TCVN 13594-10:2023 về thiết kế cầu đường sắt có thể chịu được tác động của động đất

Các tòa nhà và đặc biệt là các tòa nhà cao tầng được xây dựng để chịu tải trọng thẳng đứng thì với sự chuyển động ngang, động đất có thể làm hỏng nền móng của các công trình này chỉ trong vài phút và dễ dàng hất tung các tòa nhà bởi lực đến từ tâm trái đất, gây thương tích nghiêm trọng và tử vong cho người sinh sống trong đó.

Đối với các cầu đường sắt khổ 1435 mm cũng vậy, khi xảy ra động đất mạnh cầu cũng bị ảnh hưởng không nhỏ gây nứt, gãy nghiêm trọng nếu không đáp ứng được những tính năng cơ bản về trọng tải, độ dẻo, cứng khi thiết kế và xây dựng. Do không giao cắt với các tuyến đường khác, phục vụ vận chuyển hành khách, hàng hóa với vận tốc thiết kế từ 200 km/h đến 350 km/h nên cầu đường sắt khổ 1435 mm càng phải đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật theo quy định. Nhưng để bảo độ chính xác, an toàn và hạn chế được những hư hỏng trước những cuộc rung chấn thì khi thiết kế nên tuân theo Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13594-10:2023.

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13594-10:2023 thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc đến 350 km/h – phần 10- cầu chịu tác động của động đất do Bộ Khoa học và công nghệ công bố.

Khi thiết kế và xây dựng cầu đường sắt nên tuân theo tiêu chuẩn để đảm bảo tác động chịu lực của mọi trận động đất. Ảnh minh họa

Tiêu chuẩn này đưa ra các yêu cầu áp dụng để thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc đến 350 km/h chịu tác động của động đất, nhằm đảm bảo trong trường hợp có động đất thì sinh mạng con người được bảo vệ, các hư hỏng được hạn chế, công trình quan trọng vẫn có thể duy trì hoạt động.

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu trong việc thiết kế cầu chịu động đất mà tác động động đất theo phương ngang chủ yếu thông qua mô men uốn của trụ hoặc các mố, tức là cầu bao gồm các hệ thống trụ thẳng đứng hoặc gần như thẳng đứng đỡ hoạt tải từ kết cấu trên.

Ngoài ra tiêu chuẩn này đề cập các yêu cầu, tính năng, tiêu chí tuân thủ và quy tắc ứng dụng áp dụng, tải trọng động đất, phân tích, kiểm tra độ bền, xem xét cấu tạo cho thiết kế cầu chịu động đất, phương pháp áp dụng hệ cách chấn để bảo vệ cầu chịu động đất. Có thể áp dụng tiêu chuẩn này để thiết kế động đất cho cầu dây văng và cầu vòm, mặc dù không hoàn toàn đầy đủ. Tiêu chuẩn này cũng không bao hàm thiết kết cấu treo.

Các yêu cầu cơ bản triết lý thiết kế của tiêu chuẩn này là đạt được với độ tin cậy phù hợp yêu cầu không sụp đổ và yêu cầu hạn chế hư hỏng đối với tải trọng động đất thiết kế. Thiết kế phải nhằm đáp ứng hai yêu cầu cơ bản đó là yêu cầu không sụp đổ và hạn chế hư hỏng. Sau khi xảy ra động đất thiết kế, cầu giữ nguyên tính toàn vẹn kết cấu và có đủ sức kháng dư, mặc dù ở một số bộ phận có thể xảy ra hư hỏng đáng kể.

Khi tải trọng động đất thiết kế có xác suất vượt đáng kể ngưỡng tuổi thọ thiết kế, thiết kế phải hướng tới khả năng kết cấu chịu thiệt hại. Các bộ phận dễ bị hư hại do chúng đóng góp vào tiêu tán năng lượng do động đất thiết kế nên được thiết kế cho phép sử dụng cầu cho giao thông khẩn cấp sau tải trọng động đất và có thể dễ dàng sửa chữa.

Động đất có khả năng xảy ra cao có thể chỉ gây hư hỏng cho các bộ phận phụ và cho những bộ phận cầu dự định tham gia để tiêu tán năng lượng. Các bộ phận khác của cầu vẫn không bị hư hỏng. Để phù hợp với các yêu cầu cơ bản thiết kế phải tuân theo với các tiêu chí. Phải thiết kế cầu sao cho đảm bảo độ dẻo, hoặc dẻo giới hạn / về cơ bản là đàn hồi, tùy thuộc vào động đất ở hiện trường.

Ở những vùng có động đất trung bình đến cao, do cả lý do kinh tế và an toàn, thiết kế cầu với tính dẻo thường thích hợp, tức là cung cấp cho nó các phương tiện tin cậy để tiêu tán một lượng đáng kể năng lượng đầu vào trong điều kiện động đất mạnh. Trong các cầu được thiết kế cho ứng xử dẻo, các vùng của khớp dẻo phải được kiểm tra có đủ độ bền uốn để chịu tải trọng động đất thiết kế.

Đối với cầu có ứng xử dẻo, thiết kế theo khả năng được sử dụng để đảm bảo hệ thống phân cấp thích hợp của sức kháng tồn tại trong các bộ phận kết cấu khác nhau. Điều này để đảm bảo cấu hình dự kiến của khớp dẻo sẽ được hình thành và tránh được các dạng hư hỏng giòn. Việc đảm bảo này phải đạt được bằng cách thiết kế tất cả các cấu kiện sao cho vẫn đàn hồi chống lại tất cả các dạng hư hỏng giòn, sử dụng hiệu ứng thiết kế theo khả năng. Quy định về độ dẻo dự kiến phải được cấu tạo đủ độ dẻo để đảm bảo độ dẻo tổng thể cần thiết của kết cấu.

Yêu cầu về độ cứng thì khi sử dụng các phương pháp phân tích tuyến tính tương đương, phải chọn độ cứng của mỗi cấu kiện tương ứng với độ cứng đàn hồi của nó dưới mức ứng suất tính toán lớn nhất do tải trọng động đất thiết kế. Cần thiết kế liên kết giữa hệ thống đỡ và các cấu kiện được đỡ để đảm bảo tính toàn vẹn của kết cấu và tránh bị rơi do chuyển vị dưới động đất cực mạnh.

Ngoài đảm bảo tính dẻo tổng thể cần thiết, các chi tiết kết cấu và phi kết cấu cũng như các bộ phận của chúng phải có cấu tạo phù hợp với các chuyển vị trong trường hợp thiết kế động đất. Đặc biệt địa điểm xây dựng và nền đất chịu lực nói chung cần tránh những rủi ro đứt gãy, mất ổn định mái dốc và lún gây nên bởi sự hóa lỏng hoặc sự nén chặt khi động đất xảy ra. Khả năng xuất hiện các hiện tượng như thế phải được khảo sát

An Dương