Góp phần phân tích hoạt tải và tác động của hoạt tải ôtô theo tiêu chuẩn thiết kế cầu (mới) 22TCN-272-01

Nội dung text: Góp phần phân tích hoạt tải và tác động của hoạt tải ôtô theo tiêu chuẩn thiết kế cầu (mới) 22TCN-272-01

1. góp phần phân tích hoạt tải vμ tác động của hoạt tải ôtô theo tiêu chuẩn thiết kế cầu (mới) 22TCN-272-01 TS. hoàng hà Bộ môn Cầu - Hầm - ĐH GTVT Tóm tắt: Bμi viết giới thiệu kết quả phân tích tác động do hoạt tải ôtô theo các Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-01 (mới). Thông qua việc đối chiếu với Tiêu chuẩn AASHTO-96 vμ Quy trình thiết kế cầu vμ cống theo trạng thái giới hạn - 1979 nhằm mục đích sáng tỏ các khái niệm vμ các thông số của hoạt tải trong bμi toán thiết kế các công trình cầu. SUMMARY: This article presents the results of an analysis of automobile liveload as per new standards for bridge design code 22TCN-272-01. A comparision of Standard 22TCN-272-01 with Standard AASHTO-90 and Process of designing bridges and culverts as per 22TCN-18-79 is to clarify concepts and specifications of liveload in bridge designing. Mặc dù các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành I. Đặt vấn đề của các n−ớc khác nhau đều có những vấn đề khác biệt tùy theo kết quả nghiên cứu và quan “Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN - 272 - 01” điểm kỹ thuật của từng Quốc gia, nh−ng đều dựa đ−ợc ban hành theo Quyết định số 2801/QĐ trên những nguyên lý khoa học phổ biến. BGTVT ngày 28/ 8/ 2001 của Bộ GTVT (trong bài viết gọi tắt là TC-2001) với chỉ dẫn áp dụng kiểm Vì lý do trên mà một trong những ph−ơng nghiệm trong thời gian 2 năm song cùng với pháp tiếp cận giản tiện là giải thích ý nghĩa của “Quy trình thiết kế cầu và cống theo trạng thái các khái niệm, thông số kỹ thuật và đối chiếu giới hạn 22 TCN-18-79” theo Quyết định ban chúng với các khái niệm, thông số t−ơng ứng hành số 2057/QĐ/KT4 ngày 19/9/1979 (gọi tắt là trong Quy trình thiết kế cầu đã đ−ợc sử dụng QT-1979). Nh− vậy, trừ tr−ờng hợp đặc biệt, thời quen thuộc từ tr−ớc tới nay ở n−ớc ta (QT-1979). điểm áp dụng chính thức Tiêu chuẩn thiết kế cầu Thiết kế cầu là một trong những vấn đề mới còn không đầy một năm nữa đã đặt ra yêu phức tạp bao hàm nhiều nội dung, trong khuôn cầu nhanh chóng nắm bắt nội dung của tài liệu khổ bài viết này xin giới thiệu một vài nghiên cứu kỹ thuật nêu trên và áp dụng chúng trong công cho phần hoạt tải và tác động của hoạt tải thiết tác thiết kế cầu. kế. Việc biên soạn Tiêu chuẩn thiết kế cầu mới TC-2001 có cơ sở là Tiêu chuẩn AASHTO-LRFD- 98 của Hoa kỳ xuất phát từ yêu cầu thống nhất II. triết lý tổng quát về thiết kế cầu hoá quy phạm ngành và để phù hợp thông lệ của Tiêu chuẩn mới quốc tế hiện nay. Tuy nhiên việc nắm bắt ý t−ởng 2.1. Mục đích thiết kế và vận dụng một tài liệu kỹ thuật mới trong phạm vi rộng th−ờng cần quá trình chuyển đổi nhất Các phân tích và tính toán thiết kế cầu định. h−ớng các mục tiêu chính d−ới đây:
2. + An toàn cho ng−ời và ph−ơng tiện giao − Lực ly tâm: Lực do xe chuyển h−ớng di thông là trách nhiệm của các kỹ s− cầu. động trên đ−ờng cong + Đáp ứng yêu cầu khai thác về các mặt chủ − Làn xe thiết kế: Làn xe quy −ớc đặt yếu: độ bền, dễ kiểm tra, thuận lợi duy tu, theo chiều ngang trên chiều rộng làn xe thông xe thuận tiện, các tiện ích công cộng chạy khác (nh− tải ống dẫn n−ớc, đ−ờng − Lực xung kích: Phần lực tăng thêm để điện ), độ cứng (khả năng chống biến xét đến t−ơng tác động lực giữa cầu và dạng), xét đến khả năng mở rộng cầu xe cộ đi lại. trong t−ơng lai. − Cực hạn: Tối đa hay tối thiểu. + Khả năng thi công. − Tải trọng th−ờng xuyên: Tải trọng và + Tính kinh tế. lực không đổi hoặc giả thiết không đổi + Mỹ quan cầu. khi hoàn thành việc xây dựng. − Mặt ảnh h−ởng: Một mặt liên tục hay Ngoài các tính năng sử dụng thông th−ờng, rời rạc đ−ợc vẽ ứng với cao độ mặt cầu công trình cầu còn có yêu cầu nh− một công trình trong mô hình tính toán mà giá trị tại một kiến trúc và làm đẹp cảnh quan ở vị trí đ−ợc xây điểm của nó nhân với tải trọng tác dụng dựng. thẳng góc với mặt cầu sẽ đ−ợc ứng lực. − Quy tắc đòn bẩy: Lấy tổng mô men với 2.2. Triết lý thiết kế tổng quát một điểm để tìm phản lực tại điểm thứ Cụ thể hoá mục đích trên bằng hai khái hai. niệm: − Tải trọng: Hiệu ứng của gia tốc bao + Trạng thái giới hạn: tình huống nguy gồm gia tốc trọng tr−ờng, biến dạng hiểm đặc tr−ng dự kiến có thể xảy ra cho kết cấu. c−ỡng bức hay đổi thể tích. Khi v−ợt qua trạng thái giới hạn ngừng thỏa mãn − Xe đ−ợc phép: Xe bất kỳ đ−ợc phép đi yêu cầu thiết kế. Các trạng thái giới hạn đ−ợc coi là xe bị hạn chế một cách nào đó về ngang nhau. trọng l−ợng hoặc về kích th−ớc của + Điều kiện đảm bảo an toàn: đối với mọi chúng. trạng thái giới hạn phải thoả mãn bất ph−ơng − Bề rộng lòng đ−ờng, bề rộng phần xe trình: chạy: Khoảng tịnh không giữa các rào chắn hoặc đá vỉa ∑ηi γ iQRR i ≤ Φn = r (1.3.2.1-1) − Xe tải trục: Xe có hai trục đặt sát nhau với ý nghĩa tổng các tác động có thể xảy ra (cách nhau 1,2 m theo ph−ơng dọc cầu) trong tình huống cụ thể đều phải nhỏ hơn sức kháng của kết cấu đ−ợc thiết kế. − Bánh xe: Một hoặc hai bánh lốp ở đầu một trục xe. + Tuổi thọ thiết kế: của các công trình cầu là 100 năm − D∙y bánh xe: Một nhóm bánh xe đ−ợc xếp theo chiều ngang hoặc chiều dọc. III. Hoạt tải vμ các hệ số tải trọng liên 3.2. Các ký hiệu vμ tên tải trọng liên quan quan đến hoạt tải − BR: Lực hãm xe 3.1. Các định nghĩa − b: Hệ số lực hãm − Đơn vị trục xe: Trục đơn hay trục đôi − b: Tổng chiều rộng cầu (mm)
3. − C: Hệ số dùng để tính lực ly tâm Khoảng cách giữa hai trục sau của xe tải thiết kế đ−ợc phép thay đổi từ 4,3 m đến 9,0 m − CE: lực ly tâm sao cho tạo ra đ−ợc ứng lực cực trị. − IM: Lực xung kích Ngoài trọng tải khoảng 33,24 T tác động của − LL: hoạt tải xe xe tải thiết kế còn tính thêm phần phụ tải xung kích lấy theo bảng 3-6-2-1-1 − PL: tải trọng ng−ời đi 3.3.1.2. Xe hai trục thiết kế − m: Hệ số làn xe (3-6-1-1-2) Cấu tạo, kích th−ớc, tổng trọng l−ợng, phân − P: tải trọng bánh tập trung (N), tải trọng phối trọng lực trên các trục của xe hai trục thiết (N) (3-6-1-2-5) (3-11-6-1) kế trình bày trên hình 2. − qs: tải trọng tác dụng lớn nhất (MPa) (3-11-6-1) − γi: hệ số tải trọng (3-4-1) có thể hiểu nh− hệ số v−ợt tải Hình 2 − γEQ: hệ số tải trọng đối với hoạt tải tác dụng đồng thời với động đất (3-4-1) − ý nghĩa của xe hai trục thiết kế bao hàm − WL: tải trọng gió lên hoạt tải các loại xe quân sự, t−ơng tự nh− xe bánh nặng XB -80 trong QT-1979. 3.3. Hoạt tải xe ôtô thiết kế − Lực xung kích của xe hai trục thiết kế lấy nh− xe tải thiết kế. 3.3.1. Các thành phần hoạt tải thiết kế 3.3.1.3. Tải trọng lμn thiết kế Hoạt tải xe ôtô thiết kế theo TC-2001 đ−ợc − Tải trọng làn thiết kế là một làn tải trọng đặt tên là HL-93 gồm một tổ hợp của: phân bố đều có c−ờng độ q = 9,3 N/mm − Xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế = 0,948 T/m dọc theo chiều dài đặt tải. − Tải trọng làn thiết kế. Theo ph−ơng ngang tải trọng làn đ−ợc coi là phân bố đều trên chiều rộng 3,0 m. Hai thành phần trên đ−ợc bố trí chồng lên nhau theo nguyên tắc tạo ra ứng lực lớn nhất khi − Không tính hệ số xung kích đối với tải đ−a vào tính toán thiết kế công trình. trọng làn. Bảng 3.6.2.1.1 3.3.1.1. Xe tải thiết kế Lực xung kích IM Cấu tạo, kích th−ớc, tổng trọng l−ợng, phân Cấu kiện IM phối trọng lực trên các trục của xe tải thiết kế Mối nối bản mặt cầu - Khi tính theo tất cả các 75% trạng thái giới hạn trình bày trên hình 1 a. Tất cả các cấu kiện khác - Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gẫy 15% - Tất cả các trạng thái giới hạn khác 25% a) b) Hình 1.
4. 3.3.2. Các vấn đề cần l−u ý về hoạt tải QT-1979 dùng quan niệm hệ số xung kích, chỉ theo TC-2001 đ−a vào một số tổ hợp và trong nhiều tình huống - Khác với QT-1979, trong TC-2001 không có trị số bằng 1,0 (ảnh h−ởng của tác động xung đ−a vào khái niệm đoàn xe tải tiêu chuẩn gồm kích coi nh− bằng không). các xe nối đuôi nhau theo cự ly quy định. Việc xét Cần l−u ý thêm là hiệu ứng xung kích theo tới tình huống đoàn xe di động trên cầu đ−ợc thay QT-1979 đ−ợc tính toán khá phức tạp với thế bằng một xe tải thiết kế 33,24 T (hoặc xe hai nhiều loại công thức phụ thuộc vào loại tải trọng, trục thiết kế 22,42T) cộng tác dụng với tải trọng chiều dài nhịp, vật liệu kết cấu, dạng kết cấu làn. TC-2001 dùng thống nhất một cách tính là lấy - ý nghĩa của tải trọng làn thể hiện tác dụng theo tỷ lệ %. Tuy nhiên nếu chú ý tới lực xung của của đoàn xe thiết kế. Cần chú ý sự khác biệt kích không đ−a vào tải trọng làn, khi nhịp càng với QT-1979 đoàn xe tiêu chuẩn với các tải trọng dài thì phần ảnh h−ởng của tải trọng làn trong trục có thể quy đổi thành các tải trọng rải đều hiệu ứng chung của hoạt tải (xe thiết kế + làn) t−ơng đ−ơng: đối với nhịp càng dài tức là chiều càng lớn vì vậy thực tế phần hiệu ứng do lực xung dài đoàn xe càng dài dẫn đến trị số tải trọng rải kích cũng có xu thế giảm dần theo chiều dài nhịp. đều t−ơng đ−ơng càng giảm. Theo tiêu chuẩn Để tiện so sánh có thể biểu diễn tác dụng động mới trị số tải trọng làn không thay đổi theo chiều lực của hoạt tải tính theo TC-2001 d−ới dạng đ−a dài nhịp. Trị số 0,948 T/m xấp xỉ tải trọng rải đều thêm vào hệ số xung kích (1 + μ) t−ơng tự nh− t−ơng đ−ơng của đoàn xe ôtô H10 với chiều dài cách tính của QT- 1979 nh− sau: đặt tải L ≥ 100m của QT-1979 là khá nhỏ. Tuy t Sh = (1 + μ ) Sh nhiên để bù vào trị số không lớn của tải trọng làn 50 lại đ−a vào thêm vào các trục tải của xe tải thiết với (1+ μ ) = 1 + 0.35 70+ L kế hay xe hai trục. trong đó: So với các phiên bản của AASHTO tr−ớc S - hiệu ứng động lực do hoạt tải HL-93 đây cho tính hoặc các tải trọng trục của 1 xe tải h hoặc một làn tải có thêm các lực tập trung (KEL- gây ra; Knife Edge Load). Việc dùng thêm tải trọng trục t Sh - hiệu ứng do hoạt tải HL-93 tác động ở xe cùng với làn tải rải đều trong TC-2001 có ý trạng thái tĩnh lên kết cấu. nghĩa thay thế các lực tập trung KEL của tải trọng làn theo AASHTO-96. Nh− vậy có thể thấy hệ số động lực tính theo tiêu chuẩn mới sẽ nhỏ hơn tr−ờng hợp tính cho Với các nhịp ngắn thì tổ hợp xe hai trục kết 15 hợp tải trọng làn khống chế, với các nhịp dài tổ cầu thép với công thức (1+ μ ) = 1 + , cầu 37,5 + λ hợp xe tải thiết kế kết hợp tải tải trọng làn sẽ 50 khống chế. Điều này cũng giống nh− các kết quả treo hay cầu dây văng (1+ μ ) = 1 + và lớn tính toán theo QT-1979 cho tổ hợp đoàn xe ôtô 70 + λ tiêu chuẩn H10, H13, H30 và xe bánh nặng XB- hơn trị số tính cho các tr−ờng hợp khác của 80 hay xe xích. QT-1979. - Về tác động xung kích của hoạt tải di động - Riêng đối với tr−ờng hợp đặt tải để tính mô TC-2001 dùng khái niệm lực xung kích IM trong men âm và phản lực gối trụ (của dầm liên tục) thì đa số tr−ờng hợp lấy thống nhất bằng 25% cho quy định dùng hai xe tải thiết kế, đặt với khoảng xe thiết kế (không phụ thuộc chiều dài nhịp). cách tĩnh 15 m, trục xe thống nhất lấy bằng 4,3 m Lực xung kích đ−ợc đ−a ngay vào thành phần (điều 3-6-1-3-1). Tác động của hoạt tải trong của tải trọng xe với bất kỳ tổ hợp tải trọng nào có tr−ờng hợp này chỉ lấy bằng 90% hiệu ứng do hai xe tải hoặc xe hai trục (kể cả tính mỏi). Khác với xe tải thiết kế kết hợp với tải trọng làn gây ra.
5. - Khi lập các tổ hợp tải trong t−ơng ứng với 3.3.3.3. Đối với tổ hợp tải trọng để tính theo tính theo trạng thái giới hạn mỏi thì chỉ dùng một các trạng thái giới hạn mỏi vμ đứt gãy xe tải thiết kế cùng với khoảng cách giữa hai trục e. Hiệu ứng của một xe tải thiết kế (có xung nặng là 9,00 m (không xét tải trọng làn). kích 15%) nh−ng với khoảng cách các trục nặng 3.3.3. Tổ hợp lực do các xe thiết kế là 9,0 m. Không xét tải trọng làn. Tổ hợp hoạt tải xe HL-93 cho một làn xe đơn Nh− vậy hoạt tải HL-93 đ−ợc biểu diễn d−ới đ−ợc tính phụ thuộc vào các trạng thái giới hạn 6 dạng tổ hợp a, b1, b2, c, d, e có mức độ tác nh− quy định trong điều 1-3-2-2 của TC-2001. động khác nhau. Trong bài toán thiết kế cầu với hoạt tải cần chọn Mức độ tác động lớn nhất của HL-93 qua trị số lớn nhất trong các tổ hợp sau đây: khảo sát thử nghiệm nh− sau: 3.3.3.1. Đối với tổ hợp tải trọng để tính theo - Lớn hơn HS-20-44 của AASHTO-96 ít các trạng thái giới hạn c−ờng độ I,III, trạng thái nhất 25%. giới hạn đặc biệt (va xe) vμ trạng thái giới hạn sử dụng (nh−ng không kể duyệt võng) - Đoàn xe H30 cũng lớn hơn HS20-44 của AASHTO-96 25%. Nh− vậy có thể coi a. Hiệu ứng của xe hai trục (có xung kích HL-93 t−ơng đ−ơng đoàn xe H30 (có thể 25%) tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết hình dung HL-93 nh− tổ hợp đoàn xe kế, hoặc H10 có một xe nặng là xe tải thiết kế b. Hiệu ứng của xe tải thiết kế (có xung kích của TC-2001). 25%) tổ hợp với tải trọng làn thiết kế. Tuy nhiên - Khi xét cả hệ số tải trọng, hệ số xung trị số của các thành phần lực trong tổ hợp này lại kích và hệ số là xe thì HL-93 lớn hơn thay đổi nh− sau: XB-80 khi tính về c−ờng độ. b1. Thông th−ờng (trừ tr−ờng hợp b2 d−ới - Đối với các đ−ờng cấp thấp (cấp IV và đây) chỉ dùng 1 xe tải 33,24 T đặt tại vị trí bất lợi thấp hơn) loại xe tải lớn rất khó đi lại nên nhất với cự ly giữa hai trục sau thay đổi từ 4,3 đến khả năng các cầu nhỏ trên các tuyến 9,0 m sao cho tạo đ−ợc ứng lực cực trị kết hợp với giao thông nông thôn chịu tác động của tải trọng làn. HL-93 gần nh− không xảy ra. Vì vậy căn b2. Riêng cho tính mô men và phản lực cho cứ vào khả năng thông qua các loại tải trụ 1 gối (trụ của dầm liên tục) dùng hai xe tải trọng xe hai trục nhẹ hơn mà định tỷ lệ thiết kế đặt cách nhau 15 m, bỏ qua những trục nhỏ hơn so với HL-93: không gây hiệu ứng cực đại (trục chiếm sang - Đoàn xe H10 bằng khoảng 50% so với phần ĐAH ng−ợc dấu). Lấy 90% hiệu ứng của hai HL-93. xe nêu trên kết hợp với 90% tải trọng làn. - Đoàn xe H13 bằng khoảng 65% so với So sánh các tổ hợp tải a, b1 và b2 để tìm giá HL-93. trị cực đại dùng để tính toán theo các trạng thái giới hạn t−ơng ứng. 3.3.4. Quy tắc bố trí hoạt tải trên đ−ờng ảnh h−ởng 3.3.3.2. Đối với tổ hợp tải trọng tính theo các trạng thái giới sử dụng về độ võng • Trong điều 3.6.1.3.1 quy định: “chiều dài của làn xe thiết kế hoặc một phần của nó gây ra c. Hiệu ứng của một xe tải thiết kế (có xung áp lực làn lớn nhất phải đ−ợc chất tải trọng làn kích 25% - theo điều 2-5-2-6-2) hoặc thiết kế”. Nh− vậy có thể hiểu tải trọng làn thiết kế d. Kết quả tính toán của hiệu ứng của 25% sẽ đ−ợc xếp trên đ−ờng ảnh h−ởng giống nh− bố xe tải thiết kế (có xét xung kích 25%) tổ hợp với trí tải trọng rải đều t−ơng đ−ơng của QT-1979. tải trọng làn thiết kế.
6. • Ngoài ra các tr−ờng hợp xe tải đơn, xe tải c) Các tải trọng làn và bề rộng 3,0 m của đôi (cách nhau 15 m) hoặc xe hai trục đ−ợc bố trí mỗi làn phải đặt sao cho gây ra ứng lực lớn nhất. bất lợi trên đ−ờng ảnh h−ởng nh− nguyên tắc xếp Xe tải thiết kế và xe hai bánh thiết kế (cũng phải hoạt tải xe trực tiếp của QT-1979 đ−ợc xếp chồng bố trí sao cho gây ra ứng lực lớn nhất) và phải bố lên tải trọng làn. trí trên chiều ngang sao cho tim bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn: • Có thể phân ra các mô hình xếp tải nh− sau: + Khi thiết kế bản hẫng: 0,3 m tính từ mép đá vỉa hay lan can + Đối với kết cấu nhịp dầm giản đơn: bố trí các thành phần hoạt tải nh− trên hình 3a + Khi thiết kế các bộ phận khác: 0,6 m tính từ mép làn xe thiết kế: + Đối với các kết cấu nhịp cầu khung, dầm liên tục, cầu dây văng bố trí các thành phần d) Những điều cần l−u ý: hoạt tải nh− hình 3b. 1. Chiều rộng của làn xe đ−ợc quy định là 3,5 m nh−ng chiều rộng thiết kế của xe tải đầu kéo lại ghi là 3,6 m. Để giải thích điều này cần chú ý: • Nếu theo quy định của điểm (c) trên đây chỉ cần chiều rộng một làn xe bằng 3,0m giống nh− các phiên bản của AASHTO tr−ớc đây vì xe tải đầu kéo của HL-93 gần giống nh− HS-20-44. Chính vì vậy mà trong điều 3-6-1-1-1 quy định: “lòng đ−ờng từ 6,00 đến 7,20 m phải có 2 làn xe thiết kế, mỗi làn bằng một nửa chiều rộng của lòng đ−ờng”. Tuy nhiên điều này không có nghĩa chiều rộng cầu 9,0 m t−ơng ứng với 3 làn xe. Nh− vậy cầu cho 2 làn xe có khổ xe chạy biến Hình 3. thiên trong khoảng: 3.3.5. Bố trí hoạt tải theo ph−ơng ngang 6,0 m ≤ K < 10,5 m cầu • Khoảng cách 3,60 m là chiều rộng tối đa a) Số làn xe thiết kế đ−ợc coi là phần có thể sử dụng cho xe tải đầu kéo nếu quy định nguyên của tỷ số W/ 3,50 m. Trong đó W là khổ này tạo ra đ−ợc ứng lực lớn hơn so với khoảng cầu. Nh− vậy khổ cầu 10 m t−ơng đ−ơng với 2 làn cách tối thiểu là 3,0 m. xe và 10,5 m t−ơng đ−ơng với 3 làn xe 2. Riêng đối với tổ hợp tải trọng tính theo b) Mỗi làn xe thiết kế đ−ợc xem xét phải trạng thái giới hạn mỏi chỉ dùng một xe tải thiết đ−ợc bố trí hoặc xe tải thiết kế hoặc xe hai trục kế bất kể số làn xe. thiết kế chồng với tải trọng làn khi áp dụng đ−ợc. 3. Các tải trọng thành phần của HL-93 chỉ Tải trọng đ−ợc giả thiết chiếm chiều rộng 3,0 m đ−ợc phép xê dịch nh− quy định trên đây trong theo chiều ngang của 1 làn xe thiết kế. phạm vi của mỗi làn xe.
7. 4. Theo nguyên lý cộng tác dụng để tạo ra 3.3.6. Hệ số làn xe ứng lực cực trị trọng tâm của các xe tải đầu kéo Hệ số làn xe có ý nghĩa xét đến xác suất và tâm của tải trọng làn trong cùng một làn xe xảy ra không đồng thời của các làn xe trên cầu phải trùng nhau. Nh− vậy có thể suy ra các tải đ−ợc quy định trong bảng 3-6-1-1-1-1. Hệ số làn trọng làn phải đặt sao cho trọng tâm theo ph−ơng xe đ−ợc đ−a vào sau khi tính ứng lực cực hạn của ngang cầu của tải trọng làn không gần hơn: các tổ hợp HL-93 trên mỗi làn xe của mặt cắt + Khi thiết kế bản hẫng: 1,2 m tính từ mép ngang. đá vỉa hay lan can Cần chú ý khi áp dụng hệ số làn phải phù + Khi thiết kế các bộ phận khác: 1,5 m tính hợp với ph−ơng pháp đ−ợc áp dụng để tính toán từ mép làn xe thiết kế. hệ số phân bố tải trọng ở phần 4-6-2-3, 4-6-2-3 và 6-2-2-2-d. 5. Ví dụ cho tr−ờng hợp cầu 2 làn xe thể hiện trên hình 4. Bảng 3-6-1-1-2-1 Hệ số lμn xe Số làn chất tải Hệ số làn (m) 1 1, 20 2 1, 00 3 0, 85 >3 0, 65 Hình 4. 3.3.7. Hệ số tải trọng và hệ số điều chỉnh tải trọng của hoạt tải Phân tích cho cầu 2 làn xe thông dụng ở 3.3.7.1. Hệ số tải trọng γ (có ý nghĩa nh− n−ớc ta với các khổ cầu 6, 7, 8, 9, 10 m, các tải v−ợt tải của QT-1979) trọng xếp lệch tâm tối đa trên mặt cắt ngang với: - Hệ số này lấy theo bảng 3-4-1-1 (trang 34). - khoảng gần nhất giữa hai làn tải trọng của Ví dụ khi tính theo trạng thái giới hạn c−ờng độ I các làn xe cho các hoạt tải xe ôtô (LL), lực ly tâm (CE), lực - khoảng cách gần nhất giữa 2 trục sát nhau hãm xe (BR), ng−ời đi (LS) đều thống nhất lấy của các xe tải đầu kéo hoặc xe hai trục bằng 1,75 (QT-1979 lấy bằng 1,4). - khoảng cách trống còn lại của mặt cắt - Đối với các trạng thái giới hạn khác thì hệ ngang. số này biến đổi theo. Đối với trạng thái giới hạn sử dụng γ = 1,0. Kết quả ghi trong bảng 1. i Bảng 1 - Cần chú ý tới phần ghi chú của bảng 3-4-1-1 trong TC-2001. Hệ số này có thể giảm Vị trí lμn xe theo ph−ơng ngang xuống nếu chủ đầu t− có giải pháp quản lý bằng của cầu 2 lμn xe thiết kế giấy phép qua cầu thì lấy bằng 1,35. Đối với kết Khoảng Khổ cầu cấu thép phải tăng lên 1,3 cách (m) 6 7 8 9 10 - Cũng giống nh− QT-1979 hệ số tải trọng a 0 0,5 0,5 0,5 0,5 có thể lấy theo các trị số khác nhau tùy theo loại b 1,2 1,7 1,7 1,7 1,7 tải trọng đ−a vào trong tổ hợp gây tác dụng bất lợi hay không bất lợi đối với kết cấu hay bộ phận c 0 0,5 1,5 2,5 3,5 kết cấu đang xét (bảng 2).
8. Bảng 2 Hệ số tải trọng của hoạt tải HL-93 Tổ hợp tải trọng t−ơng ứng Đối t−ợng kiểm tra Các hệ số tải trọng chủ yếu với trạng thái giới hạn C−ờng độ I Xe tiêu chuẩn trên cầu không có gió Hoạt tải γL = 1,75 C−ờng độ II Không có xe tiêu chuẩn, gió tốc độ quá 25 m/s Tải trọng gió γL = 1,40 Hoạt tải γ = 1,35 C−ờng độ III Xe tiêu chuẩn trên cầu có gió với tốc độ 25 m/s L Tải trọng gió γL = 0,40 Kiểm tra tác dụng động đất, va xe, va xô tàu Hoạt tải γL = 0,50 Đặc biệt thuyền, tác dụng dòng n−ớc Tải đặc biệt γL = 1,00 Khai thác (sử dụng bình Kiểm tra khả năng khai thác bình th−ờng (độ Hoạt tải γL =1,00 th−ờng) võng, bề rộng vết nứt ) Tải trọng gió γL =0,30 Mỏi Phá hoại mỏi và đứt gãy Hoạt tải γL = 0,75 - Hệ số tải trọng theo quy trình mới khá lớn, • Tầm quan trọng khai thác của cầu ηI: với lời giải thích có xét xác suất xuất hiện đồng chỉ quy định cho các trạng thái giới hạn thời nhiều tải trọng đã giảm bớt băn khoăn cho c−ờng độ và trạng thái giới hạn đặc biệt. các kỹ s− thiết kế khi có tình huống tắc nghẽn Hệ số tùy theo quyết định của chủ đầu giao thông trên cầu với mật độ xe nặng nhiều, cự t− đánh giá mức độ khai thác của cầu. ly xe gần sát nhau (không hoàn toàn giữ khoảng Trong tính toán η = η η η với các giá trị cách nh− các đoàn xe tiêu chuẩn). i D R I thành phần thay đổi theo từng tr−ờng hợp cụ thể - Việc quy định hệ số tải trọng trong theo chỉ dẫn ở điều 1-3-2-1. TC-2001 nói chung rõ ràng, dễ vận dụng. Hệ số ηi đ−ợc cấu thành dạng tích của các 3.3.7.2. Hệ số điều chỉnh tải trọng ηi thành phần liên quan đến các yếu tố nêu trên và Hệ số điều chỉnh tải trọng ηi lấy theo điều phải thỏa mãn hai điều kiện: 1-3-2. Hệ số này có ý nghĩa là xét đến tính dẻo, ηi= η Dη Rη l 〉 0,95 (a) tính d− và tầm quan trọng khai thác của cầu. Đối với các tải trọng dùng giá trị cực đại của • Tính dẻo ηD: đ−ợc hiểu là tính mềm dẻo hệ số tải trọng γi : và dễ biến dạng của kết cấu. Đây là khái niệm căn cứ và lý thuyết phân tích kết 1 ηi = ≤ 1 (b) cấu để xét tới trạng thái làm việc khác ηD η R η l nhau khi độ cứng của kết cấu thay đổi. Hệ số điều chỉnh tải trọng ηi có thể chấp • Tính d− η : xét tới ảnh h−ởng của các R nhận các giá trị sau: bộ phận cấu tạo mà sự h− hỏng của chúng không dẫn đến sự phá hoại của • Trừ trạng thái giới hạn về mặt c−ờng độ công trình. Ví dụ kết cấu nhịp dầm liên (I, II và III) các trạng thái giới hạn khác đều có: tục có tính d− vì sự phá hoại của một ηD = ηR = ηl = 1 nhịp không dẫn tới sự phá hoại hoàn ↔ η = 1. toàn công trình i
9. • Nếu chỉ tính riêng cho hoạt tải không xét trạng thái giới hạn c−ờng độ II • Khi tổ hợp các tải trọng để tính theo trạng thái giới hạn c−ờng độ thứ I và thứ III, nếu là các kết cấu thông th−ờng và các chi tiết theo TC - 2001, mức d− thông th−ờng và các cầu điển hình đều lấy trị số: ηD = ηR = ηl = 1 ↔ ηi = 1. • Theo trạng thái giới hạn c−ờng độ I có thành phần hoạt tải trong tổ hợp chấp nhận γi cực đại ηi sẽ đ−ợc tính theo công thức (b). Các tham số chỉ chấp nhận các trị số 1.05, 1.00 và 0.95 • Các tr−ờng hợp khác: ηi = η D η Rη l 〉 0,95 IV. Kết luận Hoạt tải xe thiết kế và tác động của hoạt theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu mới (22TCN-272- 01) có nhiều điểm khác biệt về thành phần, hình thức thể hiện, trị số tác động tính toán so với QT-1979. Để có thể phân tích đầy đủ tác động của hoạt tải trong tính toán thiết kế các công trình cầu các kỹ s− và sinh viên ngành cầu cần nhanh chóng tiếp cận Tiêu chuẩn mới. Trong quá trình chuyển đổi, cần có sự tính toán đối chiếu TC-2001 với QT-1979 để đánh giá mức độ tác động làm cơ sở cho quá trình phân tích đầy đủ và thận trọng hiệu ứng của hoạt tải cho các bộ phận của kết cấu cầu. Tài liệu tham khảo [1] Quy trình thiết kế cầu và cống theo các trạng thái giới hạn 22TCN-18-79. [2]. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-01 [3]. Tiêu chuẩn AASHTO-96 (Hoa Kỳ) Ă