Báo cáo khoa học: "nghiên cứu nâng cao độ bền chi tiết toa xe trong điều kiện việt nam"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

64
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt: Bài viết này nêu tóm tắt quá trình nghiên cứu nâng cao độ bền cho các chi tiết chịu lực chủ yếu trong toa xe bằng công nghệ vật liệu mới và cải tiến công nghệ chế tạo chi tiết với điều kiện nguyên vật liệu và thiết bị sẵn có ở Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "nghiên cứu nâng cao độ bền chi tiết toa xe trong điều kiện việt nam"

Dù b¸o tuæi thä cßn l¹i cña mÆt ®−êng mÒm b»ng thiÕt bÞ FWD TS. nguyÔn h÷u trÝ ViÖn Khoa häc vμ C«ng nghÖ GTVT Tãm t¾t: Bμi b¸o giíi thiÖu tãm t¾t ph−¬ng ph¸p sö dông kÕt qu¶ ®o ®é vâng ®μn håi ®éng b»ng thiÕt bÞ FWD (nhiÒu cÊp t¶i träng) ®Ó dù b¸o tuæi thä cßn l¹i cña mÆt ®−êng mÒm. Ph−¬ng ph¸p dù b¸o nμy ®−îc x©y dùng dùa trªn c¬ së c¸c m« h×nh ph¶n øng vμ m« h×nh lμm viÖc cña mÆt ®−êng. Th«ng qua c¸c m« h×nh nμy, cã thÓ dù b¸o ®−îc t×nh tr¹ng h− háng mÆt ®−êng do nøt mái vμ vÖt h»n b¸nh xe d−íi t¸c dông cña mét hoÆc nhiÒu cÊp t¶i träng. Summary: The paper briefs on the method of measuring the dynamic resilient deflection by means of falling weight Dynamics to forecast remaining service capacity of flexible pavement. i. më ®Çu CBA Tuæi thä cña mÆt ®−êng phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè nh− l−u l−îng giao th«ng, qu¸ tr×nh thi c«ng, x©y dùng, qu¸ tr×nh duy tu b¶o d−ìng trong thêi gian khai th¸c, cÊu tróc kÕt cÊu mÆt ®−êng, t¸c ®éng cña m«i tr−êng v.v... §Ó x¸c ®Þnh tuæi thä cßn l¹i cña mÆt ®−êng, cÇn ph¶i xem xÐt ®¸nh gi¸ c¸c yÕu tè nh− t×nh tr¹ng h− háng hiÖn t¹i cña mÆt ®−êng, kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña kÕt cÊu, c¸c chØ tiªu khai th¸c cña mÆt ®−êng (vÒ ®é nh¸m, ®é b»ng ph¼ng, ªm thuËn, vÖt h»n b¸nh xe). Trong khu«n khæ bµi b¸o nµy, xin giíi thiÖu mét ph−¬ng ph¸p sö dông thiÕt bÞ FWD ®Ó dù b¸o tuæi thä (thêi gian khai th¸c) cßn l¹i cña mÆt ®−êng mÒm vµ t×nh tr¹ng phôc vô cña mÆt ®−êng th«ng qua c¸c chØ tiªu: sù nøt mái (fatigue cracking), vÖt h»n b¸nh xe (rutting) trªn c¬ së c¸c m« h×nh ph¶n øng vµ m« h×nh lµm viÖc cña mÆt ®−êng. ii. M« h×nh ph¶n øng (response model) cña mÆt ®−êng d−íi t¸c dông cña t¶i träng D−íi t¸c dông cña mét cÊp t¶i träng nhÊt ®Þnh, trong kÕt cÊu mÆt ®−êng sÏ xuÊt hiÖn t−¬ng øng mét tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng. Khi ®o ®−îc biÕn d¹ng xuÊt hiÖn trong kÕt cÊu, th«ng qua c¸c m« hinh tÝnh to¸n, ta cã thÓ tÝnh ng−îc ra ®−îc t¶i träng t¸c dông. Tõ c¸c th«ng sè chËu vâng cña mÆt ®−êng ®o ®−îc b»ng thiÕt bÞ FWD, cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc c¸c biÕn d¹ng ph¶n øng cña mÆt ®−êng nh−:
1. BiÕn d¹ng kÐo t¹i ®¸y líp bª t«ng nhùa (εac) vµ biÕn d¹ng nÐn theo ph−¬ng th¼ng ®øng trong líp bª t«ng nhùa (εcac ); 2. BiÕn d¹ng nÐn th¼ng ®øng trªn bÒ mÆt cña líp mãng trªn (εbase ); 3. BiÕn d¹ng nÐn th¼ng ®øng trªn bÒ mÆt ®Êt nÒn (εsg); §Ó dù ®o¸n gi¸ trÞ cña biÕn d¹ng kÐo t¹i ®¸y líp bª t«ng nhùa εac cho mÆt ®−êng sö dông líp H×nh 1. C¸c ph¶n øng cña kÕt cÊu mÆt ®−êng d−íi t¸c dông cña t¶i träng mãng lµ vËt liÖu rêi, ta cã thÓ sö dông ph−¬ng tr×nh (1) d−íi ®©y: log(εac) = 1.078 log(BDI) + 0.180 log(Hac) + 2.772 (1) trong ®ã: Hac - lµ chiÒu dµy cña mÆt ®−êng bª t«ng nhùa, mm; BDI - lµ chØ sè h− háng líp mãng. BDI ®−îc ®Þnh nghÜa lµ ®é chªnh gi÷a c¸c ®é vâng t¹i c¸c vÞ trÝ c¸ch t©m tÊm Ðp 305 vµ 610mm. BiÕn d¹ng nÐn theo ph−¬ng th¼ng ®øng trong líp bª t«ng nhùa εcac ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch chia kho¶ng chªnh lÖch gi÷a ®é vâng trªn mÆt vµ ®é vâng d−íi ®¸y líp BTN cho chiÒu dµy líp BTN. Gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng nµy cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng tr×nh (2) d−íi ®©y: log(εcac) = 1.076 log(SCI)+1.122 log(Hac) + 0.315 (2) trong ®ã: CBA Hac - lµ chiÒu dµy cña mÆt ®−êng BTN, mm; SCI - lµ chØ sè uèn vång líp mÆt, ®−îc ®Þnh nghÜa lµ ®é chªnh gi÷a ®é vâng t¹i t¹i c¸c vÞ trÝ c¸ch t©m tÊm Ðp 0 vµ 305mm. M« h×nh ph¶n øng cña mÆt ®−êng ®Ó x¸c ®Þnh εbase ®−îc biÓu diÔn bëi ph−¬ng tr×nh: log(εbase) = 0.938 log(BDI) – 0.079 log(Hac) + 0.045 log(Hbase) + 3.826 (3) trong ®ã: Hbase - lµ chiÒu dµy cña líp mãng, mm; BDI - lµ chØ sè h− h¹i líp mãng. BiÕn d¹ng nÐn th¼ng ®øng trªn bÒ mÆt ®Êt nÒn (εsg) cho mÆt ®−êng mÒm ®−îc x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh (4) d−íi ®©y: log(εsg) = 1.017 log(BCI) – 0.042 log(Hac) – 0.494 log(Hbase) + 5.072 (4) trong ®ã: Hac - ChiÒu dµy líp bª t«ng nhùa, mm; Hbase - ChiÒu dµy líp mãng trªn, mm; BCI - ChØ sè ®é cong cña líp mãng trªn. ChØ sè ®é cong BCI cña líp mãng trªn ®−îc x¸c ®Þnh b»ng sù chªnh lÖch gi÷a ®é vâng cña 2 ®Çu ®o c¸ch t©m cña tÊm Ðp mét kho¶ng lµ 610 vµ 914mm.
iii. M« h×nh lμm viÖc (performance model) cña mÆt ®−êng Sù nøt mái cña mÆt ®−êng bª t«ng nhùa lµ hiÖn t−îng xuÊt hiÖn vÕt nøt do t¸c dông trïng phôc cña t¶i träng lªn mÆt ®−êng g©y ra c¸c øng suÊt - biÕn d¹ng cã trÞ sè thÊp h¬n c¸c giíi h¹n cña vËt liÖu. §Ó theo dâi hiÖn t−îng nøt mái cña mÆt ®−êng bª t«ng nhùa ViÖn Asphalt, Mü, ®· ®Ò xuÊt m« h×nh lµm viÖc cña mÆt ®−êng, ®−îc biÓu diÔn bëi ph−¬ng trinh (5) d−íi ®©y: −0.854 N f = 0.0796 ε −3.291 E * (5) t trong ®ã: Nf - Sè lÇn cho phÐp t¸c dông cña t¶i träng; εt - BiÕn d¹ng kÐo t¹i ®¸y líp bª t«ng nhùa, mm; E * - M« ®un ®µn håi ®éng cña bª t«ng nhùa, psi. iv. Ph−¬ng ph¸p dù b¸o thêi gian khai th¸c cßn l¹i cña mÆt ®−êng Tû lÖ h− háng (Si) mÆt ®−êng do mét cÊp t¶i träng g©y ra ®−îc ®Þnh nghÜa lµ tû sè gi÷a sè lÇn t¶i träng lÆp t¸c dông thùc tÕ vµ sè lÇn cho phÐp t¶i träng lÆp t¸c dông cña tõng cÊp t¶i träng. Tû lÖ h− háng Si ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc (16) nh− sau: Ni Si = (6) N f ,i trong ®ã: Ni - Sè lÇn t¶i träng t¸c dông lÆp thùc tÕ cña cÊp t¶i träng i; Nf,i - Sè lÇn t¶i träng t¸c dông lÆp cho phÐp cña cÊp t¶i träng i. CBA Theo gi¶ thuyÕt cña Miner, sù h− h¹i cã tÝnh céng dån tuyÕn tÝnh. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ sù h− h¹i cña mÆt ®−êng t¹i mét ®iÓm nhÊt ®Þnh cã thÓ ®−îc tÝnh b»ng c¸ch céng dån c¸c h− h¹i do c¸c cÊp t¶i träng kh¸c nhau g©y ra: Ni n n S = ∑ Si = ∑ (7) N f ,i i =1 i trong ®ã: S - H− háng céng dån do n cÊp t¶i träng g©y ra; n - Sè cÊp t¶i träng t¸c dông; Si - Tû lÖ h− háng do cÊp t¶i träng thø i g©y ra. HÖ sè h− h¹i ®−îc ®Þnh nghÜa lµ sù h− h¹i do mét lÇn t¸c dông cña mét cÊp t¶i träng, ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (8): 1 DFi = (8) N f ,i trong ®ã: DFi - hÖ sè h− háng cña cÊp t¶i träng thø i; Nf,i - Sè t¶i träng lÆp t¸c dông cho phÐp cña cÊp t¶i träng i. M« h×nh lµm viÖc cña mÆt ®−êng ®Ó theo dâi sù nøt mái vµ vÖt h»n b¸nh xe ®−îc ¸p dông ®Ó x¸c ®Þnh gi¸ trÞ Nf,i tõ ®ã tÝnh ®−îc hÖ sè h− háng cña cÊp t¶i träng thø i vµ tû lÖ h− háng do mét cÊp t¶i träng g©y ra cho kÕt cÊu mÆt ®−êng .
Khi tæng c¸c tû lÖ h− háng (S) b»ng mét th× mÆt ®−êng sÏ bÞ ph¸ ho¹i. Sù h− háng tæng céng (S) do t¸c dông cña tæ hîp c¸c cÊp t¶i träng ¶nh h−ëng ®Õn tuæi thä cßn l¹i cña mÆt ®−êng (Y) ®−îc x¸c ®Þnh tõ ph−¬ng tr×nh (9) d−íi ®©y: S Y= S = ∑ (Pi xDFi )xY hay (9) ∑ (Pi xDFi ) trong ®ã: S - H− háng tæng céng cña mÆt ®−êng do t¸c dông cña nhiÒu cÊp t¶i träng g©y ra; DFi - hÖ sè h− háng do cÊp t¶i träng thø i g©y ra; Pi - Sè lÇn t¸c dông lÆp l¹i cña cÊp t¶i träng thø i. §o ®é vâng b»ng FWD D(i,T) M« h×nh biÕn d¹ng cña mÆt ®−êng d−íi t¸c dông cña t¶i träng R(i,T) M« h×nh lµm viÖc cña mÆt ®−êng Nf (i,T) CBA DF(i,T) Si = Ni x YRL x DF(i,T) 1 S YRL = = Σ(Ni x DFi) Σ(Ni x DFi) H×nh 2. S¬ ®å c¸c b−íc tiÕn hμnh dù ®o¸n tuæi thä cßn l¹i cña mÆt ®−êng mÒm trªn c¬ së kÕt qu¶ ®o vâng cña thiÕt bÞ FWD BiÕt ®−îc mÆt ®−êng bÞ ph¸ ho¹i khi h− h¹i tæng céng S = 1, c¸c hÖ sè kh¸c trong ph−¬ng tr×nh (10) ®−îc x¸c ®Þnh tõ kÕt qu¶ thÝ nghiÖm b»ng thiÕt bÞ FWD vµ tõ c¸c th«ng sè giao th«ng trªn ®−êng. Do ®ã, tõ c«ng thøc (10) ta cã thÓ dù b¸o ®−îc tuæi thä cßn l¹i cña mÆt ®−êng. v. Dù ®o¸n t×nh tr¹ng nøt do mái cña mÆt ®−êng §Ó dù ®o¸n ®−îc t×nh tr¹ng nøt do mái cña mÆt ®−êng, cã thÓ sö dông sè liÖu ®é vâng ®o ®−îc b»ng thiÕt bÞ FWD ®Ó x¸c ®Þnh c¸c biÕn d¹ng kÐo theo ph−¬ng ngang t¹i ®¸y líp BTN (εac) vµ m« ®un ®µn håi cña BTN (Eac).
Gi¸ trÞ εac do t¸c ®éng cña c¸c cÊp t¶i träng kh¸c nhau cã thÓ dù ®o¸n ®−îc tõ m« h×nh ph¶n øng cña mÆt ®−êng (biÓu diÔn b»ng ph−¬ng tr×nh 1). Gi¸ trÞ m« ®un ®µn håi cña líp BTN (Eac) ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: log(Eac) = - 1.183log(Hac) - 1.103log(SCI) + 5.096 (10) trong ®ã: Hac - lµ chiÒu dµy cña mÆt ®−êng BTN, mm; SCI - lµ chØ sè uèn vång líp mÆt. C¸c gi¸ trÞ Eac, εac sÏ ®−îc ®−a vµo m« h×nh lµm viÖc cña mÆt ®−êng xÐt ®Õn sù nøt mái (ph−¬ng tr×nh 5 ) ®Ó x¸c ®Þnh ®−îc sè lÇn t¶i träng t¸c dông lÆp cho phÐp cña tõng cÊp t¶i träng (Nf,i ) X¸c ®Þnh sù ph¸ ho¹i tæng céng do nøt mái g©y ra ®èi víi mÆt ®−êng mÒm th«ng qua (7). NÕu sù h− háng tæng céng lín h¬n 1 th× mÆt ®−êng bª t«ng nhùa bÞ ph¸ ho¹i, tr−êng hîp ng−îc l¹i, mÆt ®−êng vÉn tiÕp tôc khai th¸c ®−îc. §o ®é vâng b»ng FWD SCI Hac,Hbase Gi¶i bµi to¸n ng−îc M« h×nh ph¶n øng cña mÆt ®−êng εt Eac -3.291 -0.3 -0.854 Nf = 0.0796et E* P CBA Sè lÇn t¶i träng Tû lÖ h− háng (Si) t¸c dông (N) St = S1+S2+ .... +Sn Sai §óng St < 1 Líp BTN ë t×nh tr¹ng ph¸ háng Líp BTN vÉn cßn khai th¸c ®−îc H×nh 3. S¬ ®å c¸c b−íc tiÕn hμnh dù ®o¸n t×nh tr¹ng nøt mái cña mÆt ®−êng mÒm trªn c¬ së kÕt qu¶ ®o vâng cña thiÕt bÞ FWD vi. Dù ®o¸n chiÒu s©u vÖt h»n b¸nh xe (rut depth) Tõ kÕt qu¶ ®o ®é vâng b»ng thiÕt bÞ FWD vµ m« h×nh ph¶n øng cña mÆt ®−êng, tÝnh ®−îc c¸c biÕn d¹ng biÕn d¹ng nÐn theo ph−¬ng th¼ng ®øng trong líp bª t«ng nhùa (εcac ), biÕn d¹ng nÐn th¼ng ®øng trªn bÒ mÆt cña líp mãng trªn ( εbase ), biÕn d¹ng nÐn th¼ng ®øng trªn bÒ mÆt ®Êt nÒn (εsg); Sö dông m« h×nh vÖt lón VESYS ®Ó x¸c ®Þnh chiÒu s©u vÖt h»n b¸nh xe trªn c¬ së c¸c biÕn d¹ng nÐn dù ®o¸n ®−îc, th«ng sè vÖt h»n b¸nh xe VESYS vµ th«ng sè vÒ t¶i träng : ⎤ n ⎡ μ N1−αi di ⎤ n ⎡N di RD(N) = ∑ ⎢ ∫ μ iN −αi dN ∫ ε c (z)dz ⎥ = ∑ ⎢ i ∫ ε c (z)dz ⎥ (11) ⎥ i=1 ⎢ 1 − α i di−1 i=1 ⎢ 0 ⎥ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ di−1
trong ®ã: z - ChiÒu dµy líp kÕt cÊu mÆt, mm; εc(z) - BiÕn d¹ng nÐn theo ph−¬ng th¼ng ®øng t¹i ®é s©u z, mm; N - Sè lÇn t¸c dông cña t¶i träng; α vµ μ - C¸c th«ng sè biÕn d¹ng VESYS. So s¸nh gi¸ trÞ vÖt h»n b¸nh xe dù ®o¸n víi trÞ sè giíi h¹n sÏ x¸c ®Þnh t×nh tr¹ng lµm viÖc cña mÆt ®−êng. § o ®é vâng b »n g F W D Líp bª t«ng nhùa Líp m ãng Líp nÒn SCI BDI BCI M « h×nh ph¶n øng cña m Æt ® − êng Hac,Habc ε cac ε base ε sg n Σ μi N d i C¸c th«n g s è vÖt 1 −α εc ( z)dz ι RD(N) = h»n b¸nh xe(α,μ) Sè lÇn t¸c dông cña t¶i träng (N j ) 1 −αι i=1 d i-1 Sai §óng M Æt ® − êng ë t×nh tr¹ng M Æt ® − êng ë t×nh tr¹ng RD
7.2. ChiÒu s©u vÖt h»n b¸nh xe cña mÆt ®−êng bª t«ng nhùa ChiÒu s©u vÖt h»n b¸nh xe ChiÒu s©u vÖt h»n b¸nh xe Dù ®o¸n Dù ®o¸n §o ®¹c §o ®¹c 5/95 9/95 1/96 7/96 10/96 3/97 7/97 2/98 5/95 9/95 1/96 7/96 10/96 3/97 7/97 2/98 Ngµy Ngµy viii. KÕt luËn Sù h− háng mÆt ®−êng do nøt mái vµ tuæi thä cßn l¹i cña mÆt ®−êng hoµn toµn cã thÓ dù ®o¸n ®−îc th«ng qua kÕt qua ®o vâng b»ng thiÕt bÞ FWD vµ c¸c m« h×nh m« pháng sù lµm viÖc cña kÕt cÊu mÆt ®−êng. Cã thÓ sö dông c¸c th«ng sè chËu vâng vµ biÕn d¹ng ph¶n øng giíi h¹n cña mÆt ®−êng ®Ó x¸c ®Þnh c−êng ®é cña c¸c vËt liÖu lµm líp mãng vµ nÒn ®−êng. Dùa trªn c¸c gi¸ trÞ m« ®un ®µn håi vµ biÕn d¹ng kÐo d−íi ®¸y líp BTN, cã thÓ dù ®o¸n CBA ®−îc t×nh tr¹ng lµm viÖc cña líp bª t«ng nhùa. ViÖc dù ®o¸n chiÒu s©u vÖt h»n b¸nh xe vµ sù h− háng mÆt ®−êng do nøt mái d−íi t¸c dông cña t¶i träng theo ph−¬ng ph¸p ®· giíi thiÖu trªn ®©y cã ®é tin cËy cao, kÕt qu¶ dù ®o¸n gÇn s¸t víi c¸c kÕt qu¶ ®o ®¹c kiÓm nghiÖm thùc tÕ. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. AASHTO. AASHTO Guide for Design of Pavement Structures. AASHTO, Washington, D.C., 1993. [2]. Xu Bing, S. R. Ranjithan, and Y. R. Kim. Development of Relationships Between FWD Deflections and Asphalt Pavement Layer Condition Indicators. Paper submitted to TRB, Paper No. 02-3729, 2001. [3]. Asphalt Institute. AI, Thickness Design – Asphalt Pavements for Highways and Streets. Manual Series No. 1, 1981. [4]. Kenis, W. J. Predictive Design Procedure, VESYS User’s Manual: An Interim Design Method for Flexible Pavement Using the VESYS Structural Subsystem. Report No. FHWARD-77-154, Federal Highway Administration, U.S. Department of Transportation, Washington, D.C., 1978. [5]. Austroads. Road Safety Audit . Second Edition, Sydney – 2002 [6]. NguyÔn Xu©n §μo vμ nh÷ng ng−êi kh¸c. C«ng nghÖ hiÖn ®¹i trong x©y dùng, kiÓm tra, ®¸nh gi¸ chÊt l−îng ®−êng « t« cÊp cao & ®−êng s©n bay (B¸o c¸o khoa häc ®Ò tµi nghiªn cøu cÊp Nhµ n−íc m· sè KHCN 10-05), HµNéi, 6/1999♦