Tiến Sĩ Nghiên cứu đánh giá và xác định tải trọng cho phép qua cầu trên cơ sở kết quả kiểm định cầu

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NĂM 2014
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU . 1
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 6
1.1. Hoạt tải thiết kế công trình cầu đường bộ 6
1.2. Qui định hoạt tải cho phép lưu hành trên đường bộ . 8
1.2.1. Các qui định ở Hoa kỳ. 8
1.2.2. Các qui định ở châu Âu 8
1.2.3. Các qui định ở Việt Nam: 9
1.3. Đánh giá cầu và xác định tải trọng cho phép qua cầu 10
1.3.1. Ở Mỹ và Canađa . 10
1.3.2. Ở Châu Âu 12
1.3.3. Ở Trung Quốc 12
1.3.4. Ở Việt Nam 13
1.4. Hình thức và nội dung biển giới hạn tải trọng cầu đường bộ . 14
1.4.1. Qui định cắm biển hạn chế tải trọng cầu của Hoa kỳ: . 14
1.4.2. Qui định cắm biển hạn chế tải trọng một số nước châu Âu. 14
1.4.3. Qui định cắm biển hạn chế tải trọng cầu của Việt Nam: . 15
1.5. Kiểm soát tải trọng lưu hành trên đường bộ . 17
1.5.1. Hoa kỳ và châu Âu. 17
1.5.2. Việt Nam 18
1.6. Phân tích các công trình nghiên cứu liên quan ở nước ngoài . 20
1.7. Phân tích các công trình nghiên cứu liên quan ở Việt Nam. 24
1.8. Các vấn đề còn tồn tại . 27
1.9. Mục tiêu nghiên cứu của luận án 28
1.10. Nội dung và phương pháp nghiên cứu 29
CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ VÀ XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG CHO PHÉP QUA
CẦU THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY 30
2.1. Cơ sở thiết kế và đánh giá cầu theo lý thuyết độ tin cậy 30
2.1.1. Khái niệm độ tin cậy và các phương pháp xác định chỉ số độ tin cậy . 30
2.1.2. Tuổi thọ thiết kế và độ tin cậy mục tiêu . 35
2.1.3. Định dạng các tiêu chuẩn thiết kế và đánh giá kết cấu cầu theo hệ số sức
kháng và hệ số tải trọng . 36
2.1.4. Các mức phân tích xác suất trong thiết kế, phân tích và đánh giá kết cấu 37
2.2. Đánh giá cầu cũ theo phương pháp hệ số sức kháng và hệ số tải trọng . 38
2.2.1. Tổng quát . 38
2.2.2. Phương trình đánh giá cầu theo LRFR 38
2.2.3. Đánh giá các tải trọng hợp pháp 42
2.2.4. Đánh giá cấp phép 43
2.2.5. Hạn chế tải trọng khai thác của cầu . 44
2.2.6. Đánh giá cầu thép theo TTGH mỏi 45
2.2.7. Đánh giá cầu BTCT theo TTGH mỏi . 51
2.2.8. Phương pháp mô hình hóa kết cấu cho đánh giá cầu. 52
2.3. Đánh giá cầu dựa trên kiểm định, thử tải và quan trắc . 53
2.3.1. Khái niệm chung về kiểm định, thử tải và quan trắc công trình cầu . 53
2.3.2. Đánh giá sự suy thoái vật liệu và kết cấu cầu 54
2.3.3. Đánh giá cầu sử dụng kết quả thử tải . 57
2.4. Đánh giá cầu theo phương pháp tích hợp . 63
2.4.1. Xác định hệ số phân bố ngang của hoạt tải từ thử tải chẩn đoán. 63
2.4.2. Xác định hệ số xung kích của hoạt tải từ thử tải chẩn đoán 64
2.4.3. Xét sự sự tham gia làm việc của bản m t cầu 65
2.4.4. -Xem xét điều kiện biên mô hình PTHH của cầu 66
2.4.5. Cập nhật mô hình cầu dựa trên số liệu thử tải chẩn đoán 66
2.5. Cải thiện thủ tục đánh giá cầu theo nhiều cấp độ. 67
2.5.1. Đánh giá cầu theo cấp độ 1 67
2.5.2. Đánh giá cầu theo cấp độ 2 67
2.5.3. Đánh giá cầu theo cấp độ 3 67
2.5.4. Đánh giá cầu theo cấp độ 4 69
2.5.5. Đề xuất thủ tục đánh giá và cắm biển cầu trên cơ sở sử dụng kết quả kiểm
định cầu 78
2.6. Kết luận chương 2 . 84
CHƯƠNG 3 : PHÁT TRIỂN CÁC MÔ HÌNH TẢI TRỌNG HỢP PHÁP VÀ HỆ SỐ
TẢI TRỌNG CHO ĐÁNH GIÁ VÀ XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG CHO PHÉP QUA
CẦU DỰA TRÊN DỮ LIỆU CÂN ĐỘNG Ở VIỆT NAM 85
3.1. Sử dụng dữ liệu cân động mô hình hóa tải trọng giao thông 85
3.2. Cơ sở dữ liệu cân động cho nghiên cứu trong luận án . 86
3.3. Xây dựng chương trình phân tích dữ liệu cân động . 87
3.3.1. Chương trình lọc và thống kế dữ liệu WIM . 87
3.3.2. Chương trình dự báo hiệu ứng lực từ dữ liệu trạm cân động cho mô hình
hóa hoạt tải giao thông và đánh giá cầu cũ 94
3.4. Xác định các mô hình tải trọng hợp pháp cho đánh giá và cắm biển tải trọng cầu
ở Việt nam 97
3.5. Xác định các hệ số tải trọng cho đánh giá và cắm biển tải trọng cầu . 106
3.6. Kết luận chương 3 . 111
CHƯƠNG 4 : PHÁT TRIỂN CÁC HỆ THỐNG PHỤC VỤ THỰC NGHIỆM ĐÁNH
GIÁ VÀ XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG CHO PHÉP QUA CẦU CẦU ĐƯỜNG BỘ . 113
4.1. Xây dựng hệ thống đánh giá cầu theo phương pháp tích hợp 113
4.1.1. Kiến trúc chung hệ thống . 113
4.1.2. Giao diện hệ thống thu thập dữ liệu thử tải chẩn đoán 115
4.1.3. Hệ thống thử tải kiểm chứng 115
4.1.4. Hệ thống chẩn đoán lực căng dây cáp 116
4.2. Xây dựng hệ thống đánh giá tuổi thọ mỏi từ kết quả thử tải, quan trắc biến dạng.
117
4.3. Thực nghiệm đánh giá và cắm biển tải trọng cầu . 118
4.3.1. Đánh giá kết cấu nhịp cầu Trà Khúc cũ phương pháp LRFR 118
4.3.2. Đánh giá cầu BTCT dựa trên kết quả thử tải chẩn đoán 122
4.3.3. Đánh giá cầu thép cũ dựa trên kết quả thử tải chẩn đoán 127
4.3.4. Đánh giá cầu và cắm biển có xem xét đến tuổi thọ mỏi 130
4.3.5. Đánh giá cầu theo phân tích độ tin cậy trực tiếp 133
4.4. Kết luận chương 4 . 137
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 138
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 140
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 141


1.Lý do chọn đề tài
Thông thường thì khả năng chịu tải của công trình cầu suy giảm theo thời gian
khai thác sử dụng do các tác động của tải trọng môi trường và tải trọng giao thông làm
cho vật liệu bị suy thoái theo thời gian dẫn đến giảm khả năng chịu tải của công trình.
Trái lại, tải trọng giao thông thường có xu hướng tăng dần theo thời gian theo sự phát
triển kinh tế xã hội và nhu cầu vận tải. M c khác mạng lưới các cầu đang khai thác tại
Việt Nam hiện nay tồn tại nhiều cầu được thiết kế theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau, có
mức độ hoạt tải thiết kế khác nhau từ mô hình hoạt tải H10,H13,H18,H30 theo tiêu
chuẩn thiết kế 22TCN-18-79; Mô hình hoạt tải HS20, HS20-44 theo tiêu chuẩn
AASHTO Standard-86 và HL93 theo AASHTO-LRFD-98 (tiêu chuẩn hiện hành
22TCN 272-05). Sự chênh lệch nhau về hiệu ứng lực giữa các mô hình hoạt tải thiết kế
nhiều trường hợp rất lớn mà thường mô hình hoạt tải thiết kế mới có hiệu ứng lực lớn
hơn các mô hình hoạt tải thiết kế cũ. Do nguồn kinh phí dành cho công tác duy tu, bảo



dưỡng, bảo trì các cầu còn hạn chế nên nhiều cầu được phân loại là cầu yếu vẫn phải
tiếp tục khai thác và đi kèm là biện pháp cắm biển giới hạn tải trọng khai thác cho các
cầu này. Sự phát triển của ngành công nghiệp chế tạo xe tải và đòi hỏi của ngành vận
tải, ngày càng có nhiều loại xe tải n ng lưu thông trên đường, cầu với mật độ ngày
càng tăng gây nguy cơ mất an toàn trên các cây cầu có khả năng chịu tải đã bị suy
giảm so với thiết kế ban đầu, đây là lý do ngày càng xuất hiện nhiều tai nạn sụp đổ cầu
do xe quá tải vượt qua.
Trong một thời gian dài trước khi ra đời tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05,
công tác đánh giá cầu cũ để cắm biển giới hạn tải trọng ở Việt Nam chủ yếu là kiểm
toán lại các đoàn xe thiết kế H10,H13,H18,H30 trên cơ sở cập nhật các dữ liệu kiểm
định cầu từ đó tư vấn kiến nghị trị số tải trọng khai thác an toàn và đơn vị quản lý căn
cứ trị số này để cắm biển duy nhất là biển giới hạn tổng tải trọng xe (biển số 115).
Cách làm này đã gây cản trở rất nhiều cho giao thông đ c biệt là việc lưu hành các loại
xe đầu kéo-sơmi rơmooc gây nhiều bức xúc trong giới vận tải.
Vấn đề cắm biển hạn chế tải trọng cho Cầu ở Việt Nam trong những năm gần đây
có nhiều quan điểm khác nhau, chưa thống nhất về phương pháp cắm biển giới hạn, cách hiểu nội dung biển bảo giới hạn tải trọng giữa giới vận tải, cơ quan quản lý cầu,
cơ quan thực thi giám sát tải trọng lưu thông. Hiện tại cũng chưa có một qui trình
chuẩn cho công tác đánh giá và cắm biển các cầu cũ cần phải hạn chế tải trọng để đảm
bảo an toàn ở Việt Nam.
Hiện tại Bộ GTVT Việt Nam đang thực hiện nhiều chính sách đồng bộ như: Bố trí
hệ thống trạm cân t nh, trạm cân động để kiểm soát tải trọng lưu hành trên đường bộ;
cho kiểm định đánh giá và cắm lại biển giới hạn tải trọng (nếu cần) hệ thống các cầu
hiện hữu trên Quốc lộ; tăng cường các chương trình nghiên cứu, biên soạn và ban hành
bổ sung các văn bản pháp lý liên quan đến quản lý vận tải; biên soạn cập nhật các qui
trình về kiểm định, đánh giá cầu phù hợp với xu thế mới, .
Nhằm góp phần hoàn thiện phương pháp đánh giá cầu, xác định tải trọng cho
phép qua cầu trên cơ sở sử dụng các kết quả kiểm định cầu phục vụ việc lựa chọn
phương án cắm biển hạn chế tải trọng (nếu cần), tác giả lựa chọn đề tài: ”Nghiên cứu
đánh giá và xác định tải trọng cho phép qua cầu trên cơ sở kết quả kiểm định cầu ”.
3. mục đích nghiên cứu :
Mục đích nghiên cứu của luận án là sử dụng các phương pháp phân tích, đánh giá
cầu theo lý thuyết xác suất ứng dụng cho đánh giá và xác định tải trọng cho phép qua
cầu trên cơ sở sử dụng các kết quả kiểm định cầu với các nội dung chính như sau:
1) Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đánh giá và xác định tải trọng cho phép qua cầu
trên cơ sở sử dụng các dữ liệu kiểm định, thử tải hiện trường làm cơ sở cho việc
lựa chọn phương án cắm biển hạn chế tải trọng cầu phù hợp hơn.
2) Nghiên cứu phân tích dữ liệu cân động xe tại Việt nam những năm gần đây và
cơ sở dữ liệu xe đăng kiểm để xác định các mô hình tải trọng hợp pháp phù
hợp với dữ liệu tải trọng giao thông tại Việt Nam; Tính toán xác định các hệ số
tải trọng tổng quát cho đánh giá và cắm biển tải trọng cầu theo phương pháp
bán xác suất (phương pháp LRFR).
3) Phát triển thủ tục đánh giá cầu và xác định tải trọng khai thác cho phép phục vụ
việc ra quyết định lựa chọn phương án cắm biển phù hợp với các mục tiêu định
trước có xét đến tuổi thọ còn lại và độ tin cậy của cầu.