ĐÁNH GIÁ CẦU ĐỂ CẮM BIỂN HẠN CHẾ TẢI TRỌNG THEO TIÊU CHUẨN 22TCN18-79 VÀ TIÊU CHUẨN 22TCN272-05 ĐỐI VỚI CẦU ĐƯỜNG BỘ
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong hiện tại và tương lai, phương tiện vận tải đường bộ phát triển nhanh chóng, đa dạng về chủng loại. Đặc biệt là các loại xe siêu trường, siêu trọng ngày càng nhiều. Với những điều kiện trên làm cho tình trạng hư hỏng, xuống cấp công trình cầu xảy ra ngày càng thường xuyên và phức tạp.
Việc thiếu hạn chế và kiểm soát tình trạng quá tải sẽ dẫn đến những hậu quả to lớn. Nhưng ngược lại, việc đặt quá nhiều và không hợp lý những trạm cân xe, những quy định cứng nhắc và phiền hà về việc lưu hành phương tiện cũng làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc vận chuyển lưu thông hàng hóa thiết yếu như xi măng, sắt thép, lương thực, phân bón…., gây tăng giá và khan hiếm hàng hóa, ảnh hưởng tiêu cực đến sản xuất và sinh hoạt của xã hội.
Việc cần phải có giải pháp phù hợp, thích ứng và không chậm trễ công tác hoàn thiện việc cắm biển báo hạn chế tải trọng là việc hết sức cấp thiết. Đó là giải pháp tổng thể và đồng bộ để hạn chế tải trọng của các xe gây nên tình trạng quá tải đối với từng kết cấu công trình nhằm kiểm soát được việc lưu hành, không để xảy ra tình trạng quá tải, đồng thời cũng không gây ra những khó khăn cho các chủ phương tiện.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Mục đích nghiên cứu của đề tài dựa vào tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN18-79, tiêu chuẩn 22TCN243-98, tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 và các tài liệu khoa học về AASHTO LRFR để tìm hiểu cách đánh giá khả năng chịu tải của cầu và vị trí, khoảng cách các xe. Từ đó, tiến hành đánh giá dựa trên một số dạng kết cấu nhịp cầu và dựa trên kết quả tính toán nêu ra những bất cập trong công tác cắm biển báo tải trọng cầu hiện nay và đề xuất cắm biển hạn chế tải trọng.
3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Tính toán lại khả năng chịu tải của cầu để có thể đề xuất cắm lại biển báo tải trọng cầu đối với những cầu được xây dựng theo tiêu chuẩn cũ cho phù hợp. Đồng thời tiếp cận và tìm hiểu phương pháp đánh giá khả năng chịu tải của các kết cấu nhịp dầm theo phương pháp đánh giá hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (AASHTO LRFR) để áp dụng vào việc cắm các biển báo hạn chế tải trọng đối với những cầu được xây dựng gần đây. Từ đó đưa ra những kiến nghị và kết luận của đề tài.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu khả năng chịu tải của cầu từ các hoạt tải thực tế trong giai đoạn khai thác. Phương pháp phân tích bao gồm: Phân tích trực tiếp, thống kê. Việc tính toán và phân tích sẽ dựa trên các phần mềm thông dụng trong ngành cầu như Midas, Sap 2000…, để lập mô hình tính toán.
Sau khi có những số liệu và kết quả, sẽ đưa ra đánh giá chung về khả năng chịu tải của cầu từ các hoạt tải xe thực tế qua cầu so với hoạt tải tiêu chuẩn. Trên cơ sở đó sẽ so sánh đánh giá và đề xuất cắm biển hạn chế tải trọng cầu, khoảng cách xe cụ thể được phép qua cầu. Nhận định và rút ra kết luận.
5. BỐ CỤC ĐỀ TÀI
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn được chia làm 3 chương:
Chương 1: Hiện trạng việc đánh giá khả năng chịu tải của cầu đường bộ nước ta.
Chương 2: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về đánh giá tải trọng cầu và dựa trên kết quả nghiên cứu này đề xuất cách cắm biển báo hạn chếvtải trọng theo tiêu chuẩn 22TCN18-79 và tiêu chuẩn 22TCN272-05.
Chương 3: Đánh giá khả năng chịu tải của kết cấu nhịp cầu đang khai thác và đề xuất cách cắm biển báo tải trọng cầu.
CHƯƠNG 1
HIỆN TRẠNG VIỆC ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CẦU ĐƯỜNG BỘ NƯỚC TA.
1.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG CẦU ĐƯỜNG BỘ NƯỚC TA
1.2. HIỆN TRẠNG KHAI THÁC CỦA HỆ THỐNG CẦU
1.2.1. Hiện trạng khai thác của các cầu qua việc cắm biển hạn chế tải trọng
1.2.2. Hiện trạng khai thác của các cầu qua các dạng hư hỏng chủ yếu của các bộ phận kết cấu nhịp cầu
1.3. NGUYÊN NHÂN CỦA VIỆC XUỐNG CẤP
1.3.1. Do các phương tiện tham gia giao thông
1.3.2. Do bản thân kết cấu
1.3.3. Nhận xét chung
1.4. NHỮNG BẤT CẬP TRONG VIỆC ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CẦU VÀ CÔNG TÁC CẮM BIỂN BÁO TẢI TRỌNG CẦU
1.4.1. Những bất cập trong việc đánh giá khả năng chịu tải của cầu theo 22TCN18-79 và 22TCN243-98
1.4.2. Những bất cập trong công tác cắm biển báo tải trọng cầu hiện nay
1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG
Từ những phân tích trên việc cần phải làm lúc này là phải có các giải pháp phù hợp, thích ứng và không chậm trễ là thật sự cấp thiết. Đó là việc phải có giải pháp tổng thể (bao gồm cả các quy định pháp lý về cấp tải trọng khai thác của cầu, về chế tài xử phạt xe chở hàng quá tải, về việc quy định biển báo hạn chế tải trọng xe cho phép qua từng cây cầu không đảm bảo khả năng chịu tải theo đoạn tuyến hoặc toàn tuyến, việc lập kế hoạch đưa các trạm kiểm tra tải trọng vào hoạt động….), sao cho việc kiểm soát tải trọng xe góp phần quan trọng trong việc đảm bảo tuổi thọ khai thác các công trình cầu. Đồng thời không gây ra những phiền hà, khó khăn cho các chủ phương tiện tham gia giao thông.
CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG CẦU VÀ DỰA TRÊN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁCH CẮM BIỂN BÁO HẠN CHẾ TẢI TRỌNG CẦU THEO 2 TIÊU CHUẨN 22TCN18-79 VÀ TIÊU CHUẨN 22TCN272-05
2.1. ĐỐI VỚI CẦU ĐƯỢC XÂY DỰNG THEO TIÊU CHUẨN CŨ 22TCN18-79
2.1.1. Đánh giá kết cấu nhịp cầu BTCT thường
2.1.2. Đánh giá kết cấu nhịp cầu BTCT dự ứng lực
2.2. ĐỐI VỚI CẦU ĐƯỢC XÂY DỰNG THEO TIÊU CHUẨN 22TCN272-05
2.2.1. Lịch sử hình thành và phát triển của AASHTO LRFR
2.2.2. Tổng quan về đánh giá khả năng chịu tải của cầu
2.2.3. Các phương pháp đánh giá khả năng chịu tải chịu tải của cầu theo AASHTO
a. Đánh giá theo ứng suất cho phép (Allowable Stress Rating-ASR) và theo hệ số tải trọng (Load Factor Rating-LFR):
Việc đánh giá tải trọng cho kết cấu được xác định theo hệ số RF tính theo công thức dưới đây:
(2.12)
* Đánh giá theo phương pháp ứng suất cho phép (ASR):
Khi tiến hành đánh giá tải trọng theo phương pháp ứng suất cho phép, lấy A1 = 1,0 và A2 = 1,0 trong phương trình đánh giá chung (2.12).
* Đánh giá theo phương pháp hệ số tải trọng (LFR):
Đối với phương pháp hệ số tải trọng, A1 =1,3 còn A2 thay đổi tùy theo mức đánh giá dự kiến. Đối với mức Kiểm kê, A2 = 2,17 và đối với mức Khai thác A2 = 1,3.
b. Đánh giá theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (Load and Resistance Factor Rating-LRFR)
Hình 2.1. Lưu đồ đánh giá cầu theo AASHTO LRFR
Đối với đề tài này vận dụng “Lưu đồ đánh giá cầu theo AASHTO LRFR” và tác giả có một số chỉnh sửa tại trường hợp sau khi đánh giá xong tải trọng đối với tải trọng hợp lệ, khi hệ số RF<1 tác giả đưa ra kết luận “Đề xuất giải pháp giới hạn tải trọng hoặc sửa chữa, bảo dưỡng” và khi hệ số RF≥1 tác giả xét tiếp đến trường hợp tải trọng đặt biệt. Điều này phù hợp với việc chỉ kiểm định theo TTGH cường độ thì lưu đồ đánh giá cầu có thể rút gọn lại như sau:
Hình 2.2. Lưu đồ đánh giá cầu theo điều kiện cường độ
* Tải trọng đánh giá
– Tải trọng thường xuyên và các hệ số:
– Tải trọng di động:
* Công thức đánh giá tải trọng
Công thức chung đánh giá LRFR như sau:
(2.14)
* Một số trường hợp xảy ra với hệ số đánh giá RF:
– Khi đánh giá với tải trọng HL93 cho hệ số đánh giá RF ≥ 1 thì công trình cầu đảm bảo khả năng khai thác mà không cần đánh giá cho các loại tải trọng hợp lệ khác.
– Khi đánh giá với tải trọng HL93 cho hệ số đánh giá RF < 1 thì cầu sẽ được đánh giá khả năng chịu tải theo các loại tải trọng hợp lệ hay tải trọng cấp phép.
– Trường hợp đánh giá cho tải trọng hợp lệ nếu:
+ 0,3 ≤ RF< 1: Xác định tải trọng giới hạn cho cầu và cắm biển hạn chế tải trọng.
+ RF< 0,3: Ngưng sử dụng cầu.
Hình 2.3. Hoạt tải thiết kế HL93 (Xem trong Luận văn, trang 43)
Bảng 2.2: Các hệ số tải trọng (Xem trong Luận văn, trang 41)
Đánh giá tải trọng hợp lệ (Xem hình 2.4 trong Luận văn, trang 42)
Bảng 2.3: Hệ số tải trọng, γLL cho giao thông thương mại thường xuyên, Xem trong Luận văn, trang 43)
Bảng 2.4: Hệ số hoạt tải đối với tải trọng đặc biệt (Xem trong Luận văn, trang 44)
2.3. ĐỀ XUẤT CÁCH CẮM BIỂN HẠN CHẾ TẢI TRỌNG CẦU
– Xác định khả năng chịu tải của cầu bằng cách sử dụng phương pháp đánh giá cầu theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng, theo công thức:
– Tải trọng xe đi qua cầu an toàn:
+ Khi RF≥1: (2.17)
+ Khi 0,3≤RF<1: (2.18)
+ Khi RF<0,3: Cầu ngừng khai thác.
(Với: W là trọng lượng xe đánh giá).
Đề xuất, bổ sung biển báo tải trọng mới có quy định khoảng cách các xe khi đi qua cầu dựa trên biển báo [505b] của QCVN 41:2012/BGTVT về báo hiệu đường bộ.[4]
2.3.1. Kiểm tra kết cấu nhịp cầu BTCT
2.3.2. Nhận xét
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG
So sánh giữa hai tiêu chuẩn AASHTO LRFR và quy trình 22TCN243-98, thấy rằng những hướng dẫn của AASHTO về kiểm tra đánh giá cầu là hết sức chi tiết và hệ thống.
Các hướng dẫn của AASHTO đưa ra hai mức đánh giá là đánh giá kiểm tra và đánh giá khai thác. Mức đánh giá kiểm tra cho phép so sánh với khả năng chịu tải của kết cấu mới, từ đó xác định được những trường hợp hoạt tải có thể tác động an toàn lên kết cấu. Mức đánh giá khai thác cho phép xác định trường hợp tải trọng hoạt tải tối đa có thể qua lại trên cầu. Đây chính là cơ sở cho việc xác định tải trọng và cắm biển tải trọng cho cầu, một trong những vấn đề lớn đối với việc quản lý khai thác cầu ở Việt Nam thời gian qua.
Trong các hướng dẫn của AASHTO đã đưa ra khái niệm độ tin cậy của kết cấu đánh giá. Đây là một bước phát triển mới trong triết lý về đánh giá công trình. Trong các hướng dẫn này cũng đưa ra hết sức chi tiết về các loại tải trọng, các hệ số sức kháng và hệ số tải trọng.
Hiện nay, ở nước ta các cầu đường bộ nói chung và kết cấu nhịp cầu BTCT nói riêng đã và đang được thiết kế theo AASHO (các cầu ở khu vực phía Nam trước đây hoặc các cầu được thiết kế theo 22TCN272-05). Gần đây thì việc kiểm định, thử tải, đánh giá năng lực chịu tải thì chưa có tiêu chuẩn nào được ban hành chính thức. Một số cầu này nếu dựa vào 22TCN243-98 và 22TCN18-79 thì rất khập khiễng vì việc thiết kế và kiểm định, thử tải, đánh giá lại không cùng một hệ triết lý, cụ thể là tải trọng đánh giá khác nhau. Vì vậy, việc nghiên cứu tìm hiểu các hướng dẫn đánh giá kết cấu nhip cầu BTCT theo hướng dẫn của AASHTO là hết sức cần thiết.
CHƯƠNG 3
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA KẾT CẤU NHỊP CẦU ĐANG KHAI THÁC VÀ ĐỀ XUẤT CÁCH CẮM BIỂN BÁO TẢI TRỌNG CẦU
3.1. ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU NHỊP DẦM T BTCT THƯỜNG L=18M
3.1.1. Giới thiệu
Hình 3.1. Mặt cắt ngang cầu dầm T BTCT thường
3.1.2. Các số liệu tính toán
a. Thông số vật liệu
b. Đặc trưng hình học
Hình 3.2. Mặt cắt dầm T BTCT thường
3.1.3. Tính toán nội lực
a. Nội lực do tĩnh tải
b. Nội lực hoạt tải
* Tổng hợp momen do hoạt tải tại mặt cắt L/2:
| Nội lực | Mặt cắt | Dầm trong | Dầm biên | Đơn vị |
| MLLHl93tc | L/2 | 918,83 | 1016,09 | kN.m |
| M[T1]tc | L/2 | 902,05 | 821,74 | kN.m |
| M[T2]tc | L/2 | 986,94 | 1095,89 | kN.m |
| M[T3]tc | L/2 | 1008,46 | 1121,10 | kN.m |
| M[T4]tc | L/2 | 1052,06 | 1172,18 | kN.m |
| M[T5]tc | L/2 | 681,75 | 738,33 | kN.m |
* Tổng hợp Lực cắt do hoạt tải mặt cắt Gối
| Nội lực | Mặt cắt | Dầm trong | Dầm biên | Đơn vị |
| VLLHl93tc | Gối | 222,98 | 247,36 | kN |
| V[T1]tc | Gối | 194,79 | 214,33 | kN |
| V[T2]tc | Gối | 262,53 | 293,25 | kN |
| V[T3]tc | Gối | 290,43 | 326,37 | kN |
| V[T4]tc | Gối | 328,78 | 371,31 | kN |
| V[T5]tc | Gối | 290,36 | 326,29 | kN |
3.1.4. Tính toán sức kháng
– Tổng hợp sức kháng cho mômen và lực cắt đối với dầm trong.
| Dầm trong | Sức kháng | Đơn vị |
| Mô men | 3085,79 | kN.m |
| Lực cắt (MC gối) | 2659,01 | kN |
– Tổng hợp sức kháng cho mômen và lực cắt đối với dầm biên.
| Dầm biên | Sức kháng | Đơn vị |
| Mô men | 1365,39 | kN.m |
| Lực cắt (MC gối) | 1166,23 | kN |
3.1.5. Kết quả đánh giá
a. Lựa chọn các hệ số đánh giá
Hệ số dùng cho đánh giá tải trọng khai thác
| Hệ số | Ký hiệu | Mức đánh giá | |
| Inventory | Operating | ||
| Hệ số tải trọng cho tĩnh tải 1 | γDC = | 1,25 | 1,25 |
| Hệ số tải trọng cho tĩnh tải 2 | γDW = | 1,50 | 1,50 |
| Hệ số điều kiện | φC = | 0,85 | 0,85 |
| Hệ số hệ thống | φS = | 1,00 | 1,00 |
| Hệ số sức kháng | φ = | 1,00 | 1,00 |
Các hệ số vượt tải cho hoạt tải được lấy theo Hướng dẫn đánh giá cầu MBE 2011, ứng với trạng thái giới hạn cường độ I có hệ số hoạt tải ở mức Inv γLL = 1,75 và ở mức Opt γLL = 1,35.
Các TTGH và hệ số tải trọng để đánh giá tải trọng (Bảng 6A.4.2.2-1 – 22TCN272-05)
Với các loại xe thực tế xe [T1], [T2], [T3], [T4] và xe [T5] các hệ số phụ thuộc vào ADTT (lưu lượng xe tải trung bình ngày đêm), kết cấu nhịp đang xét có lưu lượng giao thông theo một hướng là ADTT ≥ 5000, lựa chọn hệ số hoạt tải cho các loại xe trên γLL = 1,45.
| Số lượng giao thông (Theo một hướng) | Hệ số tải trọng cho xe T1, xe T2, xe T3, xe T4, xe T5 và tải trọng làn γLL |
| Không biết | 1,45 |
| ADTT ≥ 5000 | 1,45 |
| ADTT = 1000 | 1,3 |
b. Tổng hợp kết quả đánh giá
* Đánh giá với xe tải thiết kế
| Môment | Lực cắt | |||||
| φ = 1,00 φC = 0,85 φS = 1,00 γDC =1,25 γDW =1,25 | Dầm trong | φ = 1,00 φC = 0,85 φS = 1,00 γDC =1,25 γDW =1,25 | Dầm trong | |||
| Mức Inv | Mức Oper | Mức Inv | Mức Oper | |||
| γLL =1,75 | γLL =1,35 | γLL =1,75 | γLL =1,35 | |||
| RF=0,95 | RF=1,23 | RF=3,69 | RF=5,98 | |||
| Dầm biên | Dầm biên | |||||
| Mức Inv | Mức Oper | Mức Inv | Mức Oper | |||
| γLL =1,75 | γLL =1,35 | γLL =1,75 | γLL =1,35 | |||
| RF=1,71 | RF=2,21 | RF=1,28 | RF= 2,07 | |||
* Đánh giá với xe tải hợp lệ (ADTT >5000)
| Môment | Lực cắt | ||||
| φ = 1,00 φC = 0,85 φS = 1,00 φS = 1,00 γDW =1,50 γLL =1,45 | Dầm trong | φ = 1,00 φC = 0,85 φS = 1,00 φS = 1,00 γDW =1,50 γLL =1,45 | Dầm trong | ||
| Xe [T1] | RF=0,94 | Xe [T1] | RF=5,09 | ||
| Xe [T2] | RF=0,86 | Xe [T2] | RF=3,78 | ||
| Xe [T3] | RF=0,84 | Xe [T3] | RF=3,42 | ||
| Xe [T4] | RF=0,80 | Xe [T4] | RF=3,02 | ||
| Xe [T5] | RF=1,24 | Xe [T5] | RF=3,42 | ||
| Dầm biên | Dầm biên | ||||
| Xe [T1] | RF=2,19 | Xe [T1] | RF=1,78 | ||
| Xe [T2] | RF=2,15 | Xe [T2] | RF=1, 30 | ||
| Xe [T3] | RF=1,10 | Xe [T3] | RF=1,17 | ||
| Xe [T4] | RF=1,90 | Xe [T4] | RF=1,03 | ||
| Xe [T5] | RF=1,94 | Xe [T5] | RF=1,17 | ||
* Tổng hợp kết quả đánh giá
Dầm trong:
| Đánh giá tải trọng xe thiết kế | Đánh giá tải trọng xe hợp pháp | |||||||
| Mức Inv | Mức Oper | Xe [T1] | Xe [T2] | Xe [T3] | Xe [T4] | Xe [T5] | ||
| TTGH CĐI | Momen | 0,95 | 1,23 | 0,94 | 0,86 | 0,84 | 0,80 | 1,24 |
| Lực cắt | 3,69 | 5,98 | 5,09 | 3,78 | 3,42 | 3,02 | 3,42 | |
Dầm biên:
| Đánh giá tải trọng xe thiết kế | Đánh giá tải trọng xe hợp pháp | |||||||
| Mức Inv | Mức Oper | Xe [T1] | Xe [T2] | Xe [T3] | Xe [T4] | Xe [T5] | ||
| TTGH CĐI | Momen | 1,71 | 2,21 | 2,19 | 2,15 | 1,10 | 1,90 | 1,94 |
| Lực cắt | 1,28 | 2,07 | 1,78 | 1,30 | 1,17 | 1,03 | 1,17 | |
3.1.6. Kết luận
3.2. ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU NHỊP DẦM I BTCT DƯL L=33M
3.2.1. Giới thiệu
Hình 3.3. Mặt cắt ngang cầu dầm I BTCT DƯL
3.2.2. Các số liệu tính toán
a. Thông số vật liệu
b. Đặc trưng hình học
| Mặt cắt giữa dầm | Mặt cắt đầu dầm |
Hình 3.4. Mặt cắt dầm I BTCT DƯL
3.2.3. Tính toán nội lực
a. Nội lực do tĩnh tải
b. Nội lực hoạt tải
* Tổng hợp momen do hoạt tải tại mặt cắt L/2:
| Nội lực | Mặt cắt | Dầm trong | Dầm biên | Đơn vị |
| MLLHL93tc | L/2 | 8976,20 | 10255,20 | kN.m |
| M[T1]tc | L/2 | 8488,00 | 9139,60 | kN.m |
| M[T2]tc | L/2 | 8818,90 | 10128,60 | kN.m |
| M[T3]tc | L/2 | 9252,10 | 10840,50 | kN.m |
| M[T4]tc | L/2 | 8976,60 | 10255,60 | kN.m |
| M[T5]tc | L/2 | 9452,50 | 10820,95 | kN.m |
* Tổng hợp Lực cắt do hoạt tải mặt cắt Gối:
| Nội lực | Mặt cắt | Dầm trong | Dầm biên | Đơn vị |
| VLLHl93tc | Gối | 1034,60 | 1965,00 | kN |
| V[T1]tc | Gối | 956,60 | 1649,91 | kN |
| V[T2]tc | Gối | 1018,90 | 1866,26 | kN |
| V[T3]tc | Gối | 1034,63 | 1965,30 | kN |
| V[T4]tc | Gối | 1063,65 | 2000,25 | kN |
| V[T5]tc | Gối | 1073,61 | 2015,48 | kN |
3.2.4. Tính toán sức kháng
– Tổng hợp sức kháng cho mômen và lực cắt đối với dầm trong.
| Dầm trong | Sức kháng | Đơn vị |
| Mô men | 15901,50 | kN.m |
| Lực cắt (MC gối) | 2235,03 | kN |
– Tổng hợp sức kháng cho mômen và lực cắt đối với dầm biên.
| Dầm biên | Sức kháng | Đơn vị |
| Mô men | 18203,58 | kN.m |
| Lực cắt (MC gối) | 2775,40 | kN |
3.2.5. Kết quả đánh giá
a. Lựa chọn các hệ số đánh giá (Tương tự như dầm T)
b. Tổng hợp kết quả đánh giá
* Đánh giá với xe tải thiết kế
| Môment | Lực cắt | ||||
| φ = 1,00 φC = 0,85 φS = 1,00 γDC =1,25 γDW =1,50 | Dầm trong | φ = 1,00 φC = 0,85 φS = 1,00 γDC =1,25 γDW =1,50 | Dầm trong | ||
| Mức Inv | Mức Oper | Mức Inv | Mức Oper | ||
| γLL =1,75 | γLL =1,35 | γLL =1,75 | γLL =1,35 | ||
| RF=0,81 | RF=1,25 | RF=0,87 | RF=1,13 | ||
| Dầm biên | Dầm biên | ||||
| Mức Inv | Mức Oper | Mức Inv | Mức Oper | ||
| γLL =1,75 | γLL =1,35 | γLL =1,75 | γLL =1,35 | ||
| RF=1,09 | RF=1,41 | RF=0,64 | RF=0,83 | ||
* Đánh giá với xe tải hợp lệ (ADTT >5000)
| Môment | Lực cắt | ||||
| φ = 1,00 φC = 0,85 φS = 1,00 φS = 1,00 γDW =1,50 γLL =1,45 | Dầm trong | φ = 1,00 φC = 0,85 φS = 1,00 φS = 1,00 γDW =1,50 γLL =1,45 | Dầm trong | ||
| Xe [T1] | RF=1,03 | Xe [T1] | RF=1,42 | ||
| Xe [T2] | RF=0,99 | Xe [T2] | RF=1,33 | ||
| Xe [T3] | RF=0,95 | Xe [T3] | RF=1,31 | ||
| Xe [T4] | RF=0,98 | Xe [T4] | RF=1,28 | ||
| Xe [T5] | RF=0,93 | Xe [T5] | RF=1,27 | ||
| Dầm biên | Dầm biên | ||||
| Xe [T1] | RF=1,18 | Xe [T1] | RF=0,92 | ||
| Xe [T2] | RF=1,06 | Xe [T2] | RF=0,81 | ||
| Xe [T3] | RF=0,99 | Xe [T3] | RF=0,77 | ||
| Xe [T4] | RF=1,05 | Xe [T4] | RF=0,76 | ||
| Xe [T5] | RF=0,99 | Xe [T5] | RF=0,75 | ||
* Tổng hợp kết quả đánh giá
Dầm trong:
| Đánh giá tải trọng xe thiết kế | Đánh giá tải trọng xe hợp pháp | |||||||
| Mức Inv | Mức Oper | Xe [T1] | Xe [T2] | Xe [T3] | Xe [T4] | Xe [T5] | ||
| TTGH CĐI | Momen | 0,81 | 1,05 | 1,03 | 0,99 | 0,95 | 0,97 | 0,93 |
| Lực cắt | 1,09 | 1,41 | 1,42 | 1,33 | 1,31 | 1,28 | 1,27 | |
Dầm biên:
| Đánh giá tải trọng xe thiết kế | Đánh giá tải trọng xe hợp pháp | |||||||
| Mức Inv | Mức Oper | Xe [T1] | Xe [T2] | Xe [T3] | Xe [T4] | Xe [T5] | ||
| TTGH CĐI | Momen | 0,87 | 1,13 | 1,18 | 1,06 | 0,99 | 1,05 | 0,99 |
| Lực cắt | 0,64 | 0,83 | 0,92 | 0,81 | 0,77 | 0,76 | 0,75 | |
3.2.6. Kết luận
3.3. XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH CÁC XE TỪ CÁC LOẠI HOẠT TẢI TRÊN VÀ ĐỀ XUẤT CẮM THÊM BIỂN BÁO HẠN CHẾ TẢI TRỌNG
Mục đích của chương là tính toán xem với hoạt tải thực tế ở Bảng 3.1. về giá trị moment và lực cắt so sánh với hoạt tải HL-93 về những quy định của hoạt tải hiện nay về kích thước xe và khoảng cách xe như quy định tại Bảng 3.2
| Bảng 3.3: Khoảng cách an toàn tối thiểu theo điều 12 thông tư 13/2009/TT-BGTVT (Xem trong Luận văn trang 79) |
3.3.1. Sơ đồ tính toán
Sơ đồ 3.1: Sơ đồ tính toán hoạt tải thực tế (Xem trong Luận văn trang 80)
3.3.2. Mô hình dầm T với kết cấu 3 nhịp liên tục
a. Đặc trưng hình học và vật liệu
b. Sơ đồ kết cấu
Ta xét một cầu có chiều dài nhịp là L=24×3=72m, mô hình như hình 3.5.
c. Hoạt tải thực tế
Các số liệu về số lượng xe và tải trọng trục lấy theo Bảng 3.1.
Hình 3.5. Mô hình kết cấu trong Midas Civil
Hình 3.6. Tiết diện dầm chủ Hình 3.7. Tiết diện dầm ngang
Phân tích đánh giá xe được phép qua cầu từ số liệu thực tiễn. (Xe đánh giá được áp dụng giống hoạt tải thực tế tính trong mục 3.1 và mục 3.2)
Bảng 3.1. Số liệu tải trọng một số xe thực tế (Xem Luận văn, trang 83)
Theo phương ngang các trục xe cách nhau 1,8m
| Hình 3.8. Miêu tả xe qua cầu (Xem trong Luận văn trang 84) |
Ta sẽ tính toán cho từng trường hợp từ các loại xe từ T1 đến T5 theo các số liệu khảo sát. So sánh với các giá trị nội lực với HL-93 tại vị trí giữa nhịp có xét đến vị trí xếp xe sao cho đạt moment cực đại do hoạt tải gây ra như Hình 3.9
| Hình 3.9. Minh họa xếp xe lên đường ảnh hưởng (Xem trong Luận văn trang 84) |
Xét với cầu dài, ta có khoảng cách giữa hai xe là 30m, áp dụng với vận tốc là 60km/h. Xếp xe trên đường ảnh hưởng như sau:
| Hình 3.10. Vị trí xe gây moment lớn nhất đối với xe tải thiết kế (Xem trong Luận văn trang 85) |
| Hình 3.11. Vị trí xe gây moment nhỏ nhất đối với xe tải thiết kế (Xem trong Luận văn trang 85) |
Hình 3.12. Vị trí xe gây moment lớn nhất đối với xe 2 trục (Xem trong Luận văn trang 85)
Bảng 3.4. Bảng giá trị moment do hoạt tải thực tế
Từ bảng thống kê trên, ta vẽ biểu đồ môment do các loại hoạt tải thực tế gây ra.
18
Hình 3.13. Biểu đồ moment do hoạt tải thực tế gây ra (KN.m)
Bảng 3.5. Bảng hệ số Mi/MHL-93
Từ bảng thống kê trên, ta vẽ biểu đồ hệ số giữa môment các loại hoạt tải thực tế với môment xe tải thiết kế
19
Hình 3.14. Biểu đồ hệ số giữa môment các loại hoạt tải thực tế với môment xe tải thiết kế
3.4. ĐỀ XUẤT XEM XÉT KHOẢNG CÁCH HOẠT TẢI XE
Xem xét khoảng cách của các xe T1, T2, T3, T4, T5 khi qua cầu từ bảng thống kê trên rút ra một số kết luận sau:
Khoảng cách hợp lý khi hai xe T1 qua cầu là 16,50m, với khoảng cách này thì hiệu ứng gây ra có giá trị xấp xỉ do HL-93 gây ra. Tương tự, khoảng cách hợp lý với hai xe T2 là 19,50m, nhỏ hơn với quy định là 30m, điều này phù hợp với các vị trí cầu vận chuyển hàng nhẹ hoặc hành khách. Tùy vào công năng của cầu mà có những điều chỉnh phù hợp.
Đối với các xe T3, T4, T5 mặc dù giá trị moment không lớn hơn do hiệu ứng của HL-93 gây ra, nhưng nó vi phạm các vị trí khác đo có thể xem xét tăng khoảng cách hai xe khi tham gia giao thông từ 30m lên 40m để đảm bảo an toàn cho kết cấu.
Như vậy khoảng cách giữa hai xe trên thực tế khác với quy định theo Bảng 3.2 là 30m. Khoảng cách tham gia giao thông phụ thuộc vào từng loại xe tương ứng với tải trọng trên nó. Khoảng cách các xe tải trọng nặng dưới 24T của xe hai trục nên được tăng lên. Nếu tính tới hệ số an toàn 1,5 thì khoảng cách hợp lý là 15m giá trị này phù hợp cho các cây cầu vận tải với tải trọng nhỏ không phải vận tải với tải trọng lớn, khoảng cách của hai xe ba trục với tải trọng như xe T2 thì giảm từ 30m như quy định xuống còn 20m. Các xe tải trọng lớn hơn từ 51T trở lên có thể lưu thông với khoảng cách hai xe là 40m.
3.5. KẾT LUẬN
Nghiên cứu hoạt tải thực tế so với hoạt tải thiết kế là cần thiết mặc dù hoạt tải thiết kế có thỏa mãn điều kiện giá trị về moment và lực cắt lớn nhất lớn hơn do hoạt tải thực tế gây ra nhưng nó không thỏa mãn ở các vị trí khác trên nhịp.
Với những kết quả tính toán trên, với các thông số của công trình cầu thực tế: L=24×3=72m, B=11+2×0,5=12m, kết cấu dầm I BTCT thường, tác giả đưa ra những kết luận:
– Khoảng cách 30m theo quy định hiện nay với vận tốc là 60 Km/h nên giảm xuống còn 16,5m đối với xe hai trục có trọng lượng 24T và 19,5m đối với xe ba trục với tổng trọng lượng xe là 36T.
– Với các xe có tải trọng lớn hơn 48T đối với xe tổ hợp đầu kéo với sơ mi rơ móc hay 45T với tổ hợp xe thân liền kéo rơ móc hoặc sơ mi rơ móc ta thấy có thể tăng tải trọng lên đến 51T như T4, 59T như xe T3, 57T như xe T5 và tăng khoảng cách giữa hai xe lên 40m để tăng tính kinh tế nhưng vẫn ổn định kết cấu.
– Với những kết quả tính toán trên, tác giả đề nghị cần bổ sung thêm bảng phụ nêu rõ khoảng cách các xe khi đi qua cầu ứng với các loại xe đã nêu trong bảng hạn chế tải trọng xe qua cầu số 505b đã cắm trước đó (nếu có). Đối với những cầu chưa đánh giá khả năng chịu tải hiện tại của cầu cần tính toán lại, cắm biển báo hạn chế tải trọng xe qua cầu và khoảng cách các xe khi đi qua cầu.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
Với các nội dung đã được trình bày cụ thể ở các chương của luận văn, tác giả rút ra những kết luận cơ bản sau đây:
– Cần có sự thống nhất giữa tiêu chuẩn thiết kế cầu với quy trình kiểm định cầu ở Việt Nam hiện nay. AASHTO LRFR là phương pháp thiết kế theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng theo triết lý thiết kế của AASHTO LRFD. Nhưng quy trình kiểm định cầu trên đường ô tô hiện hành của Việt Nam là 22TCN243-98 lại theo các quy định của tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN18-79. Như vậy, giữa tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 và tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN18-79, tiêu chuẩn kiểm định cầu 22TCN243-98 hiện hành của nước ta đang áp dụng hiện nay có sự khác nhau về triết lý tính toán cụ thể hơn là sự khác nhau về tải trọng dùng để tính toán.
– Khi đánh giá cầu theo 22TCN243-98, chỉ có thể chỉ ra được với tải trọng đã chọn trước thì kết quả là “ĐẠT HAY KHÔNG ĐẠT”. Nếu “ĐẠT” thì đương nhiên có thể khai thác với tải trọng thực tế. Nhưng nếu kết quả là “KHÔNG ĐẠT” thì phải hạ tải trọng và tính toán lại với tải trọng vừa hạ đó . Đây là khó khăn và cũng chính là nhược điểm của phương pháp đánh giá theo 22TCN243-98.
– Với phương pháp AASHTO LRFR khi kiểm tra với tải trọng thiết kế HL-93 của AASHTO LRFD, nếu hệ số đánh giá RF ≥ 1 thì có thể kết luận cầu khai thác an toàn và không có yêu cầu hạn chế tải trọng khai thác. Ngược lại, nếu hệ số đánh giá RF<1 và RF ≥ 0,3 thì cần phải hạn chế tải trọng khai thác và ưu điểm của phương pháp AASHTO LRFR chính là từ giá trị RF đó sẽ tính ra được giá trị tải trọng khai thác hạn chế qua công thức liên quan giữa trọng lượng xe dùng đánh giá (chính là trọng lượng xe HL-93) và giá trị hệ số đánh giá RF tìm được qua công thức (2-10) đã nêu ở chương trước. Đây chính là thuận lợi và cũng là ưu điểm rất nổi bật của phương pháp AASHTO LRFR.
– Khi xem xét hoạt tải thực tế với hoạt tải tiêu chuẩn đang khuyến cáo áp dụng cho thấy hoạt tải thiết kế không bao quát hết các giá trị thực tế, nó chỉ thỏa mãn điều kiện lớn nhất trên kết cấu nhịp nhưng không thỏa mãn giá trị nằm ở vị trí khác trên nhịp. Giá trị moment dương không thay đổi nhiều khi tăng thêm số lượng xe với khoảng cách quy định.
– Khoảng cách tối thiểu theo quy định khuyến cáo giảm khoảng cách đối với các xe hai trục, ba trục khi tham gia giao thông là 17m và 20m so với quy định là 30m. Khoảng cách hợp lý các xe tải trọng lớn hơn từ 51T với số trục từ T3 đến T5 trở lên có thể lưu thông với khoảng cách hai xe là 40m, tùy vào chức năng vận hành mà có lựa chọn phù hợp.
2. KIẾN NGHỊ
Từ các kết quả tính toán và phân tích ở trên tác giả đưa ra một số kiến nghị như sau:
– Hiện nay để thuận tiện cho việc đánh giá cầu thì Bộ GTVT nên sớm ban hành một tiêu chuẩn kiểm định và đánh giá cầu mới phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành ở Việt Nam nên đánh giá cầu theo AASHTO LRFR. Đây là phương pháp rất phù hợp với triết lý thiết kế của tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05, đó là triết lý thiết kế theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng.
– Hiện nay, hiện trạng khai thác cầu trên các tuyến quốc lộ, tỉnh lộ ở khu vực miền Trung nói riêng và trên toàn quốc nói chung hầu hết chỉ cắm biển tải trọng khai thác là 25T,….. Vì vậy cần có sự đánh giá lại khả năng chịu tải của các cầu để có thể cắm biển tải trọng khai thác và khoảng cách các xe cho phù hợp.
– Đề xuất thay đổi khoảng cách tối thiểu của hai xe khi tham gia giao thông, tiếp tục nghiên cứu cho các loại kết cấu dầm khác về ảnh hưởng của hoạt tải thực tế.
– Hệ số phân bố làn xe cần phải được nghiên cứu rộng hơn, xem xét đến tình huống kẹt xe tải trọng chất đầy cầu. Trong khuôn khổ luận văn này tác giả dùng hệ số phân bố làn theo tiêu chuẩn 22TCN272-05.
3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
– Thông qua việc tính toán khả năng chịu tải của một số kết cấu nhịp cầu BTCT với các dạng dầm T, dầm I ứng với chiều dài cụ thể lần lượt là 33m và 18m, đề tài có thể được mở rộng và phát triển để đánh giá cả kết cấu và các dạng mặt cắt ngang khác nhau của các dạng dầm bản, dầm hộp, dầm Super T, dầm thép… và hoàn toàn có thể mở rộng trong phạm vi toàn quốc nói chung với các dạng dầm khác.
– Nghiên cứu ảnh hưởng của xe tải trọng nặng và xe quá tải đối với bản mặt cầu so với hoạt tải HL-93.
– Tiếp tục nghiên cứu về ảnh hưởng của hoạt tải xe thực tế tác dụng lên cầu với vận tốc xe thay đổi.
Khuyến cáo: Các giả thuyết tính toán trong luận văn này áp dụng tính toán cho hoạt tải cầu chỉ xét cho tải trọng trong trạng thái giới cường độ I và sử dụng chưa xét đến trạng thái giới hạn mỏi vì khi xét mỏi phải kể đến lưu lượng xe, số lượng này không thu thập được ở một công trình cụ thể.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\CONG TRINH GIAO THONG\NGUYEN TRINH THANH PHONG\SAU BAO VE\NGUYEN TRINH THANH PHONG-K28\NGUYEN TRINH THANH PHONG-chuan nhat
