Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13594-8:2023 về Thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc đến 350km/h - Phần 8: Gối cầu, khe co giãn, lan can đưa ra các quy định kỹ thuật mang tính chuẩn mực nhằm hướng dẫn thiết kế, lựa chọn và thử nghiệm các bộ phận gối cầu, hệ thống khe co giãn và lan can bảo vệ trên các công trình cầu đường sắt tốc độ cao.

Phạm vi và đối tượng áp dụng

Tiêu chuẩn này áp dụng đối với các tổ chức, cá nhân hoạt động trong lĩnh vực tư vấn thiết kế, thẩm tra, thi công, giám sát và quản lý chất lượng các công trình cầu thuộc tuyến đường sắt khổ 1435 mm có vận tốc thiết kế tối đa lên đến 350 km/h. Đây là công cụ kỹ thuật quan trọng giúp kiểm soát an toàn chịu lực, độ bền mỏi và khả năng chuyển vị của công trình dưới tác động của tải trọng động lực học cực lớn từ tàu tốc độ cao.

Quy trình thử nghiệm mỏi và phục hồi của gối cầu

Đối với các loại gối cầu sử dụng cho đường sắt tốc độ cao, yêu cầu về độ bền mỏi dưới tải trọng lặp là cực kỳ nghiêm ngặt. Tiêu chuẩn quy định chi tiết về chu kỳ thử nghiệm như sau:

• Giới hạn chu kỳ thử nghiệm: Quá trình thử nghiệm mỏi của gối cầu phải được dừng lại và tiến hành loại bỏ hoàn toàn tải trọng thử nghiệm ngay khi số chu kỳ đạt đến ngưỡng 2.000.000 chu kỳ.
• Thời gian phục hồi: Sau khi dỡ tải, gối cầu phải được để yên trong trạng thái không tải với thời gian phục hồi liên tục tối thiểu là 24 giờ.
• Thử nghiệm đánh giá lại: Sau khi kết thúc thời gian phục hồi 24 giờ, đơn vị thử nghiệm phải tiến hành thực hiện lại phép thử nghiệm nén tĩnh theo đúng các thông số và quy trình như trước khi thử nghiệm mỏi để đánh giá độ biến dạng dư, khả năng phục hồi đàn hồi và độ ổn định tổng thể của gối.

Quy tắc thiết kế chung và quy định cho các loại gối cầu

Hệ thống gối cầu đóng vai trò truyền tải trọng từ kết cấu nhịp xuống mố trụ, đồng thời tạo điều kiện cho kết cấu nhịp chuyển vị tự do dưới tác động của nhiệt độ và tải trọng xe chạy. Tiêu chuẩn phân định rõ các yêu cầu thiết kế chung và chi tiết cho từng loại gối:

1. Tổng quát và quy tắc thiết kế chung (Điều 5 & Điều 6)

• Thiết kế gối cầu phải đảm bảo tính toán đầy đủ các tổ hợp tải trọng bất lợi nhất, bao gồm tải trọng thẳng đứng, lực hãm xe, lực ly tâm, lực gió, động đất và các biến dạng do thay đổi nhiệt độ, co ngót, từ biến của bê tông.
• Vật liệu chế tạo gối cầu phải đáp ứng các tiêu chuẩn về cường độ chịu nén, chịu cắt, khả năng chống mài mòn, chống lão hóa thời tiết và có tuổi thọ thiết kế tương thích với tuổi thọ của công trình cầu.

2. Gối trượt (Điều 6.1)

• Khả năng chịu lực: Phải được tính toán thiết kế để chịu được toàn bộ phản lực thẳng đứng lớn nhất từ kết cấu nhịp truyền xuống.
• Phản lực do ma sát: Phải xác định chính xác hệ số ma sát giữa các bề mặt trượt (thường là tấm PTFE và thép không gỉ) để tính toán lực cản di động tác dụng lên mố trụ.
• Khả năng tịnh tiến và độ lệch tâm: Thiết kế phải đảm bảo hành trình tịnh tiến đủ lớn theo cả hai chiều dọc và ngang, đồng thời kiểm soát độ lệch tâm của lực truyền để tránh hiện tượng mất ổn định cục bộ tại mép gối.

3. Gối chất dẻo đàn hồi (Điều 6.2)

• Khả năng chịu lực thẳng đứng: Xác định dựa trên giới hạn ứng suất nén cho phép của cao su liên kết bản thép.
• Phản lực do biến dạng ngang: Tính toán lực đẩy ngang phát sinh khi gối bị biến dạng trượt do kết cấu nhịp co giãn.
• Mô men phản lực do chuyển động quay: Xác định mô men kháng xoay quanh trục nằm ngang của gối khi kết cấu nhịp bị võng dưới tải trọng nhạc.
• Độ lệch tâm: Kiểm soát độ lệch tâm của phản lực để đảm bảo gối không bị hở mép hoặc trượt khỏi vị trí định vị dưới tác động của lực cắt lớn.

4. Gối con lăn (Điều 6.3)

• Khả năng chịu lực thẳng đứng: Tính toán dựa trên ứng suất tiếp xúc (ứng suất Hertz) giữa con lăn và các tấm đệm thép trên, dưới.
• Phản lực do ma sát lăn và mô men phản lực: Xác định lực cản lăn trong mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với trục con lăn.
• Khả năng chịu lực theo phương ngang: Tính toán khả năng kháng lại lực ngang phát sinh do ma sát dọc theo phương của trục con lăn và khả năng xoay tự do quanh trục con lăn.
• Độ lệch tâm của con lăn: Tiêu chuẩn quy định độ lệch tâm của con lăn so với tấm trên và tấm dưới phải được thiết kế bằng 0,5 lần độ lệch tâm tương đối giữa các kết cấu chính nhằm tối ưu hóa phân bố ứng suất khi kết cấu nhịp dịch chuyển.

5. Gối chậu (Điều 6.4)

• Khả năng chịu lực thẳng đứng: Tận dụng trạng thái nén thủy tĩnh của tấm cao su đặt trong chậu thép kín để chịu tải trọng thẳng đứng cực lớn.
• Mô men phản lực và khả năng xoay: Xác định mô men kháng xoay trong mặt phẳng thẳng đứng thông qua sự biến dạng của tấm cao su trong chậu, đảm bảo khả năng xoay đa hướng linh hoạt.
• Lớp áo chèn: Thiết kế hệ thống vòng chắn (áo chèn) ngăn ngừa hiện tượng đùn cao su ra ngoài qua khe hở giữa piston và chậu thép dưới áp lực cao.

6. Gối trục quay (Điều 6.5)

• Khả năng chịu lực thẳng đứng: Truyền tải trọng thông qua bề mặt tiếp xúc hình trụ hoặc chốt thép.
• Khả năng chịu lực theo phương ngang: Xác định lực cản ngang phát sinh do ma sát tại bề mặt tiếp xúc của trục quay.
• Khả năng quay: Thiết kế cho phép kết cấu nhịp chỉ quay tự do quanh một trục cố định duy nhất.

7. Gối PTFE hình cầu và hình trụ (Điều 6.6)

• Khả năng chịu lực thẳng đứng: Chịu tải trọng lớn thông qua bề mặt tiếp xúc cong được lót tấm PTFE trượt trên bề mặt chỏm cầu hoặc mặt trụ bằng thép không gỉ.
• Mô men phản lực do ma sát: Tính toán mô men cản xoay phát sinh từ lực ma sát trên bề mặt cong trượt PTFE.
• Khả năng quay: Cho phép xoay linh hoạt quanh tất cả các trục đối với gối hình cầu, hoặc xoay hạn chế quanh một trục đối với gối hình trụ, giúp giải phóng hoàn toàn các ứng suất xoay của dầm.

8. Gối dẫn hướng và gối kiềm chế (Điều 6.7)

• Chức năng kiềm chế: Được thiết kế đặc biệt để khống chế, ngăn chặn các chuyển động không mong muốn của kết cấu nhịp theo một hoặc nhiều hướng xác định (ví dụ: chống dịch chuyển ngang do lực ly tâm hoặc lực gió).
• Khả năng chịu lực ngang: Phải tính toán kết cấu chốt chặn, thanh dẫn hướng đủ khả năng chịu các lực va đập và lực đẩy ngang từ kết cấu nhịp truyền vào mố trụ.

Hiệu lực thi hành

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13594-8:2023 có hiệu lực áp dụng kể từ ngày được công bố theo quy định của pháp luật về tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật. Các dự án thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc đến 350km/h triển khai sau thời điểm công bố bắt buộc phải tuân thủ các chỉ dẫn kỹ thuật chi tiết trong tiêu chuẩn này để đảm bảo tính đồng bộ và an toàn tuyệt đối cho hệ thống đường sắt tốc độ cao quốc gia.