Sử dụng tải trọng thực tế để kiểm tra khả năng khai thác của cầu ứng dụng vào công tác quản lý cầu (tập 1)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (11.99 MB, 191 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
o0o
PHẠM QUỐC QUỐC
SỬ DỤNG TẢI TRỌNG THỰC TẾ ĐỂ KIỂM
TRA KHẢ NĂNG KHAI THÁC CỦA CẦU;
ỨNG DỤNG VÀO CÔNG TÁC QUẢN LÝ CẦU
(TẬP I)
Chuyên ngành: Xây dựng cầu, hầm
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2010
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học:.................. PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
Cán bộ chấm nhận xét 1:
.................. TS. Lê Bá Khánh
Cán bộ chấm nhận xét 2:
.................. TS. Đặng Đăng Tùng
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN
VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 02 tháng 10
năm 2010.
Luận văn thạc sĩ
Nhiệm vụ luận văn
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP. HCM
PHỊNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
______________________________
__________________________________________________
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 7 năm 2010
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Phạm Quốc Quốc
Sinh ngày: 18/11/1982
Chuyên ngành: Xây dựng cầu, hầm
Khố (Năm trúng tuyển): 2007.
Giới tính: Nam
Nơi sinh: Tỉnh Đồng Tháp
MSHV: 03837493
I- TÊN ĐỀ TÀI: Sử dụng tải trọng thực tế để kiểm tra khả năng khai thác của cầu;
Ứng dụng vào công tác quản ly cầu.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống quản lý cầu và cách kiểm tra, thử tải cầu của
một số nước có nền khoa học kỹ thuật phát triển trong việc đánh giá khả năng khai
thác của cơng trình cầu và cơng tác kiểm định cầu ở Việt Nam.
- Nghiên cứu sử dụng tải trọng thực tế để kiểm tra khả năng khai thác của cơng
trình cầu.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
ngày 25 tháng 01 năm 2010
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
ngày 02 tháng 7 năm 2010
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành
thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
QUẢN LÝ CHUN NGÀNH
PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
TS. Lê Bá Khánh
Luận văn thạc sĩ
Lời cảm ơn
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
LỜI CẢM ƠN
Tơi xin chân thành cảm ơn cơ PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy, người đã
hướng dẫn, giúp tôi lựa chọn ý tưởng cũng như thực hiện luận văn và tận tình
chỉ dẫn giúp tơi vượt qua những trở ngại trong q trình thực hiện luận văn
này.
Tơi cũng xin cảm ơn cô GS. TS. Ngô Kiều Nhi tại phịng thí nghiệm Cơ
học ứng dụng đã chỉ dẫn, giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn.
Tôi xin cảm ơn tồn thể q thầy cơ giảng dạy lớp cao học khóa 2007,
chuyên ngành xây dựng cầu, hầm đã truyền thụ cho tơi những kiến thức bổ
ích trong thời gian tham gia khóa học.
Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình tơi và các anh, chị, bạn bè
đồng nghiệp đã giúp đỡ, hỗ trợ tôi trong thời gian qua để tơi hồn thành
chương trình học cũng như hồn thành luận văn này.
Xin kính chúc q thầy cơ có thật nhiều sức khỏe, hạnh phúc và thành
cơng!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 7 năm 2010
Học viên
Phạm Quốc Quốc
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Luận văn thạc sĩ
Tóm tắt luận văn
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tên đề tài: Sử dụng tải trọng thực tế để kiểm tra khả năng khai thác của cầu;
Ứng dụng vào công tác quản lý cầu.
Tóm tắt luận văn:
Do sự tăng nhanh của lưu lượng và tải trọng các phương tiện giao thông
đường bộ cũng như việc sử dụng, khai thác các cơng trình cầu một cách an
tồn và hiệu quả thì việc kiểm tra khả năng khai thác, phát hiện kịp thời
những hư hỏng tìm ẩn có thể gây ảnh hưởng cho kết cấu cơng trình, từ đó có
biện pháp duy tu, sửa chữa hoặc có giải pháp điều tiết giao thơng hợp lý là
vấn đề quan trọng. Do đó, mục đích của luận văn là nghiên cứu sử dụng tải
trọng thực tế để kiểm tra khả năng khai thác của cơng trình cầu là cần thiết.
Luận văn trình bày tổng quan về cơng tác quản lý cầu và các quy trình
kiểm định cầu của Việt Nam và một số nước phát triển trên thế giới cũng như
sự cần thiết, mục đích của đề tài; Phần chính của luận văn gồm các nghiên
cứu đề xuất phương pháp, cơng thức tính lý thuyết sử dụng tải trọng thực tế
để kiểm tra khả năng khai thác của cơng trình cầu và ứng dụng vào việc kiểm
tra khả năng khai thác của cơng trình cầu Sài Gòn bằng tải trọng thực tế. Từ
các kết quả nghiên cứu sẽ nêu ra các nhận xét và kiến nghị, đề xuất nhằm giúp
cho công tác quản lý cầu một cách hiệu quả và an toàn.
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Luận văn thạc sĩ
Tóm tắt luận văn
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
SUMMARY OF THESIS
Topic: Using the actual load to check bridge’s usage capacity; Applying to
bridge’s management.
Abstract:
Because of the quickly rising of flow and load carrying capacity of
transport as well as the using and operating bridge erection safely and
effectively, inspecting its usage capacity, timely finding its insight breakdown
which can harmly affect to the bridge structure, coming out to appropriate
solutions of maintenance, reparations or transport accommodation are very
important. Hence, it is essential to study on using the real load to check the
bridge’s usage capacity and it’s also the purpose of this thesis.
This dissertation presents generally about bridge management and
inspection procedures of Vietnam and some other developed countries; The
necessity and aim of the topic. Main part of the thesis includes studies to
propose some methods, theoretical formula in using actual load safetily and to
check bridge’s usage capacity and to apply it in inspecting of Saigon bridge
usage capacity by real load. Based on the results of this research, some
assessments, evaluations and recommendations will be are proposed up in
order to enhance bridge management effectively and safely.
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Luận văn thạc sĩ
Mục lục
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
MỤC LỤC
Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ
Lời cảm ơn
Tóm tắt luận văn thạc sĩ
Mục lục ........................................................................................................... Trang
Chương 1: Tổng quan vấn đề quản lý cầu trên thế giới ...................................... 1
1.1 Phần mở đầu ................................................................................................ 1
1.1.1 Tình trạng giao thơng đường bộ.............................................................. 1
1.1.2 Sự cần thiết và mục đích của đề tài ......................................................... 3
1.2 Hệ thống quản lý cầu của các nước............................................................... 4
1.2.1 Hệ thống quản lý cầu của Đức ................................................................ 4
1.2.2 Hệ thống quản lý cầu của Mỹ ................................................................13
1.3 Hiện trạng công tác quản lý cầu ở Việt Nam ...............................................21
1.3.1 Hệ thống tổ chức ...................................................................................21
1.3.2 Hệ thống kỹ thuật cho công tác quản lý và duy tu cầu............................24
1.3.3 Đăng ký và lưu trữ hồ sơ cầu .................................................................25
1.3.4 Công tác đánh giá cầu............................................................................26
1.3.5 Hiện trạng về công tác duy tu, sửa chữa cầu ..........................................27
1.3.6 Phân bổ nguồn vốn ................................................................................29
Chương 2: Các phương pháp kiểm định cầu trên thế giới và trong nước. ........31
2.1 Các quy định đối với công tác kiểm định cầu ở Mỹ (NBIS).........................31
2.1.1 Hồ sơ quản lý cầu ..................................................................................31
2.1.2 Công tác kiểm tra cầu ............................................................................32
2.1.3 Phương pháp đánh giá cầu .....................................................................36
2.1.4 Thử tải cầu.............................................................................................44
2.1.5 Ví dụ kiểm định cầu A6130 – Missouri .................................................44
2.1.6 Các cơng trình nghiên cứu cảnh báo sự cố cầu trên thế giới ...................48
2.2 Các quy định đối với công tác kiểm định cầu ở Đức (DIN 1076).................50
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Luận văn thạc sĩ
Mục lục
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
2.2.1 Trách nhiệm quản lý cầu, đường............................................................50
2.2.2 Các loại kiểm tra....................................................................................50
2.2.3 Kiểm tra chính .......................................................................................50
2.2.4 An tồn lao động và an tồn giao thơng khi kiểm tra .............................53
2.2.5 Tài liệu kiểm tra cầu ..............................................................................54
2.2.6 Trách nhiệm của người kiểm tra cầu ......................................................55
2.2.7 Các quy định về kỹ thuật .......................................................................55
2.2.8 Đánh giá cơng trình sau khi kiểm tra......................................................55
2.2.9 Ví dụ kiểm định cầu Kohlband - Hamburg, Đức ....................................60
2.3 Các quy định đối với công tác kiểm định cầu ở Australia (AUSTROADS 92
– RATING CODE).................................................................................................61
2.3.1 Mục đích của cơng tác kiểm tra, đánh giá cầu........................................62
2.3.2 Nguyên tắc đánh giá ..............................................................................62
2.3.3 Yêu cầu đối với cơng tác kiểm tra cầu ...................................................62
2.3.4 Tính tốn sức kháng của kết cấu ............................................................63
2.3.5 Tính tốn tải trọng thực tế tác động lên cơng trình .................................63
2.3.6 Tính mỏi................................................................................................65
2.4 Quy định đối với công tác kiểm định cầu ở Việt Nam (22TCN 243-98) ......66
2.4.1 Thời hạn kiểm tra, thử tải cầu ................................................................66
2.4.2 Quy định chung .....................................................................................67
2.4.3 Kiểm tra cầu đang khai thác...................................................................68
2.4.4 Thử nghiệm cầu .....................................................................................69
2.4.5 Đánh giá công trình theo các số liệu kiểm tra và thử nghiệm .................71
Chương 3: Nghiên cứu sử dụng tải trọng thực tế để kiểm tra khả năng khai
thác của cơng trình cầu .....................................................................75
3.1 Tìm hiểu tính hiệu dao động trong điều kiện lưu thơng thực tế ....................75
3.1.1 Q trình khảo sát thực nghiệm .............................................................75
3.1.2 Khử nhiễu..............................................................................................79
3.1.3 Phương pháp tính tốn, thống kê phục vụ cơng tác chẩn đốn................81
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Luận văn thạc sĩ
Mục lục
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
3.1.4 Quan hệ giữa đặc điểm lưu thông và phổ cơng suất của tín hiệu ............91
3.2 Tính tích lũy mỏi của cơng trình cầu bằng số liệu thực tế đo .......................93
3.2.1 Phân tích q trình tải trọng đo được .....................................................96
3.2.2 Phương pháp phân tích q trình diễn biến tải trọng ..............................96
3.2.3 Tính tốn tích lũy hư hại cho kết cấu .....................................................17
3.2.4 Xây dựng giải thuật đánh giá độ bền mỏi...............................................99
3.2.5 Giới thiệu cửa sổ làm việc và các thao tác sử dụng cơ bản của chương
trình xử lý tín hiệu biến dạng đánh giá độ bền mỏi ..............................109
Chương 4: Ứng dụng sử dụng tải trọng thực tế để kiểm tra khả năng khai thác
của cơng trình cầu ..............................................................................................118
4.1 u cầu đặt ra khi sử dụng cầu..................................................................118
4.2 Phần mềm và thiết bị thu thập và xử lý số liệu đo phục vụ công tác kiểm tra
khả năng khai thác của cầu bằng tải trọng thực tế .....................................118
4.2.1 Phần mềm và thiết bị thu thập và xử lý số liệu đo ................................118
4.2.2 Thiết bị thu nhận và xử lý tín hiệu khác có thể dùng trong cơng tác kiểm
tra khả năng khai thác của cơng trình cầu ............................................131
4.2.3 Ứng dụng kiểm tra khả năng khai thác của cơng trình cầu Sài Gịn......137
4.2.4 Ứng dụng phương pháp đo dao động bằng tải trọng thực tế để đánh giá
cơng trình cầu .....................................................................................144
Chương 5: Kết luận, kiến nghị...........................................................................149
5.1 Kết luận ....................................................................................................149
5.2 Kiến nghị .................................................................................................149
Tài liệu tham khảo .............................................................................................151
Lý lịch khoa học..................................................................................................153
Phụ lục ...................................................................................................... đính kèm
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Luận văn thạc sĩ
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ QUẢN LÝ CẦU TRÊN THẾ GIỚI
Chương này trình bày khái qt tình trạng giao thơng đường bộ và sự cần thiết
của đề tài; Giới thiệu tổng quan về hệ thống quản lý cầu và các phần mềm dùng
trong công tác quản lý cầu của ở một số nước trên thế giới và ở Việt Nam (trong nội
dung của đề tài sẽ trình bày phần mềm quản lý cầu SIB-Bauwerke của Đức, phần
mềm Pontis của Mỹ và hệ thống quản lý cầu của Việt Nam).
1.1 Phần mở đầu:
1.1.1 Tình trạng giao thơng đường bộ:
Hệ thống giao thơng vận tải đóng vai trị đặc biệt quan trọng trong sự phát
triển kinh tế của mỗi quốc gia. Để hồn thiện hệ thống hạ tầng giao thơng đường bộ,
ngồi việc tập trung đầu tư vào các cơng trình mới hiện đại thì cơng tác quản lý,
khai thác tốt các cơng trình hiện hữu cũng là một nhiệm vụ hết sức quan trọng, góp
phần đảm bảo khai thác an tồn và nâng cao năng lực vận tải của toàn hệ thống hạ
tầng giao thông.
Theo số liệu thống kê hệ thống giao thông của một số quốc gia trên thế giới, ở
Mỹ có khoảng 578.000 cầu, chỉ riêng Bang California đã có khoảng 13.000 cầu,
trong đó số lượng cầu có tuổi thọ > 20 năm chiếm khoảng 80%. [16]
Tuổi thọ
Hình 1.1: Hiện trạng cầu ở Bang California – Hoa Kỳ
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 1
Luận văn thạc sĩ
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
Ở Hà Lan có khoảng 4.000 cầu các loại, các cầu này chủ yếu được xây dựng từ
năm 1966 đến năm 1975. [16]
Ở Đài Loan hiện nay có khoảng 22.000 cây cầu các loại, trong đó số lượng cầu
có tuổi thọ > 20 năm chiếm khoảng 40%. [16]
Số lượng cầu ở Đức theo thống kê đến hết năm 2004 có khoảng 36.000 cầu.
Tương tự như Hà Lan, một số lượng lớn các cầu ở Đức đã được xây dựng từ năm
1965 đến năm 1979. [16]
Triệu
m2
Năm
XD
Hình 1.2: Hiện trạng cầu ở Đức
Theo số liệu thống kê gần đây nước ta có khoảng 35.000 cây cầu (riêng ở
thành phố Hồ Chí Minh có khoảng 900 cây cầu). Đại bộ phận các cầu trên được xây
dựng vào khoảng từ đầu thế kỉ 20 trở lại đây.
Như vậy, sau một thời gian khai thác các cơng trình hạ tầng giao thơng đặt biệt
là cơng trình cầu, do nhiều nguyên nhân như: sự tăng nhanh của lưu lượng xe qua
cầu, lượng xe quá tải qua cầu ngày càng nhiều, sự tác động của thời tiết (nhiệt độ,
mưa, gió, lũ lụt…), làm cho cơng trình xuất hiện các biến dạng, hư hỏng, làm giảm
khả năng khai thác của cơng trình. Để duy trì khả năng khai thác và đảm bảo an
tồn cho cơng trình cầu, cần phải đầu tư, nghiên cứu tìm ra những phương pháp
kiểm tra đánh giá chất lượng cơng trình nhanh chóng, chính xác, sau đó có kế hoạch
duy tu, bảo dưỡng, thực hiện việc sửa chữa và nâng cấp kịp thời. Đây là một nhiệm
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 2
Luận văn thạc sĩ
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
vụ quan trọng trong công tác quản lý cầu hiện nay ở Việt Nam cũng như các nước
khác trên thế giới.
Trong thời gian gần đây ở Việt Nam liên tục xảy ra các sự cố sập cầu như sập
cầu Bưng Sen ngày 26/12/2006 trên Quốc lộ 53 thuộc tỉnh Trà Vinh, sập cầu Rạch
Sỏi ngày 26/4/2007 ở Kiên Giang, làm 8 người bị rơi xuống sông… Ở các nước
khác, thỉnh thoảng cũng xảy ra các sự cố sập cầu gây thiệt hại rất lớn về người, tài
sản và làm ách tắc giao thơng một thời gian dài. Ví dụ như sự cố sập cầu cao tốc
35W ngày 01/8/2007, bắc qua sơng Mississippi ở miền trung Minneapolis (Mỹ) làm
ít nhất 50 chiếc xe bị rơi xuống sơng, trong lúc đó có một tàu hỏa chở hàng băng
ngang qua cầu cũng lập tức bị cắt làm đôi; sự cố sập cầu qua Quốc lộ 19 vào tháng
10/2006 ở Canada vừa qua cũng đã làm 5 người chết và nhiều người bị thương.
Thử tải thường được tiến hành với tải trọng thử dự kiến riêng cho từng cầu
theo tiêu chuẩn thiết kế, thực tế thử tải có nhiều nhược điểm như: chi phí thử tải khá
tốn kém, thời gian kéo dài và phải huy động một lực lượng nhân công lớn để tham
gia thử tải. Mặt khác, khi thử tải phải cấm các xe lưu thông qua cầu nên gây ảnh
hưởng đến vấn đề lưu thông trên cầu, nhất là đối với những cầu có lưu lượng xe lưu
thơng lớn. Do đó, ở nhiều nước (Anh, Pháp, Mỹ…) không chú trọng việc thử tải với
tải trọng thử mà chú trọng việc kiểm tra chi tiết và đo đạc các tham số làm việc của
cơng trình trong suốt thời gian dài (vài tháng) dưới tác dụng của tải trọng khai thác
thường xuyên, sau đó thống kê kết quả đo để phân tích và kết luận về chất lượng
cơng trình này. [8]
1.1.2 Sự cần thiết và mục đích của đề tài:
Để sử dụng, khai thác an tồn các cơng trình cầu hiện hữu phải biết được tình
trạng làm việc của các cầu theo những dạng tải trọng khác nhau, để có giải pháp
điều tiết giao thông qua cầu một cách khoa học, khai thác cầu một cách hợp lý nhằm
tăng tuổi thọ cơng trình.
Nắm được quy luật thay đổi hệ số an toàn của cầu theo thời gian, để vạch ra kế
hoạch, tiến trình khai thác, bảo trì và sửa chữa.
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 3
Luận văn thạc sĩ
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
Phải dự báo trước tuổi thọ của cơng trình, đảm bảo an tồn cho người và các
phương tiện lưu thơng qua cầu; chủ động ngưng khai thác cầu để xây cầu mới,…
nhưng khơng làm ảnh hưởng xấu đến tình hình giao thơng chung.
Đề tài sẽ trình bày tổng quan về hệ thống quản lý cầu và công tác kiểm định,
thử tải cầu ở một số nước trên thế giới và ở Việt Nam; Nghiên cứu sử dụng tải trọng
thực tế để kiểm tra khả năng khai thác của cơng trình cầu, áp dụng cho các cầu
trọng điểm ở Việt Nam, tạo một cái nhìn tổng quan mới về cơng tác kiểm tra, đánh
giá khả năng khai thác cho các công trình cầu ở Việt Nam.
1.2 Hệ thống quản lý cầu của các nước:
Phần này giới thiệu tổng quan công tác quản lý cầu của các nước Đức, Mỹ và
trình bày tóm tắt các phần mềm quản lý cầu SIB-Bauwerke và Pontis. Chú trọng các
mơ hình dự đốn, đánh giá cơng trình cầu, mơ hình tối ưu hóa cơng tác duy tu, sửa
chữa, từ đó đánh giá và rút ra kinh nghiệm trong việc sử dụng phần mềm.
1.2.1 Hệ thống quản lý cầu của Đức:
1.2.1.1 Tình trạng giao thơng ở Đức: [19]
Trong hệ thống giao thơng đường bộ của Đức có một số lượng lớn các cơng
trình cầu, mà các chương trình duy tu nhằm mục đích quản lý khai thác tốt hệ thống
cầu này yêu cầu một ngân sách lớn.
Ngoài ra, do việc mở cửa biên giới về hướng Đông, nên đã dự kiến sẽ có sự
gia tăng thêm số lượng giao thông và các loại chuyên chở nặng. Những dự đốn gần
đây về giao thơng đường bộ cho thấy đến năm 2015, tỷ lệ về chuyên chở đường bộ
tăng gần 70%. Thành phần tải nặng trên đường cao tốc chiếm tỷ lệ từ 15% đến 20%.
Đặc biệt số lượng xe quá tải gần biên giới tăng lên đến 30% đã gây ra những mối
quan tâm lớn cho công tác quản lý cầu.
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 4
Luận văn thạc sĩ
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
Hình 1.3: Biểu đồ thể hiện sự gia tăng của các loại xe chuyên chở nặng trên đường
bộ ước tính cho năm 2015.
Hình 1.4: Biểu đồ thể hiện tổng tải trọng và tải trọng trục được chấp nhận ở
những năm khác nhau.
Số liệu thống kê ghi lại của vùng cho thấy sự gia tăng này hầu như theo luật
hàm số mũ. Điều này sẽ dẫn đến sự gia tăng chi phí duy tu trong tương lai.
Những sự “hỗn loạn” về giao thông đường bộ do việc nghiêm cấm lưu thông
qua cầu hay do sự hư hỏng của một số công trình chắc chắn dẫn đến những khó
khăn trở ngại trong giao thơng và làm tăng thêm các chi phí duy tu cũng như gây ra
ảnh hưởng đối với môi trường.
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 5
Luận văn thạc sĩ
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
Sự mở rộng quy mô của mạng lưới đường bộ, cùng với sự gia tăng thêm nữa
của giao thơng thì việc bảo tồn và duy trì các cơng trình đang tồn tại là một nhiệm
vụ hết sức quan trọng.
Do nguồn vốn phân bổ ngày càng được siết chặt hơn, nên các chi phí duy tu
phải được chi tiêu theo cách làm sao để đạt được lợi ích cao nhất có thể được.
Nhiệm vụ này sẽ được hỗ trợ bằng việc áp dụng hệ thống quản lý cầu.
Do đó, yêu cầu cấp thiết đặt ra là công tác quản lý cầu là cần có một hệ thống
đồng bộ từ đánh giá hư hỏng đến việc duy tu sửa chữa đạt hiệu quả kinh tế cho các
biện pháp khả thi để bảo đảm an tồn khai thác cơng trình cầu rồi đến các chương
trình bảo đảm an tồn cho tồn bộ hệ thống cầu.
1.2.1.2 Tổng quan về hệ thống quản lý cầu của Đức: [19]
Các dữ liệu kiểm kê cầu được đăng ký và lưu trữ bằng chương trình phần mềm
SIB-Structures (cơ sở dữ liệu thông tin đường bộ) phù hợp với chỉ dẫn ASB (các chỉ
dẫn cơ sở dữ liệu đường bộ) phiên bản 1998. SIB-Structures cũng được dùng để
đăng ký và lưu trữ dữ liệu liên quan kết quả kiểm tra hư hỏng từ những kỹ sư kinh
nghiệm, các phương pháp duy tu cũng như chi phí duy tu.
Ngồi ra, SIB-Bauwerke chứa đựng một cơng cụ phân tích dữ liệu ở cấp độ hệ
thống và tạo ra các số liệu thống kê.
Để cải thiện tình trạng thơng tin ở cấp độ Liên bang, hiện đang phát triển một
cơ sở dữ liệu gọi là BISStra (hệ thống thông tin đường bộ Liên bang) và một cơng
cụ phân tích gọi là ISBW (hệ thống thông tin về kết cấu) để chứa đựng và để phân
tích dữ liệu cấp độ bang tuân theo chỉ dẫn của ASB. BISStra có thể kết nối dữ liệu
liên quan đến tai nạn giao thông và hệ thống thơng tin tịan cầu (GIS).
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 6
Luận văn thạc sĩ
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
Hình 1.5: Cơ sở của SIB-Bauwerke là ‘ASB-ING’ và ‘RI-EBW-PRUF’
Cơng tác kiểm định cầu được thực hiện theo tiêu chuẩn DIN1076 (dùng cho
kết cấu xây dựng giao thông) và “hướng dẫn đăng ký được tiêu chuẩn hóa, xử lý và
phân tích kết quả kiểm định phù hợp với tiêu chuẩn DIN 1076” RIEBW-PRUF
2004, hướng dẫn này gồm các quy định đối với bản ghi kết quả kiểm tra cầu đơn
giản. Các bước được tiêu chuẩn hóa trong hướng dẫn RI-EBWPRUF 2004 cho phép
xếp lọai các tình trạng kết cấu phù hợp với tiêu chuẩn khác nhau và kết quả kiểm tra
được kết nối với các dữ liệu liên quan công trình phù hợp với ASB (dữ liệu về kết
cấu).
Đánh giá riêng biệt các hư hỏng và ảnh hưởng của nó đến độ ổn định, an tồn
giao thơng và độ bền của cơng trình, được ghi lại bởi SIBBauwerke. Việc đánh giá
hư hỏng này được sử dụng như là một cơ sở để tính tốn tự động cấp hạng tình
trạng cho tịan kết cấu. Quy mơ hư hỏng và số lượng các sự cố hư hỏng riêng lẻ
cũng được xem xét trong quá trình này.
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 7
Luận văn thạc sĩ
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
Mục tiêu trong tương lai là phát triển một hệ thống quản lý đầy đủ hơn phục
vụ việc duy tu kết cấu. Hệ thống này sẽ cung cấp tổng quan về tình trạng kết cấu
hiện tại ở cấp độ hệ thống, ước tính nhu cầu về chi phí tương lai và phát triển các
chiến lược để đạt được mục tiêu dài hạn và thực hiện công tác duy tu thường xun.
Ngịai ra, nó sẽ cung cấp cho các cơ quan có thẩm quyền về chương trình duy tu sửa
chữa được u cầu để cơng trình có được những cải thịên có thể chấp nhận được về
trạng thái ở cấp độ dự án và đáp ứng các chiến lược cấp độ hệ thống, các mục đích
dài hạn và các giới hạn về ngân sách. Các chương trình máy tính để phân tích lợi
ích hay chi phí ở cấp độ dự án và tối ưu hóa duy tu ở cấp độ tồn mạng đã được
thực hiện.
Xác định mục tiêu duy tu
Dự đoán nhu cầu duy tu
Tài liệu thống kê
Ghi lại những đánh giá
về trạng thái cầu
Các giả pháp duy tu
Phân tích hư hỏng – Đánh
giá
Xếp hạng ưu tiên và nhu
cầu về nguồn vốn
Thiết lập các chương
trình và ngân sách
Kiểm sốt kết quả
Kế hoạch và cơng tác duy
tu
Kiểm tra mục đích, cập nhật
các dự đốn khách quan
Hình 1.6: Sơ đồ làm việc trong hệ thống quản lý cầu.
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 8
Luận văn thạc sĩ
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
1.2.1.3 Phần mềm quản lý cầu SIB-Bauwerke: [21]
Hình: 1.7: Chức năng của phần mềm SIB-Bauwerke.
Hệ thống quản lý cơng trình bao gồm 7 module, mỗi module được dùng với
mục đích khác nhau:
a.
Module 1:
Bao gồm tất cả các dữ liệu thực về kiểm kê kết cấu cầu, hầm và các công trình
xây dựng khác.
Dữ liệu này có thể kết nối đến dữ liệu liên quan khác như : dữ liệu liệt kê các
kết cấu đang tồn tại, dữ liệu giao thông, dữ liệu tai nạn, dữ liệu về khai thác cầu, dữ
liệu chi phí.
Hệ thống cơ sở dữ liệu gồm:
-
Các chỉ dẫn về cơ sở dữ liệu đường bộ (ASB).
-
Hệ thống thông tin đường bộ Liên bang (BISStra).
-
Hệ thống thông tin (ISBW) được sử dụng như là một công cụ phan tích.
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 9
Luận văn thạc sĩ
b.
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
Module 2:
Trình bày các loại tình trạng từ kết quả kiểm định cầu và đánh giá hư hỏng.
Trong module 2, tất cả các dữ liệu về trạng thái cầu và dữ liệu phân tích hư
hỏng được xử lý và kết nối với dữ liệu chi phí.
Kết quả xuất ra là một danh sách ưu tiên liên quan mạng lưới đường bộ dựa
trên các loại tình trạng, thơng tin ban đầu và nguồn vồn tương ứng để sửa chữa các
hư hỏng.
Công tác kiểm định cầu dựa trên tiêu chuẩn DIN 1076 và “Hướng dẫn đăng ký
được tiêu chuẩn hóa, xử lý và phân tích kết quả kiểm định phù hợp với tiêu chuẩn
DIN 1076” RI-EBW-PRUF 2004.
c.
Module 3:
Tập trung vào phân tích mở rộng các hư hỏng nếu công tác kiểm định cầu
khơng cung cấp thơng tin đầy đủ.
Sự phân tích này dựa trên giả thuyết tính tốn, kiểm tra và các phương pháp
thử nghiệm không phá hủy (được dựa trên hướng dẫn).
Đối với mỗi bộ phận kết cấu, xác định một mơ hình suy yếu cho phép đánh giá
các ứng xử tương lai trong thời kì ảnh hưởng của giá trị tình trạng.
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 10
Luận văn thạc sĩ
d.
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
Module 4:
Bao gồm các liệt kê chi tiết công tác duy tu.
Trình tự xem xét các cơng tác duy tu được lựa chọn, chi phí duy tu và kết quả
duy tu được thực hiện trong phần mềm SIB-Bauwerke.
Đối với mỗi lọai hư hỏng, phần mềm SIB-Bauwerke đưa ra một số phương
pháp duy tu (ví dụ như sửa chữa hay xây mới,…) và các kết quả đánh giá tình trạng
hư hỏng đối với từng phương pháp. Điều này nhằm tránh việc các cơ quan có thẩm
quyền ở địa phương có thể lựa phương pháp duy tu dựa trên kinh nghiệm cá nhân.
Hình 1.8: Liệt kê chi tiết các cơng tác duy tu.
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 11
Luận văn thạc sĩ
e.
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
Module 5:
Thực hiện việc đánh giá các phương pháp duy tu có xem xét đến các vấn đề
kinh tế nói chung.
Việc đánh giá này căn cứ trên các mơ hình về chi phí tuổi thọ và tính tốn tỷ
số chi phí/lợi ích. Ngồi ra, ảnh hưởng của các chiến lược duy tu khác cũng có thể
được mơ phỏng và phân tích.
Kết quả xúât ra của module 5 là một danh sách ưu tiên cho giải pháp duy tu.
Danh sách này sẽ phục vụ việc nhập dữ liệu cho các module về chương trình duy tu
chi tiết và kế hoạch ngân sách.
f.
Module 6:
Module này tập trung vào việc lập kế hoạch và trình bày các biện pháp duy tu.
Module này bao gồm:
-
Thiết lập chương trình duy tu.
-
Kế hoạch tài chính.
-
Xác định ngân sách.
-
Mọi cơng tác chuẩn bị (hợp đồng, trình duyệt, đấu thầu, đánh giá thầu, …)
-
Kiểm tra chất lượng.
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 12
Luận văn thạc sĩ
g.
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
Module 7:
Là cơng cụ kiểm tra q trình quản lý, bao gồm các nội dung sau:
-
Trình bày cơng việc tiếp theo của các giải pháp duy tu.
-
So sánh giữa dự kiến và thực tế.
-
Giám sát việc thực hiện các công việc trong mạng lưới đường bộ.
-
Xem xét về mặt kinh tế.
Nhận xét: Hệ thống quản lý cầu SIB-Bauwerke của Đức tuy mới được phát
triển và áp dụng chương trình phần mềm phục vụ cho công tác quản lý nhưng hệ
thống SIB-Bauwerke của Đức đã được xây dựng trên nền tảng ý tưởng và phương
pháp tiên tiến như sử dụng kết hợp với phương pháp kiểm tra bằng mắt và các thí
nghiệm khơng phá hủy trong việc đánh giá trạng thái của kết cấu cầu; hay trong thời
gian gần đây đã phát triển phương pháp dùng tỷ số lợi nhuận/chi phí trong việc
phân tích lựa chọn giải pháp duy tu sửa chữa tối ưu. Ngồi ra, hệ thống cũng có
module về cơ sở dữ liệu rất mạnh, vì vậy mà nó có khả năng đáng kể trong việc mơ
phỏng mức độ hư hỏng của kết cấu, đề xuất các giải pháp sửa chữa có thể và tính
tốn chi phí thực hiện, thiết lập mức độ ưu tiên của các công tác sửa chữa,…
1.2.2 Hệ thống quản lý cầu của Mỹ:
1.2.2.1 Tình trạng giao thông ở Mỹ:
Hệ thống giao thông đường bộ hiện có trên 580,000 cầu đường bộ với nhiều
loại kết cấu đa dạng, hiện đại khác nhau. Hơn một nửa số cầu này được xây dựng
trước năm 1935, trong đó có một số lượng lớn các cầu cần được đại tu hay thay thế.
Xấp xỉ 40% (khoảng trên 223,000 cầu) số lượng cầu được xây dựng từ năm 19561975 hiện được xem là không đủ khả năng chịu lực hay lỗi thời về mặt chức năng.
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 13
Luận văn thạc sĩ
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
Những đánh giá này dựa trên dữ liệu kiểm tra hư hỏng cầu và sự xếp loại trong hệ
thống kiểm kê cầu Quốc gia.
Nguốn vốn phân bổ đối với cầu để thực hiện công tác sửa chữa lớn và thay thế
các cầu nói trên ban đầu được ước tính khoảng trên 50 tỷ đô-la, vượt xa so với
nguồn vốn thực tế được phân bổ hằng năm là từ 2 đến 3 tỷ đơ-la thơng qua chương
trình thực hiện cơng tác thay thế và đại tu cầu đường bộ, do đó mà chỉ có vài ngàn
cầu được sửa chữa hay thay thế mỗi năm. Vì vậy, cần phải có một sự quản lý sáng
suốt các bộ phận cầu để đảm bảo việc sử dụng nguồn vốn eo hẹp là tốt nhất.
1.2.2.2 Tổng quan về hệ thống quản lý cầu của Mỹ: [14]
Cơng tác đảm bảo khai thác an tồn và nâng cấp hệ thống cầu tuy phức tạp và
đắt tiền nhưng nó là một nhiệm vụ quan trọng mang tính sống còn. Để đáp ứng các
yêu cầu cũng như giải quyết các tồn tại nêu trên cần có một tập hợp các công cụ để:
-
Hỗ trợ xem xét tất cả các yếu tố như nguồn vốn bị giới hạn, độ an toàn, sự
đầu tư, cũng như các yếu tố khác như sự thay đổi về thiết kế và vật liệu, mức
độ hư hỏng khác nhau, sự phụ thuộc giữa các thành phần cầu với nhau (ví dụ
dầm hư hỏng là do hở liên kết).
-
Đánh giá các tình trạng hiện tại và tương lai, đánh giá các nhu cầu, hỗ trợ
xác định khi nào và chỗ nào thì việc chi tiêu nguồn vốn là tốt nhất.
Hình 1.9: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tình trạng cầu,
chi phí và khoảng thời gian bảo dưỡng cầu.
Về cơ bản, một hệ thống quản lý cầu tốt có một cơ sở dữ liệu đầy đủ về cầu,
dữ liệu về giao thơng, chi phí, dữ liệu liên quan đến độ an toàn và một chương trình
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 14
Luận văn thạc sĩ
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
tiên tiến để thu thập dữ liệu. Cần có một cơng cụ phân tích để nhận dữ liệu và phân
tích dữ liệu ở cấp độ toàn hệ thống cầu và tối ưu hóa dữ liệu cầu nhờ vào một quy
trình hệ thống. Nó đề xuất các cơng việc sửa chữa cần thiết nhất cho từng cầu, xác
định các chiến lược duy tu, tối ưu hóa chương trình duy tu sửa chữa trong một thời
gian quy định với một nguồn vốn giới hạn, tạo ra các báo cáo tuân theo quy định
trong luật pháp của tiểu bang của họ.
Hiện nay ở Mỹ có 2 hệ thống quản lý cầu nổi bật mang tầm quốc gia là Pontis
và Bridgit. Các bang khác cũng đã phát triển và đang ứng dụng phần mềm quản lý
cầu của riêng họ hay đang đánh giá các phần mềm đang tồn tại để ứng dụng trong
công tác quản lý cầu. Pontis được sử dụng phổ biến hơn và là chương trình hồn
thiện hơn, nó được dùng để quản lý đa số cầu lớn và phức tạp. Trong khi đó Bridgit
chỉ được dùng ở các cơ quan quản lý cầu nhỏ hơn. Hiện nay phần mềm Pontis do
Hiệp hội các viên chức đường bộ và vận tải (AASHTO – American Association of
State Highway and Transportation Officials) sở hữu.
1.2.2.3 Hệ thống quản lý cầu Pontis: [18]
Pontis là một thành phần trong bộ phần mềm cầu của AASHTO (gồm quản lý,
thiết kế, sửa chữa cầu). Phần mềm này có nhiều module, mỗi module bao gồm các
mơ hình và phương pháp để hỗ trợ nhiệm vụ quản lý cầu của các cơ quan quản lý,
cho phép người sử dụng nhập dữ liệu trong mọi chức năng của công tác quản lý cầu.
Đối với mỗi bộ phận cầu, Pontis có các mơ hình để mơ phỏng bộ phận đó bị
lão hóa như thế nào theo thời gian (sự lão hóa này có thể thay đổi do môi trường
khai thác) và các hậu quả có thể xảy ra, mơ phỏng các cơng việc bảo tồn nào có thể
thực hiện được để kìm hãm q trình suy thối, đặc biệt là trình bày “điều gì sẽ xảy
ra nếu” thực hiện những chiến lược duy tu sửa chữa khác nhau và mơ phỏng phí tổn
để thực hiện các cơng việc đó. Phần mềm Pontis lưu trữ các dữ liệu kiểm tra và
kiểm kê cầu, hỗ trợ các kiểm tra cấp độ phần tử cầu. Khi dữ liệu kiểm tra được nhập
vào (bằng đơn vị m hay đơn vị Anh) hệ thống Pontis có thể được dùng để theo dõi
công tác duy tu và báo cáo cho Liên bang, có khả năng cho phép các cơ quan quản
lý sử dụng các loại phần tử cầu thông thường đã được xác lập sẵn trong chương
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 15
Luận văn thạc sĩ
Chương 1
GVHD: PGS. TS. Lê Thị Bích Thủy
trình hay các phần tử tùy theo yêu cầu của người sử dụng chương trình, hỗ trợ lập
chương trình kiểm tra và các cơ quan có thể thiết lập các quy định xét duyệt dữ liệu
riêng cho mình.
Phần mềm Pontis hỗ trợ thực hiện các chính sách và các quy định cụ thể của
cơ quan quản lý cầu. Ngoài ra, nó cung cấp một phương pháp phân định các nguồn
vốn mang tính hệ thống đối với cơng tác bảo đảm an toàn và nâng cấp các cầu trong
hệ thống. Pontis thực hiện được điều này bằng cách xem xét cả lợi nhuận lẫn chi phí
của các chính sách duy tu so với các đầu tư cho việc nâng cấp hay thay thế.
Nói chung, các cá nhân và cơ quan chức năng khác nhau đều có thể sử dụng
Pontis để thực hiện những mục đích riêng của họ. Các kỹ sư duy tu cầu thì sử dụng
Pontis để phục vụ cơng tác kiểm tra cầu, phân tích hay thiết kế; những nhân viên kế
hoạch thì dùng Pontis để lập kế hoạch dài hạn, quy hoạch hành lang giao thơng cịn
các quan chức cao cấp thì sử dụng nó để ra quyết định về nguồn vốn cần thiết và
đưa ra các dự đốn. Hệ thống Pontis có thể tạo ra một số lượng lớn các báo cáo
bằng giao diện đồ họa và bảng biểu và có thể được tùy chọn bằng bất kỳ phần mềm
truy vấn SQL nào.
a.
Mục đích chính của Pontis:
-
Đáp ứng và duy tu các tiêu chuẩn cao nhất về sự an toàn cho người đi lại.
-
Sửa chữa các hư hỏng khuyết tật trong thời gian hợp lý.
-
Phân định nguồn vốn hợp lý cho từng công việc quản lý sửa chữa cầu.
-
Cải thiện sự thuận tiện và thoải mái khi lái xe cho mọi người.
-
Bảo tồn cho việc đầu tư lớn vào các cơng trình.
-
Đề xuất lộ trình hiệu quả trong việc phục vụ trường hợp khẩn cấp.
-
Giảm tối đa tình trạng kẹt xe và chi phí cho người sử dụng.
-
Tránh những công tác sửa chữa tốn kém bằng việc thực hiện công tác duy
tu sửa chữa thường xuyên và hợp lý.
-
Đề xuất lộ trình có lợi về kinh tế trong việc vận chuyển hàng hóa cơng
nghiệp và các sản phẩm nông nghiệp.
Thực hiện: Phạm Quốc Quốc
Trang 16
