PGS-NGHIEN CUU VE TAI TRONG THIET KE CAU

PGS TS Tống Trần Tùng Có thể khẳng định rằng, lấy trị số tải trọng xe thiết kế hay xe nặng đoàn xe thiết kế qui định tiêu chuẩn thiết kế để qui định cắm biển hạn chế tải trọng khai thác cơng trình cầu đường Bản chất tải trọng xe hay tải trọng đoàn xe dùng để tính tốn thiết kế cầu giáo trình, sổ tay, tiêu chuẩn thiết kế cầu đề cập có nhiều người cho cầu tính tốn thiết kế với xe thiết kế có tải trọng qui định tải trọng khai thác tối đa nhiêu Cụ thể cầu nước ta thiết kế với tải trọng thiết kế H30, H13 hay H10 theo tiêu chuẩn 22TCN 18-79 tải trọng tối đa xe phép qua cầu tương ứng họ quan niệm cách đơn giản xe hay đoàn xe 30 tấn, 13 10 Quan niệm khơng Xin trích dẫn tiêu chuẩn thiết kế cầu Úc (Austroads: Bridge Design Code 1992) để làm rõ chất tải trọng thiết kế cầu Điều 2.3 Hoạt tải tiêu chuẩn cho thấy sau: “Hoạt tải tải trọng dòng xe ( xe đơn đoàn xe) người Trị số cách bố trí tải trọng theo danh nghĩa, mang tính chất lí thuyết qui định tiêu chuẩn tạo nên hiệu ứng kết cấu tương đương với hiệu ứng xe đơn đoàn xe thực tế tạo ra” Nói cách khác, việc xác định tải trọng xe hay đoàn xe thiết kế cầu thực theo nguyên tắc sau: Xuất phát từ thực tế xe đơn hay đoàn xe chế tạo để lưu hành hệ thống đường có tải trọng khác Các xe vận hành ngẫu nhiên gây hiệu ứng khác phận kết cấu cầu nội lực, biến dạng, chuyển vị, dao động, suy giảm độ bền kết cấu theo lưu lượng cường độ vận tải, theo thời gian khai thác Xử lý thống kê hiệu ứng tìm đường bao, tức tập hợp giá trị lớn hiệu ứng Vấn đề đặt người nghiên cứu biên soạn tiêu chuẩn thiết kế cầu tìm cách bố trí tải trọng với trị số tải trọng chọn cho hiệu ứng chúng gây kết cấu cầu tương đương (mà thực chất cịn lớn nhiều cịn xét đến hệ số tải trọng để đảm bảo an toàn xét đến phát triển tải trọng trị số số lượng tương lai để đảm bảo thời gian phục vụ, tức tuổi thọ theo qui định tiêu chuẩn thiết kế công trình cầu) so với hiệu ứng có qua tính tốn xử lý thống kê nêu Sơ đồ bố trí trị số tải trọng tìm tải trọng xe đồn xe thiết kế, hay xác hoạt tải thiết kế Chúng dãy lực tập trung hay phân bố qui định tiêu chuẩn CHnII 84 Nga, AASHTO 1994 hay 1998 Mỹ, 22TCN 272-05 Việt Nam Chúng xe đơn đồn xe thiết kế giả định (tức dãy lực tập trung) qui định tiêu chuẩn 22TCN 18-79 Việt Nam, CHnII 200-62 Liên xô trước đây, AASHTO 1992 Mỹ, DIN 1072 Cộng hòa Liên bang Đức, AUSTROADS 1992 Úc Để làm sáng tỏ thêm điều này, xin nhắc lại chất tải trọng thiết kế H30 - XB80, H10, H13 X60 cầu đường qui định Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 18 - 79 Điều 2.12 tiêu chuẩn qui định: “Hoạt tải thẳng đứng tiêu chuẩn (có xét tới phát triển tương lai) lấy sau: Dùng tải trọng H30 XB80 cho tuyến đường liên lạc quốc tế, đường trục yếu có ý nghĩa quan trọng kinh tế, trị văn hóa, quốc phịng phục vụ cho tồn quốc, có cường độ vận tải tương lai lớn, đường vận chuyển nối liền khu công nghiệp quan trọng với thành phố lớn đường trục quốc gia thuộc đường tơ từ cấp IV trở lên Dùng tải trọng H10 X60 hay H13 X60 cho đường địa phương tỉnh, đường giao thông công nghiệp đường kinh tế tỉnh thuộc hệ thống đường cấp IV trở xuống” Ngồi ra, qui định cịn lưu ý tính tốn độ chịu mỏi khơng dùng tải trọng xe bánh hay xích Khi xét tải trọng xe bánh, xe xích khơng xét tải trọng tô người Các hoạt tải cho phép đưa tải trọng rải tương đương Qui định soạn thảo sở qui định tiêu chuẩn thiết kế cầu CHnII 200-62 Liên xơ trước có nội dung hồn tồn giống qui định CHnII 200-62 Để tính tốn nội lực hoạt tải thẳng đứng gây ra, sơ đồ tải trọng thiết kế qui định đoàn xe tiêu chuẩn H30 gồm loại xe trục có tổng tải trọng xe 30 xếp xen kẽ với cự ly 10m tính từ trục sau thứ hai đến trục trước xe với chiều dài không hạn chế Cả hai lọai xe có trục trước tấn, trục sau 12 tấn, loại trục sau cách trục trước 4m, loại cách trục trước 6m, tiếp đến trục sau thứ hai 12 cách trục sau trước 1,6m Bề rộng bánh xe trước 0,3m, bánh sau 0,6m, chiêù dài tiếp xúc dọc cầu 0,2m, bề rộng thùng xe 2,9 m, khoảng cách trục xe theo phương ngang 1,9m Còn xe bánh XB80 gồm trục 20 có cự ly trục 1,2m, trục gồm bánh có cự ly bánh 2,7m, bề rộng bánh 0,8m Theo thống kê có đến khơng có loại xe tải trục sản xuất giới có tải trọng trục (khi chở tải trọng thiết kế xe) cự li trục giống hai loại xe tải tiêu chuẩn H30 nói khơng có loại xe bánh trục có thơng số giống xe bánh XB80 Cịn đồn xe tiêu chuẩn H10 H13 gồm xe trục Các xe thiết kế có trục trước (hoặc 3,9 tấn) trục sau (hoặc 9,1 tấn), hai trục cách 4m có xe nặng có trục trước 3,5 (hoặc 4,55 tấn) trục sau 9,5 (hoặc 12,35 tấn) Bề rộng thùng xe xe 2,7m Các xe đặt cách 8m, riêng xe xếp sau xe nặng cự li 4m Xe xích X60 có tổng trọng lượng 60 tấn, chiều dài 5m, hai vệt bánh xích có bề rộng vệt 0,7m, cự li hai vệt bánh 2,6m Theo thống kê có đến khơng có loại xe tải trục xe xích sản xuất giới có tải trọng trục (khi chở tải trọng thiết kế xe) cự li trục giống hai loại xe tải tiêu chuẩn H10 H13 xe xích X60 nói Cũng xin lưu ý thêm có phương tiện vận tải chế tạo có bề rộng đến 2,9m 2,7m xe tiêu chuẩn H30 H10, H13 cự ly theo phương ngang trục bánh đến 2,7m 2,6m (tức bề ngang chiếm dụng lòng đường lên đến 3,5m 3,3m) XB80 X60 phương tiện khơng thể phép lưu hành cách bình thường mạng đường theo luật giao thông đường Việt Nam nước giới Như vậy, đoàn xe tiêu chuẩn, xe bánh, xe xích dùng để tính tốn thiết kế mang tính chất qui ước, giả định Nếu bỏ qua thuật ngữ “đoàn xe thiết kế H30” ngoại lực tính tốn cho trường hợp thực chất dãy lực tập trung có số lượng khơng hạn chế đặt cách theo phương ngang cầu 1,9m Dãy lực tập trung có trị số tấn, 12 đặt cách theo phương dọc cầu 4m; 6m; 1,6m Các trường hợp tính tốn nội lực xe bánh XB80, H10, H13 hay X60 gây có chất Nhiệm vụ người thiết kế xếp sơ đồ tải trọng nhằm tìm nội lực lớn chúng gây tất mặt cắt kết cấu cầu để tiến hành tổ hợp với trị số nội lực tương ứng tải trọng tác động khác gây trọng lượng thân kết cấu, tải trọng gió, tác động động đất, biến thiên nhiệt độ, gối lún, co ngót, từ biến v v để phục vụ cho việc thiết kế cầu Đã có ơng chủ th thử tải cầu gay gắt địi đơn vị thử tải phải huy động đoàn xe thử tải ngồi việc xếp đủ tải trọng theo qui trình kiểm định cầu cịn phải có đầy đủ thơng số quy định tiêu chuẩn 22TCN 18 - 79 nói trên, khơng khơng đồng ý cho phép triển khai thực công tác thử tải Làm đáp ứng yêu cầu mà đồn xe tiêu chuẩn H30 khơng tồn thực tế vận tải đường mà thực chất dãy lực tập trung mang tính giả định để phục vụ cho cơng tác tính tốn nội lực thiết kế cầu phân tích Trong suốt phần tư kỷ qua, cầu xây dựng tỉnh phía Bắc nước ta tính tốn thiết kế chủ yếu xuất phát từ sơ đồ tải trọng thiết kế H30 - XB 80; H13 - X60 H10 - X60 theo tiêu chuẩn 22TCN 18 - 79 nêu Và thời gian dài, nhiều cầu vừa thiết kế xây dựng theo sơ đồ tải trọng cắm biển hạn chế tải trọng 30 tấn, 13 10 (?) Tương tự, cầu phía Nam thiết kế xây dựng theo tiêu chuấn AASHO AASHTO với tải trọng thiết kế H20 - 44 HS25 - 44 cắm biển hạn chế tải trọng 20 tấn, 25 Tấn (?) Thậm chí vào năm 90 kỷ trước, số dự án cầu nước ta xây dựng nguồn vốn ODA, tư vấn nước thiết kế theo tiêu chuẩn AASHTO sai lầm tăng tải trọng thiết kế HS20 - 44 lên 25% để “tương đương” với tải trọng thiết kế H30 Việt Nam (?) Những quan niệm cách làm gây khơng khó khăn cho hoạt động vận tải đường làm qui mô, giá thành cầu tăng lên không cần thiết Chỉ sau tải trọng thiết kế HL93 có sơ đồ tải trọng phân bố tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 - 01 (đã bổ sung sửa đổi thành 22TCN 272 05) áp dụng việc cắm biển hạn chế tải trọng 30 cầu xây dựng theo tải trọng thiết kế H30 HL93 chấm dứt Thế mà có cầu gần sau xây dựng xong, quan chức đề nghị cắm biển hạn chế tải trọng xe 30 Tấn với lập luận cầu thiết kế với H30 cho xe có trọng lượng tối đa 30 Tấn qua cầu (?) Còn cầu thiết kế theo tải trọng thiết kế H13 hay H10 theo 22TCN 18 - 79 khơng thể cho tải trọng xe cho phép qua cầu tối đa 13 hay 10 để cắm biển hạn chế tải trọng Nếu theo qui định Điều 2.12 22TCN 18 -79 nói điều qui định tương tự CHnII 200 - 62 Liên xô trước đường tỉnh, đường cấp IV trở xuống dùng H13 hay H10 để thiết kế xây dựng Điều tương tự việc người Mỹ phép sử dụng tải trọng thiết kế H15 - 44 hay HS20 - 44 HS25 - 44 tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO để thiết kế xây dựng cầu mạng đường nước Mỹ Rõ ràng mạng đường chung Liên xô trước nước Nga nước Mỹ nước phát triển khác khơng thể có việc xe tơ phép lưu hành đường quốc gia mà lại không phép lưu hành đường tỉnh, trừ trường hợp xe có chiều dài khơng phù hợp với bán kính cong hạn chế đường nên khơng thể lưu hành Khơng có chuyện Nga có biển hạn chế tải trọng 30 Tấn, 13 Tấn hay 10 Tấn cắm đầu cầu tương ứng thiết kế theo H30, H13 hay H10 Trên mạng đường nước Mỹ khơng có chuyện người ta cắm biển hạn chế tải trọng 25 Tấn, 20 Tấn 15 Tấn tương ứng với cầu thiết kế theo cấp tải trọng HS25 - 44, HS 20 - 44 HS15 - 44 Và khơng có nước phát triển giới làm việc tải trọng thiết kế qui định tiêu chuẩn thiết kế cầu họ có cấp khác Vậy họ lại cho phép sử dụng tải trọng thiết kế có trị số nhỏ thiết kế, xây dựng cầu đường này? Vấn đề tuyến đường có lưu lượng xe hơn, cường độ vận tải thấp Để thỏa mãn tuổi thọ qui định thiết kế cầu cầu có lưu lượng xe hơn, cường độ vận tải thấp tính toán với tải trọng thiết kế nhỏ Nếu trình khai thác mà lưu lượng xe tuyến đường tăng lên nhiều, khác với dự báo ban đầu, phải vào lưu lượng tăng lên để xác định lại tuổi thọ lại cầu bị giảm so với dự kiến ban đầu nhằm đưa lộ trình bảo trì khơng phải để cắm biển hạn chế tải trọng Tóm lại, sơ đồ tải trọng xe đoàn xe thiết kế qui định tiêu chuẩn thiết kế cầu mang tính chất lý thuyết giả định cho việc tính tốn thiết kế đơn giản cầu thiết kế xây dựng phải đáp ứng yêu cầu lưu hành bình thường cho tất phương tiện giao thông chế tạo để làm nhiệm vụ vận tải đường Việc lấy nguyên xi trị số taỉ trọng xe 30 tấn, 25 tấn, 20 tấn, 13 10 qui định tiêu chuẩn thiết kế cầu để qui định tải trọng khai thác cắm biển hạn chế tải trọng cầu vừa xây dựng đưa vào khai thác không cần chấm dứt Tương tự, khơng thể tiến hành thử tải đồn xe theo cách thử tải hiểu phiến diện để đưa kết luận thiếu việc cắm biển hạn chế tải trọng cầu bị nghi ngờ xuống cấp hay nhiều người gọi theo cảm tính chủ quan, chưa đủ “cầu yếu” Xin bàn vấn đề cắm biển hạn chế tải trọng loại cầu viết khác  ... lực tập trung mang tính giả định để phục vụ cho cơng tác tính tốn nội lực thiết kế cầu phân tích Trong suốt phần tư kỷ qua, cầu xây dựng tỉnh phía Bắc nước ta tính tốn thiết kế chủ yếu xuất phát