Thiết kế cầu đường bộ - Phần 3: Tải trọng và hệ số tải trọng
Highway Bridge Design Specification - Part 3: Loads and Load Factors
1 PHẠM VI ÁP DỤNG
Tiêu chuẩn này quy định những yêu cầu tối thiểu đối với tải trọng và lực, các hệ số tải
trọng và tổ hợp tải trọng dùng trong thiết kế các cầu mới. Những quy định về tải trọng
cũng được dùng trong đánh giá kết cấu các cầu đang khai thác.
Tiêu chuẩn cũng qui định hệ số tải trọng tối thiểu để xác định các nội lực kết cấu có thể
phát sinh trong quá trình thi công, trừ.hệ số tải trọng cho thi công phân đoạn các cầu bê
tông cốt thép.
2 KÝ HIỆU
Các ký hiệu tải trọng sử dụng trong tiêu chuẩn này được liệt kê trong Bảng 1 và Bảng 2
Bảng 2 - Ký hiệu tải trọng nhất thời
| Ký hiệu | Đơn vị | Mô tả | Điều viện dẫn |
| BR | N | lực hãm xe | 4;6.4 |
| CE | N | lực ly tâm | 4;6.3 |
| CT | N | lực va xe | 4;6.5 |
| CV | N | lực va tầu thủy | 4;13 |
| EQ | N | tải trọng động đất | 4;9 |
| FR | N | lực ma sát | 4 |
| IM | % | Độ gia tăng lực do xung kích của xe | 4;6.2 |
| LL | N | hoạt tải xe | 4;6.1 |
| LS | N | hoạt tải chất thêm | 4;10.6.4 |
| PL | N | tải trọng người đi | 4;6.1 |
| SE | N | ứng lực do lún | 4; 11 |
| SH | N | co ngót | 4;1.14 |
| TG | N | ứng lực do gradien nhiệt | 4;11.3 |
| TU | N | ứng lực do biến đổi nhiệt độ đều | 4;11.2 |
| WA | N | tải trọng nước và áp lực dòng chảy | 4;7 |
| WL | N | tải trọng gió trên hoạt tải | 4;8.1.3 |
| WS | N | tải trọng gió trên kết cấu | 4;8.1.2 |
3 THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA
3.1 Áp lực đất chủ động (Active Earth Pressure) - Áp lực ngang gây ra do đất được kết cấu
hay bộ phận kết cấu chắn lại. Áp lực này có xu hướng làm chuyển dịch kết cấu chắn rời khỏi
khối đất.
3.2 Lăng thể đất chủ động (Active Earth Wedge) - Lăng thể đất có xu hướng chuyển
dịch nếu không có kết cấu hay bộ phận kết cấu chắn giữ lại.
3.3 Dao động khí động đàn hồi (Aeroelastic Vibration) - Phản ứng đàn hồi theo chu kỳ của
kết cấu dưới tác động của gió.
3.4 Áp lực đất biểu kiến (Apparent Earth Pressure) - Áp lực đất nằm ngang phân phối cho
tường neo thi công theo phương pháp trên xuống
3.5 Đơn vị trục xe (Axle Unit) - Trục đơn hay trục đôi (tandem) của xe
3.6 Hộ đạo (Berm) - Công trình bằng đất dùng để định hướng lại hoặc làm chậm lại sự
va xô của xe cộ hoặc tầu thuyền và để ổn định đất đắp, nền đường hoặc đất yếu và các
ta luy đào
3.7 Lực ly tâm (Centrifugal Force) - Lực ngang do xe chuyển hướng di động trên đường
cong.
3.8 Giảm chấn (Damper) - Bộ phận có cơ cấu truyền và giảm lực giữa các bộ phận kết
cấu phần trên hoặc giữa kết cấu phần trên và kết cấu phần dưới trong khi vẫn cho phép
chuyển vị do nhiệt. Cơ cấu giảm chấn bằng tiêu hao năng lượng sản sinh do động đất,
lực hãm và các lực động khác.
3.9 Đường thủy mớn nước sâu (Deep Draft Waterways) - Luồng đường thủy cho tàu
thương mại với mớn nước có tải trong khoảng 4200 - 18000mm.
3.10 Làn xe thiết kế (Design Lane) - Làn xe quy ước đặt theo chiều ngang trên bề rộng
phần xe chạy.
3.11 Biên chuyển vị do nhiệt Design (Thermal Movement Range) – Phạm vi dịch
chuyển kết cấu do chênh lệch giữa nhiệt độ thiết kế cao nhất và thấp nhất.
Chiều sâu nước thiết kế (Design Water Depth) – Chiều sâu ở mức nước cao trung bình.
3.12 Biến hình (Distortion) – Thay đổi hình dạng kết cấu.
3.13 Ụ Chống va (Dolphin) - Vật thể phòng hộ, có thể có hệ thống chắn riêng, thường
có mặt bằng tròn và độc lập về kết cấu với cầu.[ads-post]
3.14 Độ gia tăng xung kích (Dynamic Load Allowance) - Phần tăng thêm hiệu ứng lực
tĩnh để xét đến tương tác động giữa cầu và xe cộ đi lại.
3.15 Chất lỏng tương đương (Equivalent Fluid) - Một chất quy ước có tỷ trọng cụ thể
gây ra cùng áp lực như đất được thay thế để tính toán.
3.16 Lộ ra (Exposed) - Điều kiện trong đó có một bộ phận của kết cấu phần dưới hay
phần trên của cầu có thể bị va chạm bởi bất kỳ bộ phận nào của mũi tầu, ca bin hay cột
tầu.
3.17 Cực hạn (Extreme) - Tối đa hoặc tối thiểu.
3.18 Hệ thống (chắn Fender) - Kết cấu phòng hộ cứng được liên kết vào bộ phận kết cấu
được bảo vệ hoặc để dẫn luồng hoặc để chuyển hướng các tầu bị chệch hướng.
3.19 Tổng thể (Global) - Phù hợp với toàn bộ kết cấu phần trên hay toàn bộ cầu.
3.20 Mặt ảnh hưởng (Influence Surface) - Một bề mặt liên tục hay rời rạc được vẽ ứng
với cao độ mặt cầu trong mô hình tính tóan mà giá trị tại một điểm của nó nhân với tải
trọng tác dụng thẳng góc với mặt cầu tại điểm đó sẽ được ứng lực
3.21 Làn (Lane) – Phần diện tích mặt cầu tiếp nhận tải trọng xe hoặc dải tải trọng dải
đều
3.22 Quy tắc đòn bẩy (Lever Rule) - Lấy tổng mô men đối với một điểm để tìm phản lực
tại điểm thứ hai.
3.23 Hoá lỏng (Liquefaction) - Sự mất cường độ chịu cắt trong đất bão hoà do vượt qua
áp lực thuỷ tĩnh. Trong đất rời bão hoà, sự mất cường độ này có thể do tải trọng tức thời
hoặc chu kỳ, đặc biệt trong cát nhỏ đến cát vừa rời rạc hạt đồng nhất.
TCVN 11823-3: 2017
3.24 Tải trọng (Load) - Hiệu ứng của gia tốc bao gồm gia tốc trọng trường, biến dạngcưỡng bức hay thay đổi thể tích.
3.25 Cục bộ (Local) - Tính chất có liên quan với một cấu kiện hoặc cụm lắp ráp của cấu
kiện.
3.26 Tấn (Megagram) (Mg) - 1000 kg (một đơn vị khối lượng).
3.27 Dạng thức dao động (Mode of Vibration) - Một dạng của biến dạng động ứng với
một tần số dao động.
3.28 Đường thuỷ thông thương (Navigable Waterway) - Một đường thuỷ được xếp
hạng thông thương bởi Cục Đường sông Việt Nam hoặc Cục Hàng hải Việt Nam.
3.29 Tải trọng danh định (Nominal Load) - Mức tải trọng thiết kế được lựa chọn theo
quy ước.
3.30 Đất cố kết thông thường (Normally Consolidated Soil) - Đất dưới áp lực đất phủ
hiện tại bằng áp lực đất phủ đã từng hiện diện trong quá khứ ở chỗ đang xét.
3.31 Đất quá cố kết (Overconsolidated Soil) - Đất dưới áp lực đất phủ hiện tại nhỏ hơn
áp lực đất phủ đã từng hiện diện trong quá khứ.
3.32 Ổn định tổng thể (Overall Stability) - Ổn định của toàn bộ tường chắn hoặc kết cấu
mố được xỏc định bằng việc đánh giá các mặt trượt cơ nguy cơ nằm ở bên ngoài toàn
bộ kết cấu.
3.33 Tỷ lệ quá cố kết (Overconsolidation Ratio) -
3.34 Áp lực đất bị động (Passive Earth Pressure) - Áp lực ngang do đất chống lại
chuyển vị ngang về phía khối đất của kết cấu hoặc bộ phận kết cấu.
3.35 Tải trọng thường xuyên (Permanent Loads) – Các tải trọng hay các lực không đổi
tác dụng lên kết cấu sau khi hoàn thành thi công hoặc chỉ biến đổi sau một khoảng thời
gian dài.
3.36 Xe được phép (Permit Vehicle) - Một xe bất kỳ được phép đi là xe bị hạn chế một
cách nào đó bằng biện pháp hành chính về trọng lượng hoặc về kích thước của chúng.
3.37 Chỉ số độ tin cậy (Reliability Index) - Sự đánh giá định lượng về mặt an toàn được
tính bằng tỷ số của hiệu của sức kháng bình quân và ứng lực bình quân với độ lệch tiêu
chuẩn tổ hợp của sức kháng và ứng lực.
3.38 Giằng neo (Restrainers) – Một hệ cáp cường độ cao hoặc thanh làm nhiệm vụ
truyền lực giữa các bộ phận kết cấu phần trên hoặc giữa các bộ phận kết cấu phần trên
và phần dưới chịu tác dụng của động đất hay các lực động khác sau khi có xuất hiện các
khe hở kết cấu nhưng vẫn cho phép chuyển vị do giãn nở nhiệt.
3.40 Nhiệt độ lắp đặt (Setting Temperature) - Nhiệt độ trung bình của kết cấu dùng để
xác định kích thước của kết cấu khi lắp thêm một cấu kiện hoặc khi lắp đặt.
3.41 Đường thủy mớn nước nông (Shallow Draft Waterways) – Một đường thủy dùng
chủ yếu cho tàu nhỏ với mớn nước có tải nhỏ hơn 2700 đến 3000 mm.
3.42 Bộ truyền lực sốc (Shock Transmission Unit (STU)- Bộ truyền dẫn xung động; Cơ
cấu nối giữa các bộ phận kết cấu phần trên hoặc giữa kết cấu phần trên với kết cấu
phần dưới có khả năng làm việc như một liên kết cứng tạm thời dưới tác dụng của các
lực như động đất, lực hãm hoặc các lực động khác nhưng vẫn cho phép kết cấu chuyển
vị dài hạn do các hiệu ứng thay đổi nhiệt độ hay co ngót.
3.43 Rào chắn liên tục theo kết cấu (Structurally Continuous Barrier) - Rào chắn hoặc
bất kỳ bộ phận nào của nó chỉ ngắt ở khe chỗ nối mặt cầu.
3.44 Kết cấu phần dưới (Substructure) - Bộ phận kết cấu cầu để đỡ kết cấu nhịp bên
trên.
3.45 Kết cấu phần trên (Superstructure) - Bộ phận kết cấu cầu để vượt nhịp (kết cấu nhịp).
3.46 Tải trọng chất thêm (Surcharge) - Tải trọng được dùng để mô hình hoá trọng
lượng đất đắp hoặc các tải trọng khác tác dụng trên đỉnh của vật liệu đắp
3.47 Trục xe đôi (Tandem) - Xe có hai trục đặt sát nhau, thường được liên kết với cùng
một khung gầm xe để tải trọng truyền đều lên các trục .
3.48 Tải trọng nhất thời (Transient Load) - Tải trọng và lực có thể biến đổi trong một khoảng
thời gian tương đối ngắn so với tuổi thọ của kết cấu.
3.49 Góc ma sát tường (Wall Friction Angle) - Góc bằng arctg của hệ số ma sát biểu
kiến giữa tường và khối đất.
3.50 Bánh xe (Wheel) - Một hoặc hai bánh lốp ở đầu một trục xe.
3.51 Dãy bánh xe (Wheel Line) - Một nhóm bánh xe được xếp theo chiều ngang hoặc
chiều dọc.
4 CÁC HỆ SỐ VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG
4.1 HỆ SỐ TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG
Tổng ứng lực tính toán phải được tính như sau:
Q = ∑ γη Q iii (1)
trong đó:ηi = hệ số điều chỉnh tải trọng lấy theo Điều 4.2 Phần 1 bộ tiêu chuẩn này
Qi = ứng lực do tải trọng quy định ở đâyγi = hệ số tải trọng lấy theo Bảng 3, 4 và 5
Các cấu kiện và các liên kết của cầu phải thoả mãn Phương trình 1 Phần 1 bộ tiêu chuẩn này
cho các tổ hợp thích hợp của ứng lực cực hạn tính toán được quy định cho mỗi tổ hợp tải
trọng qui định trong Bảng 3 theo các trạng thái giới hạn sau đây:
• CƯỜNG ĐỘ I: Tổ hợp tải trọng cơ bản liên quan đến việc sử dụng cho xe tiêu chuẩn
của cầu không xét đến gió
• CƯỜNG ĐỘ II: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng cầu cho các loại xe đặc
biệt theo quy định riêng hoặc đánh giá cầu để cấp phép cho xe đặc biệt qua cầu,
không xét đến gió trong cả hai trường hợp.
• CƯỜNG ĐỘ III: Tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu gió với vận tốc vượt quá
25m/s
• CƯỜNG ĐỘ IV: Tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu có tỷ lệ giữa ứng lực do tĩnh tải
với hoạt tải trong kết cấu phần trên rất lớn
• CƯỜNG ĐỘ V: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn của cầu
với gió có vận tốc 25m/s
• ĐẶC BIỆT I: Tổ hợp tải trọng có tải trọng động đất. Hệ số tải trọng hoạt tải,
γ EQ được xác định trên cơ sở quy định của dự án.
• ĐẶC BIỆT II: Tổ hợp tải trọng liên quan đến lực va của tầu thuyền và xe cộ, lũ kiểm
tra và một số hiện tượng thuỷ lực với hoạt tải đã chiết giảm mà chính là một phần của
tải trọng xe va xô, CT. Các trường hợp tính lũ kiểm tra không tổ hợp với CV,CT
• SỬ DỤNG I: Tổ hợp tải trọng liên quan đến khai thác bình thường của cầu với gió có
vận tốc 25m/s với tất cả tải trọng lấy theo giá trị danh định. Cũng dùng tổ hợp này để
kiểm soát độ võng trong các kết cấu kim loại vùi, vách hầm vỏ thép, ống nhựa nhiệt
dẻo, kiểm soát bề rộng vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép thường, và kiểm tra chịu
kéo trong phân tích theo chiều ngang của dầm bê tông phân đoạn. Tổ hợp trọng tải
này cũng cần được dùng để khảo sát ổn định mái dốc.
• SỬ DỤNG II: Tổ hợp tải trọng dự kiến để kiểm soát giới hạn chảy của kết cấu thép
và trượt của mối nối bu lông cường độ cao chịu ma sát tới hạn do hoạt tải xe.
• SỬ DỤNG III: Tổ hợp tải trọng trong phân tích dọc liên quan đến kéo trong kết cấu
phần trên bê tông cốt thép dự ứng lực để kiểm soát nứt và liên quan đến ứng suất
kéo chủ trong bản bụng của dầm bê tông phân đoạn.
• SỬ DỤNG IV: Tổ hợp tải trọng chỉ liên quan đến kéo trong cột bê tông dự ứng lực để
kiểm soát nứt.
• MỎI I: Tổ hợp tải trọng gây mỏi và nứt gẫy dòn, với tuổi thọ chịu mỏi vô hạn.
• MỎI II: Tổ hợp tải trọng gây mỏi và nứt gẫy dòn, với tuổi thọ chịu mỏi hữu hạn.
Hệ số tải trọng cho các tải trọng khác nhau trong một tổ hợp tải trọng thiết kế được lấy như
quy định trong Bảng 3. Mọi tập hợp con thoả đáng của các tổ hợp tải trọng phải được nghiên
cứu. Đối với mỗi tổ hợp tải trọng, mọi tải trọng được đưa vào tính toán và có liên quan đến
cấu kiện được thiết kế bao gồm cả các hiệu ứng đáng kể do tác dụng của xoắn, phải được
nhân với hệ số tải trọng tương ứng với hệ số làn lấy theo Điều 6.1.1.2 nếu có thể áp dụng.
ĐỌC TIẾP HOẶC TẢI VỀ
