MỤC TIÊU VÀ MỨC ĐỘ ĐỒNG BỘ TẢI TRỌNG CỦA CÁC GIẢI PHÁP

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH CẦU VÀ CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC QLĐB III

2.6. MỤC TIÊU VÀ MỨC ĐỘ ĐỒNG BỘ TẢI TRỌNG CỦA CÁC GIẢI PHÁP

Các giải pháp sửa chữa, gia cường cầu yếu trên các tuyến quốc lộ nhằm mục tiêu đảm bảo đồng bộ tải trọng khai thác thực tế hoặc tháo biển hạn chế tải trọng đặc biệt là trên tuyến QL1. Để xác định mức độ tải trọng cầu trên một tuyến quốc lộ sử dụng các phương pháp đánh giá như sau:

- Đánh giá theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (LRFR) trên cầu đường bộ.

Lần đầu tiên có trong sổ tay AASHTO năm 2003 và được ban hành vào các năm sau chẳng hạn 2011, mới đây nhất là 2013. Đánh giá theo phương pháp này phù hợp với tiêu chuẩn 22TCN 272-05.

- Đánh giá theo ứng suất cho phép - sổ tay AASHTO 1994.

- Đánh giá theo hệ số tải trọng - sổ tay AASHTO 1994.

Về nguyên tắc không ưu tiên cho phương pháp đánh giá nào nghĩa là bất kỳ phương pháp nào cũng có thể dùng để đánh giá tải trọng khai thác của cầu. Ở Việt Nam phù hợp với 22TCN 272-05 nên dùng phương pháp đánh giá theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng. Đánh giá cầu theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng bao gồm 3 nội dung riêng biệt:

- Đánh giá tải trọng thiết kế.

- Đánh giá tải trọng hợp pháp.

- Đánh giá tải trọng cấp phép.

2.6.1. Đánh giá tải trọng thiết kế:

- Đánh giá tải trọng thiết kế là cấp đánh giá đầu tiên dựa vào tải trọng HL93 và các tiêu chuẩn thiết kế LRFR.

- Khi đánh giá dựa vào kích thước, đặc trưng hình học và đặc trưng cơ học theo tình trạng hiện tại.

- Kiểm tra ở trạng thái giới hạn cường độ với:

+ Độ tin cậy ở cấp độ thiết kế Inventory Rating viết tắt là IR, ở cấp độ IR 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 cầu.

- Việc đánh giá cũng xem xét với mọi trạng thái giới hạn sử dụng nếu có thể áp dụng.

- Đánh giá tải trọng thiết kế có thể xem như một quá trình kiểm tra xem các cầu có thể khai thác với các tải trọng hợp pháp.

- Các cầu đạt với kiểm toán hoạt tải thiết kế (hệ số đánh giá RF≥1) ở cấp độ IR (độ tin cậy thiết kế) thì cũng đạt khi đánh giá cho tải trọng thiết kế cấp OR và mọi tải trọng hợp pháp.

2.6.2. Đánh giá tải trọng hợp pháp:

- Đánh giá cấp hai này xem xét đến khả năng chịu tải an toàn riêng lẻ (cho 1 xe với số trục, khoảng cách trục, tải trọng trục sau này gọi tắt là cấu hình cụ thể).

- Trạng thái giới hạn cường độ là trạng thái giới hạn chính được sử dụng để đánh giá.

- Kết quả của đánh giá tải trọng hợp pháp là cơ sở để cắm biển tải trọng và tăng cường cầu.

- Hiện nay theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về báo hiệu đường bộ QCVN 41:2016/BGTVT. Các cầu sẽ cắm biển theo loại biển gồm có 3 xe tải hợp pháp [3], [3- S2] và [3-3]..

2.6.3. Đánh giá tải trọng cấp phép:

- Đây là cấp đánh giá thứ ba chỉ áp dụng cho các cầu có năng lực chịu tải phù

hợp với các tải trọng hợp pháp.

- Đáng giá tải trọng cấp phép là kiểm toán sự an toàn và khả năng của cầu khi xem xét các đơn xin cấp phép qua cầu cho các phương tiện hiện có tải trọng vượt quá giới hạn cho phép đã được thiết lập.

- Khi đánh giá các hệ số tải trọng được điều chỉnh theo loại cấp phép, cũng cần phải chỉ rõ các điều kiện giao thông trên cầu (cấm các xe khác qua cầu, hạn chế tốc độ, ...) để tính toán hiệu ứng do tải trọng gây ra.

2.6.4. Quy trình đánh giá tải trọng:

- 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 (đánh giá cấp thứ nhất).

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

+ Đánh giá tải trọng cấp phép (đánh giá cấp 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.

- Với một tải trọng cụ thể đánh giá tải trọng biểu thị qua hệ số đánh giá (RF).

Trình tự đánh giá:

+ Đánh giá theo tải trọng thiết kế HL93, khi đánh giá theo tải trọng thiết kế được thể hiện qua hệ số đánh giá RF ≥ 1, tức là cầu khai thác được với HL93 thì không cần đánh giá tải trọng hợp pháp vì cầu đã khai thác được với HL93 sẽ khai thác được với tải trọng hợp pháp. Cầu không cần cắm biển hạn chế tải trọng, cho phép tính toán đánh giá với tải trọng cấp phép khi cần thiết. Nếu RF < 1 chuyển sang bước 2.

+ Đánh giá theo tải trọng hợp pháp:

Các cầu trên khắp cả nước sẽ cắm biển theo loại biển gồm có 3 xe tải hợp pháp [3], [3-S2] và [3-3].

Chỉ đánh giá tải trọng hợp pháp khi đánh giá HL93 có hệ số đánh giá RF < 1 ở cấp độ OR.

Nếu đánh giá theo tải trọng hợp pháp có 0,3 ≤ RF < 1 thì phải tính toán cắm biển hạn chế tải trọng.

Nếu đánh giá theo tải trọng hợp pháp có RF < 0,3 thì phải dừng khai thác cầu.

+ Đánh giá theo tải trọng cấp phép: Công việc này chỉ được thực hiện khi đánh giá theo HL93 có RF ≥ 1 hoặc đánh giá theo tải trọng hợp pháp có RF ≥ 1.

- Mọi cầu đã cắm biển hạn chế tải trọng không đánh giá tải trọng cấp phép.

- Trình tự đánh giá được thể hiện trên sơ đồ sau:

Hình 2.20. Sơ đồ đánh giá tải trọng cầu 2.6.5. Công thức chung để đánh giá cầu:

RF C DL LL

  (1)

Trong đó:

C : Khả năng chịu lực của kết cấu cần đánh giá DL : hiệu ứng của tĩnh tải

LL : Hiệu ứng của hoạt tải

Trong đó, RF là tỉ số giữa phần khả năng chịu lực dung cho hoạt tải và hiệu ứng hoạt tải. Như vậy, khi RF ≥1 thì kết cấu an toàn.

Chi tiết công thức (1) có thể được diễn giải:

IM) γ L(1

γ P γ DW

γ DC RF C

L

P DW

DC







  (2)

Với trạng thái giới hạn cường độ:

Với trạng thái giới hạn sử dụng:

Trong đó:

RF = Hệ số đánh giá;

DC = Hệ số tải trọng của tĩnh tải kết cấu;

DW = Hệ số tải trọng của lớp phủ và các tiện ích khác;

P = Hệ số tải trọng của các tải trọng lâu dài khác với tĩnh tải;

L = Hệ số tải trọng của hoạt tải đánh giá;

C = Hệ số điều kiện kết cấu;

S = Hệ số hệ thống;

 = Hệ số sức kháng lấy theo tiêu chuẩn thiết kế LRFD;

C = Khả năng chịu tải;

fR = Ứng suất cho phép lấy theo tiêu chuẩn thiết kế LRFD;

R = Sức kháng danh định của kết cấu;

DC = Nội lực do tĩnh tải phần 1;

DW = Nội lực do tĩnh tải lớp phủ và các tiện ích khác;

P = Nội lực lâu dài khác ngoài tĩnh tải;

L = Nội lực do hoạt tải;

IM = Hệ số xung kích lấy theo LRFR;

- Có ba loại hoạt tải được xem xét đánh giá:

+ Tải trọng thiết kế HL93;

+ Tải trọng để cắm biển: sử dụng 3 xe tải hợp pháp [3], [3-S2] và [3-3];

+ Tải trọng đặc biệt: các xe siêu trường, siêu trọng cần đánh giá đặc biệt.

Trong công thức (1), hệ số RF càng lớn thì khả năng thông xe của cầu càng lớn.

Ví dụ như RF >1 thì không cần cắm biển tải trọng. Trong trường hợp RF<1, RF càng lớn song hành với đó là biển cắm hạn chế tải trọng càng cao. Tăng cường cầu có nghĩa là nâng cao khả năng chịu tải của cầu, cũng có nghĩa là làm tăng hệ số RF. Trong công thức (1), tăng cường cầu được hiểu là là tăng tử số của công thức (1) (C-CW). Như vậy, việc tăng cường cầu sẽ đi vào hai xu hướng:

- Một là, tăng khả năng chịu tải C (tăng khả năng chịu mô men, chịu lực cắt hay ứng suất)

- Hai là, giảm tĩnh tải mà cầu phải chịu, giảm CW (thay thế lan can bằng bê tông bằng lan can bằng thép để giảm tĩnh tải, dùng DƯL ngoài để chịu phần tĩnh tải của kết cấu nhịp thay vì để cho dầm chủ chịu, …)

Vì vậy, sửa chữa gia cường cầu cũ được thực hiện trong những năm vừa qua thực chất để phân ra 2 cấp độ đồng bộ tải trọng:

- Cấp độ 1: Tháo dỡ biển hạn chế tải trọng các cầu đang cắm biển hạn chế tải trọng hoặc đã bị hư hỏng, xuống cấp.

- Cấp độ 2: Nâng tải trọng đồng bộ phù hợp với tải trọng khai thác chung của một

tuyến quốc lộ và khả năng đáp ứng gia cường của các cầu trên tuyến, cắm cùng một biển hạn chế tải trọng trên một tuyến cho 3 loại xe hợp pháp gồm xe [3], [3-S2] và [3- 3] trong QCVN41:2016/BGTVT với cấu hình và tải trọng trục của:

+ Xe [3] tính cho xe thân liền (xe đầu tiên trên biển 505b).

+ Xe [3-S2] tính cho xe sơ mi rơ mooc (xe thứ 2 trên biển 505b).

+ Xe [3-3] tính cho xe rơ mooc (xe thứ 3 trên biển 505b).