Có thể khẳng định rằng, không thể lấy trị số tải trọng của xe thiết kế hay của xe nặng nhất trong đoàn xe thiết kế được qui định trong các tiêu chuẩn thiết kế để qui định hoặc cắm biển hạn chế tải trọng khai thác đối với công trình cầu đường bộ.
Có thể khẳng định rằng, không thể lấy trị số tải trọng của xe thiết kế hay của xe nặng nhất trong đoàn xe thiết kế được qui định trong các tiêu chuẩn thiết kế để qui định hoặc cắm biển hạn chế tải trọng khai thác đối với công trình cầu đường bộ.
Vẫn có nhiều người cho rằng cầu được tính toán thiết kế với xe thiết kế có tải trọng bao nhiêu thì sẽ được qui định tải trọng khai thác tối đa là bấy nhiêu. Cụ thể là các cầu ở nước ta nếu được thiết kế với tải trọng thiết kế H30, H13 hay H10 theo tiêu chuẩn 22TCN 18-79 thì tải trọng tối đa của xe được phép đi qua cầu tương ứng được họ quan niệm một cách đơn giản là xe hay đoàn xe 30 tấn, 13 tấn hoặc 10 tấn. Quan niệm như vậy là không đúng. Xin được trích dẫn tiêu chuẩn thiết kế cầu của úc (Austroads: Bridge Design Code 1992) để làm rõ bản chất của tải trọng thiết kế cầu. Điều 2.3. Hoạt tải của tiêu chuẩn này cho thấy như sau: “Hoạt tải là tải trọng của dòng xe (các 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 lí thuyết được qui 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”.
Nói một cách khác, việc xác định tải trọng xe hay đoàn xe thiết kế cầu được thực hiện theo nguyên tắc như sau: Xuất phát từ thực tế là các xe đơn chiếc hay đoàn xe được chế tạo để lưu hành trên hệ thống đường bộ có tải trọng rất khác nhau. Các xe này vận hành ngẫu nhiên sẽ gây ra các hiệu ứng cũng rất khác nhau trong các bộ phận của kết cấu cầu như nội lực, biến dạng, chuyển vị, dao động, suy giảm độ bền của kết cấu theo lưu lượng và cường độ vận tải, theo thời gian khai thác… Xử lý thống kê các hiệu ứng này sẽ tìm được đường bao, tức là tập hợp các giá trị lớn nhất của các hiệu ứng đó. Vấn đề đặt ra đối với những người nghiên cứu và biên soạn tiêu chuẩn thiết kế cầu là tìm ra cách bố trí các tải trọng với những trị số tải trọng được chọn sao cho hiệu ứng của chúng gây ra trong kết cấu cầu là tương đương (mà thực chất còn lớn hơn nhiều vì còn xét đến hệ số tải trọng để đảm bảo an toàn và xét đến sự phát triển tải trọng cả về trị số và số lượng trong tương lai để đảm bảo thời gian phục vụ, tức là tuổi thọ theo qui định của tiêu chuẩn thiết kế của công trình cầu) so với các hiệu ứng có được qua tính toán xử lý thống kê nêu trên. Sơ đồ bố trí và các trị số tải trọng tìm được chính là tải trọng của xe hoặc đoàn xe thiết kế, hay chính xác hơn là hoạt tải thiết kế. Chúng có thể là các dãy lực tập trung hay phân bố đều như qui định của các tiêu chuẩn CHnII 84 của Nga, AASHTO 1994 hay 1998 cũng của Mỹ, 22TCN 272-05 của Việt Nam hiện nay… Chúng cũng có thể là những xe đơn chiếc và đoàn xe thiết kế giả định (tức chính cũng là các dãy lực tập trung) như qui định của tiêu chuẩn 22TCN 18-79 của Việt Nam, CHnII 200-62 của Liên Xô trước đây, AASHTO 1992 của Mỹ, DIN 1072 của Cộng hòa Liên bang Đức, AUSTROADS 1992 của úc….
Để làm sáng tỏ thêm điều này, xin được nhắc lại bản chất của tải trọng thiết kế H30 – XB80, H10, H13 và X60 đối với cầu đường bộ được qui định trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 18 – 79. Điều 2.12 của tiêu chuẩn này qui định: “Hoạt tải thẳng đứng tiêu chuẩn (có xét tới phát triển tương lai) lấy như sau: Dùng tải trọng H30 và XB80 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… Dùng tải trọng H10 và X60 hay H13 và X60 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”. Ngoài ra, qui định này còn lưu ý là khi tính toán về độ chịu mỏi không dùng tải trọng xe bánh hay xích. Khi xét tải trọng xe bánh, xe xích thì không xét tải trọng ô tô và người đi. Các hoạt tải này đều cho phép đưa về tải trọng rải đều tương đương. Qui định trên đây được soạn thảo trên cơ sở qui định của tiêu chuẩn thiết kế cầu CHnII 200-62 của Liên Xô trước đây và có nội dung hoàn toàn giống như qui định của CHnII 200-62.
Để tính toán các nội lực do hoạt tải thẳng đứng gây ra, sơ đồ của tải trọng thiết kế được qui định là đoàn xe tiêu chuẩn H30 gồm 2 loại xe 3 trục có tổng tải trọng mỗi xe là 30 tấn xếp xen kẽ với cự ly 10m tính từ trục sau thứ hai đến trục trước của xe tiếp theo với chiều dài không hạn chế. Cả hai lọai xe này đều có trục trước là 6 tấn, trục sau tiếp theo là 12 tấn, nhưng một loại thì trục sau cách trục trước 4m, một loại cách trục trước 6m, tiếp đến là trục sau thứ hai 12 tấn cách trục sau trước đó 1,6m.
Trong suốt hơn một phần tư thế kỷ qua, các cây cầu được xây dựng ở các tỉnh phía Bắc của nước ta đều được tính toán thiết kế chủ yếu xuất phát từ các sơ đồ tải trọng thiết kế H30 – XB 80; H13 – X60 hoặc H10 – X60 theo tiêu chuẩn 22TCN 18 – 79 nêu trên. Và trong một thời gian khá dài, nhiều cây cầu vừa được thiết kế và xây dựng theo các sơ đồ tải trọng này đã được cắm những tấm biển hạn chế tải trọng là 30 tấn, 13 tấn hoặc 10 tấn (?). Tương tự, các cây cầu ở phía Nam được thiết kế và xây dựng theo tiêu chuấn AASHO hoặc AASHTO với tải trọng thiết kế là H20 – 44 hoặc HS25 – 44 thì cũng được cắm biển hạn chế tải trọng là 20 tấn, 25 Tấn (?). Thậm chí vào những năm 90 của thế kỷ trước, trong một số dự án cầu ở nước ta được xây dựng bằng nguồn vốn ODA, tư vấn nước ngoài thiết kế theo tiêu chuẩn AASHTO đã rất sai lầm khi tăng tải trọng thiết kế HS20 – 44 lên 25% để “tương đương” với tải trọng thiết kế H30 của Việt Nam (?). Những quan niệm và cách làm này đã gây không ít khó khăn cho hoạt động vận tải đường bộ và làm qui mô, giá thành các cây cầu tăng lên không cần thiết. Chỉ sau khi tải trọng thiết kế HL93 có sơ đồ là tải trọng phân bố đều của tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 – 01 (đã được bổ sung sửa đổi thành 22TCN 272 – 05) được áp dụng thì việc cắm biển hạn chế tải trọng 30 tấn đối với các cây cầu được xây dựng mới theo tải trọng thiết kế H30 hoặc HL93 mới được chấm dứt. Thế mà vẫn có những cây cầu gần đây sau khi xây dựng xong, các cơ quan chức năng vẫn đề nghị cắm biển hạn chế tải trọng xe là 30 Tấn với lập luận rằng cầu được thiết kế với H30 thì chỉ cho xe có trọng lượng tối đa là 30 Tấn qua cầu (?)
Còn đối với các cây cầu được thiết kế theo tải trọng thiết kế H13 hay H10 theo 22TCN 18 – 79 thì cũng không thể cho rằng tải trọng xe cho phép qua cầu tối đa là 13 tấn hay 10 tấn để cắm biển hạn chế tải trọng. Nếu căn cứ theo qui định của Điều 2.12 của 22TCN 18 -79 nói trên hoặc điều qui định tương tự của CHnII 200 – 62 của Liên xô trước đây thì các đường tỉnh, các đường cấp IV trở xuống có thể dùng H13 hay H10 để thiết kế và xây dựng. Điều này cũng tương tự như việc người Mỹ được phép sử dụng tải trọng thiết kế H15 – 44 hay HS20 – 44 hoặc HS25 – 44 của tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO để thiết kế và xây dựng cầu trên mạng đường bộ của nước Mỹ. Rõ ràng là trong mạng đường bộ chung của Liên xô trước đây và của nước Nga và của cả nước Mỹ cũng như các nước phát triển khác hiện nay không thể có việc các xe ô tô đã được phép lưu hành trên các đường quốc gia mà lại không được phép lưu hành trên các đường tỉnh, trừ trường hợp các xe có chiều dài không phù hợp với bán kính cong hạn chế của đường nên không thể lưu hành.
Tóm lại, sơ đồ tải trọng xe và đoàn xe thiết kế được qui định trong các tiêu chuẩn thiết kế cầu đều mang tính chất lý thuyết và giả định sao cho việc tính toán thiết kế được đơn giản nhưng các cây cầu được thiết kế và xây dựng phải đáp ứng yêu cầu lưu hành bình thường cho tất cả các phương tiện giao thông được chế tạo để làm nhiệm vụ vận tải đường bộ. Việc lấy nguyên xi các trị số taỉ trọng xe 30 tấn, 25 tấn, 20 tấn, 13 tấn hoặc 10 tấn được qui định trong các tiêu chuẩn thiết kế cầu để qui định tải trọng khai thác và cắm biển hạn chế tải trọng đối với các cầu vừa được xây dựng và đưa vào khai thác là không đúng và cần được chấm dứt.
Tương tự, cũng không thể tiến hành thử tải bằng một đoàn xe nào đó theo cách thử tải được hiểu rất phiến diện hiện nay để rồi đưa ra những kết luận thiếu căn cứ về việc cắm biển hạn chế tải trọng của những cây cầu bị nghi ngờ là đã xuống cấp hay như nhiều người vẫn gọi theo cảm tính chủ quan, chưa đủ căn cứ là “cầu yếu”./.
PGS. TS. Tống Trần Tùng – Nguyên phó vụ trưởng Vụ KH&CN – Bộ GTVT
Có thể khẳng định rằng, không thể lấy trị số tải trọng của xe thiết kế hay của xe nặng nhất trong đoàn xe thiết kế được qui định trong các tiêu chuẩn thiết kế để qui định hoặc cắm biển hạn chế tải trọng khai thác đối với công trình cầu đường bộ.Vẫn có nhiều người cho rằng cầu được tính toán thiết kế với xe thiết kế có tải trọng bao nhiêu thì sẽ được qui định tải trọng khai thác tối đa là bấy nhiêu. Cụ thể là các cầu ở nước ta nếu được thiết kế với tải trọng thiết kế H30, H13 hay H10 theo tiêu chuẩn 22TCN 18-79 thì tải trọng tối đa của xe được phép đi qua cầu tương ứng được họ quan niệm một cách đơn giản là xe hay đoàn xe 30 tấn, 13 tấn hoặc 10 tấn. Quan niệm như vậy là không đúng. Xin được trích dẫn tiêu chuẩn thiết kế cầu của úc (Austroads: Bridge Design Code 1992) để làm rõ bản chất của tải trọng thiết kế cầu. Điều 2.3. Hoạt tải của tiêu chuẩn này cho thấy như sau: “Hoạt tải là tải trọng của dòng xe (các 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 lí thuyết được qui 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”.Nói một cách khác, việc xác định tải trọng xe hay đoàn xe thiết kế cầu được thực hiện theo nguyên tắc như sau: Xuất phát từ thực tế là các xe đơn chiếc hay đoàn xe được chế tạo để lưu hành trên hệ thống đường bộ có tải trọng rất khác nhau. Các xe này vận hành ngẫu nhiên sẽ gây ra các hiệu ứng cũng rất khác nhau trong các bộ phận của kết cấu cầu như nội lực, biến dạng, chuyển vị, dao động, suy giảm độ bền của kết cấu theo lưu lượng và cường độ vận tải, theo thời gian khai thác… Xử lý thống kê các hiệu ứng này sẽ tìm được đường bao, tức là tập hợp các giá trị lớn nhất của các hiệu ứng đó. Vấn đề đặt ra đối với những người nghiên cứu và biên soạn tiêu chuẩn thiết kế cầu là tìm ra cách bố trí các tải trọng với những trị số tải trọng được chọn sao cho hiệu ứng của chúng gây ra trong kết cấu cầu là tương đương (mà thực chất còn lớn hơn nhiều vì còn xét đến hệ số tải trọng để đảm bảo an toàn và xét đến sự phát triển tải trọng cả về trị số và số lượng trong tương lai để đảm bảo thời gian phục vụ, tức là tuổi thọ theo qui định của tiêu chuẩn thiết kế của công trình cầu) so với các hiệu ứng có được qua tính toán xử lý thống kê nêu trên. Sơ đồ bố trí và các trị số tải trọng tìm được chính là tải trọng của xe hoặc đoàn xe thiết kế, hay chính xác hơn là hoạt tải thiết kế. Chúng có thể là các dãy lực tập trung hay phân bố đều như qui định của các tiêu chuẩn CHnII 84 của Nga, AASHTO 1994 hay 1998 cũng của Mỹ, 22TCN 272-05 của Việt Nam hiện nay… Chúng cũng có thể là những xe đơn chiếc và đoàn xe thiết kế giả định (tức chính cũng là các dãy lực tập trung) như qui định của tiêu chuẩn 22TCN 18-79 của Việt Nam, CHnII 200-62 của Liên Xô trước đây, AASHTO 1992 của Mỹ, DIN 1072 của Cộng hòa Liên bang Đức, AUSTROADS 1992 của úc….Để làm sáng tỏ thêm điều này, xin được nhắc lại bản chất của tải trọng thiết kế H30 – XB80, H10, H13 và X60 đối với cầu đường bộ được qui định trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 18 – 79. Điều 2.12 của tiêu chuẩn này qui định: “Hoạt tải thẳng đứng tiêu chuẩn (có xét tới phát triển tương lai) lấy như sau: Dùng tải trọng H30 và XB80 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… Dùng tải trọng H10 và X60 hay H13 và X60 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”. Ngoài ra, qui định này còn lưu ý là khi tính toán về độ chịu mỏi không dùng tải trọng xe bánh hay xích. Khi xét tải trọng xe bánh, xe xích thì không xét tải trọng ô tô và người đi. Các hoạt tải này đều cho phép đưa về tải trọng rải đều tương đương. Qui định trên đây được soạn thảo trên cơ sở qui định của tiêu chuẩn thiết kế cầu CHnII 200-62 của Liên Xô trước đây và có nội dung hoàn toàn giống như qui định của CHnII 200-62.Để tính toán các nội lực do hoạt tải thẳng đứng gây ra, sơ đồ của tải trọng thiết kế được qui định là đoàn xe tiêu chuẩn H30 gồm 2 loại xe 3 trục có tổng tải trọng mỗi xe là 30 tấn xếp xen kẽ với cự ly 10m tính từ trục sau thứ hai đến trục trước của xe tiếp theo với chiều dài không hạn chế. Cả hai lọai xe này đều có trục trước là 6 tấn, trục sau tiếp theo là 12 tấn, nhưng một loại thì trục sau cách trục trước 4m, một loại cách trục trước 6m, tiếp đến là trục sau thứ hai 12 tấn cách trục sau trước đó 1,6m.Trong suốt hơn một phần tư thế kỷ qua, các cây cầu được xây dựng ở các tỉnh phía Bắc của nước ta đều được tính toán thiết kế chủ yếu xuất phát từ các sơ đồ tải trọng thiết kế H30 – XB 80; H13 – X60 hoặc H10 – X60 theo tiêu chuẩn 22TCN 18 – 79 nêu trên. Và trong một thời gian khá dài, nhiều cây cầu vừa được thiết kế và xây dựng theo các sơ đồ tải trọng này đã được cắm những tấm biển hạn chế tải trọng là 30 tấn, 13 tấn hoặc 10 tấn (?). Tương tự, các cây cầu ở phía Nam được thiết kế và xây dựng theo tiêu chuấn AASHO hoặc AASHTO với tải trọng thiết kế là H20 – 44 hoặc HS25 – 44 thì cũng được cắm biển hạn chế tải trọng là 20 tấn, 25 Tấn (?). Thậm chí vào những năm 90 của thế kỷ trước, trong một số dự án cầu ở nước ta được xây dựng bằng nguồn vốn ODA, tư vấn nước ngoài thiết kế theo tiêu chuẩn AASHTO đã rất sai lầm khi tăng tải trọng thiết kế HS20 – 44 lên 25% để “tương đương” với tải trọng thiết kế H30 của Việt Nam (?). Những quan niệm và cách làm này đã gây không ít khó khăn cho hoạt động vận tải đường bộ và làm qui mô, giá thành các cây cầu tăng lên không cần thiết. Chỉ sau khi tải trọng thiết kế HL93 có sơ đồ là tải trọng phân bố đều của tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 – 01 (đã được bổ sung sửa đổi thành 22TCN 272 – 05) được áp dụng thì việc cắm biển hạn chế tải trọng 30 tấn đối với các cây cầu được xây dựng mới theo tải trọng thiết kế H30 hoặc HL93 mới được chấm dứt. Thế mà vẫn có những cây cầu gần đây sau khi xây dựng xong, các cơ quan chức năng vẫn đề nghị cắm biển hạn chế tải trọng xe là 30 Tấn với lập luận rằng cầu được thiết kế với H30 thì chỉ cho xe có trọng lượng tối đa là 30 Tấn qua cầu (?)Còn đối với các cây cầu được thiết kế theo tải trọng thiết kế H13 hay H10 theo 22TCN 18 – 79 thì cũng không thể cho rằng tải trọng xe cho phép qua cầu tối đa là 13 tấn hay 10 tấn để cắm biển hạn chế tải trọng. Nếu căn cứ theo qui định của Điều 2.12 của 22TCN 18 -79 nói trên hoặc điều qui định tương tự của CHnII 200 – 62 của Liên xô trước đây thì các đường tỉnh, các đường cấp IV trở xuống có thể dùng H13 hay H10 để thiết kế và xây dựng. Điều này cũng tương tự như việc người Mỹ được phép sử dụng tải trọng thiết kế H15 – 44 hay HS20 – 44 hoặc HS25 – 44 của tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO để thiết kế và xây dựng cầu trên mạng đường bộ của nước Mỹ. Rõ ràng là trong mạng đường bộ chung của Liên xô trước đây và của nước Nga và của cả nước Mỹ cũng như các nước phát triển khác hiện nay không thể có việc các xe ô tô đã được phép lưu hành trên các đường quốc gia mà lại không được phép lưu hành trên các đường tỉnh, trừ trường hợp các xe có chiều dài không phù hợp với bán kính cong hạn chế của đường nên không thể lưu hành.Tóm lại, sơ đồ tải trọng xe và đoàn xe thiết kế được qui định trong các tiêu chuẩn thiết kế cầu đều mang tính chất lý thuyết và giả định sao cho việc tính toán thiết kế được đơn giản nhưng các cây cầu được thiết kế và xây dựng phải đáp ứng yêu cầu lưu hành bình thường cho tất cả các phương tiện giao thông được chế tạo để làm nhiệm vụ vận tải đường bộ. Việc lấy nguyên xi các trị số taỉ trọng xe 30 tấn, 25 tấn, 20 tấn, 13 tấn hoặc 10 tấn được qui định trong các tiêu chuẩn thiết kế cầu để qui định tải trọng khai thác và cắm biển hạn chế tải trọng đối với các cầu vừa được xây dựng và đưa vào khai thác là không đúng và cần được chấm dứt.Tương tự, cũng không thể tiến hành thử tải bằng một đoàn xe nào đó theo cách thử tải được hiểu rất phiến diện hiện nay để rồi đưa ra những kết luận thiếu căn cứ về việc cắm biển hạn chế tải trọng của những cây cầu bị nghi ngờ là đã xuống cấp hay như nhiều người vẫn gọi theo cảm tính chủ quan, chưa đủ căn cứ là “cầu yếu”./.