Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng

CHƯƠNG 2.CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA CẦU

2.1. Cơ sở pháp lý đánh giá năng lực chịu tải của cầu

2.1.4. Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng

Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng bao gồm ba nội dung:

- Đánh giá tải trọng thiết kế.

- Đánh giá tải trọng hợp pháp.

- Đánh giá tải trọng cấp phép.

Trong phạm vi đề tài chỉ chú trọng đến hai cấp đánh giá tải trọng là đánh giá tải trọng thiết kế và đánh giá tải trọng hợp pháp để đánh giá tải trọng cầu phục vụ cắm biển hạn chế tải trọng cầu theo QCVN41:2016/BGTVT. Khi cần đánh giá tải trọng cấp phép thì thực hiện theo Hướng dẫn đánh giá cầu AASHTO 2014.

2.1.4.1 . Đánh giá tải trọng thiết kế

Theo phương pháp đánh giá cầu theo hệ số tải trọng và sức kháng, tải trọng đánh giá cấp thiết kế là hoạt tải HL93. Tải trọng đánh giá cấp thiết kế được đánh giá ở 02 cấp độ:

- Độ tin cậy ở cấp độ thiết kế Inventory Rating (viết tắt là IR) kết cấu cầu có thể sử dụng cầu an toàn trong tuổi thọ thiết kế.

- Độ tin cậy cấp thấp hơn Operating Rating (viết tắt là OR) là đánh giá với hoạt tải cho phép lớn nhất có thể qua cầu, khi khai thác không giới hạn ở cấp độ OR sẽ làm giảm tuổi thọ của công trình cầu.

Các cầu đạt với kiểm toán hoạt tải thiết kế ở cấp độ IR (hệ số đánh giá RF ≥ 1) thì cũng đạt khi đánh giá cho tải trọng thiết kế cấp OR và mọi tải trọng hợp pháp. Hệ số RF được xác định như sau:

(1 )

−  −   

= DCLL + DW P

C DC DW P

RF IM LL (2.1)

Trong đó:

DC : là hệ số tải trọng của trọng lượng bản thân kết cấu;

DW : là hệ số tải trọng của trọng lượng lớp phủ mặt cầu;

P : là hệ số tải trọng của tải trọng thường xuyên không kể kết cấu;

LL : là hệ số tải trọng của hoạt tải;

DC : là hiệu ứng do tải trọng bản thân kết cấu gây ra;

DW : là hiệu ứng do tải trọng lớp phủ mặt cầu gây ra;

P : là hiệu ứng do tải trọng thường xuyên không phải kết cấu gây ra;

LL : là hiệu ứng do hoạt tải gây ra;

IM : là tải trọng xung kích.

2.1.4.2 . Đánh giá tải trọng hợp pháp

Tải trọng hợp pháp là các xe 3, 3-S2 và 3-3, cụ thể như sau:

- Xe 3 có ba trục, chiều dài cơ sở 5,7m, tải trọng 223kN;

- Xe 3-S2 có 5 trục, chiều dài cơ sở 12,5m, tải trọng 321kN;

- Xe 3-3 có 6 trục, chiều dài cơ sở 16,5m, tải trọng 356kN.

Khi đánh giá tải trọng hợp pháp (xe 3, 3-S2 và 3-3), nếu chiều dài nhịp lớn hơn 24m thì ngoài xe hợp pháp còn có các xe khác trên nhịp, tải trọng của các xe này được thay bằng tải trọng làn lấy là 3kN/m.

Việc đánh giá tải trọng hợp pháp chỉ tiến hành khi hệ số đánh giá tải trọng thiết kế cấp OR nhỏ hơn 1. Khi đó cần phải cắm biển hạn chế tải trọng (biển 505b) theo QVCN 41-2016 [2].

2.1.4.3 . Đánh giá tải trọng cấp phép

Đây là cấp đánh giá tải trọng thứ ba, cấp này chỉ áp dụng cho các cầu không cắm biển hạn chế tải trọng, nghĩa là khi đánh giá tải trọng thiết kế và đánh giá tải trọng hợp pháp có hệ số đánh giá RF ≥ 1. Đánh giá tải trọng cấp phép là kiểm toán sự an toàn và khả năng chịu tải của cầu trong quá trình cấp phép cho các phương tiện có tải trọng vượt quá giới hạn cho phép.

Ở nước ta hiện nay chỉ có xe siêu trường, siêu trọng mới xin cấp phép và giấy phép thường cấp cho một chuyến đi hoặc một số chuyến đi trên những tuyến nhất định.

Căn cứ vào thông số của xe xin cấp phép (lưu lượng xe qua cầu, cấu hình xe, tải trọng trục xe, tải trọng tổng cộng, ...) phải tiến hành tính toán hệ số đánh giá RF, từ đó quyết định có cấp phép hay không. Khi đánh giá cầu theo tải trọng cấp phép cũng cần phải chỉ rõ các điều kiện giao thông lưu thông trên cầu (cấm các xe khác qua cầu, hạn chế tốc độ, ...) phù hợp với mô hình kiểm toán để đảm bảo an toàn và tuổi thọ cho công trình cầu.

2.1.5. Quy trình đánh giá tải trọng theo phương pháp đánh giá hệ số tải trọng và hệ số sức kháng

2.1.5.1 . Trình tự đánh giá

Có 3 quy trình đánh giá tải trọng phù hợp với đánh giá theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng:

- Đánh giá tải trọng thiết kế (cấp đánh giá thiết kế).

- Đánh giá tải trọng hợp pháp (cấp đánh giá thứ hai).

- Đánh giá tải trọng cấp phép (cấp đánh giá thứ ba).

Mỗi quy trình có một tải trọng cụ thể với các hệ số tải trọng được hiệu chỉnh đặc biệt nhằm đảm bảo mức độ tin cậy như nhau và có thể chấp nhận được trong mọi đánh giá và được đánh giá theo trình tự được thể hiện trong hình 2.1

Hình 2.1. Trình tự đánh giá tải trọng hợp pháp 2.1.5.2 . Công thức đánh giá tải trọng

Công thức (2.1) có thể được viết gọn lại như sau:

LL HL LL

DL RF =C− =

(2.2) Trong đó:

RF : là hệ số đánh giá;

C : là khả năng chịu tải của bộ phận đánh giá;

DL : là hiệu ứng của tải trọng thường xuyên;

LL : là hiệu ứng của hoạt tải đánh giá;

HL = C – DL: là khả năng chịu hoạt tải;

Khi RF ≥ 1 tức là khả năng chịu hoạt tải lớn hơn hoặc bằng hiệu ứng của hoạt tải, bộ phận đánh giá khai thác được với hoạt tải đánh giá, trái lại khi RF < 1 bộ phận đánh giá không khai thác được với hoạt tải đánh giá.

Việc đánh giá tải trọng được biểu thị tổng quát như là một hệ số đánh giá đối với một dạng tải trọng động nhất định, sử dụng công thức đánh giá tổng quát.

Theo AASHTO LRFD, quá trình đánh giá được thực hiện tại mỗi trạng thái giới hạn áp dụng và hiệu ứng tải với giá trị nhỏ nhất xác định hệ số đánh giá điều khiển.

Công thức tổng quát sau được sử dụng để xác định mức đánh giá tải trọng của mỗi cấu kiện đối với một hiệu ứng tải trọng riêng lẽ.