Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng khai thác của mặt đường BTXM đường ô tô và sân bay trong điều kiện Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án được thực hiện với mục tiêu nhằm nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng của lớp cách ly trong kết cấu hệ nhiều lớp mặt đường BTXM đến sự làm việc của mặt đường, từ đó đưa ra các kiến nghị cần thiết về cấu tạo hợp lý của lớp cách ly trong điều kiện Việt Nam. Nghiên cứu tính toán sự cần thiết phải bố trí khe dãn và tính toán khoảng cách bố trí khe dãn trong điều kiện khí hậu Việt Nam. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng khai thác của mặt đường BTXM đường ô tô và sân bay trong điều kiện Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHẠM DUY LINH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG KHAI THÁC CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ SÂN BAY TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số : 9580205 Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô và đường thành phố TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2021
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải Người hường dẫn khoa học: 1. TS. Vũ Đức Sỹ Trường Đại học Giao thông Vận tải 2. GS.TS. Phạm Cao Thăng Học viện kyc thuật quân sự Phản biện 1: …………………………………… Phản biện 2: …………………………………… Phản biện 3: …………………………………… Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Giao thông Vận tải vào hồi … giờ …. ngày …. tháng …. năm ….. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Quốc Gia Việt Nam - Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 1. Phạm Duy Linh; GS.TS. Phạm Cao Thăng; TS Vũ Đức Sỹ: “Nghiên cứu phương pháp tính toán quy đổi lưu lượng trục xe khai thác trong thiết kế kết cấu áo đường cứng đường ô tô”. Tạp chí Cầu đường số tháng 9/2017; 2. Phạm Duy Linh; GS.TS. Phạm Cao Thăng; TS Vũ Đức Sỹ: Tạp chí cầu đường số tháng 10/2017; 3. Hoang Long Nguyen, Cao Thang Pham, Duy Linh Pham, Tuan Anh Pham, Duc Phong Pham, and Binh Thai Pham: Designing of concrete pavement expansion joints based on climate conditions of Vietnam: De Gruyter-Journal of the Mechanical Behavior of Materials số 28 ngày 1/10/2019, (tạp chí Scopus); 4. Phạm Duy Linh; GS.TS. Phạm Cao Thăng; TS Vũ Đức Sỹ ; TS Lương Xuân Chiểu; TS Trần Nam Hưng (2020): “Nghiên cứu thực nghiệm hiện trường xác định phân bố nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường khu vực Hà Nội” Tạp chí Cầu đường số tháng 6/2020; 5. Phạm Duy Linh; GS.TS. Phạm Cao Thăng; TS Vũ Đức Sỹ: “Phương pháp tính toán mặt đường BTXM hệ nhiều lớp, có xét ảnh hưởng của chiều dày lớp cách ly giữa các lớp” Tạp chí GTVT số tháng 6/2020; 6. Phạm Duy Linh; GS.TS. Phạm Cao Thăng; TS Vũ Đức Sỹ: ”Nghiên cứu tính toán Gradient nhiệt độ và nhiệt độ trung bình trong tấm BTXM mặt đường, trong điều kiện khí hậu Việt Nam” Tạp chí GTVT số tháng 8/2020
1 ĐẶT VẤN ĐỀ I. SỰ CẦN THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Với những ưu điểm nổi bật mặt đường BTXM có thể áp dụng rộng rãi làm kết cấu áo đường cho các tuyến đường cấp cao, làm mặt đường trong sân bay và trên các trục đường ô tô có lưu lượng trục xe lớn và nhiều xe tải trọng nặng lưu hành.Tuy nhiên các quy trình hiện tại đang được sử dụng tại Việt Nam không hoàn toàn do chúng ta tự biên soạn, mà trên cơ sở tham khảo các tiêu chuẩn của nước ngoài phù hợp với điều kiện thực tế của họ. Để các quy định về kỹ thuật trong các quy trình trên phù hợp với điều kiện cụ thể của Việt Nam, cần tiến hành các nghiên cứu hiệu chỉnh, bổ sung một số yêu cầu kỹ thuật cho phù hợp với điều kiện của Việt Nam.Do đó Đề tài “Nghiên cứu đánh giá một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng khai thác của mặt đường BTXM đường ô tô và sân bay trong điều kiện Việt Nam” là lĩnh vực nghiên cứu cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Luận án tập trung nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng của lớp cách ly trong kết cấu hệ nhiều lớp mặt đường BTXM và ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ môi trường đến sự làm việc của kết cấu BTXM mặt đường ô tô và sân bay trong điều kiện Việt Nam. III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung luận án tập trung vào một số vấn đề sau: 1. Nghiên cứu tổng quan; 2. Nghiên cứu tính toán đánh giá ảnh hưởng của lớp cách ly đến phân bố nội lực trong các lớp mặt đường BTXM; 3. Nghiên cứu lý thuyết kết hợp nghiên cứu thực nghiệm hiện trường, xác định trường nhiệt độ phân bố theo chiều sâu trong tấm BTXM; 4. Nghiên cứu tính toán xác định gradient nhiệt độ và nhiệt độ trung bình theo trong tấm BTXM theo chiều dày tấm và tính toán sự cần thiết bố trí khe dãn của dãy tấm BT mặt đường ôtô và sân bay; 5. Nghiên cứu tính toán thử nghiệm số, đánh giá lượng hóa ảnh hưởng của lớp cách ly và nhiệt độ môi trường đến sự làm việc của tấm BTXM mặt đường ôtô và sân bay trong điều kiện khí hậu khu vực miền Bắc Việt Nam. IV. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Ý nghĩa khoa học: Xây dựng phương pháp tính toán có thể đánh giá ảnh hưởng của chiều dày và cường độ lớp cách ly đến sự làm việc của mặt đường BTXM hệ nhiều lớp. Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đo đạc hiện trường đã
2 xác định phân bố trường nhiệt độ theo chiều sâu tấm BT mặt đường và gradient nhiệt trong tấm cho từng chiều dày tấm khác nhau. Nghiên cứu xác định sự cần thiết phải bố trí khe dãn cho dãy tấm BT mặt đường trong điều kiện khí hậu Việt Nam. − Ý nghĩa thực tiễn: Tính toán kiến nghị chọn loại vật liệu và chiều dày lớp cách ly, phù hợp với điều kiện Việt Nam; Xây dựng và đề xuất các công thức tính toán gradient nhiệt và nhiệt độ trung bình theo chiều sâu trong tấm BT phụ thuộc chiều dày tấm, phục vụ tính toán ứng suất nhiệt và xác định khoảng cách giữa các khe dãn dãy tấm, trong điều kiện khí hậu khu vực TP Hà Nội và các khu vực có điều kiện tương tự ở miền Bắc Việt Nam. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN MẶT ĐƯỜNG BTXM HỆ NHIỀU LỚP DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG BÁNH XE VÀ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG Chương I giới thiệu và phân tích sự làm việc của mặt đường BTXM hệ nhiều lớp dưới tác dụng của tải trọng bánh xe và nhiệt độ môi trường làm cơ sở để tiếp tục nghiên cứu ở các chương tiếp theo 1.1. Cấu tạo chung mặt đường BTXM 1.1.1. Cấu tạo điển hình mặt đường BTXM Mặt đường BTXM có cấu tạo chung gồm các bộ phận sau: Tấm BTXM lớp trên; Lớp cách ly; Lớp móng trên; Lớp móng dưới; Nền đất; Các khe nối 1.1.2. Nguyên nhân gây hư hỏng làm suy giảm chất lượng khai thác mặt đường BTXM Các nguyên nhân chính gây ra tình trạng hư hỏng xuống cấp của mặt đường BTXM bao gồm các nguyên nhân sau:Do tải trọng xe: Do điều kiện khí hậu: Điều kiện khai thác, thi công. Và một vấn đề đáng lưu tâm là công tác thiết kế đặc biệt là các thiết kế cấu tạo chưa thực sự phù hợp với các điều kiện khai thác. Trong luận án, tập trung nghiên cứu một số vấn đề liên quan lớp cách ly và ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường trong tính toán thiết kế có thể ảnh đến chất lượng khai thác của mặt đường BTXM mặt đường ô tô và sân bay trong điều kiện khí hậu Việt Nam. 1.2. Tính toán tấm BTXM mặt đường hệ nhiều lớp 1.2.1. Các phương pháp tính toán theo quy trình thiết kế của Việt Nam 1.2.1.1. Phương pháp tính toán thiết kế của Việt Nam theo quy trình 22 TCN 223-95 [2]:
3 Khi tính toán chưa xem xét tính toán lớp móng cứng chịu kéo uốn cùng với tấm BTXM mặt đường. 1.2.1.2. Phương pháp tính toán thiết kế theo Quy định tạm thời về thiết kế mặt đường BTXM thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông QĐ 3230/2012 [1] : Khi tính toán quy định giữa các lớp phải bố trí lớp cách ly bằng láng nhựa hoặc lớp BTNC nhưng chỉ xét lớp cách ly với vai trò cấu tạo. 1.2.1.3. Phương pháp tính toán thiết kế mặt đường BTXM nhiều lớp mặt đường sân bay theo TCVN 10907-2015 [3]: Lớp cách ly được quy định dùng 1-2 lớp giấy dầu, hoặc láng cát nhựa có chiều dày không quá 5mm. Trong tính toán chấp nhận giả thiết độ võng lớp trên bằng với độ võng lớp dưới. 1.2.1.4. Một số nghiên cứu tính toán mặt đường BTXM hệ nhiều lớp tại Việt Nam [10, 11, 15] Trong [11], GS.TSKH Nguyễn Văn Liên đã giới thiệu phương pháp tính toán dầm và tấm BT một lớp và nhiều lớp chịu uốn trên nền đàn hồi theo phương pháp sai phân hữu hạn (SPHH). Khi tính cho kết cấu hệ nhiều lớp chỉ chấp nhận giả thiết giữa các lớp không có lực ma sát mà không xét có bố trí lớp cách ly để khảo sát ảnh hưởng của lớp cách ly.Năm 1995, GS.TS Phạm Huy Khang trong Luận án tiến sỹ kỹ thuật [15], đã kiến nghị phương pháp tính toán kết cấu mặt đường BTXM nhiều lớp có mô đun đàn hồi khác nhau (dính chặt), tính toán quy đổi hệ nhiều lớp về một lớp có đặc trưng mô đun đàn hồi chung quy đổi. Luận án của TS Nguyễn Hồng Minh (2007) [10]: Trong tính toán sử dụng giả thiết lớp cách ly có chiều dày nhỏ nên bỏ qua ảnh hưởng của lớp cách ly đến phân bố lại nội nội lực trong các lớp. 1.2.2. Các phương pháp tính toán thiết kế mặt đường BTXM hệ hai lớp có khe nối trên thế giới: 1.2.2.1. Tính tấm BT mặt đường theo phương pháp bán thực nghiệm theo Westergaard [16, 39]: Khi tính toán không xét lớp móng cứng tham gia chịu kéo uốn 1.2.2.2. Phương pháp tính toán thiết kế theo AASHTO [17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 36, 37]: Phương pháp tính toán ứng suất kéo uốn tấm BT nhiều lớp với giả thiết chiều dày lớp cách ly là nhỏ, không ảnh hưởng đến phân bố nội lực trong các lớp. Khi đó, ứng suất kéo uốn trong các lớp tỉ lệ với độ cứng của các lớp. 1.2.2.3. Phương pháp cơ học thực nghiệm của Mỹ [33, 42, 45] Khi thiết kế lớp tăng cường BTXM trên lớp mặt cường cũ BTXM quy định lớp cách ly được sử dụng từ BTN nóng có chiều dày cho phép không quá 2 inch (~ 5cm). Trong tính toán, chỉ đóng vai trò là lớp cách
4 ly, 1.2.2.4. Theo cục hàng không liên bang Mỹ (FAA) [41, 43] Trong thiết kế cũng quy định lớp cách ly theo cấu tạo, trường hợp sử dụng từ vật liệu BTN thì chiều dày không quá 2 inch (5cm). 1.2.2.5. Theo phương pháp tính toán trong quy trình thiết kế của Ấn Độ: giống phương pháp Westergaard. 1.2.2.6. Theo quy trình thiết kế mặt đường cứng của Trung Quốc JTG D40-2011 [78] Khi tính toán kết cấu tăng cường BTXM trên lớp BTXM hiện hữu, quy định bắt buộc phải sử dụng lớp bù phụ tạo phẳng kết hợp lớp cách ly bằng BTN nóng, chiều dày tối thiểu lấy bằng 4cm. Nhưng chỉ xem là lớp cấu tạo, trong tính toán không xem xét ảnh hưởng của lớp cách ly. 1.2.3. Một số phần mềm tính toán kết cấu mặt đường trên nền biến dạng Hiện nay trên thế giới có rất nhiều phần mềm thương mại có khả năng giải quyết các bài toán tương tác kết cấu công trình hệ nhiều lớp trên nền biến dạng. Mỗi phần mềm được xây dựng có những thế mạnh riêng trong giải quyết các bài toán tương tác. Trong tính toán chỉ lớp cách ly quy định lấy theo cấu tạo với điều kiện các lớp BT dính chặt, nửa dính hoặc trơn trượt tự do, không xét ảnh hưởng của lớp cách ly đến sự làm việc của kết cấu. 1.2.4. Nhận xét chung: Trong tính toán thiết kế, các quy trình thiết kế đều sử dụng nguyên lý tấm mỏng. Trường hợp tính toán thiết kế mặt đường BTXM hai lớp có sử dụng lớp cách ly nhưng trong sơ đồ tính chỉ xem lớp cách ly có vai trò là lớp cấu tạo. Tuy nhiên một số quy trình lại quy định chiều dày lớp cách ly khá lớn. Trong điều kiện nhiệt độ nắng nóng tại Việt Nam, một số vật liệu sẽ bị suy giảm cường độ (mô đun đàn hồi) sẽ gây biến dạng lớn, làm tăng độ võng lớp mặt, gây ra phân bố lại nội lực trong các lớp của hệ nhiều lớp. Đây là vấn đề cần được xem xét làm rõ. 1.3. Tính toán tấm BTXM dưới ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường 1.3.1. Ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ với mặt đường BTXM 1.3.1.1. Gradient nhiệt độ và hiện tượng uốn vồng tấm BTXM do gradient nhiệt:
5 Do có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các phân lớp BT theo chiều sâu mà các phân lớp có thể co hoặc dãn khác nhau.Khi nhiệt độ bề mặt cao hơn nhiệt độ đáy tấm vào những ngày nắng nóng mùa hè, xuất hiện hiện tượng uốn vồng tấm, gây ra ứng suất kéo uốn tại đáy tấm. Còn trường hợp uốn võng thì ngược lại, đồng thời tải trọng bánh xe cũng gây ra ứng suất kéo uốn tại đáy tấm. Như vậy bất lợi nhất cho tấm BT mặt đường là tấm làm việc vào mùa hè nắng nóng. Độ lớn ứng suất nhiệt uốn vồng phụ thuộc mức độ chênh lệch giữa nhiệt độ bề mặt và đáy tấm (gradient nhiệt): ∆t=T bm -T đ (1.14) 1.3.1.2. Tấm BT bị co dãn khi nhiệt độ thay đổi theo mùa trong năm Khi nhiệt độ môi trường thay đổi giữa các mùa trong năm, thì nhiệt độ trung bình (T tb ) theo chiều sâu trong tấm cũng thay đổi. dẫn đến hiện tượng dãy tấm BT bị co lại và dãn ra. 1.3.2. Các phương pháp tính toán Gradient nhiệt độ 1.3.2.1. Phương pháp tính toán gradient nhiệt theo tiêu chuẩn 22TCN 223-95 [2]: Trong quy trình chấp nhận giả thiết gần đúng là đường truyền nhiệt theo chiều sâu tấm là tuyến tính với hệ số không đổi là 0,84 1.3.2.2. Phương pháp tính toán gradient nhiệt tấm BTXM theo Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT [1] Quy trình chấp nhận giả thiết gần đúng là đường truyền nhiệt theo chiều sâu tấm là tuyến tính với với gradient nhiệt độ đơn vị (T g , 0 C/cm) trong tấm BTXM là hằng số cho từng khu vực; 1.3.2.3. Phương pháp tính toán ứng suất nhiệt tấm BTXM cho mặt đường sân bay theo tiêu chuẩn TCVN 10907-2015 [3] Trong quy trình cường độ kéo uốn giành cho tải trọng bằng 70% cường độ kéo uốn của BT, phần 30% còn lại giành cho ứng suất nhiệt. Khoảng cách các khe co dãn được quy định bố trí theo cấu tạo. 1.3.2.4. Phương pháp tính toán ứng suất nhiệt tấm bê tông xi măng có xét ảnh hưởng nhiệt độ theo Mỹ (Theo tiêu chuẩn AASHTO-1998 [21, 22]) Khi thực hiện tính toán đã xem xét đến ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ đến kích thước và sự làm việc của tấm BTXM tuy nhiên sử dụng các hệ số thực nghiệm. 1.3.2.5. Tính toán ảnh hưởng của nhiệt độ trong tấm bê tông xi măng mặt đường theo quy trình thiết kế mặt đường BTXM của Nga [52, 58, 65] Khi tính toán gradient nhiệt độ giữa mặt trên và đáy tấm, chấp nhận giả thiết nhiệt độ bề mặt tấm dao động ngày đêm theo hàm điều hòa, giải bài toán truyền nhiệt một chiều trong bán không gian vô hạn theo quy luật Fourie theo lời giải giải tích.
6 1.3.3. Quy định bố trí khe dãn trên mặt đường BTXM 1.3.3.1. Theo quy định của hiệp hội mặt đường BTXM Mỹ [22, 25, 26, 27, 30, 31, 32, 34, 38, 40, 45] Bố trí khe dãn theo cấu tạo. Trên các trục chính trong trường hợp thật cần thiết, có thể bố trí khe dãn với khoảng cách lên đến 500fit( ~ 150m) Viện BT Mỹ cũng quy định, chỉ bố trí khe dãn với một trong điều kiện cụ thể 1.3.3.2. Theo Cục hàng không liên bang Mỹ [16, 18, 20] Các khe dãn chỉ bố trí tại các vị trí giao cắt với các công trình liền kề (đường cất hạ cánh với các đường lăn, các đường lăn với sân đỗ máy bay) 1.3.3.3. Theo quy trình thiết kế mặt đường của Ấn độ [28, 35] Cũng quy định bố trí khe dãn tương tự của Mỹ. 1.3.3.4. Theo quy trình thiết kế mặt đường của một số nước khác [17, 34, 45] Trong [34] đã nêu kinh nghiệm thực tế của các nước Tây Âu (Bỉ, Đan Mạch, Hà Lan, Đức) khe dãn cũng chỉ bố trí vị trí giáp đầu cầu, trên các đoạn đường cong, còn trên các đoạn đường thẳng, nếu cần thiết thì bố trí với khoảng cách từ 30-60m (98-196ft). Fwa đã đề nghị áp dụng, với tấm BT có chiều dày trên 20cm, lấy khoảng cách các khe dãn bằng 60m, còn với chiều dày tấm BT nhỏ hơn hoặc bằng 20cm, lấy khoảng cách các khe dãn bằng 40m. 1.3.3.5. Theo quy trình thiết kế mặt đường BTXM của Nga [52, 53, 55, 56, 62, 63, 65] Khoảng cách các khe dãn, được đưa ra các quy định theo cấu tạo theo bảng có sẵn phù hợp với điều kiện khí hậu của Nga. 1.3.3.6. Theo quy trình thiết kế mặt đường cứng của Trung Quốc JTG D40/2011 [78] Chỉ bố trí khe dãn tại các vị trí giao cắt với các công trình khác, với công trình cầu trên đường. Còn lại trên tuyến đường nói chung, chỉ bố trí khe dãn khi thực sự cần thiết theo tính toán. Như vậy việc bố trí khe dãn trên tuyến đường chỉ là bố trí theo cấu tạo. 1.3.3.7. Trong TCVN 10907/2015 quy định [3] Các khe dãn được quy định theo cấu tạo, khoảng cách cố định theo từng miền với cấu tạo khe dãn là thiết kế điển hình 1.3.3.8. Trong QĐ 3230/2012 quy định bố trí các khe co, dãn dãy tấm mặt đường [1] Khe dãn được bố trí theo cấu tạo, tùy trường hợp điều kiện nhiệt độ lúc thi công tư vấn thiết kế có thể bố trí thêm một số khe dãn nhưng khoảng cách các khe dãn không nên nhỏ hơn 12 ÷ 15 lần chiều dài tấm.
7 1.3.3.9. Trong TCVN 9345/2012 [4], quy định bố trí khe dãn trong tấm BTXM Cũng quy định bố trí khe dãn với điều kiện đảm bảo sự dãn nở do nhiệt của dãy tấm BTXM. 1.3.3.10. Thực tế bố trí khe dãn dãy tấm BTXM mặt đường tại Việt Nam Trên các mặt đường BTXM của Việt Nam đều có bố trí các khe dãn theo cấu tạo. Tuy nhiên thực tế khai thác mặt đường BTXM cho thấy, tình trạng nứt tấm, vị trí ít xuất hiện ở cạnh khe co mà chủ yếu tại cạnh các khe dãn cho cả ba khu vực Bắc, Trung, Nam. 1.3.4. Một số công trình, các nghiên cứu khác về gradient nhiệt và khoảng cách các khe co, dãn mặt đường BTXM ở Việt Nam và trên thế giới Trên thế giới cũng có một số nghiên cứu về trường nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường và quy định về bố trí khe dãn mặt đường BTXM trong đó đáng chú ý có việc xác định nhiệt độ trung bình trong tấm h 1 BTXM xác định theo công thức: Ttb = ∫ T z ,t ( z ).dz , (1.30) h0 Tại Việt Nam, đã có một số kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự làm việc của tấm BT mặt đường. Trong đề tài cấp nhà nước nghiệm thu 1996 [6], đã đưu ra kết luận lý do có tới 80% tấm bị nứt là do kích thước tấm quá lớn và khoảng cách khe dãn quá. Và trong 1 số Luận án tiến sĩ luận án của NCS Ngô Hà Sơn (1996) [7];Luận án của NCS Nguyễn Duy Đồng (2007) [8]; Luận án NCS của Phạm Đăng Nguyên (2016) [12]; luận án của NCS Nguyễn Hoàng Long [9].Tuy nhiên trong các nghiên cứu này, chủ yếu chỉ khảo sát trường nhiệt độ và gradient nhiệt cho các trường hợp cụ thể tấm BT mặt đường có chiều dày nhất định, mà chưa đưa ra các tính toán xác định gradient nhiệt chung cho các tấm có chiều dày khác nhau. 1.3.5. Nhận xét chung Trên cơ sở tổng quan các quy định của các nước về tính toán xác định khoảng cách khe dãn trên mặt đường BTXM, còn nhiều sự khác biệt, phụ thuộc điều kiện và các quy định của mỗi nước. Trong điều kiện khí hậu nắng nóng của Việt Nam, cần có nghiên cứu ứng dụng kinh nghiệm của các nước về tính toán khoảng cách các khe co, dãn mặt đường BTXM cho phù hợp với điều kiện Việt Nam. 1.4. Những vấn đề cần nghiên cứu làm rõ trong tính toán thiết kế mặt đường BTXM trong điều kiện Việt Nam
8 1.4.1. Ảnh hưởng của lớp cách ly trong kết cấu mặt đường hệ nhiều lớp Trường hợp sử dụng lớp cách ly bằng BTN có chiều dày lớn, trong điều kiện nắng nóng của Việt Nam sẽ có độ biến dạng lớn, ảnh hưởng đến sự làm việc và phân bố lại nội lực giữa các lớp BT trong hệ nhiều lớp mặt đường. Đây là vấn đề cần nghiên cứu làm rõ. 1.4.2. Tính toán trường nhiệt độ theo chiều sâu tấm với các tấm có chiều dày khác nhau: Hiện nay, trong quy trình thiết kế theo QĐ 3230/2012 chấp nhận giả thiết đường truyền nhiệt trong tấm BT là tuyến tính với gradient đơn vị T g là hằng số,chỉ xét phụ thuộc điều kiện khí hậu từng vùng miền của nước ta. Trong thực tế tại mỗi khu vực khí hậu, giá trị của hệ số T g không phải là hằng số, mà phụ thuộc chiều dày tấm BT. Mặt khác, hiện nay tại Việt Nam, chưa có các nghiên cứu xác định gradient nhiệt độ đối với tấm BT có chiều dày lớn như mặt đường sân bay (có h bằng 38- 40cm). 1.4.3. Tính toán sự cần thiết và khoảng cách yêu cầu đối với khe dãn trên mặt đường BTXM trong điều kiện khí hậu Việt Nam. Hiện nay tính toán thiết kế mặt đường BTXM đường ô tô và sân bay ở Việt Nam, thường chọn giải pháp cấu tạo khoảng cách các khe dãn theo cấu tạo.Thực tế khai thác cho thấy trên mặt đường có xuất hiện dạng nứt tấm tại cạnh các khe dãn. Đây là vấn đề cần nghiên cứu làm rõ. 1.5. Nội dung nghiên cứu của luận án NCS chọn hướng nghiên cứu trong luận án về các vấn đề Như đã nêu trong phần đặt vấn đề 1.6. Phương pháp nghiên cứu của luận án Luận án sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu: Phương pháp lý thuyết; Phương pháp thực nghiệm; Phương pháp xác suất thống kê. CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP CÁCH LY ĐẾN SỰ LÀM VIỆC MẶT ĐƯỜNG BTXM HỆ NHIỀU LỚP Trong chương II tiến hành nghiên cứu lý thuyết với mục đích xây dựng phương pháp tính toán khảo sát ảnh hưởng của lớp cách ly đến chất lượng khai thác khi tính toán kết cấu mặt đường BTXM hệ nhiều lớp trong điều kiện Việt Nam. 2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán mặt đường BTXM hệ nhiều lớp có xét ảnh hưởng của lớp cách ly Các lớp chịu kéo uốn của mặt đường nhiều lớp có thể được bố trí cấu tạo một trong các trường hợp sau: Các lớp dính chặt, các lớp tiếp giáp trực tiếp nhưng không dính chặt (nửa dính) và giữa các lớp có bố trí lớp cách ly.
9 Trong trường hợp bố trí lớp cách ly: Trong sơ đồ tính [15, 19, 28, 69, 70] đã chấp nhận giả thiết xem các lớp đệm cách ly như là lớp đệm lò so (chỉ chịu nén) nằm giữa hai lớp chịu uốn, tính toán tấm BT làm việc theo sơ đồ ba lớp trên lớp nền móng tương đương, trong đó lớp BTXM và lớp móng cứng làm việc theo sơ đồ chịu uốn, còn lớp cách ly làm việc theo sơ đồ chịu nén. Khi chịu áp lực từ lớp trên truyền xuống, lớp cách ly bị nén ép lại, sẽ gây ra phản lực tác dụng lại lớp trên và áp lực tác dụng xuống lớp dưới. Lúc đó viết phương trình vi phân cho hệ mặt đường nhiều lớp, trường hợp tấm mặt đường hai lớp có lớp cách ly là phương trình (2.6) với hệ số độ cứng lớp cách ly được xác theo công thức (2.5):  ∂ 4 w1 ∂ 4 w1 ∂ 4 w1  D1 ( 4 + 2 2 2 + ) + C cl ( w1 − w2 ) = q( x, y );  ∂x ∂x ∂y ∂y 4 Ecl .(1 − µ cl )  4 4 4 Ccl = ,  D2 ( ∂ w2 + 2 ∂ w2 + ∂ w2 ) + C 0 w2 = C cl ( w1 − w2 ). ( ) hcl . 1 − µ cl − 2.µ cl (2.5): 2   ∂x 4 ∂x 2 ∂y 2 ∂y 4 (2.6) 2.2. Khảo sát ảnh hưởng của biến dạng của lớp cách ly đến phân bố nội lực trong các lớp 2.2.1. Khi sử dụng lớp cách ly có chiều dày nhỏ Khi võng lớp cách ly có giá trị nhỏ trong các quy trình thiết kế đều chấp nhận giả thiết w1 = w 2 = w. Cộng từng vế hệ phương trình, trong trường hợp tấm hợp bê tông hai lớp trong công thức (2.6). Lúc này lời giải của bài toán mặt đường hai lớp, đưa về lời giải của bài Hình 2.5.Sơ đồ khối chương toán mặt đường một lớp, có độ cứng tương đương bằng tổng trình MLCP độ cứng của các lớp mặt đường De = D 1 + D 2 . 2.2.2. Tính toán mặt đường BTXM sử dụng lớp cách ly có chiều dày lớn 2.2.2.1. Xây dựng chương trình tính toán khảo sát biến dạng lớp cách ly Trong luận án, đề nghị đánh giá thông qua lời giải hệ phương trình (2.6), trong đó ảnh hưởng của chiều dày lớp cách ly và cường độ lớp cách ly đến phân bố nội lực trong các lớp mặt đường thông qua công thức (2.5) sử dụng lời giải bằng phương pháp SPHH thông qua chương trình MLCP có sơ đồ khối như hình 2.5
10 2.2.2.2. Khảo sát đánh giá độ tin cậy của phương pháp tính đề xuất: Để khảo sát độ tin cậy của Bảng 2.4: So sánh kết quả tính phương pháp tính, trong luận án ứng suất kéo uốn lớn nhất tại đáy xét trường hợp sử dụng lớp cách giữa tấm BTXM bằng các phương ly từ bitum - cát dày 0,5cm như pháp khác nhau TCVN 10907-2015, quy trình Ứng suất So sánh các kéo uốn BCH197-91 quy định. Kết quả PP tính lớp phương pháp với tính toán ứng suất kéo uốn trong BTXM, PP đề MPa xuất,% lớp BTXM, so sánh với kết quả PP đề xuất 1,517 0,00% tính theo tấm hai lớp trong TCVN Theo TCVN 10907 1,485 2,11% 10907, BCH 197-91 của Nga, và Theo BCH 197-91 1,497 1,32% theo Westergaard cho kết quả như Theo Westergaard 1,514 0,20% bảng 2.4: Kết quả tính toán tương tự như với các phương pháp tính toán hiện (có chấp nhận giả thiết lớp cách ly không có biến dạng), sai lệch giữa các phương pháp là nhỏ (không quá 2,11%). Với kết quả như trên cho thấy phương pháp đề xuất tính toán là đáng tin cậy phù hợp với lý thuyết tính toán mặt đường BTXM. 2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của lớp cách ly có chiều dày lớn 2.2.3.1. Sử dụng lớp cách ly bằng vật liệu Bitum- cát và Đá cát nhựa (SAMI) a. Sử dụng lớp cách ly bằng Bitum – cát Trong tính toán chỉ xét ảnh hưởng của lớp cách ly đến nội lực của các lớp: lựa chọn lớp cách ly bằng bitum cát, thay chiều dày của lớp cách ly thay đổi từ 0,5 đến 2 cm cho kết quả như trong bảng 2.10:
11 Nhận xét kết quả khảo Bảng 2.10: Kết quả khảo sát ảnh sát: Khi tăng chiều dày lớp cách ly hưởng của chiều dày lớp cách ly bằng bằng bitum-cát, từ 0,5cm lên Bitum- cát đến độ võng và ứng suất 2cm làm tăng độ lún lớp cách kéo uốn trong tấm BTXM ly, gây ra sự thay đổi phân bố lại ứng suất kéo uốn trong các Chiều dày Độ võng Ứng suất kéo uốn lớp, làm tăng đáng kể ứng suất lớp cách ly lớp lớp kéo uốn lớp trên (14,35%) và Bitum- BTXM,m BTXM, cát,cm m giảm ứng suất kéo uốn lớp Mpa dưới (26,54%), lúc này hầu 0,5 0,133 15,172 hết tác dụng của tải trọng sẽ 1 0,137 16,230 do tấm BTXM trên chịu kéo 1,5 0,140 16,880 uốn. 2 0,143 17,347 b. Sử dụng lớp cách ly bằng SAMI Trong tính toán sử dụng lớp cách ly bằng Bảng 2.11: Kết quả tính toán Đá cát nhựa (SAMI), thay lớp chiều dày khảo sát ảnh hưởng của chiều của lớp cách ly từ 1,5 đến 3 cm cho kết dày lớp cách ly bằng SAMI quả như bảng 2.16: đến độ võng và ứng suất kéo Nhận xét kết quả khảo sát: uốn trong tấm BTXM Khi tăng chiều dày lớp cách ly bằng Ứng suất Chiều dày Độ võng kéo uốn SAMI, từ 1,5cm – 3cm làm tăng độ lún lớp lớp cách ly lớp lớp cách ly, gây ra sự thay đổi phân bố lại ứng SAMI,cm BTXM,cm BTXM, suất kéo uốn trong các lớp, làm tăng đáng Mpa kể ứng suất kéo uốn lớp trên (6,97%), độ 1,5 0,133 1,517 võng tăng (2,89% ).Do vật liệu SAMI có 2 0,135 1,560 mô đun đàn hồi cao hơn so với vật liệu 2,5 0,136 1,594 bitum cát, nên khi tăng chiều dày lớp cách 3 0,137 1,623 ly, mức độ ảnh hưởng của lớp cách ly bằng SAMI nhỏ hơn, so với mức độ ảnh hưởng của vật liệu bitum - cát. 2.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng biến dạng lớp cách ly từ BTNC đến ứng suất biến dạng trong lớp BTXM khi thay đổi chiều dày lớp cách ly: Trong luận án, tiến hành tính toán khảo sát đánh giá ảnh hưởng của lớp cách ly với chiều dày lớn (tối thiểu 3cm như quy định trong QĐ 3230), trong tấm mặt đường nhiều lớp, trong điều kiện khí hậu nắng nóng của Việt Nam
12 Giá trị mô đun đàn hồi của lớp Bảng 2.22: Kết quả tính toán BTN loại cốt liệu nhóm A, phụ thuộc nhiệt độ, trong phạm vi từ 10 khảo sát ảnh hưởng của chiều đến 65 0 C, có thể được xác định dày lớp cách ly bằng BTNC đến theo công thức (2.18) [69] :E BTN =- độ võng và ứng suất kéo uốn 6T+600, trong tấm BTXM Trong điều kiện Việt Nam: Mô đun đàn hồi BTN ở 47 0 C tính theo Chiều dày Độ võng Ứng suất kéo uốn (2.18) bằng 310-315Mpa (chọn lớp cách ly lớp lớp tính toán với E BTN = 312 Mpa). BTNC,cm BTXM,cm BTXM, Mpa Tính toán với lớp cách ly bằng BTNC có chiều dày thay đổi từ từ 3 0,133 1,512 3 đến 6 cm cho kết quả như bảng 4 0,134 1,554 2.22: 5 0,136 1,588 Nhận xét kết quả khảo sát: Với kết cấu áo đường cứng có chiều dày tấm BT trung bình tư 20- 25cm, nếu lớp cách ly bằng BTNC có chiều dày từ 4cm trở lên, sẽ gây ra sự phân bố lại ứng uất trong các lớp, làm tăng đáng kể ứng suất kéo uốn trong lớp BT, dẫn tới làm giảm chất lượng khai thác mặt đường. 2.2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng biến dạng lớp cách ly từ BTNC đến ứng suất biến dạng trong lớp BTXM khi thay đổi nhiệt độ trong lớp cách ly Để tính nhiệt độ tại đáy lớp BTXM làm cơ sở tính mô đun đàn hồi lớp cách ly bằng BTN, trong thí dụ khảo sát, sử dụng công thức tính T h theo (1.20) của Nga.. Giá trị mô đun đàn hồi lớp cách ly BTN tính theo (2.18) khi biết nhiệt độ lớp BTN cho kết quả như bảng 2.23 Bảng 2.23 : Tính toán mô đun đàn hồi BTN phụ thuộc với nhiệt độ bề mặt Biên độ Mô đun Nhiệt độ Nhiệt độ dao động Nhiệt độ đàn hồi lớp bề mặt lớn trung bình nhiệt đáy tấm cách ly nhất, 0C bề mặt, 0C BT, 0C bề mặt, 0C BTN, MPa 65 46,5 18,5 48,0 312 60 42 18 43,6 338 50 33,5 16,5 34,9 390 Khi biết giá trị mô đun đàn hồi lớp cách ly BTN ở các mức nhiệt độ khác nhau theo bảng 2.23, khai báo số liệu đầu vào là các chiều dày và mô đun đàn hồi của BTN ứng với các mức nhiệt bề mặt tấm, theo phần mềm tính toán Multi-Layer Concrete Pavement -MLCP, sẽ tính được ứng suất và chuyển vị các lớp mặt đường. Kết quả tính xem bảng 2.24. và biểu đồ 2.35:
13 Bảng 2.24: Ứng suất kéo uốn trong lớp BTXM (ứng với nhiệt độ bề mặt) theo chiều dày lớp cách ly bằng BTNC Ứng suất kéo uốn BTXM, Mpa Mức nhiệt độ bề mặt, 0C Hcl= Hcl= Hcl= Hcl= Hcl= Hcl= Hcl= 3,0cm 3,5cm 4,0cm 4,5cm 5,0cm 5,5cm 6,0cm 65 1,512 1,534 1,554 1,569 1,588 1,599 1,617 60 1,499 1,52 1,539 1,556 1,571 1,585 1,597 50 1,482 1,502 1,52 1,537 1,551 1,565 1,578 40 1,467 1,487 1,504 1,52 1,535 1,548 1,56 Nhận xét kết quả khảo sát: Khi nhiệt độ bề mặt tấm BT giảm, cho phép tăng chiều dày lớp cách ly BTN mà không làm tăng ứng suất kéo uốn lớp BT. Đây cũng chính là lý do, đối với các nước có khí hậu không quá nắng nóng, có thể cho phép sử dụng lớp cách ly bằng BTN có chiều dày tới 4 hoặc 5cm (như ở Mỹ [19, 50] cho phép lớp cách ly có chiều dày không quá 2 inch (5cm) 2.3. Kết luận chương II Trong luận án đã xây dựng phần mềm tính toán tấm BT mặt đường nhiều lớp theo phương pháp SPHH bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0 (Multi-Layer Concrete Pavement – MLCP). Kết quả tính toán đảm bảo độ tin cậy, có thể sử dụng trong tính toán kết cấu mặt đường cứng hệ 2 lớp khi sử dụng các lớp cách ly khác nhau. Cấu tạo lớp cách ly với vai trò tạo phẳng và hạn chế ma sát giữa tấm BTXM mặt đường với kết cấu móng đường. Qua kết quả tính toán khảo sát cho thấy với trường hợp lớp cách ly có chiều dày lớn, trong điều kiện khí hậu nắng nóng của Việt Nam, sẽ có độ lún lớn, nên sẽ gây ra phân bố lại nội lực trong các lớp, làm tăng đáng kể ứng suất kéo uốn tấm BTXM, dẫn tới làm suy giảm chất lượng mặt đường. Trường hợp nâng cấp mặt đường BTXM hiện hữu bằng lớp BTXM mới, để tạo phẳng bù phụ các vị trí hư hỏng, lồi lõm lún sụt mặt đường hiện hữu, theo [5] quy định sử dụng BTXM hoặc vữa XM để trám vá, chèn lấp, tránh dùng vật liệu BTN vừa làm lớp cách ly vừa để chèn lấp các hư hỏng, làm tăng chiều dày lớp cách ly. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN GRADIENT NHIỆT ĐỘ TRONG TẤM BTXM MẶT ĐƯỜNG VỚI CÁC CHIỀU DÀY TẤM KHÁC NHAU TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chương III tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với nghiên cứu lý thuyết về trường nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường để xây dựng các các công thức hồi quy tính toán các thông số phục vụ việc tính toán ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự làm việc và chất lượng khai thác của mặt đường BT trong điều kiện khí hậu của Việt Nam.
14 3.1. Tính toán phân bố nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường trong điều kiện Việt Nam 3.1.1. Nhiệt độ môi trường tác động lên bề mặt tấm bê tông mặt đường Nhiệt độ trong tấm bê tông, được cung cấp bởi hai nguồn nhiệt gồm nhiệt độ từ không khí và nhiệt độ do bức xạ từ mặt trời, trong điều kiện trời lặng gió. Để xác định nhiệt độ bề mặt tấm, cần tiến hành khảo sát thực tế hoặc thể sử dụng công thức lý thuyết sau: T = Tkk + Tbx , (3.1) Thí dụ tính toán nhiệt độ bề mặt tấm BTXM khu vực TP Hà Nội cho kết quả: T bm=39,0+26,0 = 65,2 0 C. 3.1.2. Phân bố nhiệt độ theo chiều sâu tấm bê tông Để xác định trường nhiệt độ phân bố theo chiều sâu tấm bê tông vào thời điểm bất kỳ trong ngày, có thể đo đạc khảo sát thực tế hoặc có thể sử dụng lời giải chính xác theo bài toán truyền nhiệt một chiều trong bán không gian vô hạn theo quy luật Fourie, để tính trường nhiệt độ trong tấm bê tông [14, 67, 68, 74] theo phương trình: ∂T ∂ 2T = α 2 , (3.3) ∂t ∂z Giải phương trình (3.3) để tính toán nhiệt độ tại chiều sâu bất kỳ trong tấm bê tông, và vào thời điểm bất kỳ trong ngày trong luận án đề nghị áp dụng phương pháp sai phân hữu hạn (SPHH). 3.2. Khảo sát hiện trường xác định phân bố nhiệt độ theo chiều sâu tấm BT mặt đường tại khu vực TP Hà Nội Trong luận án, NCS Giờ đo 0,02 -10 Chiều sâu đặt đầu đo, cm -20 -30 -39,98 thực hiện tại bãi thử 1,00 29,5 34,86 38,25 39,75 38,98 nghiệm, cơ sở 2 của 2,00 29 33,9 37,2 38,86 38,33 3,00 29 33,34 36,51 38,31 38,15 Học Viện Kỹ Thuật 4,00 29 32,79 35,74 37,55 37,52 Quân Sự, xã Xuân 5,00 29,3 32,6 35,33 37,15 37,21 6,00 30 32,52 34,87 36,55 36,55 Phương, Quận Nam Từ 7,00 32 33,19 34,94 36,41 36,32 Liêm- TP Hà Nội vào 8,00 36 34,69 35,26 36,2 35,92 9,00 41 36,99 36,2 36,53 35,99 tháng 6 năm 2018 và 10,00 47,5 40,22 37,59 36,93 35,85 tháng 6 năm 2019. 11,00 53,5 43,68 39,41 37,82 35,94 12,00 58,5 47,12 41,36 38,73 36,49 Ứng dụng thử nghiệm 13,00 62,5 50,32 43,5 40,01 37,09 đo đạc nhiệt độ trong 14,00 65 52,89 45,39 41,14 37,62 15,00 63,5 53,81 46,76 42,31 38,22 tấm BTXM với các độ 16,00 60 53,61 47,54 43,09 38,95 sâu khác nhau của tấm 17,00 55,5 52,33 47,72 43,75 39,74 18,00 50 50,12 47,2 43,88 40,15 BTXM với mô hình 19,00 45 47,66 46,38 43,92 40,50 như bảng 3.2 bên: 20,00 40 44,73 45,01 43,43 40,43 21,00 36 42,1 43,67 42,97 40,47 22,00 32,5 39,39 41,97 42,07 40,08 23,00 30,5 37,43 40,64 41,39 40,05 24,00 30 35,97 39,27 40,42 39,31
15 3.3. Tính toán phân bố trường nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường trong điều kiện Việt Nam Số liệu đo đạc nhiệt độ trên bề mặt tấm được sử dụng để tính toán nhiệt độ theo chiều sâu tấm cho các trường hợp chiều dày tấm khác nhau phương pháp sai phân hữu hạn (SPHH) để giải phương trình (3.3) như đã nêu trên. Lập chương trình tính trường nhiệt độ trong tấm BT ”TPCP ” (Temperature Profile in Concrete Pavement - Trường nhiệt độ trong mặt đường BTXM) Kết quả cho tấm BTXM dày 40cm như trong các hình 3.7 và 3.8: Hình 3.7: Trường nhiệt độ trong tấm Hình 3.8: Phân bố nhiệt theo BT dày 40cm thay đổi theo các giờ chiều sâu tấm 40 cm ở các giờ trong ngày ở các độ sâu khác nhau khác nhau trong ngày So sánh kết quả tính toán theo chương trình tính với kết quả đo đạc thực tế tại hiện trường cho thấy: sai khác không quá 0,3 0 C -0,5 0 C (không quá 2,34%), là không quá lớn, đáng tin cậy. Tính toán tương tự cho các tấm BTXM dày 22cm; 26cm; 30cm; 36cm. Nhận xét:Đường truyền nhiệt theo chiều sâu tấm BTXM không phải là đường thẳng tuyến tính mà là đường cong phi tuyến;Nhiệt độ lớn nhất tại các chiều sâu khác nhau là không cùng một thời điểm..Gradient nhiệt độ lớn nhất vào thời điểm 14h đối với các tấm có chiều dày khác nhau. 3.4. Xây dựng các công thức tính toán gradient nhiệt độ và nhiệt độ trung bình trong tấm BTXM mặt đường 3.4.1. Giới thiệu phần mềm Mınitab và Phân tích hồi quy : Minitab là phiên bản thu gọn của phần mềm OMNITAB, phần mềm phân tích thống kê của NIST.
16 3.4.2. Tính toán xác định gradient nhiệt trong tấm BT mặt đường với các chiều dày khác nhau Mục đích: để tính ứng Bảng 3.9: Bảng thống kê chênh lệch nhiệt suất uốn vồng trong tấm độ giữa bề mặt và đáy tấm cho các tấm BT. BTXM có chiều dày khác nhau khu vực TP Kết quả thực nghiệm và Hà Nội chạy phần mềm tính Chiều sâu Nhiệt độ Nhiệt độ Gradient mặt tấm, đáy tâm,0C nhiệt, toán cho kết quả chênh tấm BT,cm 0 C (Th) ∆T,0C lệch nhiệt độ giữa bề 22 65 44,4 20,6 mặt và đáy tấm cho các 26 65 42,5 22,5 tấm có chiều dày khác 30 65 41,0 24,0 36 65 39,3 25,7 nhau, xem bảng 3.9 40 65 37,6 27,4 Phân tích ta có hàm hồi quy xác định gradient nhiệt trong tấm BTXM có dạng như sau: ∆ T = 12 ,3226 ln( 0 , 2 .h + 1) (3.5) ta có hàm xác định nhiệt độ tại đáy tấm BT có chiều dày h: Th = −12,3226. ln(0,2.h + 1) + Tbm , (3.6) có dạng hàm quan hệ với chiều dày tấm là hàm logarit tương tự công thức (1.24) của Nga 3.4.3. Tính toán nhiệt độ trung bình theo chiều sâu trong tấm bê tông mặt đường Mục đích: để tính toán sự cần Bảng:3.11 Bảng nhiệt độ trung bình thiết phải bố trí và tính khoảng trong tấm BTXM tại Hà Nội cách các khe dãn dãy tấm BT. Chênh lệch nhiệt độ để tính toán Nhiệt độ Gradient khe dãn bất lợi nhất là hiệu nhiệt Chiều trung bình nhiệt trong độ trung bình của tấm vào mùa dày Nhiệt độ trong tấm tấm BTXM, tấm mặt tấm, 0C ,0C (Th) ∆Ttb,0C nóng và nhiệt độ thi công tấm BT BT,cm theo công vào mùa lạnh. Để từ đó tính toán thức (3.11) theo công xác định sự cần thiết bố trí khe thức (3.12) dãn và tính khoảng cách giữa các 22 65 53,87 11,13 khe dãn. Nhiệt độ trung bình 26 65 52,29 12,71 trong tấm BT những ngày nóng 30 65 50,87 14,13 36 65 49,05 15,95 nhất có chiều dày cho khu vực 40 65 47,95 17,05 TP Hà Nội, theo Phân tích cho ra công thức hồi quy tính hàm tính toán nhiệt độ trung bình theo chiều sâu trong tấm BTXM: T tb =-17,8388.ln(0,04.h+1)+ T bm, (3.14) 3.4.4. Nhận xét Đường truyền nhiệt trong tấm BT theo chiều sâu không phải là đường tuyến tính, là các đường cong phi tuyến.. Kết quả tính toán trên cũng cho thấy, gradient nhiệt đơn vị ( 0 C/cm) không phải là hằng số cho từng khu vực khí hậu, mà nó phụ thuộc vào chiều dày tấm.
17 Có thể ứng dụng công thức (3.5), (3.6) và (3.14) để xác định gradient nhiệt độ giữa bề mặt và đáy tấm và nhiệt độ trung bình theo chiều sâu tấm. Các công thức trên áp dụng cho điều kiện khí hậu khu vực TP Hà Nội và các địa phương có điều kiện tương tự. 3.5. Tính toán khe dãn mặt đường BTXM Trên thế giới hiện nay Hình 3.21. Cấu tạo khe dãn theo [75] căn cứ điều kiện nhiệt độ cụ thể của từng địa phương để xem xét sự cần thiết bố trí các khe dãn với khoảng cách hợp lý. Ở Việt Nam khe dãn có cấu tạo điển hình như hình 3.21: 3.5.1. Cơ sở tính toán sự cần thiết bố trí khe dãn trên mặt đường bê tông xi măng Để mặt đường BT không cần bố trí khe dãn cần thỏa mãn cả hai điều kiện sau: Trường hợp thứ nhất (điều kiện 1): để không xảy ra nứt vỡ cạnh tấm bê tông (như trên hình 1.5 -1.7) cần thỏa mãn điều kiện theo công thức: τ max .k = σ T ≤ 0,26.[Rn ]. (3.22) Trường hợp thứ hai (điều kiện 2): Điều kiện ổn định dọc của dãy tấm khi dãn nở nhiệt, để không xảy ra đẩy trồi tách tấm khỏi mặt lớp móng gây ra mất ổn định dọc dãy tấm thỏa mãn điều kiện theo công thức: σ T ≤ σ T , ( σ Tcp = 0,031 E bt .ρ .h; ) (3.23) cp 3.5.2. Cơ sở tính toán khoảng cách khe dãn mặt đường BTXM Khi không thỏa mãn một trong các điều kiện (3.22) và (3.23), dãy tấm bê tông cần phải bố trí khe dãn. Khoảng cách giữa các khe dãn được xác định trên cơ sở: Bỏ qua ma sát đáy tấm BTXM; Một phần ứng suất nhiệt do BTXM dãn nở được hấp thủ bằng cường độ nén của ván chèn khe; Độ dãn nở nhiệt của dãy BTXM bằng với độ nén ép của vàn chèn khe (có xem xét đến ảnh hưởng của chiều cao ván chèn khe so với chiều dày tấm BTXM) được xác định theo công thức: E BT .∆ v L= , (3.30) hv σT −σV h 3.6. Kết luận chương III Đã tiến hành khảo sát nhiệt độ trên bề mặt tấm và theo chiều sâu BTXM dày 40cm khu vực thành phố Hà Nội để làm căn cứ số liệu phục vụ tính toán trường nhiệt độ trong tấm BTXM với các chiều dày