ư Mặt ảnh hưởng: Một mặt liên tục hay rời rạc được vẽ ứng với cao độ mặt cầu trong mô hình tính toán mà giá trị tại một điểm của nó nhân với tải trọng tác dụng thẳng góc với mặt cầu sẽ
Trang 1góp phần phân tích hoạt tải vμ tác động
của hoạt tải ôtô theo tiêu chuẩn
thiết kế cầu (mới) 22TCN-272-01
TS hoàng hà
Bộ môn Cầu - Hầm - ĐH GTVT
Tóm tắt: Bμi viết giới thiệu kết quả phân tích tác động do hoạt tải ôtô theo các Tiêu chuẩn thiết kế
cầu 22TCN-272-01 (mới) Thông qua việc đối chiếu với Tiêu chuẩn AASHTO-96 vμ Quy trình thiết kế cầu vμ cống theo trạng thái giới hạn - 1979 nhằm mục đích sáng tỏ các khái niệm vμ các thông số của hoạt tải trong bμi toán thiết kế các công trình cầu
SUMMARY: This article presents the results of an analysis of automobile liveload as per new standards for bridge design code 22TCN-272-01 A comparision of Standard 22TCN-272-01 with Standard AASHTO-90 and Process of designing bridges and culverts as per 22TCN-18-79 is to clarify concepts and specifications of liveload in bridge designing
Mặc dù các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành của các nước khác nhau đều có những vấn đề khác biệt tùy theo kết quả nghiên cứu và quan
điểm kỹ thuật của từng Quốc gia, nhưng đều dựa trên những nguyên lý khoa học phổ biến
I Đặt vấn đề
“Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN - 272 - 01”
được ban hành theo Quyết định số 2801/QĐ
BGTVT ngày 28/ 8/ 2001 của Bộ GTVT (trong bài
viết gọi tắt là TC-2001) với chỉ dẫn áp dụng kiểm
nghiệm trong thời gian 2 năm song cùng với
“Quy trình thiết kế cầu và cống theo trạng thái
giới hạn 22 TCN-18-79” theo Quyết định ban
hành số 2057/QĐ/KT4 ngày 19/9/1979 (gọi tắt là
QT-1979) Như vậy, trừ trường hợp đặc biệt, thời
điểm áp dụng chính thức Tiêu chuẩn thiết kế cầu
mới còn không đầy một năm nữa đã đặt ra yêu
cầu nhanh chóng nắm bắt nội dung của tài liệu
kỹ thuật nêu trên và áp dụng chúng trong công
tác thiết kế cầu
Vì lý do trên mà một trong những phương pháp tiếp cận giản tiện là giải thích ý nghĩa của các khái niệm, thông số kỹ thuật và đối chiếu chúng với các khái niệm, thông số tương ứng trong Quy trình thiết kế cầu đã được sử dụng quen thuộc từ trước tới nay ở nước ta (QT-1979) Thiết kế cầu là một trong những vấn đề phức tạp bao hàm nhiều nội dung, trong khuôn khổ bài viết này xin giới thiệu một vài nghiên cứu cho phần hoạt tải và tác động của hoạt tải thiết
kế
Việc biên soạn Tiêu chuẩn thiết kế cầu mới
TC-2001 có cơ sở là Tiêu chuẩn
AASHTO-LRFD-98 của Hoa kỳ xuất phát từ yêu cầu thống nhất
hoá quy phạm ngành và để phù hợp thông lệ
quốc tế hiện nay Tuy nhiên việc nắm bắt ý tưởng
và vận dụng một tài liệu kỹ thuật mới trong phạm
vi rộng thường cần quá trình chuyển đổi nhất
định
II triết lý tổng quát về thiết kế cầu của Tiêu chuẩn mới
2.1 Mục đích thiết kế
Các phân tích và tính toán thiết kế cầu hướng các mục tiêu chính dưới đây:
Trang 2ư Lực ly tâm: Lực do xe chuyển hướng di
động trên đường cong
+ An toàn cho người và phương tiện giao
thông là trách nhiệm của các kỹ sư cầu
ư Làn xe thiết kế: Làn xe quy ước đặt
theo chiều ngang trên chiều rộng làn xe chạy
+ Đáp ứng yêu cầu khai thác về các mặt chủ
yếu: độ bền, dễ kiểm tra, thuận lợi duy tu,
thông xe thuận tiện, các tiện ích công cộng
khác (như tải ống dẫn nước, đường
điện ), độ cứng (khả năng chống biến
dạng), xét đến khả năng mở rộng cầu
trong tương lai
ư Lực xung kích: Phần lực tăng thêm để
xét đến tương tác động lực giữa cầu và
xe cộ đi lại
ư Cực hạn: Tối đa hay tối thiểu
+ Khả năng thi công
ư Tải trọng thường xuyên: Tải trọng và
lực không đổi hoặc giả thiết không đổi khi hoàn thành việc xây dựng
+ Tính kinh tế
+ Mỹ quan cầu
ư Mặt ảnh hưởng: Một mặt liên tục hay
rời rạc được vẽ ứng với cao độ mặt cầu trong mô hình tính toán mà giá trị tại một
điểm của nó nhân với tải trọng tác dụng thẳng góc với mặt cầu sẽ được ứng lực
Ngoài các tính năng sử dụng thông thường,
công trình cầu còn có yêu cầu như một công trình
kiến trúc và làm đẹp cảnh quan ở vị trí được xây
dựng
ư Quy tắc đòn bẩy: Lấy tổng mô men với
một điểm để tìm phản lực tại điểm thứ hai
2.2 Triết lý thiết kế tổng quát
Cụ thể hoá mục đích trên bằng hai khái
niệm:
ư Tải trọng: Hiệu ứng của gia tốc bao
gồm gia tốc trọng trường, biến dạng cưỡng bức hay đổi thể tích
+ Trạng thái giới hạn: tình huống nguy
hiểm đặc trưng dự kiến có thể xảy ra cho kết cấu
Khi vượt qua trạng thái giới hạn ngừng thỏa mãn
yêu cầu thiết kế Các trạng thái giới hạn được coi
ngang nhau
ư Xe được phép: Xe bất kỳ được phép đi
là xe bị hạn chế một cách nào đó về trọng lượng hoặc về kích thước của chúng
+ Điều kiện đảm bảo an toàn: đối với mọi
trạng thái giới hạn phải thoả mãn bất phương
chạy: Khoảng tịnh không giữa các rào
chắn hoặc đá vỉa ∑ηiγiQi ≤ΦRn =Rr (1.3.2.1-1)
ư Xe tải trục: Xe có hai trục đặt sát nhau
(cách nhau 1,2 m theo phương dọc cầu) với ý nghĩa tổng các tác động có thể xảy ra
trong tình huống cụ thể đều phải nhỏ hơn sức
kháng của kết cấu được thiết kế ư Bánh xe: Một hoặc hai bánh lốp ở đầu
một trục xe
+ Tuổi thọ thiết kế: của các công trình cầu
xếp theo chiều ngang hoặc chiều dọc
III Hoạt tải vμ các hệ số tải trọng liên
quan đến hoạt tải
3.2 Các ký hiệu vμ tên tải trọng liên quan
ư BR: Lực hãm xe
ư Đơn vị trục xe: Trục đơn hay trục đôi
ư b: Tổng chiều rộng cầu (mm)
Trang 3ư C: Hệ số dùng để tính lực ly tâm Khoảng cách giữa hai trục sau của xe tải
thiết kế được phép thay đổi từ 4,3 m đến 9,0 m sao cho tạo ra được ứng lực cực trị
ư CE: lực ly tâm
ư IM: Lực xung kích
Ngoài trọng tải khoảng 33,24 T tác động của
xe tải thiết kế còn tính thêm phần phụ tải xung kích lấy theo bảng 3-6-2-1-1
ư LL: hoạt tải xe
ư PL: tải trọng người đi
3.3.1.2 Xe hai trục thiết kế
ư m: Hệ số làn xe (3-6-1-1-2)
Cấu tạo, kích thước, tổng trọng lượng, phân phối trọng lực trên các trục của xe hai trục thiết
kế trình bày trên hình 2
ư P: tải trọng bánh tập trung (N), tải trọng
(N) (3-6-1-2-5) (3-11-6-1)
ư q
Bảng 3.6.2.1.1
Lực xung kích IM
Mối nối bản mặt cầu - Khi tính theo tất cả các trạng thái giới hạn
75% Tất cả các cấu kiện khác
- Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gẫy
- Tất cả các trạng thái giới hạn khác
15% 25%
s : tải trọng tác dụng lớn nhất (MPa)
(3-11-6-1)
ư γi : hệ số tải trọng (3-4-1) có thể hiểu như
hệ số vượt tải
Hình 2
ư γEQ : hệ số tải trọng đối với hoạt tải tác
dụng đồng thời với động đất (3-4-1)
ư ý nghĩa của xe hai trục thiết kế bao hàm các loại xe quân sự, tương tự như xe bánh nặng XB -80 trong QT-1979
ư WL: tải trọng gió lên hoạt tải
3.3 Hoạt tải xe ôtô thiết kế ư Lực xung kích của xe hai trục thiết kế lấy
như xe tải thiết kế
3.3.1 Các thành phần hoạt tải thiết kế
3.3.1.3 Tải trọng lμn thiết kế
Hoạt tải xe ôtô thiết kế theo TC-2001 được
đặt tên là HL-93 gồm một tổ hợp của: ư Tải trọng làn thiết kế là một làn tải trọng
phân bố đều có cường độ q = 9,3 N/mm
= 0,948 T/m dọc theo chiều dài đặt tải Theo phương ngang tải trọng làn được coi là phân bố đều trên chiều rộng 3,0 m
ư Xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế
ư Tải trọng làn thiết kế
Hai thành phần trên được bố trí chồng lên
nhau theo nguyên tắc tạo ra ứng lực lớn nhất khi
đưa vào tính toán thiết kế công trình
ư Không tính hệ số xung kích đối với tải trọng làn
3.3.1.1 Xe tải thiết kế
Cấu tạo, kích thước, tổng trọng lượng, phân
phối trọng lực trên các trục của xe tải thiết kế
trình bày trên hình 1 a
Hình 1.
Trang 43.3.2 Các vấn đề cần lưu ý về hoạt tải
theo TC-2001
- Khác với QT-1979, trong TC-2001 không
đưa vào khái niệm đoàn xe tải tiêu chuẩn gồm
các xe nối đuôi nhau theo cự ly quy định Việc xét
tới tình huống đoàn xe di động trên cầu được thay
thế bằng một xe tải thiết kế 33,24 T (hoặc xe hai
trục thiết kế 22,42T) cộng tác dụng với tải trọng
làn
- ý nghĩa của tải trọng làn thể hiện tác dụng
của của đoàn xe thiết kế Cần chú ý sự khác biệt
với QT-1979 đoàn xe tiêu chuẩn với các tải trọng
trục có thể quy đổi thành các tải trọng rải đều
tương đương: đối với nhịp càng dài tức là chiều
dài đoàn xe càng dài dẫn đến trị số tải trọng rải
đều tương đương càng giảm Theo tiêu chuẩn
mới trị số tải trọng làn không thay đổi theo chiều
dài nhịp Trị số 0,948 T/m xấp xỉ tải trọng rải đều
tương đương của đoàn xe ôtô H10 với chiều dài
đặt tải L ≥ 100m của QT-1979 là khá nhỏ Tuy
nhiên để bù vào trị số không lớn của tải trọng làn
lại đưa vào thêm vào các trục tải của xe tải thiết
kế hay xe hai trục
So với các phiên bản của AASHTO trước
đây cho tính hoặc các tải trọng trục của 1 xe tải
hoặc một làn tải có thêm các lực tập trung
(KEL-Knife Edge Load) Việc dùng thêm tải trọng trục
xe cùng với làn tải rải đều trong TC-2001 có ý
nghĩa thay thế các lực tập trung KEL của tải trọng
làn theo AASHTO-96
Với các nhịp ngắn thì tổ hợp xe hai trục kết
hợp tải trọng làn khống chế, với các nhịp dài tổ
hợp xe tải thiết kế kết hợp tải tải trọng làn sẽ
khống chế Điều này cũng giống như các kết quả
tính toán theo QT-1979 cho tổ hợp đoàn xe ôtô
tiêu chuẩn H10, H13, H30 và xe bánh nặng
XB-80 hay xe xích
- Về tác động xung kích của hoạt tải di động
TC-2001 dùng khái niệm lực xung kích IM trong
đa số trường hợp lấy thống nhất bằng 25% cho
xe thiết kế (không phụ thuộc chiều dài nhịp)
Lực xung kích được đưa ngay vào thành phần
của tải trọng xe với bất kỳ tổ hợp tải trọng nào có
xe tải hoặc xe hai trục (kể cả tính mỏi) Khác với
QT-1979 dùng quan niệm hệ số xung kích, chỉ
đưa vào một số tổ hợp và trong nhiều tình huống
có trị số bằng 1,0 (ảnh hưởng của tác động xung kích coi như bằng không)
Cần lưu ý thêm là hiệu ứng xung kích theo QT-1979 được tính toán khá phức tạp với nhiều loại công thức phụ thuộc vào loại tải trọng, chiều dài nhịp, vật liệu kết cấu, dạng kết cấu TC-2001 dùng thống nhất một cách tính là lấy theo tỷ lệ % Tuy nhiên nếu chú ý tới lực xung kích không đưa vào tải trọng làn, khi nhịp càng dài thì phần ảnh hưởng của tải trọng làn trong hiệu ứng chung của hoạt tải (xe thiết kế + làn) càng lớn vì vậy thực tế phần hiệu ứng do lực xung kích cũng có xu thế giảm dần theo chiều dài nhịp
Để tiện so sánh có thể biểu diễn tác dụng động lực của hoạt tải tính theo TC-2001 dưới dạng đưa thêm vào hệ số xung kích (1 + μ) tương tự như cách tính của QT- 1979 như sau:
t h
S = +μ
L 70
50 35 0 1 ) 1 (
+ +
= μ +
với trong đó:
- hiệu ứng động lực do hoạt tải HL-93 gây ra;
h
S
t h
S - hiệu ứng do hoạt tải HL-93 tác động ở trạng thái tĩnh lên kết cấu
Như vậy có thể thấy hệ số động lực tính theo tiêu chuẩn mới sẽ nhỏ hơn trường hợp tính cho cầu thép với công thức
λ + +
= μ +
5 , 37
15 1 ) 1
treo hay cầu dây văng
λ + +
= μ +
70
50 1 ) 1
hơn trị số tính cho các trường hợp khác của QT-1979
- Riêng đối với trường hợp đặt tải để tính mô men âm và phản lực gối trụ (của dầm liên tục) thì quy định dùng hai xe tải thiết kế, đặt với khoảng cách tĩnh 15 m, trục xe thống nhất lấy bằng 4,3 m (điều 3-6-1-3-1) Tác động của hoạt tải trong trường hợp này chỉ lấy bằng 90% hiệu ứng do hai
xe tải thiết kế kết hợp với tải trọng làn gây ra
Trang 53.3.3.3 Đối với tổ hợp tải trọng để tính theo các trạng thái giới hạn mỏi vμ đứt gãy
- Khi lập các tổ hợp tải trong tương ứng với
tính theo trạng thái giới hạn mỏi thì chỉ dùng một
xe tải thiết kế cùng với khoảng cách giữa hai trục
nặng là 9,00 m (không xét tải trọng làn) e Hiệu ứng của một xe tải thiết kế (có xung
kích 15%) nhưng với khoảng cách các trục nặng
là 9,0 m Không xét tải trọng làn
3.3.3 Tổ hợp lực do các xe thiết kế
Như vậy hoạt tải HL-93 được biểu diễn dưới
6 dạng tổ hợp a, b1, b2, c, d, e có mức độ tác
động khác nhau
Tổ hợp hoạt tải xe HL-93 cho một làn xe đơn
được tính phụ thuộc vào các trạng thái giới hạn
như quy định trong điều 1-3-2-2 của TC-2001
Trong bài toán thiết kế cầu với hoạt tải cần chọn
trị số lớn nhất trong các tổ hợp sau đây: khảo sát thử nghiệm như sau: Mức độ tác động lớn nhất của HL-93 qua
3.3.3.1 Đối với tổ hợp tải trọng để tính theo
các trạng thái giới hạn cường độ I,III, trạng thái
giới hạn đặc biệt (va xe) vμ trạng thái giới hạn sử
dụng (nhưng không kể duyệt võng)
- Lớn hơn HS-20-44 của AASHTO-96 ít nhất 25%
- Đoàn xe H30 cũng lớn hơn HS20-44 của AASHTO-96 25% Như vậy có thể coi HL-93 tương đương đoàn xe H30 (có thể hình dung HL-93 như tổ hợp đoàn xe H10 có một xe nặng là xe tải thiết kế của TC-2001)
a Hiệu ứng của xe hai trục (có xung kích
25%) tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết
kế, hoặc
b Hiệu ứng của xe tải thiết kế (có xung kích
25%) tổ hợp với tải trọng làn thiết kế Tuy nhiên
trị số của các thành phần lực trong tổ hợp này lại
thay đổi như sau:
- Khi xét cả hệ số tải trọng, hệ số xung kích và hệ số là xe thì HL-93 lớn hơn XB-80 khi tính về cường độ
b1 Thông thường (trừ trường hợp b2 dưới
đây) chỉ dùng 1 xe tải 33,24 T đặt tại vị trí bất lợi
nhất với cự ly giữa hai trục sau thay đổi từ 4,3 đến
9,0 m sao cho tạo được ứng lực cực trị kết hợp với
tải trọng làn
- Đối với các đường cấp thấp (cấp IV và thấp hơn) loại xe tải lớn rất khó đi lại nên khả năng các cầu nhỏ trên các tuyến giao thông nông thôn chịu tác động của HL-93 gần như không xảy ra Vì vậy căn
cứ vào khả năng thông qua các loại tải trọng xe hai trục nhẹ hơn mà định tỷ lệ nhỏ hơn so với HL-93:
b2 Riêng cho tính mô men và phản lực cho
trụ 1 gối (trụ của dầm liên tục) dùng hai xe tải
thiết kế đặt cách nhau 15 m, bỏ qua những trục
không gây hiệu ứng cực đại (trục chiếm sang
phần ĐAH ngược dấu) Lấy 90% hiệu ứng của hai
xe nêu trên kết hợp với 90% tải trọng làn
- Đoàn xe H10 bằng khoảng 50% so với HL-93
- Đoàn xe H13 bằng khoảng 65% so với HL-93
So sánh các tổ hợp tải a, b1 và b2 để tìm giá
trị cực đại dùng để tính toán theo các trạng thái
giới hạn tương ứng 3.3.4 Quy tắc bố trí hoạt tải trên đường
ảnh hưởng
3.3.3.2 Đối với tổ hợp tải trọng tính theo các
trạng thái giới sử dụng về độ võng • Trong điều 3.6.1.3.1 quy định: “chiều dài
của làn xe thiết kế hoặc một phần của nó gây ra
áp lực làn lớn nhất phải được chất tải trọng làn thiết kế” Như vậy có thể hiểu tải trọng làn thiết kế
sẽ được xếp trên đường ảnh hưởng giống như bố trí tải trọng rải đều tương đương của QT-1979
c Hiệu ứng của một xe tải thiết kế (có xung
kích 25% - theo điều 2-5-2-6-2) hoặc
d Kết quả tính toán của hiệu ứng của 25%
xe tải thiết kế (có xét xung kích 25%) tổ hợp với
tải trọng làn thiết kế
Trang 6c) Các tải trọng làn và bề rộng 3,0 m của mỗi làn phải đặt sao cho gây ra ứng lực lớn nhất
Xe tải thiết kế và xe hai bánh thiết kế (cũng phải
bố trí sao cho gây ra ứng lực lớn nhất) và phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn:
• Ngoài ra các trường hợp xe tải đơn, xe tải
đôi (cách nhau 15 m) hoặc xe hai trục được bố trí
bất lợi trên đường ảnh hưởng như nguyên tắc xếp
hoạt tải xe trực tiếp của QT-1979 được xếp chồng
lên tải trọng làn
• Có thể phân ra các mô hình xếp tải như
đá vỉa hay lan can + Đối với kết cấu nhịp dầm giản đơn: bố trí
các thành phần hoạt tải như trên hình 3a + Khi thiết kế các bộ phận khác: 0,6 m tính
từ mép làn xe thiết kế:
+ Đối với các kết cấu nhịp cầu khung, dầm
liên tục, cầu dây văng bố trí các thành phần
hoạt tải như hình 3b
d) Những điều cần lưu ý:
1 Chiều rộng của làn xe được quy định là 3,5 m nhưng chiều rộng thiết kế của xe tải đầu kéo lại ghi là 3,6 m Để giải thích điều này cần chú ý:
• Nếu theo quy định của điểm (c) trên đây chỉ cần chiều rộng một làn xe bằng 3,0m giống như các phiên bản của AASHTO trước đây vì xe tải đầu kéo của HL-93 gần giống như HS-20-44 Chính vì vậy
mà trong điều 3-6-1-1-1 quy định:
“lòng đường từ 6,00 đến 7,20 m phải có 2 làn xe thiết kế, mỗi làn bằng một nửa chiều rộng của lòng
đường” Tuy nhiên điều này không
có nghĩa chiều rộng cầu 9,0 m tương ứng với 3 làn xe Như vậy cầu cho 2 làn xe có khổ xe chạy biến thiên trong khoảng:
Hình 3
6,0 m ≤ K < 10,5 m
3.3.5 Bố trí hoạt tải theo phương ngang
có thể sử dụng cho xe tải đầu kéo nếu quy định này tạo ra được ứng lực lớn hơn so với khoảng cách tối thiểu là 3,0 m
a) Số làn xe thiết kế được coi là phần
nguyên của tỷ số W/ 3,50 m Trong đó W là khổ
cầu Như vậy khổ cầu 10 m tương đương với 2 làn
xe và 10,5 m tương đương với 3 làn xe 2 Riêng đối với tổ hợp tải trọng tính theo
trạng thái giới hạn mỏi chỉ dùng một xe tải thiết
kế bất kể số làn xe
b) Mỗi làn xe thiết kế được xem xét phải
được bố trí hoặc xe tải thiết kế hoặc xe hai trục
thiết kế chồng với tải trọng làn khi áp dụng được
Tải trọng được giả thiết chiếm chiều rộng 3,0 m
theo chiều ngang của 1 làn xe thiết kế
3 Các tải trọng thành phần của HL-93 chỉ
được phép xê dịch như quy định trên đây trong phạm vi của mỗi làn xe
Trang 73.3.6 Hệ số làn xe
4 Theo nguyên lý cộng tác dụng để tạo ra
ứng lực cực trị trọng tâm của các xe tải đầu kéo
và tâm của tải trọng làn trong cùng một làn xe
phải trùng nhau Như vậy có thể suy ra các tải
trọng làn phải đặt sao cho trọng tâm theo phương
ngang cầu của tải trọng làn không gần hơn:
Hệ số làn xe có ý nghĩa xét đến xác suất xảy ra không đồng thời của các làn xe trên cầu
được quy định trong bảng 3-6-1-1-1-1 Hệ số làn
xe được đưa vào sau khi tính ứng lực cực hạn của các tổ hợp HL-93 trên mỗi làn xe của mặt cắt ngang
+ Khi thiết kế bản hẫng: 1,2 m tính từ mép
đá vỉa hay lan can
Cần chú ý khi áp dụng hệ số làn phải phù hợp với phương pháp được áp dụng để tính toán
hệ số phân bố tải trọng ở phần 4-6-2-3, 4-6-2-3
và 6-2-2-2-d
+ Khi thiết kế các bộ phận khác: 1,5 m tính
từ mép làn xe thiết kế
5 Ví dụ cho trường hợp cầu 2 làn xe thể
Hệ số lμn xe
Số làn chất tải Hệ số làn (m)
Hình 4 3.3.7 Hệ số tải trọng và hệ số điều chỉnh
tải trọng của hoạt tải
Phân tích cho cầu 2 làn xe thông dụng ở
nước ta với các khổ cầu 6, 7, 8, 9, 10 m, các tải
trọng xếp lệch tâm tối đa trên mặt cắt ngang với:
3.3.7.1 Hệ số tải trọng γ (có ý nghĩa như
vượt tải của QT-1979)
- Hệ số này lấy theo bảng 3-4-1-1 (trang 34)
Ví dụ khi tính theo trạng thái giới hạn cường độ I cho các hoạt tải xe ôtô (LL), lực ly tâm (CE), lực hãm xe (BR), người đi (LS) đều thống nhất lấy bằng 1,75 (QT-1979 lấy bằng 1,4)
- khoảng gần nhất giữa hai làn tải trọng của
các làn xe
- khoảng cách gần nhất giữa 2 trục sát nhau
của các xe tải đầu kéo hoặc xe hai trục
- khoảng cách trống còn lại của mặt cắt
ngang
- Đối với các trạng thái giới hạn khác thì hệ
số này biến đổi theo Đối với trạng thái giới hạn
sử dụng γ Kết quả ghi trong bảng 1 i = 1,0
Bảng 1
Vị trí lμn xe theo phương ngang của cầu 2 lμn xe thiết kế
- Cần chú ý tới phần ghi chú của bảng 3-4-1-1 trong TC-2001 Hệ số này có thể giảm
xuống nếu chủ đầu tư có giải pháp quản lý bằng giấy phép qua cầu thì lấy bằng 1,35 Đối với kết cấu thép phải tăng lên 1,3
Khổ cầu Khoảng
a 0 0,5 0,5 0,5 0,5
c 0 0,5 1,5 2,5 3,5
- Cũng giống như QT-1979 hệ số tải trọng
có thể lấy theo các trị số khác nhau tùy theo loại tải trọng đưa vào trong tổ hợp gây tác dụng bất lợi hay không bất lợi đối với kết cấu hay bộ phận kết cấu đang xét (bảng 2)
Trang 8Bảng 2
Hệ số tải trọng của hoạt tải HL-93
Tổ hợp tải trọng tương ứng
Hoạt tải γ
Tải trọng gió γ
Hoạt tải γ L = 1,35
Tải trọng gió γL = 0,40 Hoạt tải γ
- Hệ số tải trọng theo quy trình mới khá lớn,
với lời giải thích có xét xác suất xuất hiện đồng
thời nhiều tải trọng đã giảm bớt băn khoăn cho
các kỹ sư thiết kế khi có tình huống tắc nghẽn
giao thông trên cầu với mật độ xe nặng nhiều, cự
ly xe gần sát nhau (không hoàn toàn giữ khoảng
cách như các đoàn xe tiêu chuẩn)
- Việc quy định hệ số tải trọng trong
TC-2001 nói chung rõ ràng, dễ vận dụng
Trong tính toán
3.3.7.2 Hệ số điều chỉnh tải trọng ηi
Hệ số điều chỉnh tải trọng ηi lấy theo điều
1-3-2 Hệ số này có ý nghĩa là xét đến tính dẻo,
tính dư và tầm quan trọng khai thác của cầu
• Tính dẻo η D : được hiểu là tính mềm dẻo
và dễ biến dạng của kết cấu Đây là khái
niệm căn cứ và lý thuyết phân tích kết
cấu để xét tới trạng thái làm việc khác
nhau khi độ cứng của kết cấu thay đổi
• Tính dư η R : xét tới ảnh hưởng của các
bộ phận cấu tạo mà sự hư hỏng của
chúng không dẫn đến sự phá hoại của
công trình Ví dụ kết cấu nhịp dầm liên
tục có tính dư vì sự phá hoại của một
nhịp không dẫn tới sự phá hoại hoàn
toàn công trình
• Tầm quan trọng khai thác của cầu η I :
chỉ quy định cho các trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn đặc biệt
Hệ số tùy theo quyết định của chủ đầu tư đánh giá mức độ khai thác của cầu
I R D
i =η η η
η với các giá trị
thành phần thay đổi theo từng trường hợp cụ thể theo chỉ dẫn ở điều 1-3-2-1
Hệ số ηi được cấu thành dạng tích của các
thành phần liên quan đến các yếu tố nêu trên và phải thỏa mãn hai điều kiện:
ηi=ηDηRηl 〉 0,95 (a) Đối với các tải trọng dùng giá trị cực đại của
hệ số tải trọng γi:
1 1
l R D
η η η
=
Hệ số điều chỉnh tải trọng có thể chấp nhận các giá trị sau:
i
η
• Trừ trạng thái giới hạn về mặt cường độ (I, II và III) các trạng thái giới hạn khác đều có:
ηD = ηR = ηl = 1
↔ ηi = 1
thuyền, tác dụng dòng nước
L = 0,50 Tải đặc biệt γL = 1,00 Hoạt tải γ
Khai thác (sử dụng bình
thường)
Kiểm tra khả năng khai thác bình thường (độ võng, bề rộng vết nứt )
L =1,00 Tải trọng gió γL =0,30 Hoạt tải γ
Trang 9• Nếu chỉ tính riêng cho hoạt tải không xét trạng thái giới hạn cường độ II
• Khi tổ hợp các tải trọng để tính theo trạng thái giới hạn cường độ thứ I và thứ III, nếu là các kết cấu thông thường và các chi tiết theo TC
-2001, mức dư thông thường và các cầu điển hình
đều lấy trị số:
ηD = ηR = ηl = 1
↔ ηi = 1
• Theo trạng thái giới hạn cường độ I có thành phần hoạt tải trong tổ hợp chấp nhận γi
cực đại sẽ được tính theo công thức (b) Các tham số chỉ chấp nhận các trị số 1.05, 1.00 và 0.95
i
η
• Các trường hợp khác:
95 , 0
l R D
i =η η η〉 η
IV Kết luận
Hoạt tải xe thiết kế và tác động của hoạt theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu mới (22TCN-272-01) có nhiều điểm khác biệt về thành phần, hình thức thể hiện, trị số tác động tính toán so với QT-1979
Để có thể phân tích đầy đủ tác động của hoạt tải trong tính toán thiết kế các công trình cầu các kỹ sư và sinh viên ngành cầu cần nhanh chóng tiếp cận Tiêu chuẩn mới
Trong quá trình chuyển đổi, cần có sự tính toán đối chiếu TC-2001 với QT-1979 để đánh giá mức độ tác động làm cơ sở cho quá trình phân tích đầy đủ và thận trọng hiệu ứng của hoạt tải cho các bộ phận của kết cấu cầu
Tài liệu tham khảo
[1] Quy trình thiết kế cầu và cống theo các trạng thái
giới hạn 22TCN-18-79
[2] Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-01
[3] Tiêu chuẩn AASHTO-96 (Hoa Kỳ) Ă
