Đánh giá tải trọng cầu cũ và xác định tải trọng cắm biển trên cơ sở lý thuyết độ tin cậy

Tóm tắt: Ngày nay lý thuyết độ tin cậy đã được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế kỹ thuật các chuyên ngành khác nhau từ thiết kế cơ khí, hàng không đến các công trình xây dựng. Đánh giá khả năng chịu tải các công trình cầu cũ để phục vụ tổ chức khai thác hợp lý và an toàn công trình cầu là cần thiết, đặc biệt là trong bối cảnh ngày càng gia tăng các tải trọng nặng qua cầu. Các công trình cầu cũ chưa đựng nhiều yếu tố không chắc chắn về cả sức kháng vật liệu, mô hình ứng xử kết cấu và cả tải trọng khai thác thực tế. Bài báo này trình bày áp dụng lý thuyết độ tin cậy trong đánh giá khả năng chịu tải cầu củ, phương pháp xác định tải trọng cắm biển tương ứng mới các độ tin cậy khác nhau. Kỹ thuật đánh giá khả năng thông qua của các loại xe quá khổ, quá tải cũng được giới thiệu. Sử dụng một phần mềm mới CSI Brisge V15 của hãng Computer and Structurer-Mỹ để đánh giá cầu tỏ ra khá hiệu quả cũng đã được giới thiệu ở bài báo này.

Abstract: Nowadays reliability theory is widely used in technical design of difference area. Reliability theory can apply for mechanical design, aeronautical design and construction design. Evaluation of exist bridges to suitable bridge operating and ensure safety are necessary, especially in context of more and more increasing heavy load pass bridges. Existing bridges contain many uncertain factors of material resistance, structural behaviors and operating load. This paper present applying the reliability to load rating and load posting of existing bridges, load posting for difference reliability level and  load rating of over-size and over-load vehicles is also presented. Use the CSI Bridge V15 software of Computer and Structure-Inc, USA to bridge load rating is very effectively and it is also presented.

Cho đến nay, các lý thuyết tính toán kết cấu xây dựng đã trải qua quá trình phát triễn không ngừng và đã tạo ra các hệ phương pháp tính toán sau: Phương pháp tính theo ứng suất cho phép; phương pháp tính theo tải trọng phá hoại; phương pháp tính theo các trạng thái giới hạn; phương pháp tính theo lý thuyết xác xuất và lý thuyết độ tin cậy. Ở Việt Nam từ năm 1975 đến năm 2005 đã sử dụng qui trình thiết kế cầu cống theo các trạng  thái giới hạn mang tên 22 TCN-18-79 trên cơ sở qui trình thiết kế cầu BCH-200-62 của Liên Xô cũ. Từ tháng 7 năm 2005, Việt Nam ban hành tiêu chuẩn  22TCN 272-05 trên cơ sở tiêu chuẩn AASHTO-LRFD-1998 của Mỹ. Tuy nhiên tiêu chuẩn về đánh giá, kiểm định cầu hiện hành của Việt Nam hiện nay vẫn còn dùng tiêu chuẩn 22TCN 243-98  “ Qui trình kiểm định cầu trên đường ô tô” và qui trình  22TCN 258-99 “ Qui trình kiểm định cầu trên đường sắt”. Các qui trình 22TCN 243-98 và 22TCN 258-99 được phát triễn trên cơ sở dựa vào các qui trình tính toán, thiết kế, kiểm định theo phương pháp các Trạng thái giới hạn của Nga.

Qui trình thiết kế cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng (LRFD) của Mỹ được phát triễn từ những năm 1990-2000. Trong quá trình phát triễn nhiều hệ số đã được hiểu chỉnh cẩn thận để kết cấu đạt được độ tin cậy khoảng 3.5 (tương ứng với xác xuất phá hoại khoảng 2 trong 10.000) cho cầu dầm giản đơn. Tiêu chuẩn LRFD đầu tiên được phát triễn dựa trên các dữ liệu quan trắc tải trọng giao thông trên các cầu của bang Ontario-Canađa đo được từ những năm 1970.  Vì vậy, hiện nay các Bang ở Mỹ cũng như các nước phát triễn khác đều có sự hiệu chỉnh lại các hệ số trọng các tiêu chuẩn thiết kế và đánh giá cầu của mình dựa trên những số liệu thống kê về tải trọng xe tải quan trắc đựa qua các trạm cân động (WIM) và các số liệu thống kê về sơ đồ các loại cầu, vật liệu, sức kháng kết cấu đã cập nhật được phù hợp với điều kiện lãnh thổ của từng vùng miền.

Các qui trình đánh giá cầu (Evaluation) cũng được phát triễn dựa trên lý thuyết xác xuất thống kê (độ tin cậy) phù hợp với qui trình thiết kế cầu theo phương pháp LRFD tương ứng. Các mức dùng phương pháp xác xuất trong thiết kế kết cấu, phân tích và đánh giá thể hiện  trên hình 1 [2].

Nghiên cứu này đi sâu vào việc áp dụng lý thuyết độ tin cậy mức xác xuất nâng cao và mức bán xác xuất (hình 1) vào việc đánh giá cầu hiện hữu và áp dụng cắm biển hạn chế tải trọng cầu trên cở sở sử dụng một số dữ liệu thống kế về tải trọng và sức kháng đã thu được trong điều kiện Việt Nam.

Chi tiết tham khảo Tạp chí GTVT số tháng 8/2013