tải trọng động đất cụ thể được định nghĩa là:

CHÚ THÍCH:

Vi M_Edi < M_Rdi, theo đó r_i ≤ q

Trong cầu đều đặn, giá trị lớn nhất của n trong số tất cả các cấu kiện dẻo, r_max, về cơ bản là thấp hơn q, thiết kế không thể khai thác hết các giá trị q tối đa cho phép. Khi r_max = 1,0 phản ứng đàn hồi với động đất thiết kế đã được xét.

Cầu được xem là có ứng xử động đất đều đặn theo phương ngang khi thỏa mãn điều kiện:

trong đó:

r_min là giá trị nhỏ nhất của r_i và

r_max là giá trị lớn nhất của r_i trong số tất cả các cấu kiện dẻo i,

ρ₀ là giá trị giới hạn được lựa chọn để đảm bảo rằng chảy liên tiếp của các cấu kiện dẻo không gây ra các đòi hỏi độ dẻo cao không chấp nhận được trên một cấu kiện.

CHÚ THÍCH: Giá trị quy định cho ρ₀ có thể được đưa ra trong dự án cụ thể. Giá trị khuyến nghị là ρ₀ = 2,0.

Một hoặc nhiều bộ phận dẻo (trụ) có thể không phải áp dụng các tính toán r_min và r_max nói trên nếu sự đóng góp lực cắt tổng của chúng không vượt quá 20% lực cắt động đất tổng theo phương nằm ngang được xét.

Các cầu không phù hợp với Biểu thức (27) được coi là có ứng xử động đất theo hướng ngang được xét không đều. Những cầu như vậy sẽ hoặc được thiết kế bằng cách sử dụng giá trị q được chiết giảm:

hoặc phải được thiết kế dựa trên kết quả phân tích phi tuyến tương ứng với 7.1.9.

7.1.9  Phân tích phi tuyến của các cầu không đều đặn

Trong các cầu có ứng xử động đất không đều đặn, chảy liên tiếp của cấu kiện dẻo (trụ) có thể gây ra sai khác đáng kể các kết quả phân tích tuyến tính tương đương thực hiện với giả định hệ số giảm lực tổng thể q (hệ số ứng xử) so với kết quả phản ứng phi tuyến kết cấu. Các sai khác chủ yếu do các hệ quả sau:

Khớp dẻo xuất hiện trước hết thường phát triển các biến dạng sau đàn hồi tối đa, có thể dẫn đến sự tập trung các nhu cầu dẻo cao không thể chấp nhận được trong các khớp này;

Tiếp theo sau sự hình thành các khớp dẻo đầu tiên (thường ở các bộ phận cứng hơn), phân bố của độ cứng và do đó của các lực có thể thay đổi so với giá trị dự đoán bởi phân tích tuyến tính tương đương. Điều này có thể dẫn đến một sự thay đổi liên tiếp trong mô hình giả thiết của khớp dẻo.

Nhìn chung, phản ứng thực tế của các cầu không đều đặn dưới tải trọng động đất thiết kế có thể được đánh giá bằng phân tích lịch sử thời gian phi tuyến động, thực hiện theo 7.2.4.

Cũng có thể thu được giá trị gần đúng của phản ứng phi tuyến tính bằng cách kết hợp giữa phân tích tuyến tính tương đương với phân tích tĩnh phi tuyến (phân tích đẩy dần) tương ứng với 7.2.5.

7.2  Phương pháp phân tích

7.2.1  Phân tích động tuyến tính - Phương pháp phổ phản ứng

7.2.1.1  Định nghĩa và phạm vi áp dụng

Phân tích phổ phản ứng là một tính toán đàn hồi của đỉnh phản ứng động của tất cả các mode đáng kể của kết cấu, sử dụng các quy định của phổ thiết kế phụ thuộc vào thực địa (xem 6.2.3.2.5). Phản ứng tổng thể thu được bằng tổ hợp thống kê của các đóng góp phương thức tối đa. Có thể áp dụng phân tích như vậy trong tất cả các trường hợp mà phân tích tuyến tính được phép.

Các hiệu ứng tác động động đất phải được xác định từ mô hình tuyến tính rời rạc thích hợp (Mô hình động đầy đủ), được lý tưởng hóa tương ứng với quy luật cơ học và các nguyên tắc phân tích kết cấu, tương thích với việc lý tưởng hóa tải trọng động đất có liên quan. Nói chung mô hình này là mô hình không gian.

7.2.1.2  Các mode quan trọng

Tất cả các mode đóng góp đáng kể vào tổng phản ứng kết cấu phải được tính đến.

Đối với cầu mà tổng khối lượng M có thể được coi là tổng của "khối lượng phương thức có hiệu" M_i, tiêu chí trên được xem là thỏa mãn nếu tổng của khối lượng phương thức có hiệu đối với các phương thức được xét, (ΣM_i)_c, chiếm ít nhất 90 % tổng khối lượng của cầu.

Nếu điều kiện này không được thỏa mãn sau khi xem xét tất cả các mode có T ≥ 0,033 s, số lượng mode được xét có thể được xem là chấp nhận được nếu thỏa mãn cả hai điều kiện sau:

- (ΣM_i)_c / M ≥ 0,70

- Các giá trị cuối cùng của hệ quả tác động động đất được nhân với M / (ΣM_i)_c

7.2.1.3  Tổ hợp của các phản ứng phương thức

Nói chung giá trị lớn nhất có thể xảy ra E của hiệu ứng tác động động đất (lực, chuyển vị, v.v...), được lấy bằng căn bậc hai của tổng bình phương của các phản ứng phương thức, E_i (Square Root of the Sum- of the Squares, SRSS)

Hệ quả tác động này được giả định là tác động với các dấu cộng và dấu trừ.

Khi hai mode có chu kỳ gần bằng chu kỳ tự nhiên không gian, quy tắc SRSS (Biểu thức (29)) là không an toàn và các quy tắc chính xác hơn sẽ được áp dụng. Hai chu kỳ tự nhiên, T_i, T_j, có thể được coi là gần các chu kỳ tự nhiên không gian nếu chúng thỏa mãn điều kiện:

trong đó ξ_i và ξ_j lần lượt là tỷ số giảm chấn nhớt của dạng i và j.

Đối với bất kỳ hai mode nào thỏa mãn Biểu thức (30), phương pháp tổ hợp bậc hai đầy đủ (CQC) có thể được sử dụng thay cho quy tắc SRSS:

i = 1 ... n , j = 1 ... n

Trong Biểu thức (31), r_ij là hệ số tương quan:

trong đó:

ξ_i, ξ_j lần lượt là tỷ số giảm chấn nhớt i tương ứng với các mode i và j.

CHÚ THÍCH: Biểu thức (16) cho r_ij = r_ji. Khi T_i = T_j thì ξ_i = ξ_j và r_ij = 1.

7.2.1.4  Tổ hợp các thành phần của tải trọng động đất

a. Hiệu ứng tác động tối đa có khả năng xảy ra E, do sự xuất hiện đồng thời của các thành phần tải trọng động đất theo các trục ngang X và Y và trục thẳng đứng Z, có thể được đánh giá theo (d), tức là áp dụng quy tắc SRSS cho các hiệu ứng tác động tối đa E_x, E_y và E_z do tải trọng động đất độc lập theo mỗi trục:

(b) Hiệu ứng tác động tối đa có khả năng E có thể được coi là hiệu ứng bất lợi nhất của các tác động tính toán từ các Biểu thức (34) - (36).

(c) Nếu a_vg lớn hơn 0,25g (2,5 m/s²) thì cần xét thành phần thẳng đứng của tác động động đất, như định nghĩa trong 6.2.3.2.3 trong các trường hợp sau:

- Các bộ phận kết cấu nằm ngang hoặc gần như nằm ngang có nhịp bằng hoặc lớn hơn 20 m;

- Các thành phần kết cấu dạng công xôn nằm ngang hoặc gần như nằm ngang dài hơn 5 m;

- Các thành phần kết cấu ứng lực trước nằm ngang hoặc gần như nằm ngang;

- Các dầm đỡ cột;

- Các kết cấu có cách chấn đáy.

(d) Việc phân tích để xác định các hiệu ứng của thành phần thẳng đứng của tải trọng động đất có thể dựa trên mô hình không đầy đủ của kết cấu, bao gồm các cấu kiện chịu tác dụng của thành phần động đất thẳng đứng (ví dụ như các thành phần kết cấu đã liệt kê trong (a) của điều này) và có xét tới độ cứng của các cấu kiện liền kề.

(e) Cần đưa vào tính toán các hiệu ứng của thành phần thẳng đứng chỉ đối với các cấu kiện đang xét (ví dụ các cấu kiện đã liệt kê trong (a)) và các cấu kiện đỡ hoặc cấu kiện kết cấu liên quan trực tiếp với chúng.

(f) Nếu các thành phần nằm ngang của tải trọng động đất cũng được xét đến cho các cấu kiện này, có thể áp dụng cho 3 thành phần tải trọng động đất. Nói cách khác, có thể sử dụng tất cả ba tổ hợp sau để tính toán các hiệu ứng tác động:

Trong đó:

“+" có nghĩa là “tổ hợp với";

E_Edx và E_Edy là biểu thị các hiệu ứng tác động do đặt tải trọng động đất dọc theo trục nằm ngang x và y được chọn của kết cấu.

E_Edz là biểu thị các hiệu ứng tác động do tác dụng của thành phần thẳng đứng của tải trọng động đất thiết kế như định nghĩa trong 6.2.3.2.5.

(g) Nếu thực hiện phân tích tĩnh phi tuyến (đẩy dần), thì có thể bỏ qua thành phần đứng của tải trọng động đất.

7.2.2  Phương pháp dạng cơ bản

7.2.2.1  Định nghĩa

Trong phương pháp dạng cơ bản, các lực động đất tĩnh tương đương suy từ các lực quán tính tương ứng với dạng cơ bản và chu kỳ tự nhiên của kết cấu theo hướng được xét, sử dụng tung độ liên quan của phổ thiết kế phụ thuộc hiện trường. Phương pháp này cũng bao gồm việc đơn giản hóa liên quan đến dạng mode đầu tiên và đánh giá của chu kỳ cơ bản.

Tùy thuộc các đặc trưng cụ thể của cầu, có thể áp dụng phương pháp này bằng cách sử dụng ba cách mô hình khác nhau, đó là:

- Mô hình dầm cứng,

- Mô hình dầm mềm,

- Mô hình trụ đơn lẻ.

Các quy tắc của 7.2.1.4 để tổ hợp các thành phần của tải trọng động đất được ứng dụng

7.2.2.2  Phạm vi ứng dụng

Phương pháp có thể áp dụng trong tất cả các trường hợp mà ứng xử động của kết cấu có thể được xấp xỉ đầy đủ bằng mô hình một bậc tự do động đơn. Điều kiện này được coi là thỏa mãn trong các trường hợp sau.

(a) Theo hướng dọc của các cầu gần như thẳng có dầm liên tục, khi các lực động đất do các trụ có tổng khối lượng nhỏ hơn 20 % khối lượng của dầm chịu.

(b) Theo hướng ngang của trường hợp (a), nếu hệ kết cầu gần đối xứng theo tâm của dầm, tức là khi độ lệch tâm lý thuyết eo giữa trọng tâm độ cứng của các bộ phận đỡ và trọng tâm của dầm không vượt quá 5% chiều dài dầm (L).

(c) Trong trường hợp trụ đỡ các nhịp giản đơn, nếu tương tác giữa các trụ được đánh giá là đáng kể và tổng khối lượng của mỗi trụ nhỏ hơn 20% khối lượng của dầm.

7.2.2.3  Mô hình dầm cứng

Mô hình này chỉ có thể được áp dụng khi, dưới tải trọng động đất, có thể bỏ qua biến dạng của dầm trong mặt phẳng nằm ngang so với chuyển vị ngang của các đỉnh trụ. Điều kiện này luôn được đáp ứng trong hướng dọc của cầu dầm liên tục gần như thẳng. Trong hướng ngang, có thể giả định dầm là cứng nếu L / B ≤ 4,0 hoặc khi thỏa mãn điều kiện:

Trong đó:

L là tổng chiều dài của dầm liên tục;

B là chiều rộng của dầm; và

Δd và d_a lần lượt là chênh lệch lớn nhất và giá trị trung bình của chuyển vị theo hướng ngang của tất cả các đỉnh trụ dưới tải trọng động đất ngang hoặc dưới tác động của tải trọng ngang có phân bố tương tự.

Các hiệu ứng động đất phải được xác định bằng cách áp dụng một lực tĩnh ngang tương đương F ở dầm cho bởi biểu thức:

trong đó:

M  là tổng khối lượng có hiệu của kết cấu, bằng khối lượng của dầm cộng với khối lượng của nửa trên của các trụ;

S_d(T)  là gia tốc phổ của phổ thiết kế (6.2.3.2.5) tương ứng với chu kỳ cơ bản T của cầu, được đánh giá là:

Trong đó K = ΣK_i là độ cứng của hệ, bằng tổng độ cứng của các cấu kiện chịu lực động đất.

Theo phương ngang, lực F có thể được phân bố dọc theo dầm tỷ lệ với sự phân bố khối lượng có hiệu.

7.2.2.4  Mô hình dầm mềm

Mô hình dầm mềm được sử dụng khi Biểu thức (18) không thỏa mãn.

Trừ khi thực hiện cách tính chính xác hơn, chu kỳ cơ bản của kết cấu theo hướng ngang có thể được đánh giá thông qua số Rayleigh, sử dụng hệ một bậc tự do tổng quát như sau:

trong đó:

M_i  là khối lượng tại điểm nút thứ i

d_i  là chuyển vị theo hướng kiểm tra khi kết cấu bị tác dụng bởi lực gM_i tại tất cả các điểm nút theo phương ngang xem xét.

Các hiệu ứng động đất phải được xác định bằng cách áp dụng lực ngang F_i tại tất cả các điểm nút được cho bởi:

trong đó:

T  là chu kỳ dạng dao động cơ bản theo phương ngang được xét,

M_i  là khối lượng tập trung tại điểm thứ i,

d_i  là chuyển vị của điểm nút thứ i theo xấp xỉ của dạng đầu tiên (có thể lấy bằng các giá trị xác định ở trên),

S_d(T)  là gia tốc phổ của phổ thiết kế (6.2.3.2.5)

g  là gia tốc trọng trường.

7.2.2.5  Hiệu ứng xoắn theo hướng ngang (quay theo trục thẳng đứng)

Khi sử dụng mô hình dầm cứng hoặc mô hình dầm mềm dẻo theo hướng ngang của cầu, có thể đánh giá các hiệu ứng xoắn bằng cách áp dụng mô men xoắn tĩnh M_t tương ứng theo Biểu thức (24) của 7.1.5. Độ lệch tâm liên quan được đánh giá như sau:

trong đó:

e_o  là độ lệch tâm lý thuyết (xem trường hợp (b) của 7.2.2.2)

e_a = 0,05L  là độ lệch tâm bổ sung tính đến hiệu ứng sự cố và khuếch đại động.

Có thể xác định lực F từ Biểu thức (38) hoặc như là ΣF_i từ Biểu thức (41). Mô men M_t có thể phân phối cho các cấu kiện đỡ sử dụng mô hình dầm cứng.

7.2.2.6  Mô hình trụ riêng lẻ

Trong một số trường hợp, tải trọng động đất theo hướng ngang cầu chủ yếu do các trụ chịu, không có sự tương tác đáng kể giữa các trụ liền kề. Trong trường hợp đó, hiệu ứng động đất tác động ở trụ thứ i có thể được xấp xỉ bằng áp dụng một lực tĩnh tương đương:

trong đó

M_i là khối lượng có hiệu được quy cho trụ i và

là chu kỳ cơ bản của cùng trụ, được xem là độc lập với phần còn lại của cầu.

Sự đơn giản hóa này có thể được áp dụng như một phép gần đúng đầu tiên cho phản tích sơ bộ, khi đáp ứng điều kiện sau từ kết quả của Biểu thức (44) cho tất cả các trụ liền kề i và i + 1:

Nếu không, cần phải có sự phân bố lại khối lượng có hiệu được quy cho mỗi trụ để thoả mãn điều kiện trên.

7.2.3  Phương pháp tuyến tính khác

Trong phân tích chuỗi thời gian, tải trọng động đất thiết kế phải được lấy là giá trị trung bình của phản ứng cực trị, tính cho mỗi biểu đồ gia tốc trong một tập lịch sử thời gian được xét. Điều phụ 6.2.3 áp dụng để chọn lịch sử thời gian.

7.2.4  Phân tích lịch sử thời gian động phi tuyến

7.2.4.1  Yêu cầu chung

Phản ứng phụ thuộc vào thời gian của kết cấu thu được từ tích phân số trực tiếp phương trình vi phân phi tuyến của chuyển động. Đầu vào động đất bao gồm các lịch sử thời gian chuyển động mặt đất (các biểu đồ gia tốc, xem 6.2.3). Các ảnh hưởng của lực trọng trường và các tác động tựa thường xuyên khác trong trường hợp thiết kế động đất, cũng như các hiệu ứng thứ cấp cũng phải xét.

Trừ khi có quy định khác trong phần này, phương pháp này chỉ có thể sử dụng khi kết hợp với phân tích phổ phản ứng tiêu chuẩn để cung cấp thông tin chi tiết phản ứng sau đàn hồi và so sánh giữa độ dẻo cục bộ yêu cầu và độ dẻo cục bộ có thể. Nói chung các kết quả phân tích phi tuyến không được sử dụng để làm giảm các yêu cầu từ phân tích phổ phản ứng. Tuy nhiên, trong trường hợp cầu có thiết bị cách ly (xem Điều 10) hoặc cầu không đều đặn (xem 7.1.8) các giá trị đánh giá thấp hơn từ một phân tích lịch sử thời gian nghiêm ngặt có thể thay thế cho các kết quả của phân tích phổ phản ứng.

7.2.4.2  Chuyển động nền đất và tổ hợp thiết kế

Áp dụng các quy định của 6.2.3, 8.5 và 7.1.2.

7.2.4.3  Các hiệu ứng tác động thiết kế

Khi thực hiện phân tích động phi tuyến cho ít nhất bảy cặp chuyển động mặt đất ngang độc lập, có thể sử dụng giá trị trung bình của các phản ứng riêng lẻ như giá trị thiết kế của các hiệu ứng tác động, trừ trường hợp có yêu cầu khác trong phần này. Khi có ít hơn bảy phân tích động phi tuyến tính thực hiện cho các cặp chuyển động đầu vào độc lập, phải sử dụng các phản ứng tối đa của nhóm như các hiệu ứng tác động thiết kế.

7.2.4.4  Kết cấu dẻo

Mục tiêu chính của phân tích lịch sử thời gian phi tuyến của cầu dẻo như sau:

- Xác định mô hình thực tế của sự hình thành khớp dẻo

- Đánh giá và kiểm tra các yêu cầu biến dạng sau chảy có khả năng trong các khớp dẻo và đánh giá nhu cầu chuyển vị

- Xác định các yêu cầu về độ bền để ngăn ngừa các dạng hư hỏng không dẻo trong kết cấu phần trên vồ để kiểm tra nền đất.

Đối với một kết cấu dẻo có yêu cầu độ dẻo cục bộ cao, để đạt được các mục tiêu trên đòi hỏi những điều sau.

(a) Nhận biết thực tế phạm vi mà kết cấu còn đàn hồi. Nhận biết này dựa trên các giá trị ứng suất chảy và biến dạng của vật liệu có thể xảy ra.

(b) Trong các vùng khớp dẻo, biểu đồ ứng suất - biến dạng cho cả bê tông và cốt thép hoặc thép kết cấu, phải phản ánh ứng xử có thể xảy ra sau chảy, có tính đến sự kiềm chế của bê tông khi có liên quan, và biến dạng hóa cứng và / hoặc hiệu ứng oằn cục bộ đối với thép. Dạng các vòng lặp trễ phải được mô hình hóa đúng, xét đến sự suy giảm độ bền và độ cứng và hiện tượng trễ thắt, nếu được chỉ định bằng các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm thích hợp.

(c) Việc kiểm tra nhu cầu biến dạng là an toàn thấp hơn so với khả năng của khớp dẻo, nên được thực hiện bằng cách so sánh nhu cầu xoay khớp dẻo, θ_p,E, với khả năng xoay thiết kế có liên quan, θ_p,d như sau:

Giá trị thiết kế của khả năng quay dẻo, θ_p,d phải được suy ra từ kết quả thử nghiệm hoặc tính toán từ độ cong cực hạn bằng cách chia giá trị có thể xảy ra θ_p,u cho hệ số, γ_R,p, phản ánh các khuyết tật cục bộ của kết cấu, sự không chắc chắn của mô hình và / hoặc sự phân tán của các kết quả thử nghiệm liên quan, như sau:

Điều kiện tương tự cần được kiểm tra đối với các nhu cầu và khả năng biến dạng khác của vùng tiêu tán của kết cấu thép (ví dụ độ giãn dài của các cấu kiện chịu kéo theo đường chéo và biến dạng cắt của khoang chịu cắt trong giằng lệch tâm).

CHÚ THÍCH: Phụ lục E cung cấp thông tin cho việc đánh giá θ_p,d và γ_R,p

(d) Không cần kiểm tra độ bền của cấu kiện chống lại sự uốn với lực dọc trục, vì việc kiểm tra như vậy vốn có trong quy trình phân tích phi tuyến theo (a) ở trên. Tuy nhiên, cần kiểm tra rằng không xảy ra chảy đáng kể trong dầm (xem 8.6.3.6).

(e) Kiểm tra các cấu kiện đối với các dạng hư hỏng không dẻo (cắt của các cấu kiện và cắt ở các mối nối liền kề với khớp dẻo), cũng như do hỏng nền móng, nên thực hiện theo các quy tắc liên quan của điều 8. Hiệu ứng tác động thiết kế khả năng nên được lấy bằng hiệu ứng tác động do phân tích phi tuyến nhân với γ_Bd,1, phù hợp với 8.6.2. Những giá trị này không được vượt quá sức kháng thiết kế R_d (= R_k /γ_M) của các mặt cắt tương ứng, tức là:

7.2.4.5  Cầu có cách chấn

Mục tiêu của phân tích trong trường hợp này là đánh giá thực tế nhu cầu về chuyển vị và lực:

- Tính đến ảnh hưởng của sự thay đổi các thuộc tÍnh của bộ cách ly,

- Đảm bảo rằng kết cấu cách ly về cơ bản vẫn đàn hồi.

Áp dụng các quy định của Điều 10.

7.2.5  Phân tích tĩnh phi tuyến (phân tích đẩy dần)

Phân tích đẩy dần là phân tích tĩnh phi tuyến kết cấu chịu tải trọng thẳng đứng không thay đổi (trọng lực) và tải trọng ngang tăng đơn điệu, đại diện cho ảnh hưởng của thành phần động đất ngang. Các hiệu ứng thứ cấp sẽ được tính đến. Tải trọng ngang được tăng cho đến khi đạt được chuyển vị mục tiêu tại điểm tham chiếu.

Mục tiêu chính của phân tích là:

- Đánh giá trình tự và dữ liệu cuối cùng của sự hình thành khớp dẻo;

- Đánh giá sự phân bố lại các lực sau khi hình thành khớp dẻo;

- Đánh giá đường cong chuyển vị - lực của kết cấu (“đường cong khả năng”) và nhu cầu biến dạng của khớp dẻo cho đến khi đạt chuyển vị mục tiêu.

Phương pháp này có thể áp dụng cho toàn bộ kết cấu cầu hoặc cho từng thành phần riêng lẻ.

Áp dụng các yêu cầu của 7.2.4.4, ngoại trừ yêu cầu đối với mô hình hóa dạng vòng lặp trễ b.

CHÚ THÍCH 1: Quy trình khuyến nghị để áp dụng phương pháp này được đưa ra trong Phụ lục L.

CHÚ THÍCH 2: Cần lưu ý rằng phân tích tĩnh phi tuyến (đẩy dần), chẳng hạn phân tích đưa ra trong Phụ lục L, dẫn đến kết quả thực tế trong các kết cấu, phản ứng của chúng đối với tải trọng động đất ngang trong hướng được xem xét có thể xấp xỉ hợp lý bởi một hệ một bậc tự do tổng quát. Giả sử ảnh hưởng của khối lượng trụ là nhỏ, điều kiện trên luôn đáp ứng theo hướng dọc của cầu thẳng. Điều kiện cũng được đáp ứng trong hướng ngang, khi sự phân bố độ cứng của các trụ dọc theo cầu có hệ đỡ ngang đồng đều hơn hoặc ít hơn cho dầm tương đối cứng. Đây là trường hợp phổ biến nhất đối với cầu mà chiều cao của trụ giảm dần về phía mố hoặc không có sự thay đổi đột ngột. Tuy nhiên, khi cầu có một trụ đặc biệt cứng và kiên cố nằm giữa các nhóm trụ thông thường, hệ không thể được tính gần đúng theo phương ngang bởi một bậc tự do duy nhất và phân tích đầy dàn có thể không dẫn đến các kết quả thực. Một ngoại lệ tương tự cũng xảy ra đối với những cầu dài, khi các trụ rất cứng nằm giữa các nhóm cầu thông thường, hoặc các cầu trong đó khối lượng của một số trụ có ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử động, theo một trong hai hướng. Sự sắp xếp bất thường như vậy có thể tránh, ví dụ: bằng cách cung cấp liên kết trượt giữa dầm và (các) trụ gây ra sự không đều đặn. Nếu điều này là không thể hoặc không thực hiện được, thì nên sử dụng phân tích lịch sử thời gian phi tuyến tính.

8  Kiểm tra độ bền

8.1  Yêu cầu chung

Các quy định của điều này áp dụng cho hệ chịu động đất của cầu được thiết kế theo phương pháp tuyến tính tương đương có xét đến ứng xử dẻo hoặc ứng xử dẻo giới hạn của kết cấu (xem 7.1.6). Đối với các cầu có thiết bị cách ly áp dụng điều 10. Để kiểm tra trên cơ sở kết quả phân tích phi tuyến, áp dụng 7.2.4. Trong cả hai trường hợp sau áp dụng 8.2.1.

8.2  Vật liệu và độ bền thiết kế

8.2.1  Vật liệu

Trong các cầu thiết kế với ứng xử dẻo cố q > 1,5, các cấu kiện bê tông khi khớp dẻo có thể hình thành phải được bố trí cốt thép loại c phù hợp với TCVN 13594-5:2023, Bảng C.1.

Các cấu kiện cầu bê tông được thiết kế có ứng xử dẻo, khi không có khớp dẻo có thể hình thành (kết quả của thiết kế theo khả năng), cũng như tất cả các cấu kiện của cầu bê tông được thiết kế với ứng xử dẻo giới hạn (q ≤1,5) hoặc tất cả các cấu kiện của cầu bê tông có cách ly phù hợp với điều 10, có thể bố trí cốt thép loại B phù hợp với TCVN 13594-5:2023, Bảng C.4.

Các cấu kiện thép kết cấu của tất cả các cầu phải phù hợp với các nội dung sau:

- Thép làm kết cấu phải tuân theo TCVN 13594-6:2023.

- Việc phân phối các tham số vật liệu trong kết cấu (như giới hạn chảy, độ dai) phải sao cho tạo được các vùng tiêu tán năng lượng ở các vị trí đã dự định trong thiết kế.

CHÚ THÍCH: Vật liệu thép ở các vùng tiêu tán năng lượng phải bị chảy dẻo trước khi các vùng khác vượt quá giai đoạn đàn hồi trong quá trình động đất.

Yêu cầu trên có thể thỏa mãn nếu giới hạn chảy của thép trong các vùng tiêu tán năng lượng và việc thiết kế kết cấu tuân theo một trong các điều kiện sau:

a) Giới hạn chảy thực tế lớn nhất f_y,max của thép trong các vùng tiêu tán năng lượng thỏa mãn điều kiện:

f_y,max ≤ 1,1 γ_ov f_y

trong đó:

γ_ov là hệ số vượt cường độ của vật liệu. Khuyến nghị lấy γ_ov = 1,25.

f_y là giới hạn chảy danh nghĩa của thép.

CHÚ THÍCH: Đối với thép S235 và với hệ số gia tăng cường độ của vật liệu γ_ov = 1,25 thì phương pháp này cho giá trị lớn nhất f_y,max = 323 N/mm².

b) Thiết kế kết cấu căn cứ vào một số hiệu thép sử dụng và một cường độ chảy danh nghĩa f_y cho cả hai vùng tiêu tán và không tiêu tán năng lượng; giá trị cao hơn f_y,max dùng cho thép ở vùng tiêu tán năng lượng; giá trị danh nghĩa f_y được dùng cho thép ở vùng không tiêu tán năng lượng và ở các mối nối là vượt quá giá trị cao của giới hạn chảy f_y,max của vùng tiêu tán năng lượng.

CHÚ THÍCH: Theo điều kiện này thì có thể sử dụng thép S355 cho các cấu kiện và cho các liên kết không tiêu tán năng lượng và sử dụng thép S235 cho các cấu kiện tiêu tán năng lượng hoặc các liên kết tiêu tán năng lượng tại đó giá trị trên của giới hạn chảy của thép S235 được giới hạn không quá f_y,max = 355 N/mm².

c) Cường độ chảy thực tế f_y,act của thép trong vùng tiêu tán năng lượng được xác định bằng thử nghiệm. Hệ số vượt cường độ được tính toán cho từng vùng tiêu tán năng lượng γ_ov,act = f_y,act/f_y trong đó f_y là giới hạn chảy danh nghĩa của thép của vùng tiêu tán năng lượng.

CHÚ THÍCH: Điều kiện này có thể áp dụng đối với thép có xuất xứ rõ ràng, cũng có thể được áp dụng để đánh giá công trình đã xây dựng hoặc khi giới hạn chảy được xác định bằng thực nghiệm trước khi chế tạo.

Nếu các điều kiện trong b thỏa mãn thì hệ số vượt cường độ γ_ov có thể lấy bằng 1,00 khi kiểm tra thiết kế các cấu kiện kết cấu quy định trong các điều từ 8.7.1.1 đến 8.7.1.4. Khi kiểm tra điều kiện 8.2.2.2 đối với các liên kết, sử dụng hệ số vượt cường độ γ_ov là giá trị như trong a.

Nếu thỏa mãn các điều kiện c thì hệ số vượt cường độ γ_ov được lấy bằng giá trị lớn nhất trong số các giá trị γ_ov,act tính trong các kiểm tra từ 8.7.1.1 đến 8.7.1.4.

Đối với các vùng tiêu tán năng lượng, giá trị cường độ chảy f_y,max sử dụng khi áp dụng các điều kiện trên cần được xác định rõ và ghi chú trên bản vẽ.

Độ dai của thép và của các mối hàn phải được chọn thỏa mãn các yêu cầu khi chịu tác dụng động đất tương ứng với giá trị nhất định của nhiệt độ làm việc (xem TCVN 13954-6:2023).

Độ dai của thép và của các mối hàn và nhiệt độ làm việc thấp nhất được chọn để tổ hợp với tải trọng có tải trọng động đất cần được quy định trong dự án.

Việc kiểm tra tính năng vật liệu được thực hiện phải theo các yêu cầu sau:

Việc quản lý thiết kế và thi công phải đảm bảo công trình được xây dựng đúng như thiết kế.

- Với mục đích đó, ngoài các điều trong TCVN 13594-6:2023, cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

+ Bản vẽ chế tạo và lắp dựng cần chỉ dẫn rõ các chi tiết liên kết, kích thước, chất lượng bulông và mối hàn cũng như mác thép của cấu kiện. Trên bản vẽ cần ghi chú giá trị ứng suất chảy lớn nhất cho phép f_y.max của thép dùng trong các vùng tiêu tán năng lượng;

+ Tham số vật liệu cần kiểm tra phù hợp với 8.2.1;

+ Việc kiểm soát độ xiết chặt của bulông và chất lượng mối hàn cần tuân theo các quy định trong EN 1090;

+ Trong suốt quá trình thi công cần đảm bảo ứng suất chảy của thép sử dụng thực tế không vượt quá 10 % f_y,max được ghi chú trong bản vẽ cho các vùng tiêu tán năng lượng.

- Khi một trong các điều kiện trên không thỏa mãn, cần điều chỉnh hoặc sửa chữa nhằm đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn này và đảm bảo tính an toàn cho công trình.

8.2.2  Độ bền thiết kế

8.2.2.1  Kiểm tra an toàn kết cấu bê tông

Đối với việc kiểm tra TTGHCĐ, khi lấy các hệ số riêng cho tham số vật liệu γ_c và γ_s phải tính đến sự suy giảm cường độ có thể có của vật liệu do sự biến dạng có chu kỳ.

Nếu không có những số liệu phù hợp hơn thì áp dụng các giá trị của những hệ số riêng γ_c và γ_s được chấp nhận trong trường hợp thiết kế lâu dài và thay đổi, với giả thiết rằng nhờ các quy định về độ dẻo kết cấu cục bộ mà tỷ số giữa cường độ còn lại sau khi xuống cấp và cường độ ban đầu xấp xỉ bằng tỷ số giữa các giá trị γ_M của các tổ hợp tải trọng đặc biệt và tổ hợp tải trọng cơ bản.

Nếu sự suy giảm cường độ được tính toán một cách hợp lý khi đánh giá các tính chất của vật liệu, có thể dùng các giá trị γ_M được chấp nhận trong trường hợp thiết kế sự cố.

CHÚ THÍCH 1: Các giá trị hệ số riêng của vật liệu γ_c và γ_s cho các trường hợp thiết kế lâu dài và các trường hợp thiết kế sự cố có thể tìm thấy trong dự án cụ thể với TCVN 13594-5:2023.

CHÚ THÍCH 2: Dự án cụ thể có thể quy định việc sử dụng các giá trị y_M cho thiết kế chịu động đất. Chúng có thể là những giá trị dùng cho các trường hợp thiết kế lâu dài và thay đổi hoặc cho các trường hợp thiết kế sự cố. Thậm chí các giá trị trung gian có thể được lựa chọn trong phụ lục phụ thuộc vào việc các tham số vật liệu khi chịu tải trọng động đất được đánh giá như thế nào. Sự lựa chọn được kiến nghị chính là sự lựa chọn trong điều này, nó cho phép sử dụng giá trị tương tự của cường độ thiết kế cho các trường hợp thiết kế lâu dài và thay đổi (ví dụ như tải trọng trọng trường kèm theo gió) và cho trường hợp thiết kế chịu động đất.

8.2.2.2  Kiểm tra an toàn kết cấu thép

Khi kiểm tra TTGHCĐ, hệ số riêng của thép γ_s = γ_M cần tính đến khả năng suy giảm cường độ do biến dạng theo chu kỳ.

CHÚ THÍCH: Do hiện tượng dẻo cục bộ, tỷ số giữa cường độ còn lại sau khi bị suy giảm và cường độ ban đầu xấp xỉ bằng tỷ số giữa các giá trị γ_M của tổ hợp tải trọng đặc biệt và tổ hợp tải trọng cơ bản, kiến nghị sử dụng hệ số γ_s trong thiết kế với cả hai trường hợp tải trọng thay đổi và tải trọng lâu dài.

Khi kiểm tra thiết kế khả năng chịu lực theo các mục 8.7.1 thì nên xét đến khả năng cường độ chảy thực tế của thép cao hơn cường độ chảy danh nghĩa bằng hệ số gia tăng cường độ của vật liệu γ_ov (xem 8.2.1).

8.2.2.3  Kiểm tra an toàn kết cấu liên hợp

Giá trị thiết kế của sức kháng cấu kiện liên hợp thép- BTCT phải được xác định phù hợp với các yêu cầu sau khi kiểm tra về an toàn:

- Khi kiểm tra khả năng chịu lực có liên quan tới cấu kiện bê tông và phần bê tông trong cấu kiện liên hợp: Áp dụng 8.2 2.1

- Khi kiểm tra khả năng chịu lực có liên quan tới cấu kiện thép, áp dụng 8.2.2.2

8.3  Thiết kế theo khả năng

Đối với các kết cấu thiết kế có ứng xử dẻo, các hiệu ứng thiết kế theo khả năng F_C (V_C, M_C, N_C) phải được tính toán bằng cách phân tích cơ cấu dẻo dự kiến theo:

a) các tác động phi động đất trong trường hợp động đất thiết kế và

b) mức độ của tải trọng động đất theo hướng đang xét mà ở đó tất cả khớp uốn dự định đã phát triển mô men uốn bằng một phân vị trên của sức kháng uốn, được gọi là mô men vượt cường độ, M₀.

Các hiệu ứng thiết kế theo khả năng không cần phải lớn hơn các kết quả ở trường hợp thiết kế động đất (xem 8.5) theo hướng được xem xét, với hiệu ứng tải trọng động đất nhân với hệ số ứng xử q sử dụng trong phân tích cho tải trọng động đất thiết kế.

Mô men vượt cường độ của mặt cắt được tính như sau:

trong đó:

γ₀ là hệ số vượt cường độ;

M_Rd là cường độ uốn thiết kế của mặt cắt theo hướng và dấu đã chọn, dựa trên hình dạng mặt cắt thực tế, bao gồm cả cốt thép nếu có liên quan và thuộc tính vật liệu (với giá trị γ_M cho các trường hợp thiết kế cơ bản). Khi xác định M_Rd, phải tính đến uốn hai trục do: (a) hiệu ứng của các tác động phi động đất trong trường hợp thiết kế động đất và (b) các hiệu ứng tải trọng động đất khác tương ứng với tải trọng động đất thiết kế với hướng và dấu đã chọn.

Giá trị của hệ số vượt cường độ phải phản ánh sự thay đổi của thuộc tính cường độ vật liệu và tỷ lệ giữa cường độ cực hạn với cường độ chảy.

CHÚ THÍCH: Giá trị cho γ₀ có thể đưa ra trong dự án cụ thể. Các giá trị đề xuất là: Đối với cấu kiện bê tông: γ₀ = 1,35; Đối với cấu kiện thép: γ₀ = 1,25.

Trong trường hợp mặt cắt bê tông cốt thép có cốt thép kiềm chế đặc biệt phù hợp với 8.2.1 và với giá trị của lực dọc trục được chuẩn hóa

vượt quá 0,1, thì giá trị của hệ số vượt cường độ sẽ được nhân với 1 + 2 (η_k - 0,1)² trong đó:

N_Ed là giá trị của lực dọc trục tại khớp dẻo trường hợp thiết kế động đất, dấu dương nếu là nén;

A_c là diện tích mặt cắt ngang;

f_ck là cường độ đặc trưng của bê tông.

Trong phạm vi chiều dài của các cấu kiện phát triển khớp dẻo, thiết kế theo khả năng mô men uốn M_C tại vùng lân cận của khớp (xem Hình 12) được giả định là không lớn hơn khả năng chịu uốn thiết kế M_Rd có liên quan của khớp gần nhất được tính tương ứng theo 8.6.3.1.

CHÚ DẪN: A - Dầm, B - Trụ, PH - Khớp dẻo

Hình 12 - Mô men thiết kế theo khả năng M_C trong phạm vi chiều dài của cấu kiện có khớp dẻo

CHÚ THÍCH: Các biểu đồ M_Rd thể hiện trên Hình 12 tương ứng với một trụ có mặt cắt ngang thay đổi (tăng dần xuống dưới). Trong trường hợp mặt cắt ngang không đổi có cốt thép không đổi thì M_Rd cũng không đổi.

Đối với L_h, xem 9.2.1.5.

Nói chung, phải tính toán riêng hiệu ứng thiết kế theo khả năng cho tác động động đất (với dấu + và -) ở mỗi phương dọc và ngang. Quy trình liên quan và các đơn giản hóa được nêu trong Phụ lục K.

Khi gối trượt tham gia vào cơ cấu dẻo, phải giả định khả năng của chúng bằng Y_ofR_df, trong đó:

γ_of = 1,30 là hệ số khuếch đại của ma sát do hiệu ứng già hóa

R_df là lực ma sát thiết kế lớn nhất của gối.

Trong các cầu có gối chất dẻo và dự kiến có ứng xử dẻo, các bộ phận dự kiến không có khớp dẻo nào được tạo thành và chịu lực cắt từ các gối phải được thiết kế như sau: các hiệu ứng thiết kế theo khả năng phải được tính toán trên cơ sở biến dạng lớn nhất của các gối tương ứng với chuyển vị thiết kế của dầm và độ cứng gối tăng lên 30 %.

8.4  Hiệu ứng thứ cấp

Đối với phân tích tuyến tính, có thể sử dụng các phương pháp gần đúng để đánh giá ảnh hưởng của các hiệu ứng thứ cấp ở các mặt cắt tới hạn (khớp dẻo), cũng như tính đến tính chất chu kỳ của tải trọng động đất khi nó có hiệu quả bất lợi đáng kể.

CHÚ THÍCH: Sử dụng các phương pháp gần đúng để đánh giá các tác động thứ cấp dưới tải trọng động đất có thể được cho trong dự án cụ thể. Quy trình khuyến nghị là giả định rằng tăng mô men uốn của mặt cắt khớp dẻo do hiệu ứng thứ cấp là:

trong đó N_Ed là lực dọc trục và d_Ed là chuyển vị ngang tương đối của các đầu của cấu kiện dẻo được xét trong trường hợp động đất thiết kế.

8.5  Tổ hợp của tải trọng động đất với các tác động khác

Giá trị thiết kế E_d của hiệu ứng các tác động trong trường hợp thiết kế động đất phải được xác định theo 9.4.3.4, TCVN 13594-1:2022, như sau:

Trong đó:

“+” nghĩa là “được tổ hợp với”;

G_k là các tác động thường xuyên với các giá trị đặc trưng của chúng;

P_k là giá trị đặc trưng của ứng suất trước sau tất cả các tổn thất;

A_Ed là tải trọng động đất thiết kế;

Q_1k là giá trị đặc trưng của tải trọng giao thông;

ψ₂₁ là hệ số tổ hợp đối với tải trọng giao thông phù hợp với 7.1.2; và

Q₂ là giá trị tựa thường xuyên của các tác động trong thời gian dài (ví dụ áp lực đất, đẩy nổi, dòng chảy, v.v.)

CHÚ THÍCH: Các tác động trong thời gian dài được coi là đồng thời với tải trọng động đất thiết kế.

Hiệu ứng tải trọng động đất không cần tổ hợp với các hiệu ứng tác động do biến dạng cưỡng bức (gây ra bởi nhiệt độ, co ngót, lún gối, chuyển động dư của nền đất do đứt gãy động đất).

Một ngoại lệ đối với quy tắc trên là trường hợp các cầu mà trong đó tải trọng động đất do các gối chất dẻo nhiều lớp chịu (xem thêm 9.6.2.3). Trong trường hợp đó ứng xử đàn hồi của hệ phải được giả định và các hiệu ứng tác động do biến dạng cưỡng bức phải được tính đến.

CHÚ THÍCH: Trong trường hợp này, chuyển vị do từ biến thường không tạo ra thêm ứng suất bổ sung cho hệ thống và do đó có thể được bỏ qua. Từ biến cũng làm giảm ứng suất có hiệu gây ra trong kết cấu do các biến dạng cưỡng bức dài hạn (ví dụ do co ngót).

Bỏ qua tác động của gió trong giá trị thiết kế E_d của hiệu ứng các tác động trong trường hợp thiết kế động đất (Biểu thức (52)).

8.6  Kiểm tra sức kháng của các mặt cắt bê tông

8.6.1  Độ bền thiết kế

Khi sức kháng của một mặt cắt phụ thuộc vào các hiệu ứng tác động nhiều thành phần (ví dụ: mô men uốn theo một trục hoặc hai trục và lực dọc trục), có thể thỏa mãn các điều kiện TTGHCĐ quy định trong 8.6.2 và 8.6.3 bằng cách xem xét riêng biệt giá trị cực trị (tối đa hoặc tối thiểu) của mỗi thành phần hiệu ứng tác động với giá trị đồng thời của tất cả các thành phần của hiệu ứng tác động khác.

8.6.2  Kết cấu có ứng xử dẻo hạn chế

Đối với sức kháng uốn của các mặt cắt, điều kiện sau phải được thỏa mãn:

trong đó:

E_di  là hiệu ứng tác động thiết kế trong trường hợp thiết kế động đất, kể cả hiệu ứng bậc hai;

R_d  là sức kháng uốn thiết kế của mặt cắt phù hợp với 9.1, TCVN 13594-5:2023, và với 8.6.1.

Phải thực hiện kiểm tra sức kháng cắt của các cấu kiện bê tông phù hợp với 9.2, TCVN 13594-5:2023, với các quy tắc bổ sung sau.

a) Các hiệu ứng tác động thiết kế phải được tính toán theo 8.5) trong đó hiệu ứng tải trọng động đất A_Ed phải được nhân với hệ số ứng xử q sử dụng trong phân tích tuyến tính.

b) Các giá trị sức kháng, \/_Rd,c, V_Rd,s và V_Rd,max được lấy theo 9.2, TCVN 13594-5:2023, được chia cho hệ số an toàn bổ sung γ_Bd1 cho phá hoại giòn.

CHÚ THÍCH: Giá trị quy định cho γ_Bd1 có thể được đưa ra trong dự án cụ thể. Giá trị đề xuất là γ_Bd1 = 1,25.

8.6.3  Kết cấu có ứng xử dẻo

8.6.3.1  Sức kháng uốn của các mặt cắt của khớp dẻo

Điều kiện sau phải được thỏa mãn.

trong đó:

M_Ed  là giá trị thiết kế của mô men có được từ phân tích cho trường hợp thiết kế động đất, bao gồm cả các hiệu ứng thứ cấp;

M_Rd  là khả năng chịu uốn thiết kế của mặt cắt, phù hợp với 8.6.1.

Cốt thép dọc của bộ phận có chứa khớp phải vẫn không đổi và có hiệu đầy đủ trên chiều dài L_h được chỉ ra ở Hình 12 và trong 9.2.1.5.

8.6.3.2  Khả năng chịu uốn của các mặt cắt khu vực ngoài khớp dẻo

Điều kiện sau phải được thỏa mãn.

trong đó:

M_C  là mô men thiết kế theo khả năng như quy định trong 8.3;

M_Rd  là sức kháng thiết kế của mặt cắt phù hợp với γ_Bd1, 9.1 TCVN 13594-5:2023, có tính đến sự tương tác của các thành phần khác của hiệu ứng tác động thiết kế (lực dọc trục và, khi có thể, mô men uốn theo phương trực giao).

CHÚ THÍCH: Theo kết quả của 8.3, mặt cắt ngang và cốt thép dọc của mặt cắt khớp dẻo sẽ không bị ảnh hưởng bởi việc kiểm tra thiết kế theo khả năng.

8.6.3.3  Sức kháng cắt của các cấu kiện ngoài vùng khớp dẻo

Kiểm tra khả năng chịu cắt phải được thực hiện theo 9.2, TCVN 13594-5:2023, với các quy tắc bổ sung sau:

a) Các hiệu ứng tác động thiết kế phải được giả định tương đương với các tác động thiết kế theo khả năng phù hợp với 8.3;

b) Các giá trị sức kháng, V_Rd,c , V_Rd,s và V_Rd,max được lấy theo 9.2 của TCVN 13594-5:2023, được chia cho một hệ số an toàn bổ sung YBd chống phá hoại giòn, sử dụng một trong hai lựa chọn thay thế sau cho giá trị của γ_Bd.

Phương án 1

Phương án 2

trong đó:

γ_Bd1  phù hợp với 8.6.2;

V_Ed  là giá trị lớn nhất của lực cắt trong trường hợp thiết kế động đất là 8.5; và

V_C,0  là lực cắt thiết kế theo khả năng xác định theo 8.3, không xem xét giới hạn của 8.3.

CHÚ THÍCH: Như được thể hiện trong Hình 13, Phương án 2 là bảo thủ hơn. Sự lựa chọn giữa Phương án 1 và Phương án 2 có thể được đưa ra trong dự án cụ thể.

Hình 13 - Biểu diễn khác của công thức (56a), (56b)

Trừ khi thực hiện tính toán chính xác hơn, đối với các mặt cắt bê tông hình tròn bán kính r, trong đó cốt thép dọc phân bố trên hình tròn bán kính r_s, chiều cao có hiệu:

có thể được sử dụng thay cho d trong các biểu thức liên quan cho khả năng chịu cắt. Giá trị của cánh tay đòn bên trong z có thể được giả định bằng: z = 0,9d_e.

8.6.3.4  Sức kháng cắt của khớp dẻo

8.6.3.4.1  Tổng quát

Áp dụng Điều 8.6.3.3.

Góc θ giữa thanh chống bê tông chịu nén và biên chịu kéo chính được giả định bằng 45°.

Kích thước của lõi bê tông bị kiềm chế đến đường tâm của chu vi vòng đai được sử dụng thay cho các kích thước mặt cắt b_w và d.

Có thể áp dụng điều phụ 8.6.3.3 bằng cách sử dụng các kích thước của lõi bê tông bị kiềm chế.

Đối với cấu kiện có tỷ số nhịp cắt α_s <2,0 (xem Bảng 2 cho định nghĩa của α_s), cần tiến hành kiểm tra trụ chịu kéo xiên và phá hủy trượt phù hợp với 8.6.3.4.2 và 8.6.3.4.3, một cách tương ứng. Trong các kiểm tra này, nên sử dụng các hiệu ứng thiết kế theo khả năng như các hiệu ứng tác động thiết kế.

8.6.3.4.2  Sự phá hoại kéo theo đường chéo của bụng tường do cắt

Việc tính toán cốt thép phần bụng tường khi kiểm tra theo trạng thái cực hạn khi chịu cắt phải kể đến giá trị của tỷ số α_s = M_Ed/(V_Ed./w). Cần sử dụng giá trị lớn nhất của α_s để kiểm tra chịu cắt của nó theo trạng thái cực hạn.

Nếu tỷ số α_s > 2,0, những điều trong TCVN 13594-5:2023, 9.2.3 được áp dụng với các giá trị của z và tgθ lấy như trong khoản a) của 8.6.3.4.1.

Nếu α_s < 2,0, áp dụng những điều sau:

a) Các thanh cốt thép nằm ngang của phần bụng phải thỏa mãn biểu thức sau (xem TCVN 13594- 5:2023, 9.2.3):

trong đó:

ρ_n là hàm lượng cốt thép nằm ngang của phần bụng tường (ρ_n = A₀/(bw₀ X s_h));

f_yd,h là giá trị thiết kế của cường độ chảy của cốt thép nằm ngang của phần bụng tường;

V_Rd,c là giá trị thiết kế của khả năng chịu cắt đối với cấu kiện không đặt cốt thép chịu cắt, phù hợp với TCVN 13594-5:2023.

Trong vùng tới hạn của tường, V_Rd,c cần lấy bằng 0 nếu lực dọc N_Ed là lực kéo.

b) Các thanh cốt thép thẳng đứng của phần bụng tường được neo và nối dọc theo chiều cao của tường theo Phần 5 của bộ tiêu chuẩn này, phải được bố trí thỏa mãn điều kiện:

trong đó

ρ_v  là hàm lượng cốt thép thẳng đứng của phần bụng tường (ρ_v = A_v/Bw₀.s_v);

f_yd,v  là giá trị thiết kế của cường độ chảy của cốt thép thẳng đứng của phần bụng; và coi lực dọc N_Ed là dương khi là lực nén.

Cốt thép nằm ngang của phần bụng tường phải được neo chắc chắn tại các tiết diện đầu mút của tường, ví dụ uốn móc ở đầu với góc 90° hoặc 135°.

Cốt thép nằm ngang của phần bụng tường dưới dạng cốt thép đai kín hoặc được neo chắc chắn cũng có thể được coi là tham gia toàn phần việc bỏ các phần biên tường

8.6.3.4.3  Sự phá hoại trượt do cắt

Tại các mặt phẳng có khả năng phá hoại trượt do cắt (ví dụ tại các mối nối thi công) trong phạm vi vùng tới hạn, phải thỏa mãn điều kiện sau:

V_Ed ≤ V_Rd,s

trong đó:

V_Rd,s  là giá trị thiết kế của khả năng chịu cắt chống trượt

Có thể xác định giá trị của V_Rd,s như sau:

trong đó:

với:

trong đó:

V_dd  là khả năng chịu lực kiểu chốt của các thanh cốt thép thẳng đứng;

V_id’  là khả năng chịu cắt của các thanh cốt thép xiên (với góc nghiêng cp so với mặt phẳng có khả năng trượt, ví dụ mối nối thi công);

V_fd  là khả năng chịu ma sát;

μ_f  là hệ số ma sát giữa bê tông với bê tông khi chịu tác động lặp theo chu kỳ, có thể lấy bằng 0,6 đối với bề mặt bê tông phẳng nhẵn, lấy bằng 0,7 đối với bề mặt bê tông gồ ghề, như đã được xác định trong TCVN 13594-5:2023, 9.2.5;

z  là chiều dài của nội cánh tay đòn;

ξ  là chiều cao trục trung hòa được chuẩn hóa;

ΣA_sj  là tổng diện tích tiết diện của các thanh cốt thép thẳng đứng của phần bụng tường hoặc của các thanh cốt thép bổ sung được bố trí trong các phần đầu tường để chịu lực cắt chống trượt;

ΣAsi là tổng diện tích tiết diện của các thanh cốt thép xiên theo cả hai phương; kiến nghị sử dụng các thanh có đường kính lớn;

N_Ed  được coi là dương khi nén;

f_ck  tính bằng mega pascan (MPa).

Đối với tường thấp và dày phải thỏa mãn điều kiện:

a) Tại chân tường V_id phải lớn hơn V_Ed/2;

b) Tại các mức cao hơn, V_id phải lớn hơn V_Ed/4;

Các thanh cốt thép xiên cần được neo chắc chắn ở cả hai phía của mặt trượt có thể có và phải ngang qua tất cả các tiết diện của tường phía trên tiết diện tới hạn một khoảng bằng giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị 0,5l_w và 0,5h_w.

Các thanh cốt thép xiên làm tăng khả năng chịu uốn tại chân tường. Sự tăng khả năng chịu uốn này cần được kể đến trong tính toán khi có lực cắt V_Ed tác dụng. Các thanh cốt xiên đó được tính toán theo quy tắc thiết kế theo khả năng chịu lực và tiêu tán năng lượng (xem thêm 5.5.2.4.1 và 5.5.2.4.2), TCVN 9386-1:2012. Có thể sử dụng hai phương pháp thay thế sau.

a) Độ tăng sức kháng uốn ΔM_Rd sử dụng trong tính toán V_Ed có thể được tính gần đúng bằng:

trong đó:

l_i  là khoảng cách giữa các tâm của hai lớp thanh cốt thép xiên, được đặt nghiêng một góc bằng ± ϕ so với mặt phẳng có khả năng trượt, được đo tại tiết diện chân;

Các ký hiệu khác như trong Biểu thức (62).

b) Khi tính toán lực cắt tác dụng V_Ed có thể bỏ qua ảnh hưởng của các thanh cốt thép xiên. Trong Biểu thức (62) V_id chính là khả năng chịu cắt thực của các thanh cốt thép xiên này (tức là khả năng chịu cắt thực tế bị giảm xuống do lực cắt tác dụng tăng). Khả năng chịu cắt thực của các thanh cốt thép xiên chịu trượt có thể được tính gần đúng bằng:

8.6.3.5  Kiểm tra các mối nối kề với các khớp dẻo

8.6.3.5.1  Yêu cầu chung

Mối nối bất kỳ giữa trụ dẻo thẳng đứng và dầm hoặc cấu kiện móng kề với khớp dẻo ở trụ, phải được thiết kế chịu cắt để chịu các hiệu ứng thiết kế theo khả năng của khớp dẻo theo hướng có liên quan. Trụ có chỉ số theo sau với “c” (cho “cột”), trong khi đó cấu kiện bất kỳ nào khác tạo khung vào cùng một mối nối được gọi là "dầm" và được đánh chỉ số bằng "b".

Đối với một trụ đặc thẳng đứng có chiều cao h_c và chiều rộng b_c ngang với hướng uốn của khớp dẻo, chiều rộng có hiệu của mối nối được giả định như sau:

- khi các khung trụ trong bản hoặc sườn ngang của bản rỗng:

khi các khung trụ xuyên trực tiếp vào bản bụng dọc có chiều rộng b_w (b_w song song với b_c):

đối với trụ tròn đường kính d_c, các định nghĩa trên được áp dụng giả sử b_c = h_c = 0,9d_c

8.6.3.5.2  Lực và ứng suất mối nối

Lực cắt dọc thiết kế của mối nối, V_jz, phải được giả định là:

Trong đó:

T_Rc là lực từ cốt thép chịu kéo của trụ tương ứng với sức kháng uốn thiết kế, M_Rd, của khớp dẻo, và γ₀ là hệ số vượt cường độ phù hợp với 8.3 (thiết kế theo khả năng);

V_1bC là lực cắt của “dầm” tiếp giáp với mặt chịu kéo của cột, tương ứng với các hiệu ứng thiết kế theo khả năng của khớp dẻo.

Lực cắt ngang thiết kế của mối nối, V_jx có thể được tính như (xem Hình 14):

trong đó z_c và z_b là các cánh tay đòn bên trong của khớp dẻo và các mặt cắt đầu "dầm" tương ứng, và z_c và z_b có thể được giả định bằng 0,9 lần chiều cao mặt cắt có hiệu có liên quan (xem 8.6.3.3 và 8.6.3.4).

CHÚ DẪN: PH - Khớp dẻo

Hình 14 - Lực nút

Kiểm tra lực cắt phải được thực hiện ở tâm của mối nối, nơi mà ngoài V_jz và V_jx, ảnh hưởng của các lực dọc trục sau đây có thể được xem xét:

Lực nút dọc trục thẳng đứng N_jz bằng:

Trong đó:

N_cG là lực dọc trục của cột dưới tác động phi động đất trong trường hợp thiết kế động đất;

Lực ngang N_jx bằng hiệu ứng lực dọc trục thiết kế theo khả năng trong “dầm”, bao gồm các hiệu ứng của ứng suất trước dọc sau tất cả các mất mát, nếu lực dọc trục đó thực sự có hiệu trên toàn bộ chiều rộng b_j của mối nối;

Lực ngang N_jy theo phương ngang bằng hiệu ứng của ứng suất trước phương ngang sau tất cả các mất mát, có hiệu ở độ cao h_c, nếu có ứng suất trước đó.

Để kiểm tra mối nối, sử dụng các ứng suất danh nghĩa trung bình sau đây.

Ứng suất cắt:

Ứng suất dọc trụ:

CHÚ THÍCH: Như đã chỉ ra trong 8.3, thiết kế theo khả năng, và do đó kiểm tra mối nối liên quan nên được thực hiện với cả hai dấu của tải trọng động đất, với dấu + và -. Cũng cần lưu ý rằng ở khớp gối (ví dụ trên đầu của cột chịu uốn trong hướng ngang cầu), dấu của M_Rd và V_b1C có thể ngược lại với dấu chỉ ra ở Hình 14 và N_jx có thể là lực kéo.

8.6.3.5.3  Kiểm tra

Nếu ứng suất cắt trung bình trong mối nối, v_j, không vượt quá khả năng cắt nứt của mối nối, v_j, c_r, như cho ở Biểu thức (76), thì cần bố trí cốt thép tối thiểu.

trong đó: f_ctd = f_ctk0,05 / γ_c là giá trị thiết kế của cường độ chịu kéo của bê tông.

Nén xiên gây ra trong mối nối bởi cơ cấu thanh chống xiên không được vượt quá cường độ nén của bê tông khi có biến dạng kéo ngang, có tính đến cả áp lực và cốt thép kiềm chế.

Trừ khi có một mô hình chính xác hơn, yêu cầu trên được coi là thỏa mãn nếu đáp ứng điều kiện sau:

Trong đó

Với f_ck theo MPa

Hệ số α_c trong Biểu thức (77) tính đến ảnh hưởng của bất kỳ áp lực (n_jy) và / hoặc cốt thép kiềm chế nào (ρ_y) theo phương ngang y đến cường độ nén của thanh chống chéo: