Thiết kế cầu và cống ở Trung Quốc dùng qui trình JTG D60-2004 của Bộ GTVT Trung Quốc . Phƣơng pháp thiết kế theo JTG D60 theo TTGH. Hiện vẫn chƣa phát triễn qui trình riêng cho đánh giá cầu. Nghiên cứu của Fu và You [45] sử dụng dữ liệu cân động ở Trung Quốc trong những năm gần đây để để xây dựng mô hình hoạt
tải giao thông và trên cơ sở đó xác định các hệ số tải trọng cho t nh tải và hoạt tải cho đánh giá các cầu ở Trung Quốc theo phƣơng pháp phân tích độ tin cậy. Chỉ số độ tin cậy mục tiêu Fu kiến nghị dùng cho Trung Quốc là 3.6 so với chỉ số độ tin cậy mục tiêu 4.1 trong tiêu chuẩn thiết kế cầu.
1.3.4.Ở Vi t Nam
Tiêu chuẩn hiện hành cho công tác kiểm định, đánh giá kết cấu cầu ở Việt Nam hiện nay là 22TCN 243-98 ”Qui trình kiểm định cầu trên đƣờng ô tô” [3]. Phƣơng pháp đánh giá kết cấu cầu là kiểm toán dựa trên các công thức của qui trình thiết kế cầu 22TCN 18-79 [1]. Một thời gian dài các cầu cũ ở Việt Nam đã đƣợc kiểm định, đánh giá theo tiêu chuẩn này, kết quả kiểm toán theo các đoàn xe tiêu chuẩn H30, XB80 ho c xe cấp phép. Dựa trên kết quả kiểm toán đơn vị kiểm định, đơn vị quản lý cầu tiến hành cắm biển giới hạn tải trọng mà kết quảt thƣờng là biển có giới hạn tải trọng nhỏ hơn 30T, điều này gây nhiều bất cập với qui định về tải trọng lƣu hành trên đƣờng bộ và bức xúc cho giới vận tải.
Từ khi qui trình 22TCN 272-05 có hiệu lực năm 2005, nhiều cầu mới đƣợc thiết kế theo tiêu chuẩn này với phƣơng pháp thiết kế LRFD (AASHTO LRFD-1998). Tuy nhiên hiện nay vẫn chƣa có nghiên cứu ban hành tiêu chuẩn đánh giá cầu phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế LRFD.
Hiện tại có một số đơn vị tƣ vấn vận dụng phƣơng pháp đánh giá cầu LRFR của Hoa Kỳ để đánh giá và cắm biển theo Qui chuẩn Báo hiệu đƣờng bộ mới (QCVN 41:2012/BGTVT). Tuy nhiên, nhiều vấn đề cần nghiên cứu hiệu chỉnh cho phù hợp với điều kiện Việt Nam nhƣ điều kiện về tải trọng, sự không chắc chắn về sức kháng kết cấu trong điều kiện Việt Nam và nghiên cứu đề xuất các mô hình tải trọng hợp pháp cho đánh giá và cắm biển cầu phù hợp với hệ thống Luật liên quan ở Việt Nam.
Phƣơng pháp thử tải cầu hiện nay ở Việt nam thực hiện theo tiêu chuẩn thử nghiệm cầu 22TCN 170-87. Cƣờng độ tải thử từ không nhỏ hơn 80% hoạt tải tiêu chuẩn nhân với xung kích. Sơ đồ tải trọng thử cầu giống với sơ đồ hoạt tải trong thiết kế. Nhiệm vụ cơ bản của thử tải là nhằm so sánh sự làm việc thực tế của công trình sơ với những giả thiết đề ra trong tính toán để đánh giá sự làm việc tổng thể của công trình và khả năng thông qua của tải trọng. Tiêu chuẩn 22TCN 170-87 chƣa có hƣớng
dẫn cụ thể đánh giá cầu xác định khả năng chịu hoạt tải của cầu dựa trên các kết quả thử nghiệm.
1.4.Hình thức và nội dung biển giới hạn tải trọng cầu đường bộ
1.4.1. ui đị c i c t i tr c u c ỳ
Ở Hoa Kỳ, các cầu yếu không đáp ứng đƣợc tải trọng quy định đối với xe hợp pháp (legal vehicles) thì phải đ t biển báo hạn chế tải trọng đối với ba loại xe tiêu chuẩn nhƣ sau:
Xe tải đơn;
Xe tải kéo theo sơmi-rơmoóc;
Xe tải kéo theo rơmoóc.
Giá trị hạn chế tải trọng đối với từng loại xe đƣợc quyết định trên cơ sở kết quả kiểm tra, đánh giá (kiểm định) từng cầu. Biển báo sẽ đƣợc lắp đ t trƣớc cầu ở cả hai phía và cũng đƣợc cảnh báo ở các điểm đầu tuyến. Một số Bang còn dùng loại biển báo giới hạn trọng lƣợng xe theo số trục xe. Một số ví dụ nhƣ Hình 1-3.
Hình 1-3: Hình thức biển báo giới hạn tải trọng ở Hoa Kỳ
1.4.2. ui đị c i c t i tr một số ước châu Âu.
Tƣơng tự Mỹ, ở châu Âu ngoài các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu mới thì cũng có các tiêu chuẩn cho đánh giá kết cấu cũ nhƣ: “Assessment of Existing Steel Structures: Recommendations for Estimation of Remaining Fatigue Life- European Communities, 2008 ”
Việc quyết định cắm biển, nội dung biển cắm dựa vào kết quả đánh giá cầu cụ thể. Hình thức biển báo cho cầu theo hƣớng dẫn tiêu chuẩn qui tắc báo hiệu đƣờng bộ của từng nƣớc thuộc liên minh châu Âu có khác nhau đôi chút. Một số mẫu biển báo liên quan đến tổ chức khai thác công trình cầu ở Anh Quốc ở Bảng 1-1.
Bảng 1-1: Hình thức một số biển báo liên quan đến tổ chức khai thác cầu ở Anh,
Hình biển báo ô tả
Giới hạn tổng tải trọng xe
Giới hạn tổng tải trọng xe cho cầu yếu
1.4.3. ui đị c i c t i tr c u c i t N
Ở việt Nam trong một thời gian dài cho đến khi Qui chuẩn Quốc gia về báo hiệu đƣờng bộ QCVN 41 : 2012/BGTVT có hiệu lực từ ngày 1/1/2013 dùng điều lệ báo hiệu giao thông đƣờng bộ 22TCN 273-01. Theo 22TCN 273-01 có hai loại biển liên quan đến giới hạn tải trọng lƣu thông trên đƣờng bộ là biển số 115- giới hạn tổng tải trọng xe và biển số 116- giới hạn trọng lƣợng trục xe. Việc cắm biển giới hạn tải trọng cầu căn cứ vào kết quả kiểm định và tính toán của đơn vị kiểm định đề xuất.
Hiện nay vẫn còn rất nhiều cây cầu cũ sử dụng loại biển 115 với giá trị hạn chế thƣờng nhỏ hơn 30 tấn gây khó khăn cho việc lƣu thông các loại xe đầu kéo sơmi- rơmooc và xe đầu kéo+rơ mooc với tải trọng cho phép lƣu hành theo thông tƣ 06/VBHN-BGTVT/2014 lên đến 48 tấn. Tình trạng này gây nhiều bức xúc, tranh cãi cho giới vận tải trong thời gian qua.
Qui chuẩn Quốc gia về báo hiệu đƣờng bộ QCVN 41 : 2012/BGTVT bổ sung thêm biển số 505(b) cho phép hạn chế tải trọng xe qua cầu theo loại xe và biển số 505(c) hạn chế tải trọng trục xe theo loại trục đơn, trục kép hay trục 3.
Vấn đề đánh giá tải trọng cầu và xác định tải trọng cho phép khai thác để cắm biển hạn chế tải trọng liên quan đến tải trọng thiết kế, tải trọng lƣu hành thực tế, qui định pháp luật về giới hạn tải trọng, dữ liệu kiểm soát đo đạc tải trọng thực tế,... cần đƣợc nghiên cứu một cách đồng bộ cho điều kiện giao thông của từng Quốc gia. Hiện tại ở Việt Nam chƣa có những nghiên cứu hệ thống đầy đủ cho các vấn đề nêu trên.
Bảng 1-2: Các loại biển báo điều khiển giao thông qua cầu theo QCVN 41 : 2012/BGTVT.
Hình thức biển báo ô tả ý nghĩa biển
Biển số 115 Hạn chế trọng lƣợng xe (cả xe và hàng trên xe) Biển số 116 Hạn chế trọng lƣợng trên trục Biển số 126 Cấm ôtô tải vƣợt
Biển số 505b đƣợc đ t bên dƣới biển báo số 106a “Cấm ôtô tải” để chỉ các loại xe tải chịu hiệu lực của biển báo và trọng lƣợng lớn nhất cho phép (bao gồm trọng lƣợng xe và hàng) tƣơng ứng với mỗi loại xe không phụ thuộc vào số lƣợng trục.
Hình 1-4: Ví dụ cắm biển tải trọng cầu thực tế tại Việt nam.
1.5. iểm soát tải trọng lưu hành trên đường bộ
1.5.1.Hoa kỳ và châu Âu.
Việc lƣu hành các loại xe không hợp pháp (quá khổ, quá tải) ở Hoa Kỳ đều phải thực hiện thủ tục cấp phép (permit) đƣợc qui định bởi chính quyền các Bang. Các sở giao thông cấp Bang đều có bộ phận quản lý cấp phép cho các xe qua khổ, quá tải và có cổng thông tin qua website ho c điện thoại để tƣơng tác với khách hàng (ngƣời xin cấp phép) khá thuận tiện. Cổng thông tin website liên quan đến cấp phép lƣu thông
Biển số 505(b)
Biển số 505(c)
Biển số 505c đƣợc đ t bên dƣới biển báo số 106a “Cấm ôtô tải” để chỉ các loại xe tải có tải trọng trục lớn nhất cho phép tƣơng ứng với mỗi loại trục (trục đơn, trục kép, trục ba).
chứa nhiều tài liệu, hƣớng dẫn, biểu mẫu cần thiết cho khách hàng thực hiện các thủ tục kê khai để đƣợc cấp phép. Một số Bang còn có hệ thống cấp phép tự động qua Internet nhƣ bang Califonia. Đã có những nghiên cứu qui mô và xuất bản các tài liệu tiêu chuẩn cho vấn đề cấp phép lƣu thông các loại xe quá khổ quá tải nhƣ tài liệu [34].
Các cơ quan quản lý giao thông có bộ phận chuyên trách thực thi chính sách về quản lý xe quá khổ, quá tải. Sử dụng các biện pháp dựa trên nền tảng công nghệ cân động và video (WIM+VID) và cân t nh để thực thi chính sách quản lý xe quá khổ quá tải lƣu thông trên đƣờng bộ.
Hình 1-5: Sơ đồ và cận cảnh hệ thống
WIM+VID ở Hà Lan [42] Hình 1-6: Cân t nh di động ở slovenia [42.]
Mức phạt tiền vi phạm quá tải ở Hoa kỳ thay đổi theo từng Bang từ 0.01$ đến 0.75$ cho 1 pound vƣợt tải. Giá trị trung bình là 0.2$/ 1pound vƣợt tải [33] qui ra mức phạt trung bình cho một tấn vƣợt tải là 1000*0.2*21000đ/0.453=9.271.250 đ.
1.5.2.Vi t Nam.
Ở Việt nam kiểm soát tải trọng lƣu hành hiện nay theo thông tƣ 06/VBHN- BGTVT ngày 07/02/2014 về ” quy định về tải trọng, khổ giới hạn của đƣờng bộ; công bố tải trọng, khổ giới hạn của quốc lộ; lƣu hành xe quá tải trọng, xe quá khổ giới hạn, xe bánh xích trên đƣờng bộ; vận chuyển hàng siêu trƣờng, siêu trọng và giới hạn xếp hàng hóa trên phƣơng tiện giao thông đƣờng bộ khi tham gia giao thông trên đƣờng bộ”.
Hiện nay Bộ giao thông Vận Tải và các cơ quan liên quan đã thực hiện nhiều chính sách kiên quyết kiểm soát tải trọng lƣu hành trên đƣờng bộ nhƣ: Trang bị các hệ thống cân xe di động cho các địa phƣơng kể kiểm tra tải trọng xe lƣu hành; Thực hiện
đề án tổng thể kiểm soát tải trọng xe trên đƣờng bộ; Quy hoạch tổng thể Trạm kiểm tra tải trọng xe trên đƣờng bộ đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030.
Mục tiêu chính của đề án kiểm soát tải trọng xe trên đƣờng bộ là : Từng bƣớc hình thành hệ thống, mạng lƣới kiểm soát tải trọng, khổ giới hạn xe trên đƣờng bộ nhằm nâng cao hiệu lực, hiệu quả quản lý nhà nƣớc về giao thông đƣờng bộ, ngăn ch n các hành vi vi phạm quy định về tải trọng, khổ giới hạn của đƣờng bộ, góp phần bảo vệ và duy trì tuổi thọ của công trình đƣờng bộ; thiết lập trật tự kỷ cƣơng trong hoạt động vận tải đƣờng bộ, hạn chế xảy ra tai nạn giao thông trên đƣờng bộ.
Theo qui chuẩn kỹ thuật Quốc gia về trạm kiểm tra tải trọng xe thì trạm cần đầu tƣ đồng bộ thiết bị hiện đại để giảm tối đa sự can thiệp của con ngƣời và quá trình cân kiểm tra tải trọng. Từ đây đến năm 2030 sẽ đầu tƣ thêm 45 trạm cân hiện đại theo qui chuẩn QCVN 66:2013/BGTVT trên các tuyến đƣờng giao thông quan trọng sẽ hứa hẹn kiểm soát tốt tình trạng xe quá tải, quá khổ lƣu thông nhiều gây hƣ hỏng hạ tầng giao thông và mất an toàn giao thông.
Hình 1-7: Trạm cân Dầu Giây, tỉnh Đồng Nai.
Hình 1-8: Kiểm tra xe quá tải bằng cân lƣu động ở TP. Hồ Chí Minh
Qui định mức phạt tiền lƣu hành xe quá tải trọng theo 171/2013/NĐ- CP ban hành ngày 13/11/2013của Chính phủ nhƣ sau:
- Từ 2.000.000 đ đến 3.000.000 đ với mức quá tải (tổng tải xe hoặc tải trục) từ
10%-20% so với khả năng chịu tải của cầu và đường.
- Từ 3.000.000 đ đến 5.000.000 đ với mức quá tải từ 20%-50%
Bảng 1-1: Phân tích mức phạt quá tải theo qui định Việt Nam và Hoa Kỳ.
Theo kết quả phân tích mức phạt lƣu hành xe quá tải giữa Việt Nam và Hoa Kỳ, cho thấy mức phạt của Việt Nam khá thấp chỉ bằng từ 2% đến 11% so với mức phạt lƣu hành xe quá tải ở Hoa Kỳ. Mức phạt quá tải thấp nên chƣa đủ tính răn đe để hạn chế lƣu hành quá tải làm cho hạ tầng đƣờng bộ xuống cấp nhanh chóng và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn giao thông.
1.6.Phân tích các công trình nghiên cứu liên quan ở nước ngoài
Mục đích của việc đánh giá và xác định tải trọng khai thác cho phép của cầu phục vụ cho việc quản lý khai thác cầu cũng nhƣ cắm biển giới hạn tải trọng nhằm đảm bảo cho việc giao thông qua cầu hiện tại đƣợc an toàn trong phạm vi tuổi thọ còn lại theo thiết kế ho c theo dự định trong đó có xem xét đến yếu tố kinh tế vận tải và đôi khi có xem xét đến cả yếu tố xã hội. Bài toán đánh giá sự an toàn của một cây cầu hiện hữu tƣơng ứng với các tác động tải trọng giao thông hiện tại, tƣơng lai và các tác động khác (tải trọng môi trƣờng,...) là bài toán phức tạp, nó liên quan đến nhiều yêu tố nhƣ khả năng chịu tải hiện tại của cầu, hiệu ứng của các tác động (tải trọng) lên cầu, trong đó cần xét đến các yếu tố nhƣ sự suy thoái của vật liệu, kết cấu theo thời gian; sự thay đổi của tải trọng giao thông, điều kiện khai thác duy tu công trình, chính sách quản lý các loại phƣơng tiện giao thông, sự phát triển kinh tế của các khu vực hấp dẫn xung quanh cầu,....
Có rất nhiều yếu tố trong bài toán đánh giá cầu hiện hữu có tính không chắc chắn và biến đổi theo thời gian, nên để giải bài toán trên cần đến công cụ nhƣ lý thuyết xác suất thống kê, lý thuyết tập mờ và độ tin cậy. Cũng có nhiều nghiên cứu cho mục đích đánh giá cầu và các nghiên cứu liên quan đã đƣợc thực hiện và vẫn còn tiếp tục nghiên cứu do tính chất phức tạp của bài toán.
Việc áp dụng tải trọng giao thông là vấn đề khá quan trọng trong tính toán độ an toàn cầu đã thu nhận đƣợc sự quan tâm đáng kể (Kulichi,2007). Trên cơ sở mô
Vƣợt tải 15%
Vƣợt tải 35%
Vƣợt tải
100% Vƣợt tải 15% Vƣợt tải 35% Vƣợt tải 100% Xe thân liền 2 trục 16 2,500,000 4,000,000 6,000,000 22,251,000 51,919,000 148,340,000 Xe thân liền 3 trục 24 2,500,000 4,000,000 6,000,000 33,376,500 77,878,500 222,510,000 Xe thân liền 4 trục 30 2,500,000 4,000,000 6,000,000 41,720,625 97,348,125 278,137,500 Xe thân liền >=5 trục 34 2,500,000 4,000,000 6,000,000 47,283,375 110,327,875 315,222,500 Mức phạt vƣợt tải theo Việt Nam (đồng)
Tải trọng lớn nhất cho phép
(tấn)
Mức phạt hoạt tải theo Hoa Kỳ (đồng) Loại xe
phỏng tải trọng giao thông từ dữ liệu các xe tải đã đo đƣợc qua khảo sát cân xe, Ghons và Moes (1986) đã đề xuất công thức tính giá trị momen trung bình lớn nhất cho các nhịp giản đơn trong 50 năm theo công thức:
(1-1) trong đó: a là giá trị tiền định phụ thuộc cấu hình xe tải tiêu chuẩn và chiều dài trong đó: a là giá trị tiền định phụ thuộc cấu hình xe tải tiêu chuẩn và chiều dài nhịp; m là biến ngẫu nhiên liên quan đến sự thay đổi hiệu ứng lực của các xe tải ngẫu nhiên và xe tải tiêu chuẩn, nó là hàm phụ thuộc chiều dài nhịp và cấu hình xe tải tiêu chuẩn; H liên quan đến các biến cố quá tải do nhiều xe trên cầu, H là hàm của lƣu lƣợng giao thông và chiều dài nhịp; W95 là giá trị đ c trƣng của tổng tải trọng xe 95% tìm đƣợc từ phân tích dữ liệu cân xe hiện trƣờng. Nghiên cứu này chỉ xét cho hai loại xe tải đ c trƣng là xe thân liền hai trục và xe bán đầu kéo-rơmooc.
Một phƣơng pháp khác đƣợc đề xuất bởi Moses (2001) cho xác định hệ số tải trọng hoạt tải khi đánh giá cầu một làn xe bằng cách chiết giảm từ giá trị tiêu chuẩn 1.8 căn cứ dữ liệu cân động WIM.
>1.3 (1-2)
trong đó: W*20 là trọng lƣợng xe tải tính bằng tấn 20% phía trên của tập mẫu