Nhiều người vẫn lầm tưởng rằng tải trọng thiết kế của cầu đường bộ, ví dụ như H30, H13 hay H10, sẽ trực tiếp quyết định tải trọng tối đa mà xe được phép lưu thông qua cầu. Điều này dẫn đến quan niệm sai lầm rằng cầu thiết kế H30 thì xe 30 tấn được qua, H13 thì xe 13 tấn, và H10 thì xe 10 tấn. Tuy nhiên, đây là một cách hiểu hoàn toàn không chính xác và có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng trong quản lý tải trọng khai thác cầu đường bộ.
Để làm rõ vấn đề này, chúng ta cần hiểu đúng bản chất của tải trọng thiết kế cầu. Các tiêu chuẩn thiết kế cầu, như tiêu chuẩn Austroads của Úc, đã định nghĩa rõ ràng rằng: “Hoạt tải là tải trọng của dòng xe (xe đơn chiếc hoặc đoàn xe) hoặc của người đi bộ. Trị số và cách bố trí tải trọng theo danh nghĩa, mang tính chất lý thuyết được quy định trong tiêu chuẩn sẽ tạo nên các hiệu ứng trong kết cấu tương đương với các hiệu ứng do các xe đơn chiếc hoặc đoàn xe trong thực tế tạo ra”.
Bản Chất Của Tải Trọng Thiết Kế Cầu Đường Bộ
Thực tế, các loại xe tải lưu thông trên đường bộ có tải trọng vô cùng đa dạng. Sự vận hành ngẫu nhiên của chúng tạo ra những hiệu ứng khác nhau lên kết cấu cầu, bao gồm nội lực, biến dạng, chuyển vị, dao động và suy giảm độ bền. Để đơn giản hóa quá trình thiết kế mà vẫn đảm bảo an toàn, các nhà nghiên cứu và biên soạn tiêu chuẩn đã đưa ra khái niệm “tải trọng thiết kế”.
Tải trọng thiết kế không phải là tải trọng của một chiếc xe cụ thể nào, mà là một sơ đồ tải trọng giả định, mang tính lý thuyết. Sơ đồ này được xây dựng sao cho hiệu ứng mà nó gây ra trên kết cấu cầu tương đương, hoặc thậm chí lớn hơn, so với hiệu ứng của các dòng xe thực tế. Điều này đảm bảo rằng cầu được thiết kế có đủ khả năng chịu tải và an toàn trong quá trình khai thác.
Các tiêu chuẩn thiết kế cầu khác nhau có thể sử dụng các sơ đồ tải trọng thiết kế khác nhau. Ví dụ, tiêu chuẩn của Nga (CHnII 84), Mỹ (AASHTO 1994, 1998), và Việt Nam (22TCN 272-05) sử dụng các dãy lực tập trung hoặc phân bố đều. Trong khi đó, tiêu chuẩn 22TCN 18-79 của Việt Nam, CHnII 200-62 của Liên Xô trước đây, AASHTO 1992 của Mỹ, DIN 1072 của Đức, và AUSTROADS 1992 của Úc lại sử dụng các xe đơn chiếc và đoàn xe thiết kế giả định (cũng là các dãy lực tập trung).
Tải Trọng Thiết Kế H30, H13, H10 Theo 22TCN 18-79
Tiêu chuẩn 22TCN 18-79 của Việt Nam quy định về tải trọng thiết kế cầu đường bộ, trong đó có các loại tải trọng H30, H13 và H10. Điều 2.12 của tiêu chuẩn này nêu rõ:
- Tải trọng H30 và XB80: Dùng cho các tuyến đường liên lạc quốc tế, đường trục chính yếu có ý nghĩa quan trọng về kinh tế, chính trị, văn hóa, quốc phòng phục vụ cho toàn quốc, có cường độ vận tải trong tương lai rất lớn, cũng như các đường vận chuyển nối liền các khu công nghiệp quan trọng với các thành phố lớn và đường trục chính quốc gia thuộc đường ô tô từ cấp IV trở lên.
- Tải trọng H10 và X60 hoặc H13 và X60: Dùng cho các đường địa phương trong tỉnh, đường giao thông công nghiệp và các đường kinh tế trong tỉnh thuộc hệ thống đường cấp IV trở xuống.
Chú thích ảnh: Sơ đồ minh họa bố trí đoàn xe tiêu chuẩn H30, một trong những tải trọng thiết kế được quy định trong tiêu chuẩn 22TCN 18-79.
Để tính toán nội lực do hoạt tải thẳng đứng gây ra, tiêu chuẩn 22TCN 18-79 quy định sơ đồ tải trọng thiết kế H30 là đoàn xe tiêu chuẩn gồm 2 loại xe 3 trục, mỗi xe có tổng tải trọng 30 tấn, xếp xen kẽ với cự ly 10m. Mỗi xe có trục trước 6 tấn, trục sau tiếp theo 12 tấn, và trục sau thứ hai 12 tấn. Tuy nhiên, khoảng cách giữa trục sau và trục trước của hai loại xe này khác nhau (4m và 6m), và khoảng cách giữa trục sau thứ hai và trục sau trước đó là 1,6m.
Tương tự, tải trọng thiết kế H13 và H10 cũng có các sơ đồ xe và đoàn xe tiêu chuẩn riêng, với tải trọng trục và tải trọng toàn xe khác nhau. Điều quan trọng cần nhấn mạnh là, các giá trị H30, H13, H10 này không phải là tải trọng tối đa cho phép của xe khi khai thác trên cầu.
Hiểu Đúng Về Tải Trọng Khai Thác Cầu
Trong quá khứ, đã từng có sự nhầm lẫn khi nhiều cây cầu được cắm biển hạn chế tải trọng dựa trên chính giá trị tải trọng thiết kế. Ví dụ, cầu thiết kế H30 thì cắm biển 30 tấn, H13 thì 13 tấn, H10 thì 10 tấn. Đây là một sai lầm nghiêm trọng, gây khó khăn cho hoạt động vận tải và làm tăng chi phí xây dựng cầu một cách không cần thiết.
Ngay cả việc thử tải cầu bằng một đoàn xe nào đó cũng không thể đưa ra kết luận chính xác về tải trọng khai thác nếu cách thử tải không khoa học và phiến diện.
Vậy tải trọng khai thác cầu đường bộ được xác định như thế nào? Tải trọng khai thác, hay còn gọi là tải trọng cho phép, phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:
- Tình trạng thực tế của cầu: Cầu mới xây sẽ có tải trọng khai thác khác với cầu đã qua sử dụng và có dấu hiệu xuống cấp.
- Kết quả kiểm định cầu: Kiểm định cầu định kỳ giúp đánh giá chính xác khả năng chịu tải hiện tại của cầu.
- Quy định của cơ quan quản lý đường bộ: Dựa trên các yếu tố trên, cơ quan quản lý sẽ ban hành quyết định về tải trọng khai thác và cắm biển báo phù hợp.
Không thể và không nên lấy trực tiếp giá trị tải trọng thiết kế, như H13 trong “Tải Trọng Trục Xe H13”, để áp đặt thành tải trọng khai thác. Tải trọng thiết kế chỉ là một thông số đầu vào cho quá trình thiết kế cầu, đảm bảo cầu đủ khả năng chịu tải theo tiêu chuẩn. Tải trọng khai thác mới là giá trị thực tế mà các phương tiện giao thông được phép lưu thông qua cầu, và giá trị này cần được xác định một cách khoa học, dựa trên tình trạng cầu và các quy định hiện hành.
Kết Luận
Việc hiểu rõ sự khác biệt giữa tải trọng thiết kế và tải trọng khai thác là vô cùng quan trọng trong quản lý và khai thác cầu đường bộ. Quan niệm sai lầm về việc đồng nhất hai khái niệm này đã gây ra nhiều hệ lụy trong quá khứ. Đối với các nhà quản lý, kỹ sư cầu đường, và cả người tham gia giao thông, việc nắm vững kiến thức này sẽ góp phần đảm bảo an toàn giao thông, tối ưu hóa hoạt động vận tải và sử dụng hiệu quả cơ sở hạ tầng giao thông. Đặc biệt, khi nhắc đến tải trọng trục xe H13, cần hiểu rằng đây là một thông số thiết kế, không phải là giới hạn tải trọng thực tế của xe khi qua cầu.
