Ảnh minh họa
Từ việc thực hiện các tính toán mô phỏng ứng xử cơ học của kết cấu nhịp cầu bằng bê tông cốt thép (BTCT) dưới tác dụng của xe quá tải; Mô hình phân tích xét tới sự làm việc chung giữa bản mặt cầu và các dầm đỡ dưới tác động của xe tải 3 trục điển hình sử dụng trong thực tế; Vị trí của trục xe quá tải sẽ được xem xét nhằm đánh giá ứng xử của kết cấu mặt cầu và các dầm đỡ, kết quả nghiên cứu đã cung cấp các số liệu về đặc điểm phân bố các vùng nứt trên kết cấu nhịp cầu bằng BTCT khi tải trọng trên cầu tăng dần.
Trong kết cấu nhịp có sườn, bản mặt cầu được kê trên các dầm dọc, dầm ngang hoặc sườn dầm. Sự làm việc chung giữa bản mặt cầu, dầm dọc và dầm ngang về bản chất là kết cấu nội siêu tĩnh bậc cao. Việc phân tích kết cấu theo mô hình không gian thường rất phức tạp. Để đơn giản hóa, việc phân tích tính toán kết cấu nhịp thường đơn giản hóa từ sơ đồ không gian về sơ đồ phẳng. Dầm dọc được tính với sơ đồ dầm giản đơn mà ở đó hoạt tải tác dụng lên từng dầm cụ thể được tính thông qua hệ số phân bố ngang.
Có nhiều phương pháp tính hệ số phân bố ngang song thường tính thiên về an toàn, chưa tiết kiệm vật liệu. Bên cạnh đó, bản mặt cầu được tính theo sơ đồ bản kê trên 02 cạnh hoặc bản kê trên 4 cạnh, sơ đồ dải dầm liên tục kê trên các gối cứng. Đối với sơ đồ bản kê trên 02 cạnh chưa có sự nhất quán về một số vấn đề như khẩu độ bản, điều kiện biên. Về khẩu độ bản thường được tính bằng khoảng cách tim giữa các sườn dầm. Tuy nhiên, theo quan điểm khác thì khẩu độ bản có thể lấy bằng khoảng cách giữa các mặt trong của sườn dầm. Về điều kiện biên thường được coi là biên ngàm, quan điểm này hợp lý khi độ cứng chống xoắn của dầm đỡ lớn và liên kết cứng giữa bản mặt cầu và dầm đỡ. Mặt khác, sơ đồ bản kê với tải trọng tác dụng là trục xe đơn là hợp lý khi khoảng cách giữa các trục lớn như đối với xe tải thiết kế.
Trong thực tế khai thác, khoảng cách giữa trục giữa và trục sau thường nhỏ nên đặt ra phải xét tới hiệu ứng tải do các trục xe tác dụng đồng thời. Bài báo phân tích ứng xử nứt của các vùng trên kết cấu nhịp cầu bằng BTCT theo mô hình không gian, xét đến sự làm việc đồng thời của cả bản mặt cầu và các dầm đỡ để khắc phục một số tồn tại trên. Mô hình không gian kết cấu nhịp BTCT được tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích phi tuyến nứt có khối lượng tính toán rất lớn đặc biệt là khi xét tới sự làm việc chung giữa cốt thép và bê tông. Trong bài báo sử dụng phần mềm chuyên dụng Midas FEA có độ tin cậy cao để phân tích kết cấu...
Dưới tác dụng của xe quá tải thì độ võng và ứng suất trong cốt thép của kết cấu nhịp vẫn nằm trong giới hạn cho phép trong khi bê tông đã bị nứt. Kết quả phân tích nứt phi tuyến kết cấu nhịp BTCT cho thấy, sườn dầm nứt ở cấp tải trọng nhỏ hơn so với bản mặt cầu. Tuy nhiên, trong các công trình cầu thực tế nếu sườn dầm hoặc dầm đỡ BTCT được thay thế bằng cấu kiện BTCT dự ứng lực thì vấn đề còn lại là nứt bản mặt cầu. Bản mặt cầu ở các khu vực khác nhau có tải trọng gây nứt, phân bố nứt, sự phát triển nứt không giống nhau. Ở khu vực giữa nhịp, các vết nứt nhỏ xuất hiện khi tải trọng xe lớn hơn so với khu vực đầu nhịp (0,5Pmax > 0,45Pmax).
Bản mặt cầu ở khu vực đầu nhịp có các đường nứt dọc ở giữa các sườn dầm và tại sườn dầm do hiệu ứng ngàm của sườn dầm. Trong khi đó, bản mặt cầu khu vực giữa nhịp có các đường nứt dọc ở giữa các sườn dầm do sườn dầm đã bị xoắn làm hiệu ứng ngàm của sườn dầm. Mặt khác, khi tải trọng xe quá tải lớn xuất hiện các đường nứt dọc kéo dài giữa các bánh xe gần nhau ở khu vực giữa nhịp mà không xuất hiện ở khu vực đầu nhịp. Vì vậy, khi phân tích nứt bản mặt cầu nếu sử dụng mô hình được đơn giản hóa là dải bản liên tục hay mô hình bản kê thì đối với phần bản ở khu vực đầu nhịp chỉ cần xét tới tác dụng của trục xe nặng nhất, phần bản ở khu vực giữa nhịp phải xét tới tác dụng đồng thời của các trục xe gần nhau.
Phân tích nứt bản mặt cầu làm việc chung cùng sườn dầm cho kết quả tin cậy dựa trên mô hình 3D kết cấu nhịp bám sát với thực tế song khối lượng tính toán là rất lớn bằng phần mềm chuyên dụng. Rất cần có những nghiên cứu bổ sung để đơn giản hóa việc tính nứt bản mặt cầu, sườn dầm.