Trong lĩnh vực vận tải, kết cấu thép đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng cầu, đường sắt, tàu hỏa và các phương tiện giao thông khác. Sử dụng kết cấu thép trong cấu trúc của các phương tiện vận tải giúp tăng cường độ bền, khả năng chịu lực và giảm trọng lượng của phương tiện, đồng thời kéo dài tuổi thọ và giảm chi phí bảo dưỡng. Việc ứng dụng kết cấu thép trong các lĩnh vực mới không chỉ mở ra cơ hội phát triển mà còn giúp tối ưu hóa công nghệ và hiệu suất trong các ngành khác nhau, đồng thời góp phần vào sự bền vững và phát triển toàn diện của nhiều lĩnh vực đóng góp cho xã hội.

Tuy nhiên thực tế thời gian qua do tình trạng mưa bão nên nhiều cầu đường sắt tại các tỉnh phía Bắc, miền Trung bị hư hỏng nặng gây ra không ít trở ngại cho lưu thông của người dân. Ông Hoàng Gia Khánh, Tổng Giám đốc Tổng công ty Đường sắt Việt Nam cho rằng, trải qua nhiều năm khai thác, tuyến đường sắt Bắc - Nam đã xuống cấp, nguồn lực đầu tư cho tuyến đường sắt quốc gia chưa tương xứng. Mặc dù Nhà nước đã quan tâm đầu tư kinh phí để sửa chữa, nâng cấp hạ tầng đường sắt nhưng vẫn còn nhiều công trình, hạng mục tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn chưa được bố trí kinh phí sửa chữa kiên cố. Trong đó phải nhắc tới một số hệ thống cầu đường sắt tại Tam Bạc trên địa bàn thành phố Hải Phòng hư hỏng do sà lan đâm, cầu đường sắt Long Biên...

Từ thực tế trên cho thấy việc thiết kế kết cấu thép cho cầu đường sắt đáp ứng các yêu cầu theo tiêu chuẩn quy định là một yếu tố quan trọng góp phần đảm bảo công trình được vững chắc, an toàn.

Theo hướng dẫn tại Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13594-6:2023 về thiết kế cầu đường sắt khổ 1435 MM, vận tốc đến 350 km/h - phần 6 kết cấu thép do Bộ Khoa học và công nghệ công bố đã đưa ra các yêu cầu để thiết kế kết cấu thép, phần thép trong kết cấu liên hợp thép - bê tông cốt thép của cầu trên đường sắt khổ 1435 mm, vận tốc thiết kế đến 350 km/h. 

Kết cấu thép cầu đường sắt cần đảm bảo theo tiêu chuẩn an toàn. Ảnh minh họa

Tiêu chuẩn này chỉ đề cập đến các yêu cầu liên quan về sức kháng, khả năng sử dụng và độ bền lâu của kết cấu cầu. Chất lượng của vật liệu xây dựng và các sản phẩm được sử dụng, tay nghề cần phù hợp với các giả thiết trong quy tắc thiết kế như được chỉ ra ở TCVN 13594-1:2022.

Yêu cầu cơ bản về thiết kế kết cấu thép ngoài được quy định trong tiêu chuẩn này còn phải tuân theo các nguyên tắc ở TCVN 13594-1:2022, tải trọng tác động theo TCVN 13594-3:2022. Khi có yêu cầu các mức độ tin cậy khác nhau, các mức này cần đạt bằng một sự lựa chọn phù hợp về quản lý chất lượng trong thiết kế và thi công, theo TCVN 13594-1:2022, EN 1090 và các tiêu chuẩn tương đương khác.

Yêu cầu chung của tuổi thọ thiết kế, độ bền lâu và tính vững chắc tùy thuộc vào loại tác động ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ thiết kế kết cấu thép được thiết kế chống ăn mòn bằng bảo vệ bề mặt phù hợp ISO 12944 và tương đương, sử dụng thép chịu thời tiết, thép không gỉ; Thiết kế chi tiết có đủ tuổi thọ mỏi; Thiết kế được che phủ; Được thiết kế cho các tác động sự cố; Được kiểm tra và bảo trì; Tuổi thọ thiết kế; Tuổi thọ thiết kế được tính đến cho suốt thời kỳ sử dụng theo mục đích dự định, có tính đến bảo trì nhưng không sửa chữa lớn.

Để đảm bảo độ bền lâu, cầu và các bộ phận của chúng được thiết kế sao cho có thể giảm thiểu hư hỏng hoặc được bảo vệ khỏi các biến dạng quá mức, xuống cấp, mỏi và các tác động sự cố dự tính trong suốt tuổi thọ thiết kế. Các bộ phận kết cấu của cầu như lan can, tay vịn được thiết kế đảm bảo biến dạng dẻo của chúng có thể xảy ra mà không làm hư hỏng kết cấu cầu. Khi cầu có các bộ phận cần phải thay thế, khả năng an toàn khi thay thế cần được kiểm tra như là một trường hợp thiết kế ngắn hạn.

Các liên kết vĩnh cửu của các bộ phận kết cấu cầu được thực hiện bằng bu lông chịu tải trước trong liên kết loại B hoặc C. Có thể sử dụng bu lông vừa khít, đinh tán hoặc hàn để ngăn chặn trượt. Có thể sử dụng các liên kết truyền lực chỉ bằng tiếp xúc khi có thực hiện kiểm tra đánh giá mỏi.

Tính vững chắc và tính toàn vẹn kết cấu khi thiết kế cầu phải đảm bảo rằng hư hỏng của một bộ phận do tải trọng sự cố xảy ra, kết cấu còn lại ít nhất đủ chịu lực với tổ hợp sự cố ở một mức độ nhất định. Các bộ phận nào được thiết kế chịu tác động của sự cố cũng như chi tiết để đánh giá có thể được xác định cho dự án riêng. Ảnh hưởng của gỉ, mỏi của các bộ phận và vật liệu cần được tính đến bằng cấu tạo thích hợp.

Khi thiết kế các bộ phận bu lông, đai ốc và vòng đệm phải phù hợp các quy định dưới đây và các tiêu chuẩn tham chiếu. Tính chất vật liệu, kích thước và dung sai của đinh tán phải phù hợp với các tiêu chuẩn tham chiếu.Tất cả các vật liệu hàn phải tuân theo tiêu chuẩn tham chiếu.

Tính năng của kim loại hàn không được nhỏ hơn giá trị tương ứng được chỉ định cho cấp thép được hàn. Điều này cần tính đến cường độ chảy quy định; Độ bền kéo giới hạn; Độ giãn dài khi đứt; Các yêu cầu cơ bản về độ bền lâu được quy định trong TCVN 13594-1:2022. Các biện pháp bảo vệ thực hiện tại hiện trường và ngoài hiện trường tuân theo EN 1090 hoặc tiêu chuẩn tương đương.