góp phần phân tích hoạt tải v tác động
của hoạt tải ôtô theo tiêu chuẩn
thiết kế cầu (mới) 22TCN-272-01
TS. hoàng hà
Bộ môn Cầu - Hầm - ĐH GTVT

Tóm tắt: Bi viết giới thiệu kết quả phân tích tác động do hoạt tải ôtô theo các Tiêu chuẩn thiết kế
cầu 22TCN-272-01 (mới). Thông qua việc đối chiếu với Tiêu chuẩn AASHTO-96 v Quy trình thiết kế
cầu v cống theo trạng thái giới hạn - 1979 nhằm mục đích sáng tỏ các khái niệm v các thông số của
hoạt tải trong bi toán thiết kế các công trình cầu.
SUMMARY: This article presents the results of an analysis of automobile liveload as per new
standards for bridge design code 22TCN-272-01. A comparision of Standard 22TCN-272-01 with
Standard AASHTO-90 and Process of designing bridges and culverts as per 22TCN-18-79 is to clarify
concepts and specifications of liveload in bridge designing.
Mặc dù các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành
của các nớc khác nhau đều có những vấn đề
khác biệt tùy theo kết quả nghiên cứu và quan
điểm kỹ thuật của từng Quốc gia, nhng đều dựa
trên những nguyên lý khoa học phổ biến.
I. Đặt vấn đề
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN - 272 - 01
đợc ban hành theo Quyết định số 2801/QĐ
BGTVT ngày 28/ 8/ 2001 của Bộ GTVT (trong bài
viết gọi tắt là TC-2001) với chỉ dẫn áp dụng kiểm
nghiệm trong thời gian 2 năm song cùng với
Quy trình thiết kế cầu và cống theo trạng thái
giới hạn 22 TCN-18-79 theo Quyết định ban
hành số 2057/QĐ/KT4 ngày 19/9/1979 (gọi tắt là

hớng các mục tiêu chính dới đây:

Lực ly tâm: Lực do xe chuyển hớng di
động trên đờng cong
+ An toàn cho ngời và phơng tiện giao
thông là trách nhiệm của các kỹ s cầu.
Làn xe thiết kế: Làn xe quy ớc đặt
theo chiều ngang trên chiều rộng làn xe
chạy
+ Đáp ứng yêu cầu khai thác về các mặt chủ
yếu: độ bền, dễ kiểm tra, thuận lợi duy tu,
thông xe thuận tiện, các tiện ích công cộng
khác (nh tải ống dẫn nớc, đờng
điện ), độ cứng (khả năng chống biến
dạng), xét đến khả năng mở rộng cầu
trong tơng lai.
Lực xung kích: Phần lực tăng thêm để
xét đến tơng tác động lực giữa cầu và
xe cộ đi lại.
Cực hạn: Tối đa hay tối thiểu.
+ Khả năng thi công.
Tải trọng thờng xuyên: Tải trọng và
lực không đổi hoặc giả thiết không đổi
khi hoàn thành việc xây dựng.
+ Tính kinh tế.
+ Mỹ quan cầu.
Mặt ảnh hởng: Một mặt liên tục hay
rời rạc đợc vẽ ứng với cao độ mặt cầu
trong mô hình tính toán mà giá trị tại một
điểm của nó nhân với tải trọng tác dụng


=
rniii
RRQ
Xe tải trục: Xe có hai trục đặt sát nhau
(cách nhau 1,2 m theo phơng dọc cầu)
với ý nghĩa tổng các tác động có thể xảy ra
trong tình huống cụ thể đều phải nhỏ hơn sức
kháng của kết cấu đợc thiết kế.
Bánh xe: Một hoặc hai bánh lốp ở đầu
một trục xe.
+ Tuổi thọ thiết kế: của các công trình cầu
là 100 năm
Dy bánh xe: Một nhóm bánh xe đợc
xếp theo chiều ngang hoặc chiều dọc.
III. Hoạt tải v các hệ số tải trọng liên
quan đến hoạt tải
3.2. Các ký hiệu v tên tải trọng liên quan
BR: Lực hãm xe
3.1. Các định nghĩa
b: Hệ số lực hãm
Đơn vị trục xe: Trục đơn hay trục đôi
b: Tổng chiều rộng cầu (mm)

C: Hệ số dùng để tính lực ly tâm
Khoảng cách giữa hai trục sau của xe tải
thiết kế đợc phép thay đổi từ 4,3 m đến 9,0 m
sao cho tạo ra đợc ứng lực cực trị.
CE: lực ly tâm
IM: Lực xung kích
i
: hệ số tải trọng (3-4-1) có thể hiểu nh
hệ số vợt tải

Hình 2

EQ
: hệ số tải trọng đối với hoạt tải tác
dụng đồng thời với động đất (3-4-1)
ý nghĩa của xe hai trục thiết kế bao hàm
các loại xe quân sự, tơng tự nh xe
bánh nặng XB -80 trong QT-1979.
WL: tải trọng gió lên hoạt tải
3.3. Hoạt tải xe ôtô thiết kế
Lực xung kích của xe hai trục thiết kế lấy
nh xe tải thiết kế.
3.3.1. Các thành phần hoạt tải thiết kế
3.3.1.3. Tải trọng ln thiết kế
Hoạt tải xe ôtô thiết kế theo TC-2001 đợc
đặt tên là HL-93 gồm một tổ hợp của:
Tải trọng làn thiết kế là một làn tải trọng
phân bố đều có cờng độ q = 9,3 N/mm
= 0,948 T/m dọc theo chiều dài đặt tải.
Theo phơng ngang tải trọng làn đợc
coi là phân bố đều trên chiều rộng 3,0 m.
Xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế
Tải trọng làn thiết kế.
Hai thành phần trên đợc bố trí chồng lên

tơng đơng: đối với nhịp càng dài tức là chiều
dài đoàn xe càng dài dẫn đến trị số tải trọng rải
đều tơng đơng càng giảm. Theo tiêu chuẩn
mới trị số tải trọng làn không thay đổi theo chiều
dài nhịp. Trị số 0,948 T/m xấp xỉ tải trọng rải đều
tơng đơng của đoàn xe ôtô H10 với chiều dài
đặt tải L 100m của QT-1979 là khá nhỏ. Tuy
nhiên để bù vào trị số không lớn của tải trọng làn
lại đa vào thêm vào các trục tải của xe tải thiết
kế hay xe hai trục.
So với các phiên bản của AASHTO trớc
đây cho tính hoặc các tải trọng trục của 1 xe tải
hoặc một làn tải có thêm các lực tập trung (KEL-
Knife Edge Load). Việc dùng thêm tải trọng trục
xe cùng với làn tải rải đều trong TC-2001 có ý
nghĩa thay thế các lực tập trung KEL của tải trọng
làn theo AASHTO-96.
Với các nhịp ngắn thì tổ hợp xe hai trục kết
hợp tải trọng làn khống chế, với các nhịp dài tổ
hợp xe tải thiết kế kết hợp tải tải trọng làn sẽ
khống chế. Điều này cũng giống nh các kết quả
tính toán theo QT-1979 cho tổ hợp đoàn xe ôtô
tiêu chuẩn H10, H13, H30 và xe bánh nặng XB-
80 hay xe xích.
- Về tác động xung kích của hoạt tải di động
TC-2001 dùng khái niệm lực xung kích IM trong
đa số trờng hợp lấy thống nhất bằng 25% cho
xe thiết kế (không phụ thuộc chiều dài nhịp).
Lực xung kích đợc đa ngay vào thành phần
của tải trọng xe với bất kỳ tổ hợp tải trọng nào có

với
trong đó:
- hiệu ứng động lực do hoạt tải HL-93
gây ra;
h
S
t
h
S
- hiệu ứng do hoạt tải HL-93 tác động ở
trạng thái tĩnh lên kết cấu.
Nh vậy có thể thấy hệ số động lực tính theo
tiêu chuẩn mới sẽ nhỏ hơn trờng hợp tính cho
cầu thép với công thức
+
+=+
5,37
15
1)1(
, cầu
treo hay cầu dây văng
+
+=+
70
50
1)1(
và lớn
hơn trị số tính cho các trờng hợp khác của
QT-1979.
- Riêng đối với trờng hợp đặt tải để tính mô

dụng (nhng không kể duyệt võng)
- Lớn hơn HS-20-44 của AASHTO-96 ít
nhất 25%.
- Đoàn xe H30 cũng lớn hơn HS20-44 của
AASHTO-96 25%. Nh vậy có thể coi
HL-93 tơng đơng đoàn xe H30 (có thể
hình dung HL-93 nh tổ hợp đoàn xe
H10 có một xe nặng là xe tải thiết kế
của TC-2001).
a. Hiệu ứng của xe hai trục (có xung kích
25%) tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết
kế, hoặc
b. Hiệu ứng của xe tải thiết kế (có xung kích
25%) tổ hợp với tải trọng làn thiết kế. Tuy nhiên
trị số của các thành phần lực trong tổ hợp này lại
thay đổi nh sau:
- Khi xét cả hệ số tải trọng, hệ số xung
kích và hệ số là xe thì HL-93 lớn hơn
XB-80 khi tính về cờng độ.
b1. Thông thờng (trừ trờng hợp b2 dới
đây) chỉ dùng 1 xe tải 33,24 T đặt tại vị trí bất lợi
nhất với cự ly giữa hai trục sau thay đổi từ 4,3 đến
9,0 m sao cho tạo đợc ứng lực cực trị kết hợp với
tải trọng làn.
- Đối với các đờng cấp thấp (cấp IV và
thấp hơn) loại xe tải lớn rất khó đi lại nên
khả năng các cầu nhỏ trên các tuyến
giao thông nông thôn chịu tác động của
HL-93 gần nh không xảy ra. Vì vậy căn
cứ vào khả năng thông qua các loại tải


c) Các tải trọng làn và bề rộng 3,0 m của
mỗi làn phải đặt sao cho gây ra ứng lực lớn nhất.
Xe tải thiết kế và xe hai bánh thiết kế (cũng phải
bố trí sao cho gây ra ứng lực lớn nhất) và phải bố
trí trên chiều ngang sao cho tim bất kỳ tải trọng
bánh xe nào cũng không gần hơn:
Ngoài ra các trờng hợp xe tải đơn, xe tải
đôi (cách nhau 15 m) hoặc xe hai trục đợc bố trí
bất lợi trên đờng ảnh hởng nh nguyên tắc xếp
hoạt tải xe trực tiếp của QT-1979 đợc xếp chồng
lên tải trọng làn.
Có thể phân ra các mô hình xếp tải nh
sau:
+ Khi thiết kế bản hẫng: 0,3 m tính từ mép
đá vỉa hay lan can
+ Đối với kết cấu nhịp dầm giản đơn: bố trí
các thành phần hoạt tải nh trên hình 3a
+ Khi thiết kế các bộ phận khác: 0,6 m tính
từ mép làn xe thiết kế:
+ Đối với các kết cấu nhịp cầu khung, dầm
liên tục, cầu dây văng bố trí các thành phần
hoạt tải nh hình 3b.
d) Những điều cần lu ý:
1. Chiều rộng của làn xe đợc
quy định là 3,5 m nhng chiều rộng
thiết kế của xe tải đầu kéo lại ghi là
3,6 m. Để giải thích điều này cần
chú ý:
Nếu theo quy định của điểm

đợc bố trí hoặc xe tải thiết kế hoặc xe hai trục
thiết kế chồng với tải trọng làn khi áp dụng đợc.
Tải trọng đợc giả thiết chiếm chiều rộng 3,0 m
theo chiều ngang của 1 làn xe thiết kế.
3. Các tải trọng thành phần của HL-93 chỉ
đợc phép xê dịch nh quy định trên đây trong
phạm vi của mỗi làn xe.

3.3.6. Hệ số làn xe
4. Theo nguyên lý cộng tác dụng để tạo ra
ứng lực cực trị trọng tâm của các xe tải đầu kéo
và tâm của tải trọng làn trong cùng một làn xe
phải trùng nhau. Nh vậy có thể suy ra các tải
trọng làn phải đặt sao cho trọng tâm theo phơng
ngang cầu của tải trọng làn không gần hơn:
Hệ số làn xe có ý nghĩa xét đến xác suất
xảy ra không đồng thời của các làn xe trên cầu
đợc quy định trong bảng 3-6-1-1-1-1. Hệ số làn
xe đợc đa vào sau khi tính ứng lực cực hạn của
các tổ hợp HL-93 trên mỗi làn xe của mặt cắt
ngang.
+ Khi thiết kế bản hẫng: 1,2 m tính từ mép
đá vỉa hay lan can
Cần chú ý khi áp dụng hệ số làn phải phù
hợp với phơng pháp đợc áp dụng để tính toán
hệ số phân bố tải trọng ở phần 4-6-2-3, 4-6-2-3
và 6-2-2-2-d.
+ Khi thiết kế các bộ phận khác: 1,5 m tính
từ mép làn xe thiết kế.
5. Ví dụ cho trờng hợp cầu 2 làn xe thể

- khoảng gần nhất giữa hai làn tải trọng của
các làn xe
- khoảng cách gần nhất giữa 2 trục sát nhau
của các xe tải đầu kéo hoặc xe hai trục
- khoảng cách trống còn lại của mặt cắt
ngang.
- Đối với các trạng thái giới hạn khác thì hệ
số này biến đổi theo. Đối với trạng thái giới hạn
sử dụng
Kết quả ghi trong bảng 1.
i
= 1,0.
Bảng 1
Vị trí ln xe theo phơng ngang
của cầu 2 ln xe thiết kế

- Cần chú ý tới phần ghi chú của bảng
3-4-1-1 trong TC-2001. Hệ số này có thể giảm
xuống nếu chủ đầu t có giải pháp quản lý bằng
giấy phép qua cầu thì lấy bằng 1,35. Đối với kết
cấu thép phải tăng lên 1,3
Khổ cầu
Khoảng
cách (m)
6 7 8 9 10
a 0 0,5 0,5 0,5 0,5
b 1,2 1,7 1,7 1,7 1,7
c 0 0,5 1,5 2,5 3,5
- Cũng giống nh QT-1979 hệ số tải trọng
có thể lấy theo các trị số khác nhau tùy theo loại

ly xe gần sát nhau (không hoàn toàn giữ khoảng
cách nh các đoàn xe tiêu chuẩn).
- Việc quy định hệ số tải trọng trong
TC-2001 nói chung rõ ràng, dễ vận dụng.

Trong tính toán
3.3.7.2. Hệ số điều chỉnh tải trọng

i
Hệ số điều chỉnh tải trọng
i
lấy theo điều
1-3-2. Hệ số này có ý nghĩa là xét đến tính dẻo,
tính d và tầm quan trọng khai thác của cầu.

Tính dẻo
D
: đợc hiểu là tính mềm dẻo
và dễ biến dạng của kết cấu. Đây là khái
niệm căn cứ và lý thuyết phân tích kết
cấu để xét tới trạng thái làm việc khác
nhau khi độ cứng của kết cấu thay đổi.
Tính d
R
: xét tới ảnh hởng của các
bộ phận cấu tạo mà sự h hỏng của
chúng không dẫn đến sự phá hoại của
công trình. Ví dụ kết cấu nhịp dầm liên
tục có tính d vì sự phá hoại của một
nhịp không dẫn tới sự phá hoại hoàn

(a)
Đối với các tải trọng dùng giá trị cực đại của
hệ số tải trọng
i

:
1
1
lRD
i


= (b)
Hệ số điều chỉnh tải trọng có thể chấp
nhận các giá trị sau:
i

Trừ trạng thái giới hạn về mặt cờng độ
(I, II và III) các trạng thái giới hạn khác đều có:

D
=
R
=
l
= 1

i
= 1.
Đặc biệt

2001, mức d thông thờng và các cầu điển hình
đều lấy trị số:


D
=
R
=
l
= 1

i
= 1.
Theo trạng thái giới hạn cờng độ I có
thành phần hoạt tải trong tổ hợp chấp nhận
i


cực đại sẽ đợc tính theo công thức (b). Các
tham số chỉ chấp nhận các trị số 1.05, 1.00 và
0.95
i

Các trờng hợp khác:
95,0
lRDi