Khi tiến hành đánh giá tải trọng theo phương pháp ứng suất cho phép, lấy
A1 = 1,0 và A2 = 1,0 trong phương trình đánh giá chung (2.34).
Khả năng chịu tải (C) phụ thuộc vào mức đánh giá mong muốn, trong đó dùng giá trị “C” cao hơn đối với mức Khai thác.
2.5.3.3. Đánh giá theo phương pháp hệ số tải trọng (LFR):
Đối với phương pháp hệ số tải trọng, A1 =1,3 còn A2 thay đổi tùy theo mức đánh giá dự kiến. Đối với mức Kiểm kê, A2 = 2,17 và đối với mức Khai thác
Khả năng chịu tải danh nghĩa (C) là giống nhau bất kể mức đánh giá dự kiến.
2.5.4. Tình trạng của các bộ phận cầu :
Cần xem xét tình trạng và mức độ xuống cấp của các cấu kiện kết cấu cầu trong việc tính toán nội lực do tĩnh tải và hoạt tải nếu ta chọn phương pháp đánh giá theo ứng suất. Việc xem xét này cũng cần thiết cho việc tính toán khả năng chịu tải nếu ta dùng mômen hoặc lực trong phương trình đánh giá cơ bản.
Việc đánh giá năng lực chịu tải của một cầu cũ phải dựa vào kết quả khảo sát hiện trường kỹ lưỡng gần đây nhất. Mọi đặc điểm vật lý của cầu có ảnh hưởng đến tình trạng nguyên vẹn của nó cần được kiểm trạ Cần chú ý mọi tiết diện bị hư hỏng hoặc xuống cấp và thu thập đầy đủ các dữ liệu về các khu vực này để đánh giá chính xác tác động của chúng trong phép phân tích. ở nơi thép bị gỉ nặng hay bê tông bị hỏng, cần xác định sự mất mát của tiết diện càng chính xác càng tốt. Kiểm tra xem có tồn tại các chỗ lõm, khía sâu hay các khuyết tật khác không vì chúng có thể tạo ra các khu vực tập trung ứng suất trong bất cứ cấu kiện nàọ Nếu có các khuyết tật đó, phải giảm năng lực chịu tải xuống thấp hơn so với bình thường, hoặc phải tiến hành công tác sửa chữa cần thiết.
2.5.5.Các tải trọng
Trong phần này giới thiệu về các tải trọng dùng trong việc xác định các hiệu ứng tải trọng trong phương trình đánh giá cơ bản.
2.5.5.1. Tĩnh tải (D)
Hiệu ứng của tĩnh tải trong kết cấu phải được tính toán phù hợp với tình trạng hiện tại ở thời điểm phân tích. Trọng lượng đơn vị nhỏ nhất của vật liệu cần dùng trong tính toán ứng suất do tĩnh tải cần phải phù hợp với Quy trình thiết kế AASHTỌ
Đối với những cấu kiện tổ hợp, cần phải xác định rõ phần tĩnh tải tác dụng lên tiết diện không tổ hợp và phần tĩnh tải tác dụng lên tiết diện tổ hợp.
Khi xác định trọng lượng của mặt cầu bê tông cần chú ý cẩn thận vì đã phát hiện sự thay đổi khá lớn về độ dày của bản mặt cầu, đặc biệt trên các cầu xây dựng trước năm 1965.
Giá trị danh định của tĩnh tải phải dựa trên kích thước thể hiện trên bản vẽ có xét đến các dung sai xây dựng bình thường.
Chiều dày lớp phủ gần đúng cần được đo đạc tại thời điểm kiểm trạ
2.5.5.2. Hoạt tải đánh giá
Hoạt tải được sử dụng trong phương trình đánh giá cơ bản phải là xe tải HS20 hoặc tải trọng làn xe như định nghĩa trong Quy trình thiết kế AASHTO và thể hiện trên Hình 2.4
2.5.5.3. Tải trọng bánh xe (Mặt cầu)
Nói chung, ứng suất trong bản mặt cầu sẽ không kiểm soát việc đánh giá phân cấp tải trọng trừ những trường hợp đặc biệt. Việc tính toán mômen uốn trong bản mặt cầu phải phù hợp với Quy trình thiết kế AASHTỌ Tải trọng bánh xe cũng phải phù hợp với Quy trình thiết kế AASHTO hiện hành.
2.5.5.4. Tải trọng xe tải
Hoạt tải hay tải trọng di động cần tác dụng lên mặt cầu để quyết định việc đánh giá phân cấp phải là tải trọng “HS” AASHTO tiêu chuẩn.
Số làn xe được chất tải, và việc bố trí ngang của các vệt bánh xe cần phải tuân thủ Quy trình thiết kế AASHTO hiện hành và quy định sau đây:
v Lòng đường có bề rộng từ 5,5- 6,0 m phải có hai làn thiết kế, mỗi làn bằng một nửa bề rộng của đường. Hoạt tải phải đặt vào giữa những làn nàỵ
v Bề rộng lòng đường nhỏ hơn 5,5 mét chỉ được lưu thông một làn xẹ
Có thể xem xét sử dụng số làn xe ít hơn như đã quy định bởi AASHTO nếu các điều kiện của dòng giao thông và lưu lượng xe có thể đảm bảo điều
đó.
2.5.5.5. Tải trọng làn xe
Cơ quan quản lý cầu có thể sử dụng tải trọng làn HS AASHTO tiêu chuẩn cho mọi chiều dài nhịp nếu nó có thể gây ra hiệu ứng tải trọng lớn hơn hiệu ứng mà xe tải HS tiêu chuẩn AASHTO gây rạ
2.5.5.6. Tải trọng đường bộ hành
Tải trọng đường bộ hành dùng trong các tính toán để đánh giá phân cấp khả năng chịu tải an toàn phải là tải trọng dự kiến lớn nhất có thể. Do có những khác biệt theo vị trí, việc xác định tải trọng để sử dụng sẽ đòi hỏi sự xem xét kỹ thuật, nhưng trong mọi trường hợp không được vượt quá giá trị quy định trong Quy trình thiết kế AASHTỌ Cần xem xét mức đánh giá Khai thác nếu xe tải chất đầy và hoạt tải trên đưòng bộ hành tác dụng một cách đồng thời trên cầụ
35 kN 145 kN 145 kN
4300 mm 4300 mm tới 900mm
600 mm nói chung
300mm mút thừa của mặt cầu
Làn thiết kế 3600 mm
Hình 2.4 Xe tải HS tiêu chuẩn
TảI PHÂN Bố 953,3 kg TRÊN MéT DàI CủA LàN XE
8,16 T CHO MÔMEN 11,79 T CHO LựC CắT Tải tập trung
Hình 2.5 Tải trọng xe HS 22-44
Trong đó
W = Trọng lượng tổ hợp trên hai trục trước giống như đối với xe tải HS tương ứng
V = Khoảng cách thay đổi - từ 4,3 mét đến 9,1 mét. Khoảng cách nào tạo ra ứng suất lớn nhất sẽ được dùng.
2.5.5.7. Phân bố tải trọng
Những phần hoạt tải truyền xuống một chi tiết đơn cần được lựa chọn theo Quy trình thiết kế AASHTO hiện hành. Những giá trị hoạt tải này thể hiện một tổ hợp khả dĩ của những trường hợp khác nhaụ Lựa chọn này cho phép thay thế các giá trị đo đạc tại hiện trường, các giá trị tính toán bằng cơ học kết cấu, hoặc các giá trị nhận được từ các phương pháp phân tích kết cấu tiên tiến dựa trên các tính chất của kết cấu hiện tạị Tải trọng cần đặt ở những vị trí tạo ra đáp ứng lớn nhất trong bộ phận đang được đánh giá.
2.5.5.8. Xung kích (I)
Lực xung kích phải được cộng vào hoạt tải dùng để đánh giá phân cấp tải trọng theo Quy trình thiết kế AASHTO hiện hành. Tuy nhiên, giá trị xung kích của quy trình cũng có thể giảm bớt nếu các điều kiện về hình dáng cầu, cắm biển hạn chế tốc độ, và các tình huống tương tự đòi hỏi một xe phải giảm đáng kể tốc độ khi đi qua cầụ
2.5.5.9. Độ võng
Các giới hạn về độ võng do hoạt tải không cần phải xét đến khi đánh giá phân cấp tải trọng trừ những trường hợp đặc biệt.
2.5.5.10. Tải trọng dọc cầu
Việc đánh giá phân cấp các cấu kiện cầu nhằm tính đến các hiệu ứng của tải trọng dọc cầu kết hợp với các hiệu ứng của tĩnh tải và hoạt tải phải được thực hiện ở mức Khai thác. Nếu độ ổn định dọc cầu được xem là không đủ thì phải cắm biển hạn chế tốc độ. Ngoài ra, các tải trọng dọc cầu phải được dùng
trong việc đánh giá tính đủ ổn định của các bộ phận kết cấu phần dướị
2.5.5.11. Tải trọng môi trường
Việc đánh giá phân cấp các cấu kiện cầu nhằm tính đến các hiệu ứng của tải trọng môi trường kết hợp với các hiệu ứng của tĩnh tải và hoạt tải phải được thực hiện ở mức Khai thác.
2.5.5.12. Gió
Tải trọng ngang do gió thường không cần xét đến trong đánh giá phân cấp tải trọng.
Tuy nhiên, tác động của gió lên các kết cấu đặc biệt như cầu quay, cầu treo và các kết cấu tầm cao khác cần phải được đánh giá.
2.5.5.13. Động đất
Tải trọng động đất không được tính đến khi tính toán phân cấp tải trọng hoặc khi xác định các hạn chế về hoạt tảị
Để đánh giá sức chịu tải của kết cấu dưới tác dụng của lực động đất, có thể sử dụng những phương pháp mô tả trong Phần I-A, Thiết kế chống động đất (Division I-A, Seismic Design) của Quy trình thiết kế AASHTỌ
2.5.5.14. Tác dụng của nhiệt độ
ứng suất sinh ra do sự thay đổi nhiệt độ không được xét đến khi tính toán đánh giá tải trọng, trừ trường hợp cầu có khẩu độ dài và cầu vòm bê tông.
2.5.5.15. Tác dụng của dòng chảy
Lực gây ra do dòng chảy của nước không phải xét đến khi tính toán đánh giá tải trọng. Tuy nhiên, cần xem xét các biện pháp khắc phục nếu những lực này đặc biệt nguy hiểm cho sự ổn định của kết cấụ
2.5.6.Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng (LRFR):
Phương pháp hệ số sức kháng và tải trọng được chọn như là phương pháp đề nghị cơ bản bởi vì nó tuân theo chặt chẽ hệ số tải trọng thiết kế hiện thời
của AASHTO, trong khi vẫn cho phép cân nhắc các phương pháp khác trong hệ thống đánh giá cầu phức tạp.
2.5.6.1. Công thức đánh giá tải trọng tổng quát :
Không giống như trong thiết kế khi mà tất cả các tải trọng và tổ hợp tải trọng có thể đều được xem xét trong quá trình thiết kế, trong quá trình đánh giá có sự quan tâm đặc biệt đến tải trọng động và sức kháng của cấu kiện liên quan đến tải trọng động. Sự định dạng các hệ số đánh giá cho phép người kỹ sư có thể báo cáo kết quả của việc đánh giá theo một hình thức được thoả thuận trước.
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.
Trong LRFR 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.
(1 ) DC DW P L C DC DW P RF LL IM γ γ γ γ − − ± = + (2.36) Đối với trạng thái giới hạn cường độ :
C = ΦcΦsΦ.Rn
Đối với trạng thái giới hạn Sử dụng : C = fR
Trong đó :
RF : Hệ số đánh giá C : Khả năng chịu lực
Rn : Sức kháng danh định của cấu kiện
DC : Hiệu ứng của tải trọng tĩnh do các bộ phận kết cấu
DW : Hiệu ứng của tải trọng tĩnh do lớp phủ và các bộ phận khác P : Tải trọng lâu dài ngoài các tải trọng tĩnh
LL : Hiệu ứng của tải trọng động IM : Hệ số tải trọng động
γDC : Hệ số tải trọng theo LRFD đối với các cấu kiện kết cấu
γDW : Hệ số tải trọng theo LRFD đối với lớp phủ và các bộ phận khác
γP : Hệ số tải trọng theo LRFD đối với tải trọng lâu dài ngoài các tải trọng tĩnh γL : Hệ số tải trọng động đánh giá ΦC : Hệ số điều kiện Φs : Hệ số hệ thống Φ : Hệ số sức kháng theo LRFD v Hệ số điều kiện Φc:
Chỉ có vật liệu tốt dựa vào sự kiểm tra kỹ lưỡng mới được xem xét trong việc xác định sức kháng danh định của mặt cắt. Hệ số sức kháng Φ được sử dụng trong đánh giá giống như đối với thiết kế mới trong LRFD. Phương pháp này chỉ có giá trị đối với các cấu kiện trong tình trạng tốt hoăc thoả mãn. Một khi cấu kiện đã có hư hỏng và bắt đầu xuống cấp, sự không chắc chắn và thay đổi sức kháng sẽ thay đối lớn (độ không đồng nhất là tăng lên) và hệ số sức kháng Φ đối với thiết kế mới không phản ánh được sự không chắc chắn đó.
Hệ số điều kiện định ra sự suy giảm ước lượng để tính toán mức độ không chắc chắn trong sức kháng của các cấu kiện bị hư hỏng và sự tăng mức độ hư hỏng trong tương lai của cấu kiện đó trong giai đoạn giữa 2 đợt kiểm trạ Hệ số điều kiện Φc thay đổi từ 0.85 đối với cấu kiện trong tình trạng xấu đến 1.0
đối với cấu kiện tốt hoặc thoả mãn.
Mục tiêu của hệ số điều kiện là để tính toán mức độ tăng của sự không chắc chắn và những mất mát được dự báo trước trong tương laị Nó không dùng để tính toán cho những thay đổi thực tế quan sát được của các kích thước vật lý. Phương pháp này là để lấy các thông tin của các cấu kiện kiểm tra và áp dụng nó vào trong việc xác định sức kháng của cấu kiện và sau đó áp dụng hệ số điều kiện sức kháng để chiết giảm sức kháng của cấu kiện đã có hư hỏng với lý do như đã trình bày ở trên.
v Hệ số hệ thống (System factor) Φs:
Các cấu kiện kết cấu tương tác với nhau để tạo thành một hệ thống kết cấụ Khả năng còn lại của cầu (bridge redundancy) là khả năng mang tải của hệ thống kết cấu cầu sau khi có hư hại của một hoặc nhiều cấu kiện . Hệ số hệ thống được nhân với sức kháng danh định, và liên hệ với mức độ (cấp độ) của sự còn lại so với hệ thống kết cấu hoàn chỉnh. Những cầu có tính dư thấp sẽ có khả năng của cấu kiện giảm do đó chúng có mức đánh giá thấp. Các cầu không có tính dư sẽ bị bất lợi khi yêu cầu các cấu kiện của nó cung cấp mức độ an toàn cao hơn so với các cầu tương tự với tính dư về hình dạng. Mục đích của Φs là để bổ sung một khả năng dự trữ và do đó độ tin cậy của cả hệ thống sẽ tăng từ cấp độ Khai thác (đối với hệ thống có dự trữ) tới mục tiêu thực tế hơn đối với các hệ thống không có dự trữ tương ứng với cấp độ Kiểm kê.
2.5.6.2. Hệ thống đánh giá theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng :
Hoạt tải sử dụng trong đánh giá cầu được lựa chọn dựa trên mục đích và dự định sử dụng của kết quả đánh giá. Tải trọng xe cho việc đánh giá tải trọng bao gồm :
v Tải thiết kế : Tải thiết kế HL93 theo Tiêu chuẩn LRFD.
v Tải trọng hợp pháp : các tải trọng hợp pháp theo AASHTO ( các tiêu chuẩn riêng cho các bang chỉ có một ít thay đổi so với AASHTO).
Đánh giá tải trọng thiết kế :
Đánh giá tải trọng thiết kế là một mức độ đánh giá đầu tiên của cầu sử dụng tải trọng xe HL 93 và tiêu chuẩn thiết kế LRFD với các kích thước và tính chất của cầu trong điều kiện tại thời điểm kiểm tra của nó. Đó là tiêu chuẩn để đánh giá cầu cũ theo yêu cầu đồng bộ với tiêu chuẩn thiết kế cầu mớị Trong khi kiểm tra, các cầu cũ được xem xét ở mức độ tin cậy thiết kế (cấp độ kiểm kê) hoặc ở mức độ tin cậy thứ hai thấp hơn (có thể so sánh với cấp độ tin cậy khai thác) đối với trạng thái giới hạn cường độ.
Đánh giá tải trọng hợp pháp :
Mức độ đánh giá thứ hai này cung cấp khả năng chịu tải an toàn riêng lẽ áp dụng cho tải trọng hợp pháp của AASHTO và các Bang. Hệ số tải trọng xe được lựa chọn dựa trên điều kiện giao thông thực tế. Trạng thái đánh giá đầu tiên là trạng thái về cường độ. Trạng thái giới hạn khai thác và mỏi được tuyển chọn áp dụng. Kết quả của đánh giá tải trọng đối với tải trong hợp pháp có thể được sử dụng như một cơ sở cho việc quyết định liên quan tới việc gia cường cầu hoặc tăng tải trọng.
Đánh giá tải trọng cấp phép :
Phương pháp này được cung cấp để kiểm tra độ an toàn và khả năng khai thác của cầu để đưa ra các quyết định cho phép sự thông qua của xe có trọng