Tải trọng HL93 là tiêu chuẩn gì? Tải trọng HL93 tương đương bao nhiêu tấn? Trước khi mua một sản phẩm chịu lực như nắp hố ga, song chắn rác để lắp đặt cho công trình, có thể bạn cần biết thêm về tiêu chuẩn tải trọng thiết kế HL93. Bởi chúng đều liên quan đến thiết kế cầu đường giao thông. Vậy nó thể hiện điều gì? Lời giải đáp sẽ có trong bài viết này.
TIÊU CHUẨN TẢI TRỌNG HL93 LÀ GÌ?
HL93: Highway Lad accepted in 1993
(Tải trọng trên đường cao tốc được chấp nhận vào năm 1993)
Năm 1993, mô hình tải trọng di động đã được thay thế để phù hợp hơn với tình hình lưu thông của các loại xe tải nặng. Một mô hình tải trọng mới đã được thông qua bởi AASHTO và được đặt tên là “Highway Load’93” hay HL93, và HL93.
Chúng được sử dụng làm tải trọng thiết kế cho các kết cấu đường cao tốc ở Hoa Kỳ và các quốc gia khác sử dụng mã AASHTO.
Lưu ý rằng: HL93 không đại diện cho bất kì một loại xe cụ thể nào. Nó sự kết hợp của ba loại tải khác nhau:
-
HL-93 Design Truck - Xe tải thiết kế HL-93
-
HL-93 Design Tandem - Xe tải trục đôi HL-93
-
Design Lane Load - Tải trọng làn thiết kế
TIÊU CHUẨN TẢI TRỌNG HL93 TƯƠNG ĐƯƠNG BAO NHIÊU TẤN?
Một số câu hỏi rất thường gặp liên quan đến Tiêu chuẩn HL93 là: "Tiêu chuẩn tải trọng HL93 tương đương bao nhiêu tấn?" hoặc "Tải trọng 0.5HL93 là bao nhiêu tấn?".
Trả lời cho câu hỏi này, chúng ta cần ứng dụng hai loại tiêu chuẩn. Đó là tiêu chuẩn HL93 và Tiêu chuẩn quốc gia về thiết kế cầu đường bộ TCVN 11823-3:2017 - Phần 3: Tải trọng và hệ số tải trọng.
Tiêu chuẩn tải trọng HL93 tương đương bao nhiêu tấn?
Tiêu chuẩn tải trọng HL93 tương đương 3.5 tấn (35kN) ở trục trước, 14.79 tấn (145kN) ở trục sau với xe tải thiết kế. Đối với xe tải trục đôi, HL93 tương đương với 11.22 tấn/trục (110kN).
Theo TCVN 11823-3:2017, đối với các cầu trên các tuyến đường cấp IV và thấp hơn, có thể điều chỉnh tải trọng trục (trong hình 1) nhân với hệ số 0,50 hoặc 0,65 nếu có yêu cầu.
Tải trọng 0.5HL93 và 0.65HL93 là bao nhiêu tấn?
Như vậy, đối với xe tải thiết kế, Tải trọng 0.5HL93 tương đương 1.78 tấn (17.5 kN) ở trục trước, 7.39 tấn (72.5 kN) ở trục sau. Đối với xe tải trục đôi, Tải trọng 0.5HL93 tương đương 5.6 tấn/trục (55 kN).
Đối với xe tải thiết kế, Tải trọng 0.65HL93 tương đương 2.3 tấn (22.75 kN) ở trục trước, 9.6 tấn (94.25 kN) ở trục sau. Đối với xe tải trục đôi, Tải trọng 0.5HL93 tương đương 7.3 tấn/trục (71.5 kN).
Để hiểu rõ hơn về Tiêu chuẩn tải trọng HL93, cùng đi sâu vào từng loại tải trọng thiết kế được đề cập trong tiêu chuẩn này.
XE TẢI THIẾT KẾ THEO TIÊU CHUẨN HL93 - HL-93 DESIGN TRUCK
Xe tải thiết kế gồm có ba trục, trục trước và hai trục sau. Trọng lượng và khoảng cách trục của xe tải thiết kế theo tiêu chuẩn HL93 phải lấy như sau:
-
Trục trước có trọng lượng 35 kN (~ 3.57 tấn)
-
Hai trục sau có trọng lượng 145 kN (~ 14.79 tấn)
-
Khoảng cách giữa trục trước và trục sau là 4,3m và khoảng cách của hai trục sau có thể thay đổi trong khoảng từ 4,3m đến 9,0m để đạt được lực thiết kế thấp nhất.
-
Khoảng cách giữa lốp và lốp ở bất kỳ trục nào là 1,8m.
Tiêu chuẩn tải trọng HL93 cho xe tải thiết kế
Nói chung, tâm bánh xe tải phải cách mép làn đường thiết kế ít nhất là 600mm và cách phần nhô ra của boong ít nhất là 300mm. Khoảng cách tối thiểu từ đuôi đến mũi giữa hai xe tải liên tiếp trên một làn đường là 15m.
Đối với Xe tải và Xe tải trục đôi, diện tích tiếp xúc thiết kế của lốp được giả định là một hình chữ nhật có kích thước 510mm và chiều dài 250mm. Áp suất lốp được coi là đồng đều trên diện tích tiếp xúc.
XE TẢI THIẾT KẾ TRỤC ĐÔI HL93 - HL-93 DESIGN TANDEM
HL-93 Design Tandem đề cập đến loại xe tải thương mại lớn có hai bộ trục đôi. Thường là một bộ trục phía trước và một bộ trục phía sau, với mỗi bộ có bánh xe đôi ở mỗi bên.
-
Hai trục cách nhau 1,2m. Trọng lượng mỗi trục là 110 kN (~ 11.22 tấn).
-
Khoảng cách giữa các lốp trong một trục là 1,8m.
Để đạt được mô men âm tối đa, nên cân nhắc sử dụng một cặp trục đôi, cách nhau từ 8,0m đến 12,0m cùng với tải trọng làn đường thiết kế để tạo ra hiệu ứng lấn chiếm thấp nhất.
Mã AASHTO HL-93 không chỉ định số lượng trục đôi tối đa có thể được xem xét trong một làn đường. Cũng như không chỉ định rõ ràng khoảng cách tối thiểu giữa các trục đôi.
TẢI TRỌNG LÀN THIẾT KẾ HL93
Tải trọng làn thiết kế phải bao gồm tải trọng 9,34 kN/m phân bố đều theo hướng dọc.
Theo hướng ngang, tải trọng làn thiết kế phải được giả định phân bố đều trên chiều rộng 3m.
VỊ TRÍ TẢI TRỌNG HL93
Tải trọng xe và làn đường thiết kế phải được áp dụng sao cho đạt được hiệu ứng lực cực lớn cho thiết kế. Trong trường hợp có nhiều làn đường, các yếu tố nhiều làn đường được mô tả trong mã sẽ được xem xét.
Vị trí xe tải HL93 cho mô men võng tối đa trong nhịp 1
Hệ số tác động hoặc phụ cấp tải trọng động chỉ áp dụng cho xe tải và xe tải trục đôi, không áp dụng cho tải trọng làn đường.
Lực thiết kế chủ đạo phải được lấy bằng giá trị lớn hơn trong các giá trị sau:
-
Tác động của thiết kế trục đôi + tải trọng làn đường thiết kế;
-
Tác động của một xe tải thiết kế (HL93) + tác động của tải trọng đường làn thiết kế;
-
Đối với mô men xoắn giữa các điểm uốn, 90% tác dụng của 2 không. xe tải thiết kế (HL93 có khoảng cách trục 4,3m) cách nhau tối thiểu 15m. Kết hợp với 90% tải trọng làn thiết kế.
THÔNG TIN BỔ SUNG: LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ CẢI TIẾN CỦA TẢI TRỌNG HL93
Bối cảnh ra đời của tiêu chuẩn tải trọng HL93
Các nhà tiền chế sản xuất các sản phẩm ngầm như cống hộp và buồng bơm trong nhiều năm. Họ đã thiết kế các sản phẩm cho AASHTO HS20-44 hoặc Tải quân sự thay thế (Tải liên bang). Qua quá trình kiểm tra điều kiện nào tạo ra tình trạng tồi tệ nhất trên cấu trúc, họ đang bắt đầu nhận thấy các thông số kỹ thuật cần có cho các dự án yêu cầu tải xe tải AASHTO HL93.
Vậy, làm thế nào các thông số kỹ thuật tải mới sẽ ảnh hưởng đến các thiết kế trong tương lai?
Hiệp hội các quan chức giao thông và đường cao tốc tiểu bang Hoa Kỳ (AASHTO) được thành lập vào năm 1914. Tổ chức này cung cấp các hướng dẫn cho việc thiết kế các công trình trong phạm vi đường cao tốc. Bộ Ngoại Giao Mỹ đã biên soạn và tạo ra các thông số kỹ thuật cần thiết.
Tài liệu có tiêu đề "Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho đường cao tốc". Trong nhiều năm đã xác định các yêu cầu về tải trọng và thiết kế đối với các kết cấu bê tông đúc sẵn (hoặc đúc tại chỗ). Các khuyến nghị từ tài liệu này được bao gồm trong các thông số kỹ thuật của ASTM được viết cho các kết cấu bê tông đúc sẵn ngầm như C478, C890, C913, C1443 và C1557.
Phiên bản gần đây nhất của Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho đường cao tốc Bridges là phiên bản thứ 17, được xuất bản năm 2002. Phương pháp thiết kế trong 17 phiên bản này bao gồm Thiết kế ứng suất cho phép (ASD) và Thiết kế hệ số tải tối đa (LFD).
Tải trọng xe tải được sử dụng lần đầu tiên có ký hiệu H20
(xem Hình 1). Bao phủ một chiếc xe tải hai trục nặng 20 tấn. Trục trước mang 8.000 pounds và trục sau, cách 14 feet, mang 32.000 pounds.
Phiên bản năm 1944 bao gồm tải trọng xe tải HS20 và bắt đầu chính sách gắn năm với tải trọng làm cho HS20-44 trở thành chỉ định chính thức. Các ‘S’ bổ sung đã tạo ra một khoản phụ cấp cho các xe đầu kéo nặng hơn có sẵn tại thời điểm đó.
Hình 2 mô tả khoảng cách tải và tải cho HS20-44.
Khi Hệ thống Đường cao tốc Liên bang phát triển vào những năm 1950, một trong những mục tiêu của nó là vận chuyển các phương tiện quân sự. Các loại tải trọng quân sự thay thế (còn được gọi là Tải trọng liên tiểu bang) được tạo ra để trang trải tải trọng trục từ các thiết bị quân sự hạng nặng. Tải trọng mới này, được hiển thị trong Hình 3, bao gồm hai trục cách nhau 4 feet với mỗi trục mang tải trọng 24.000 pounds.
Hình 2: HS20-44
Một hệ thống tải trọng làn được tạo ra để cung cấp một phương pháp tính toán mô men và kéo cắt đơn giản hơn là sử dụng tải trọng bánh xe tập trung như trong Hình 1 và 2. Tải trọng làn được sử dụng trong các thiết kế của sàn cầu bao gồm nhiều làn trên nhiều nhịp. Chúng không được sử dụng để thiết kế các cấu trúc dưới lớp, bởi vì các hộp bê tông thường bao gồm các nhịp đơn tương đối ngắn khi so sánh với các nhịp cầu.
HS25 ra đời thế nào?
Có một số lo ngại trong cuối thế kỷ 20 rằng tải trọng xe tải HS20 không phản ánh đầy đủ các điều kiện thực tế. Do đó, một số kỹ sư đã yêu cầu tải trọng xe tải HS25, cho các cấu trúc đúc sẵn dưới lòng đất. Đánh giá này đã được hiểu là cao hơn 25% so với tải xe tải HS20. Do đó, tải trọng trục HS20 là 32.000 pound trở thành tải trọng trục HS25 là 40.000 pound. Tải trọng tăng lên trong một số trường hợp có thể tạo ra sự cần thiết phải gia cố thêm thép và đôi khi là một tấm trên cùng dày hơn trên các cấu trúc ngầm được lắp đặt trong các khu vực tiếp xúc với tải trọng xe tải nặng.
Ký hiệu của HL93 bao gồm một chiếc xe tải thiết kế của cộng với tải trọng thiết kế làn đường hoặc thiết kế song song với tải trọng thiết kế, tùy theo trường hợp nào tạo ra trường hợp xấu nhất. Một chiếc xe tải thiết kế của thành phố giống hệt với các cấu hình tải HS20 được hiển thị trong Hình 2. Thiết kế của bộ đôi này giống như trong Hình 3 ngoại trừ tải trọng trục là 25.000 pounds thay vì 24.000 pounds. Thuật ngữ tải trọng làn đường LỚN là mới và áp dụng cho thiết kế sàn cầu trên. Nó không áp dụng cho các cấu trúc dưới mặt đất. Điều này được xác nhận trong tiêu chuẩn ASTM C1577, trong đó tuyên bố rằng các bảng được tạo bằng tải trọng trực tiếp AASHTO HL 93 mà không có tải trọng làn như AASHTO cho phép.
Nhiều nhà sản xuất nắp hố ga đặt ra câu hỏi, Tải trọng HL93 mới ảnh hưởng như thế nào đến việc thiết kế các cấu trúc được thiết kế với tải trọng bánh xe được chỉ định trong tài liệu cũ.
"Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho cầu đường cao tốc’? nhỏ đến mức chỉ có một bánh xe có thể ở trên đỉnh của cấu trúc tại bất kỳ thời điểm nào. Tải trọng bánh xe bằng một nửa tải trọng trục.
Một so sánh cũ và mới chỉ ra rằng sự khác biệt là rất nhỏ. Tải trọng bánh xe trong thiết kế của HL93 giống như tải trọng bánh xe HS20. Tải trọng bánh xe thiết kế song song của HL93 là 12.500 pound so với tải trọng quân sự thay thế 12.000 pound. Tải trọng bánh xe thêm 500 pound không phải là một mức tăng lớn và sẽ chỉ ảnh hưởng đến những thiết kế không có công suất vượt mức.
Các thiết kế dựa trên tải HS25 trong một số trường hợp có thể có khả năng mang tải trọng thiết kế mới của xe tải. Tải trọng bánh xe 20.000 pound cho HS25 lớn hơn tải trọng thiết kế 16.000 pound của Xe tải trong HL93.
Tải trọng bánh xe ảnh hưởng đến thiết kế tấm trên cùng nhiều hơn so với tấm tường và đáy. Điều này đặc biệt đúng khi tấm dưới 2 feet dưới lớp. Ảnh hưởng của tải trọng bánh xe lên bản sàn giảm khi độ sâu của lớp phủ tăng lên. Thiết kế tường trong phần lớn các trường hợp sẽ không bị ảnh hưởng bởi sự gia tăng nhỏ về tải trọng theo yêu cầu của Đặc điểm thiết kế cầu LRFD. Điều tương tự cũng đúng với thiết kế sàn dưới.
Có thể kết luận rằng tải mới có thể ảnh hưởng đến các thiết kế hiện có, nhưng sự khác biệt giữa cũ và mới không có nghĩa là tất cả các thiết kế cần phải được cập nhật. Việc tăng nhỏ sẽ không ảnh hưởng đến các thiết kế có công suất vượt mức. Những thiết kế giảm thiểu tối đa cốt thép và độ dày của tấm để tạo ra một cấu trúc vừa đủ tốt có thể cần phải được xem xét.
Những kết luận này dựa trên so sánh tải trọng bánh xe và không bao gồm nhiều yếu tố khác được sử dụng trong thiết kế. Các hạng mục như tác động, độ sâu của lớp phủ, tải trọng và hệ số sức cản đều đóng một phần trong thiết kế cuối cùng. Một so sánh thực sự của các thiết kế phải được thực hiện dựa trên các tiêu chí được sử dụng trong các tính toán trước đó của tiền thân.
So sánh hai thông số kỹ thuật của ASTM chứng minh rằng các thiết kế cũ không thua kém các thiết kế mới sử dụng LRFD. ASTM C1433 được viết cho cống hộp sử dụng thiết kế hệ số tải cũ (LFD), trong khi đó, ASTM C1577 được viết cho cống hộp sử dụng thiết kế LRFD mới hơn. Một số khu vực thép được yêu cầu trong các thông số kỹ thuật mới hơn ít hơn các khu vực thép được yêu cầu trong thông số kỹ thuật cũ hơn. So sánh này xác nhận rằng tải HL93 mới không có nghĩa là gây ra thiết kế lại các cấu trúc đúc sẵn ngầm.
Kết luận chung:
Mô hình tải trọng trực tiếp của cầu theo quy định trong mã AASHTO LRFD đã được phát triển trong tnhiều năm qua để tính đến những thay đổi của phương tiện, những tiến bộ trong kỹ thuật mô hình hóa và dữ liệu mới và tốt hơn về giao thông hiện có. Khi lưu lượng truy cập tiếp tục phát triển, FHWA đang xem xét lại vấn đề này là vừa kịp thời và thích hợp. Dữ liệu sơ bộ chỉ ra rằng những thay đổi có thể được yêu cầu và xác nhận những nỗ lực liên quan đến các nghiên cứu.
Tài liệu tham khảo
Kulicki, John & Stuffle, Timothy. Báo cáo cuối cùng: Phát triển tải trọng trực tiếp trên xe AASHTO . Đã đệ trình lên Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang vào ngày 18 tháng 12 năm 2006.
Kulicki, John & Mertz, Dennis. Sự phát triển của các mô hình tải trực tiếp của xe cộ trong kỷ nguyên thiết kế liên tiểu bang và sau đó . Ngày 11 tháng 7 năm 2006.
Đặc điểm kỹ thuật thiết kế cầu AASHTO LRFD, Phiên bản thứ 6 . 2012.
Leech, Thomas & Kaplan, Linda. Những cây cầu… Pittsburgh at the Point… Hành trình xuyên lịch sử . Bản quyền 2016. Woodridge Publications, LLC. Nhà xuất bản Word Association, Pittsburgh, PA.
Dữ liệu WIM được cung cấp bởi Hệ thống cơ sở hạ tầng thông minh , Philadelphia, PA 2019.