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 trọng lƣợng các xe tải; σ20 là độ lệch chuẩn 20% phía trên mẫu các xe tải; t(ADTT)phụ thuọc lƣu lƣợng trung bình xe tải ngày (ADTT) từ 4.0 với 100 xe/ngày tới 4.9 với 5000 xe/ngày.
Báo cáo số 368 của chƣơng trình nghiên cứu đƣờng bộ Quốc gia Hoa kỳ (NCHRP Report 368, Nowak 1999) về hiệu chuẩn tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO LRFD [35] đã phát triển mô hình hoạt tải dựa trên dữ liệu khảo sát giao thông của Bộ giao thông bang Ontario-Canađa năm 1975 và mô hình sức kháng cũng nhƣ nhiều dữ liệu thống kê về tải trọng, sức kháng cho phân tích và đánh giá độ tin cậy cầu.
Mô hình thống kê cho hiệu ứng hoạt tải có một số giới hạn là dựa trên thống kê số xe tải nhất định (thậm chí là 10000 xe tải) nhƣng cũng rất là nhỏ so với số xe tải n ng có thể qua cầu trong tuổi thọ thiết kế (75 năm) chƣa kể đến các xe tải n ng tránh trạm cân. Hiệu ứng lớn nhất do hoạt tải trong khoảng thời gian dài đƣợc tính toán ngoại suy từ dữ liệu khảo sát xe tải n ng hiện có. Giả định giới hạn tải trọng hợp phápvà lƣu lƣợng xe trong tƣơng tai giống ở hiện tại giống nhƣ các giả định khi phát triển tiêu chuẩn thiết kế cầu bang Ontario. Nghiên cứu ngày sử dụng số liệu 10.000 xe
tải n ng tính cho hai tuần, qua các nhịp giản đơn và hai nhịp bằng nhau; chiều dài nhịp trong khoảng (30ft-200 ft). Kết quả nghiên cứu này đã đƣa ra mô hình tải trọng thiết kế HL93 thay cho mô hình tải trọng cũ HS20. Mô hình hoạt tải thiết kế HL93 đƣợc dùng trong tiêu chuẩn thiết kế cầu LRFD hiện tại (2010) của Hoa Kỳ và 22TCN 272- 05 của Việt Nam .
Các mô hình hoạt tải thiết kế cho các kết cấu nhịp dài từ 200ft-5000ft (61m- 152m) cũng đã đƣợc nghiên cứu và phát triển dựa trên 3 mô hình xe tải 5 trục, xe tải hợp phápvà mô phỏng dòng giao thông từ dữ liệu WIM (Marta Lutomirska,2009) [ 37]. Một số kết quả của luận án này nhƣ sau: Giá trị trung bình của tải phân bố cho các nhịp lớn khoảng 0.5-0.75 kf/ft; các nhịp lớn tải trọng phân bố giảm gần giá trị trung bình hơn, hệ số biến thiên tải trọng (bias factor) của các trạm WIM nghiên cứu không vƣợt quá 1.25 tƣơng tự các nhịp ngắn hơn trong báo cáo NCHRP 368 (Nowak,1999).
Giá trị hệ số xung kích tải trọng 0.33 là quá cao trong các nhịp dài. Tuy nhiên nghiên cứu này cũng chỉ mô phỏng trên chiều dài mang tải giả định để xác định tải trọng rải đều tƣơng đƣơng chứ chƣa xét cụ thể cho các dạng cầu nhịp lớn có các hiệu ứng lực trong các bộ phận phụ thuộc nhiều tham số mô hình tải trọng và sơ đồ hình học hệ thống.
Hầu hết các qui trình thiết kế kết cấu của các nƣớc phát triển hiện nay đều chuyển sang định dạng LRFD (Load and resistance factor Design) trong đó các hệ số cho sức kháng và cho các loại tải trọng đƣợc hiệu chỉnh để độ tin cậy đạt đến độ tin cậy mục tiêu và đồng đều cho các cấu kiện và các TTGH. Độ tin cậy mục tiêu cho thiết kế thƣờng chọn khoảng 3.5, trong khi đó độ tin cậy mục tiêu cho bài toán đánh giá kết cấu hiện hữu chọn khoảng 2.5. Phƣơng trình cơ bản của phƣơng pháp hệ số sức kháng và hệ số tải trọng (các hệ số riêng phần) nhƣ sau (ISO 2394:2012):
(
)
(1-3)Trong đó fki là cƣờng độ đ c trƣng (danh định) của vật liệu thứ i, mi là hệ số riêng phần vật liệu thứ i, Fki là giá trị đại diện cho tải trọng thứ i, fi là hệ số riêng phần cho tải trọng thứ i.
Với mỗi tập hợp các hệ số riêng phần (m1, m2,.. f1, f2) đại điện cho các phần tử kết cấu đƣợc thiết kế. Mỗi phần tử kết cấu sẽ có độ tin cậy lớn hơn ho c nhỏ hơn độ tin cậy mục tiêu βt. Sử dụng chỉ số độ tin cậy β và độ lệch tổng hợp D
∑
(
)
(1-4) Trong đó βk là độ tin cậy phần tử k khi thiết kế dùng hệ số (m1, m2,.. f1, f2), βt là giá trị độ tin cậy mục tiêu của β. Sử dụng tập hợp các hệ số (mi,fi) làm cho D là cực tiểu.Trong tiêu chuẩn ISO 13822:2010 về cơ sở cho thiết kế và đánh giá kết cấu cũng xác định rõ phƣơng pháp đánh giá kết cấu hiện hữu cần thực hiện theo phƣơng pháp phân tích xác suất thông qua độ tin cậy β. Khi đánh giá kết cấu cũ cần dựa trên các dữ liệu kiểm định kết cấu và thử tải nếu cần. Phƣơng pháp cập nhật phân tích độ tin cậy dựa trên kết quả thử tải cũng đƣợc giới thiệu.
Để đơn giản hóa cho tính toán thiết kế và đánh giá kết cấu cũ các nƣớc thƣờng dựa trên các dữ liệu thống kế đã thu thập đƣợc về sức kháng vật liệu và tải trọng từ thí nghiệm, quan trắc ho c mô phỏng thống kê sau đó hiệu chuẩn để xác định các hệ số sức kháng, hệ số tải trọng đƣa vào cho từng tổ hợp tải trọng từng trạng thái giới hạn để tránh sự phân tích xác suất phức tạp cho các kỹ sƣ thực hành, phƣơng pháp này còn gọi là phƣơng pháp bán xác suất. Định dạng các tiêu chuẩn thiết kế và đánh giá kết cấu hiện nay thƣờng theo kiểu này.
Để đánh giá mỏi cầu thép, sử dụng xe tải mỏi đại diện cho các xe tải sử sử dụng. Trọng lƣợng xe tải có hiệu cho đánh giá mỏi có thể tính toán từ dữ liệu cân động WIM theo công thức W=√∑ với fi là phần trọng lƣợng của khoảng thứ i và Wi là chiều rộng ở giữa khoảng i.
Từ dữ liệu cân động Quốc gia, Moes và đồng nghiệp (1987) đã xác định trọng lƣợng trung bình xe tải mỏi là 54 kip.
-Với bản m t cầu, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tải trọng trục có ảnh hƣởng lớn đến sự hƣ hỏng bản hơn là trọng lƣợng xe nguyên (Batchelor et al., 1978, Kostem et al., 1978, and James et al. 1988).
- Để chẩn đoán sự hƣ hỏng do mỏi cầu dầm BTDUL Overman et al. (1984) đã đề xuất công thức sau:
Log N= 11.0 – 3.5 Log Sr (1-5)
trong đó: N là tuổi thọ mỏi theo số vòng l p; Sr là khoảng ứng suất trong cáp DUL bằng US max-US min (ksi).
Tiêu chuẩn thiết kế mỏi cầu thép đã đƣợc phát triển từ những năm 1970
(Fisher và cộng sự 1970, Fisher và cộng sự 1974), là kết quả nghiên cứu của NHCRP
tại đại học Lehigh. Năm 1990 AASHTO ban hành tiêu chuẩn thiết kế mỏi cầu thép từ
kết quả nghiên cứu NHCRP -299 (Moses và cộng sự, 1987). Hiệu ứng tải trọng l p
đến tuổi thọ mỏi cầu đƣợc diễn tả bằng tuổi thọ còn lại. Điều này có ngh a sự vƣợt ứng
suất mỏi cho phép làm giảm tuổi thọ còn lại chứ không phải làm hƣ cầu ngay tức khắc.
1.7.Phân tích các công trình nghiên cứu liên quan ở Việt Nam.
Một số nghiên cứu ở Việt Nam liên quan đến vấn đề đánh giá cầu cũ cũng đã đƣợc thực hiện. Trong luận án “Nghiên cứu tác động của xe tải n ng đến các bộ phận kết cấu nhịp cầu và xác lập chế độ khai thác thích hợp cho hệ thống khai thác cầu đƣờng bộ” của tác giả Trịnh Văn Toàn năm 2009 [5] đã nghiên cứu một số vấn đề sau: Tổng quan về hệ thống cầu đƣờng bộ Việt nam; Hiện trạng hƣ hỏng các bộ phận kết cấu nhịp các cầu trên Quốc lộ 1; Thực trang quá tải trên các tuyến Quốc lộ trên cơ sở thu thập phân tích các dữ liệu đếm xe của các trạm cân t nh năm 1997-1998; Phân tích
