Bé gi¸o dôc vμ ®μo t¹o
tr−êng ®¹i häc giao th«ng vËn t¶i
------------o0o-------------
trÞnh v¨n toμn
nghiªn cøu t¸c ®éng cña xe t¶i nÆng ®Õn c¸c bé phËn kÕt
cÊu nhÞp cÇu vμ x¸c lËp chÕ ®é khai th¸c thÝch hîp cho
hÖ thèng cÇu ®−êng bé
Chuyªn ngµnh: X©y dùng CÇu HÇm
M· sè : 62.58.25.01
Tãm t¾t LuËn ¸n tiÕn sü kü thuËt
Hμ Néi, n¨m 2010
C«ng tr×nh ®−îc hoµn thµnh t¹i Bé m«n CÇu HÇm - khoa C«ng
tr×nh - Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i.
Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: 1. PGS.TS. TrÇn §øc NhiÖm;
2. PGS.TS. NguyÔn Ngäc Long.
1
a. giíi thiÖu chung vÒ luËn ¸n
Do ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh, trªn toµn bé m¹ng l−íi ®−êng víi tæng chiÒu dµi trªn
224.480Km ®−êng bé c¸c lo¹i ë n−íc ta, cã tíi trªn 35.000 cÇu víi tæng chiÒu dµi trªn
610 Km; do nhiÒu nguyªn nh©n lÞch sö, tù nhiªn, chÝnh trÞ, x· héi, kinh tÕ, trªn ph¹m vi
c¶ n−íc hÖ thèng cÇu ®−îc x©y dùng ®a d¹ng vÒ chñng lo¹i, vÒ vËt liÖu x©y dùng, vÒ tiªu
chuÈn kü thuËt vµ tiªu chuÈn thiÕt kÕ, vÒ c«ng nghÖ vµ chÊt l−îng thi c«ng, vÒ thêi gian
phôc vô, vÒ chÊt l−îng khai th¸c vµ qu¶n lý, vÒ møc ®é t¸c ®éng cña m«i tr−êng. Kh«ng
chØ cã sù kh¸c biÖt vÒ tiªu chuÈn kü thuËt, hÖ thèng cÇu n−íc ta cßn cã sù kh¸c biÖt rÊt
nhiÒu vÒ chÊt l−îng vµ tr×nh ®é kü thuËt thi c«ng, chÊt l−îng qu¶n lý b¶o tr× vµ khai th¸c.
§ång thêi, hiÖn nay c¸c ph−¬ng tiÖn vËn t¶i tham gia giao th«ng ngµy mét t¨ng nhanh víi
sù ®a d¹ng vÒ chñng lo¹i, vÒ t¶i träng… TÊt c¶ nh÷ng ®iÒu ®ã dÉn ®Õn t×nh tr¹ng lµ kh«ng
kiÓm so¸t vµ h¹n chÕ chÆt chÏ ®−îc t×nh tr¹ng xe qu¸ t¶i, g©y ra nh÷ng h− háng trong c¸c
bé phËn kÕt cÊu nhÞp vµ hËu qu¶ lµ gi¶m nhanh kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña c«ng tr×nh, x¸c suÊt
xuÊt hiÖn sù cè c«ng tr×nh sÏ t¨ng cao, nhiÒu c«ng tr×nh sím ph¶i söa ch÷a, n©ng cÊp
hoÆc thay thÕ. §iÒu ®ã g©y nªn nh÷ng thiÖt h¹i to lín vÒ kinh tÕ, ph−¬ng tiÖn, c«ng tr×nh,
thËm chÝ c¶ vÒ sinh m¹ng.
V× nh÷ng lý do trªn, ®Ò tµi ®−îc chän lµ “Nghiªn cøu t¸c ®éng cña xe t¶i nÆng
®Õn c¸c bé phËn kÕt cÊu nhÞp cÇu vµ x¸c lËp chÕ ®é khai th¸c thÝch hîp cho hÖ thèng
cÇu ®−êng bé”.
Môc tiªu nghiªn cøu cña LuËn ¸n: Ph©n tÝch vµ ®¸nh gi¸ h− háng cña c¸c bé
phËn kÕt cÊu nhÞp cÇu do t¸c ®éng cña xe t¶i nÆng. Tõ ®ã, ®−a ra c¸c gi¶i ph¸p, kiÕn
nghÞ vÒ x¸c lËp chÕ ®é khai th¸c thÝch hîp cho hÖ thèng cÇu ®−êng bé ®Ó gãp phÇn ®¶m
b¶o tuæi thä khai th¸c, h¹n chÕ tèi ®a thiÖt h¹i vÒ kinh tÕ do ph¶i b¶o tr×, söa ch÷a, thËm
trÝ x©y míi c¸c c«ng tr×nh cÇu bÞ h− háng do xe t¶i nÆng g©y ra.
§èi t−îng vµ ph¹m vi nghiªn cøu cña LuËn ¸n:
- §èi t−îng nghiªn cøu lµ hÖ thèng cÇu trªn mét sè ®o¹n tuyÕn chÝnh; thµnh phÇn,
cÊu tróc dßng xe, t¶i träng xe, ®Æc biÖt ®èi víi c¸c xe t¶i nÆng ®ang khai th¸c vµ l−u
th«ng phæ biÕn trªn c¸c tuyÕn ®−êng bé; c¬ chÕ, thÓ chÕ, chÝnh s¸ch, tæ chøc qu¶n lý
cña c¬ quan qu¶n lý ®−êng bé ®Ó kiÓm so¸t, qu¶n lý xe qu¸ t¶i, xe t¶i nÆng.
- Ph¹m vi nghiªn cøu lµ thµnh phÇn, cÊu tróc dßng xe trªn mét sè ®o¹n tuyÕn chÝnh
(QL1); ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ h− háng cña mét sè bé phËn kÕt cÊu nhÞp nh−: b¶n mÆt cÇu
BTCT th−êng; kÕt cÊu nhÞp dÇm BTCT D¦L gi¶n ®¬n kÐo tr−íc 24.7m.
Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu: LuËn ¸n sö dông tæng hîp c¸c ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu
khoa häc phæ biÕn nh− ph−¬ng ph¸p duy vËt biÖn chøng, ph−¬ng ph¸p tiÕp cËn hÖ thèng
®Ó nªu thùc tr¹ng, ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ vµ ®−a ra c¸c kÕt luËn, kiÕn nghÞ. LuËn ¸n còng
sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p kh¶o s¸t, thèng kª, tæng hîp, kh¸i qu¸t hãa, ®¸nh gi¸, ph©n
tÝch l«gic, so s¸nh nghiªn cøu theo chñ ®Ò ...
ý nghÜa khoa häc cña LuËn ¸n:
Qua nghiªn cøu vÒ hiÖn tr¹ng h− háng cña c¸c bé phËn kÕt cÊu nhÞp cÇu, thùc tr¹ng
thµnh phÇn, cÊu tróc dßng xe, t¶i träng xe khai th¸c; kÕt hîp víi ph−¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ kÕt
cÊu BTCT dùa trªn ®iÒu kiÖn tÝnh duyÖt tiÕt diÖn cña TTGH vµ lý thuyÕt tÝch lòy tæn h¹i
mái ®· kh¼ng ®Þnh:
- Sè l−îng lo¹i 2 trôc, 3 trôc chiÕm tû lÖ lín nhÊt, ®ång thêi víi cïng gi¸ trÞ t¶i träng
th× 01 lÇn c¸c lo¹i xe nµy qua cÇu møc ®é g©y ra tæn h¹i lín h¬n rÊt nhiÒu lÇn so víi c¸c
2
lo¹i xe kh¸c.
- T¶i träng xe quy ®æi cña ho¹t t¶i thiÕt kÕ (nh−: HS20-44, H30) cã gi¸ trÞ nhá h¬n t¶i
träng xe ®o ®−îc t¹i nhiÒu tr¹m ®o, chªnh lÖch lín nhÊt lªn tíi 2.16 lÇn (t−¬ng øng víi møc
®é g©y tæn h¹i cho bª t«ng sau 01 lÇn xe ®i qua lµ 18.22 lÇn).
KÕt qu¶ nghiªn cøu kÕt luËn: xe t¶i nÆng chiÕm kho¶ng 20% tæng l−îng vËn t¶i ë n−íc
ta nh−ng lµ nguyªn nh©n chÝnh g©y nªn h− háng, gi¶m tuæi thä thiÕt kÕ cña c«ng tr×nh cÇu;
vµ cÇn thiÕt ph¶i thiÕt lËp chÕ ®é khai th¸c thÝch hîp cho hÖ thèng cÇu nh−: thiÕt lËp hÖ
thèng tr¹m kiÓm tra t¶i träng xe; quy ®Þnh l¹i biÓn khèng chÕ t¶i träng xe khai th¸c qua
cÇu. ý nghÜa thùc tiÔn cña LuËn ¸n: C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ t¸c ®éng cña xe t¶i nÆng
®Õn c¸c bé phËn kÕt cÊu nhÞp cÇu b−íc ®Çu cã thÓ dïng lµ tµi liÖu khoa häc tham kh¶o ®Ó
phôc vô cho c«ng t¸c nghiªn cøu vµ qu¶n lý khai th¸c hÖ thèng cÇu ®−êng bé.
B. néi dung cña luËn ¸n: Néi dung cña LuËn ¸n bao gåm: phÇn më ®Çu, 4
ch−¬ng vµ phÇn kÕt luËn, kiÕn nghÞ.
Ch−¬ng 1.
Tæng quan vÒ t×nh h×nh nghiªn cøu t¸c ®éng cña xe t¶i
nÆng ®Õn c¸c c«ng tr×nh Giao th«ng ®−êng bé
1.1. kh¸i qu¸t chung.
Mét trong nh÷ng môc tiªu c¬ b¶n cña viÖc qu¶n lý khai th¸c c«ng tr×nh lµ ph¶i ®¶m
b¶o sù an toµn, bÒn v÷ng trong suèt thêi gian khai th¸c, ph¸t huy ®−îc hiÖu qu¶ kinh tÕ
theo LuËn chøng kinh tÕ kü thuËt ban ®Çu. BiÓu thøc chung dïng trong qu¸ tr×nh tÝnh
to¸n, ®¸nh gi¸ c«ng tr×nh lµ : Q ≤ R (1.1)
C¨n cø vµo c¬ së lý thuyÕt tÝnh to¸n thiÕt kÕ kÕt cÊu nh− tr×nh bµy trªn, xin thèng
nhÊt kh¸i niÖm vÒ sù qu¸ t¶i trong c¸c tr−êng hîp xem xÐt, ®ã lµ khi t¸c ®éng v−ît qu¸
n¨ng lùc cña kÕt cÊu c«ng tr×nh th× kÕt cÊu ®ã bÞ r¬i vµo tr¹ng th¸i qu¸ t¶i, ho¹t t¶i g©y
ra t¸c ®éng ®ã lµ xe t¶i nÆng (hay lµ xe qu¸ t¶i). Nãi chung, kh«ng ph¶i cø x¶y ra qu¸
t¶i lµ kÕt cÊu ®· l©m vµo tr¹ng th¸i nguy hiÓm, hoÆc bÞ ph¸ ho¹i. Tuy nhiªn, t×nh tr¹ng
qu¸ t¶i sÏ lµm cho kÕt cÊu nhanh chãng bÞ h− háng; t×nh tr¹ng h− háng ngµy mét nÆng
nÒ h¬n; tuæi thä cña kÕt cÊu bÞ suy gi¶m vµ x¸c suÊt xuÊt hiÖn sù cè c«ng tr×nh lµ rÊt
lín.
1.2. t×nh h×nh nghiªn cøu t¸c ®éng cña xe t¶i nÆng ®Õn c¸c c«ng
tr×nh ®−êng bé .
1.2.1. ViÖc nghiªn cøu t¹i mét sè n−íc trªn thÕ giíi.
1.2.1.1. T¹i Mü.
Cã thÓ tãm t¾t kÕt qu¶ nghiªn cøu t¹i Mü nh− sau:
- Vµo n¨m 1983, Sharma, Halin vµ Mahoney ®· ®−a ra kÕt luËn: Nguy c¬ ph¸ ho¹i
mÆt ®−êng do t¨ng t¶i träng cña xe trôc ®¬n so víi xe trôc ®¬n t¶i träng tiªu chuÈn tû lÖ
theo quan hÖ hµm bËc 4; Cïng chÞu mét t¶i träng nh− nhau lµ 13.3 tÊn nh−ng t¸c ®éng
g©y h− háng mÆt ®−êng cña xe t¶i nÆng trôc ®¬n sÏ lín gÊp kho¶ng 11 lÇn so víi xe t¶i
nÆng trôc kÐp.
- N¨m 1998, Côc ®−êng bé Liªn bang ®· cã sù c¶nh b¸o cho tÊt c¶ c¸c cÇu trªn
tuyÕn ®−êng Liªn bang sè 35 do sù t¨ng tr−ëng l−u l−îng xe t¶i quèc tÕ vËn chuyÓn
hµng ho¸ tõ Canada vµ Mexico vµo Mü. KÕt qu¶ ®iÒu tra vµ thèng kª cña Liªn bang cho
thÊy l−u l−îng xe t¶i ®· t¨ng trªn 200% tõ n¨m 1970, vµ ®©y lµ thêi gian rÊt ng¾n tr−íc
3
khi Liªn bang giíi h¹n ®èi víi tæng träng l−îng xe t¶i ®−îc t¨ng lªn 30,000 pounds. KÕt
qu¶ c¸c nghiªn cøu ®· chØ ra r»ng tæng träng xe t¶i, träng l−îng trôc xe vµ cÊu h×nh c¸c
trôc xe (sè l−îng, kho¶ng c¸ch, vÞ trÝ ...) ®Òu cã ¶nh h−ëng trùc tiÕp ®Õn tuæi thä phôc
vô cña kÕt cÊu nhÞp cÇu. C¸c d¹ng h− háng ®· ®−îc ph¸t hiÖn ë b¶n mÆt cÇu, ë c¸c bé
phËn kÕt cÊu chÞu lùc chñ yÕu nh− hÖ dÇm mÆt cÇu, dÇm chñ, dÇm ngang vµ c¶ ë khe
biÕn d¹ng, gèi cÇu...; c¸c xe t¶i cã trôc b¸nh nÆng, hoÆc t¶i träng trªn cÆp trôc lín
th−êng g©y ra nh÷ng hiÖu øng bÊt lîi nhÊt, thËm chÝ cßn v−ît qu¸ c¶ hiÖu øng g©y ra bëi
xe t¶i tiªu chuÈn HS20-44. C¸c sè liÖu nghiªn cøu ®· chØ ra r»ng: c¸c lo¹i xe t¶i chØ
chiÕm 30% tæng l−îng vËn t¶i nh−ng l¹i g©y ra trªn 99% tæn h¹i cña mÆt ®−êng vµ kÕt
cÊu cÇu, trong khi c¸c xe con vµ xe t¶i nhÑ, xe bus chiÕm tíi 70% tæng l−îng vËn t¶i
nh−ng chØ g©y ra ch−a ®Çy 1% tæn h¹i cho cÇu, ®−êng.
- Theo mét nghiªn cøu t¹i bang Idaho còng ®· cho thÊy tû lÖ xe qu¸ t¶i träng qui ®Þnh
kh«ng xin phÐp cña c¬ quan cã thÈm quyÒn cÊp phÐp l−u hµnh cã tû lÖ % vi ph¹m hµng
n¨m kho¶ng 12%; ®· tÝnh to¸n ®−îc møc ®é h− háng cña mÆt ®−êng do c¸c xe t¶i chë qu¸
t¶i g©y ra hµng n¨m t¨ng kho¶ng 57% so víi tÝnh to¸n thiÕt kÕ ban ®Çu.
1.2.1.2. T¹i NhËt B¶n.
C¸c tµi liÖu nghiªn cøu ë NhËt b¶n cho thÊy r»ng c¸c xe chë hµng qu¸ nÆng cã thÓ
lµ nguyªn nh©n g©y ra c¸c h− háng, thËm chÝ g©y sËp ®æ cÇu. C¸c sè liÖu ®· chøng tá
r»ng tuy xe chë hµng qu¸ nÆng chØ chiÕm chØ 0.7% tæng l−îng vËn t¶i nh−ng c¸c xe nµy
l¹i g©y ra tíi trªn 60% c¸c h− háng ë bé phËn mÆt cÇu BTCT; trong khi ®ã c¸c xe t¶i
th−êng chiÕm 99.3% tæng l−îng vËn t¶i th× chØ g©y ra h− háng kho¶ng 39.6% cho c¸c
bé phËn mÆt cÇu BTCT.
1.2.1.3. T¹i c¸c n−íc kh¸c
Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, Canada vµ mét sè n−íc kh¸c trªn thÕ giíi còng xóc tiÕn
c¸c nghiªn cøu t−¬ng tù vµ ®· thu ®−îc nh÷ng kÕt qu¶ thiÕt thùc, bæ Ých kh«ng chØ cho
chÕ ®é b¶o tr× mµ cßn cho c¶ viÖc khai th¸c (chÝnh s¸ch thuÕ ®−êng; thu phÝ qua nhiªn
liÖu. . . )
C¬ quan qu¶n lý ®−êng bé cña Céng hßa D©n chñ Nh©n d©n Lµo ®· thèng kª ®−îc
c¸c xe t¶i lo¹i 2 trôc, lo¹i 3 trôc lµ nh÷ng xe chë hµng qu¸ t¶i chñ yÕu, do ®ã ®· xem xÐt
ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n møc phÝ ®¨ng ký/®¨ng kiÓm hµng n¨m cã lîi cho nh÷ng xe nhiÒu
trôc vËn chuyÓn hµng ho¸ nh»m khuyÕn khÝch c¸c doanh nghiÖp chuyÓn sang sö dông
lo¹i xe nµy, ®Ó dµn tr¶i t¶i träng lªn nhiÒu trôc, lµm gi¶m thiÓu nh÷ng h− háng cho hÖ
thèng ®−êng bé.
1.2.2. ViÖc nghiªn cøu t¹i ViÖt Nam.
Cã thÓ tãm t¾t c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cña c¸c c«ng tr×nh ®· c«ng bè nh− sau:
- Cho ®Õn nay, khi thiÕt kÕ cÇu ng−êi ta ch−a hoÆc kh«ng cã ý ®Þnh ®−a ra mét c¸ch
lËp s¬ ®å tÝnh to¸n cÇu ph¶n ¸nh ®óng thùc tÕ t×nh h×nh xe ch¹y v× mét mÆt t×nh h×nh xe
ch¹y thùc tÕ lµ mét hiÖn t−îng ngÉu nhiªn, mÆt kh¸c c¬ cÊu ®oµn xe vµ chñng lo¹i xe sÏ
lu«n thay ®æi trong thêi gian tuæi thä khai th¸c cña cÇu. V× vËy, mét s¬ ®å t¶i träng thiÕt kÕ
gi¶ ®Þnh ®· ®−îc ®−a ra tïy theo mçi n−íc trong tiªu chuÈn thiÕt kÕ cña hä.
- Còng cã nh÷ng ph©n tÝch vÒ sù kh¸c nhau gi÷a t×nh h×nh xe ch¹y thùc tÕ víi t¶i
träng thiÕt kÕ. T¶i träng thiÕt kÕ ®−îc quy ®Þnh trong c¸c tiªu chuÈn thiÕt kÕ lµ mét sù
gi¶ ®Þnh, gi÷a nã víi ®oµn xe thùc tÕ lµ kh¸c nhau. KÕt qu¶ nghiªn cøu ®· cho r»ng
nh÷ng xe v−ît t¶i (cã träng t¶i lín h¬n t¶i träng thiÕt kÕ chõng 33%) dï ch¹y mét m×nh
hay ch¹y theo ®oµn ®Òu g©y v−ît néi lùc thiÕt kÕ ®èi víi nh÷ng cÇu cã nhÞp d−íi 45m.