Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến kết quả xác định một số thông số mật đường bê tông xi măng sân bay bằng thiết bị gia tải động

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

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ "Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến kết quả xác định một số thông số mật đường bê tông xi măng sân bay bằng thiết bị gia tải động" nghiên cứu được ảnh hưởng của nhiệt độ (tại một số vị trí theo chiều dày tấm) đến kết quả xác định một số thông số của mặt đường bê tông xi măng sân bay bằng thiết bị HWD; kiến nghị được điều kiện đo chuẩn (theo nhiệt độ) khi thực hiện thí nghiệm HWD và đề xuất nội dung hiệu chỉnh số liệu đo từ điều kiện đo thực tế về điều kiện đo chuẩn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến kết quả xác định một số thông số mật đường bê tông xi măng sân bay bằng thiết bị gia tải động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI NGUYỄN THỊ NGÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG SÂN BAY BẰNG THIẾT BỊ GIA TẢI ĐỘNG Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố Mã số: 9580205 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – Năm 2022
Luận án được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội NGUYỄN THỊ NGÂN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hoàng Tùng TS. Ngô Việt Đức Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Duy Đồng Phản biện 2: PGS.TS. Trần Thị Kim Đăng Phản biện 3: TS. Vũ Hữu Thành Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp tại trường Đại học Xây dựng Hà Nội. Vào hồi giờ ngày tháng năm 2022. Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội. Thư viện Quốc gia.
1 MỞ ĐẦU Đối với yêu cầu của ICAO cũng như tiêu chuẩn hiện hành, ở Việt Nam, thiết bị gia tải động đang được áp dụng phổ biến là máy HWD, trong đó máy HWD Primax 2500 đang được dùng ở Việt Nam, là thiết bị đã được sử dụng cho các thí nghiệm của luận án này. Do vậy, ở nội dung nghiên cứu tổng quan cũng như trong toàn bộ luận án, thiết bị gia tải động được hiểu là thiết bị HWD Primax 2500 và ngược lại. 1. Lý do lựa chọn đề tài Mặt đường BTXM đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các công trình giao thông, đặc biệt là trong các sân bay [45][20]. Để đánh giá chất lượng mặt đường này trong quá trình khai thác, phương pháp phổ biến nhất hiện nay, được ICAO chấp thuận và yêu cầu áp dụng là dùng thiết bị đo võng bằng quả nặng rơi HWD (Heavy Weight Deflectometer) hay còn gọi là thiết bị gia tải động. Ở Việt Nam, thiết bị đang được dùng rộng rãi là HWD PRIMAX 2500. Do vậy, trong đề tài này, thiết bị gia tải động được hiểu là thiết bị HWD PRIMAX 2500. Thông qua thiết bị này và các phương pháp tính toán đi kèm, có thể xác định được các nhiều thông số cho mặt đường BTXM trong sân bay như độ võng, số phân cấp mặt đường PCN, mô đun đàn hồi của tầng móng, hệ số truyền lực tại khe nối LTE… Trong đó, độ võng là thông số được đo đạc trực tiếp, các thông số còn lại có liên quan chặt chẽ và được tính toán từ độ võng thông qua các mô hình toán học, được hỗ trợ thêm bởi phần mềm chuyên dụng. Mặc dù thiết bị HWD đã được tiêu chuẩn và quốc tế hóa nhưng trên thực tế, kết quả đánh giá bằng thiết bị này chịu ảnh hưởng rất nhiều của yếu tố nhiệt độ (tác nhân gây uốn vồng hoặc co ngót-dãn dài tấm) [32][33] [78][79].
2 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu được ảnh hưởng của nhiệt độ (tại một số vị trí theo chiều dày tấm) đến kết quả xác định một số thông số của mặt đường BTXM sân bay bằng thiết bị HWD; kiến nghị được điều kiện đo chuẩn (theo nhiệt độ) khi thực hiện thí nghiệm HWD và đề xuất nội dung hiệu chỉnh số liệu đo từ điều kiện đo thực tế về điều kiện đo chuẩn. 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chính là mặt đường BTXM của sân bay trong điều kiện khí hậu miền bắc. Nhiệt độ được khảo sát liên tục theo chiều sâu của tấm BTXM mác 300 dày 40 cm ngoài hiện trường: 30 phút 1 lần ở tất cả các giờ trong ngày, tất cả các ngày trong 1 năm bằng thiết bị EXTECH SDL200. Độ võng và các chỉ tiêu đánh giá mặt đường bê tông xi măng sân bay được đo bằng thiết bị HWD Primax 2500 và tính toán, phân tích bằng các phần mềm phân tích hồi quy Minitab, phần mềm tính chỉ số PCN COMFAA [51][85][86]. 4. Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm và phương pháp xác suất thống kê. 5. Cơ sở khoa học của đề tài Các nghiên cứu hiện hành đều chỉ ra rằng có thể sử dụng lời giải của bài toán truyền nhiệt trong bán không gian vô hạn theo quy luật Fourier để tính trường nhiệt độ theo chiều sâu tấm [24][39][40]: !" !! " = 𝑎 !$ ! (0-1) !# Nếu giải phương trình này với các điều kiện ban đầu (T=0) và các điều kiện biên (z=0 tại lớp mặt) hoặc (z=z tại điểm bất kỳ) ta sẽ được các lời giải khác nhau để xác định được nhiệt độ ở mỗi phân tố (mỗi điểm) trong BTXM,
3 tức là xác định được trường nhiệt độ phân bố trong BTXM theo không gian (vị trí) và thời gian (thời điểm T) khác nhau. Đối với việc đánh giá mặt đường bằng HWD, phương pháp thí nghiệm và xác định độ võng đã được tiêu chuẩn hóa tại Việt Nam [44] cũng như trên thế giới (với lưu ý là chúng ta chưa xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ tới kết quả đo). Từ độ võng, theo phương pháp AREA hay theo Westergaard, sẽ tính toán được các thông số còn lại [70][68]. 6. Đóng góp mới của luận án Hoàn thiện được phương trình truyền nhiệt dựa trên nghiên cứu lý thuyết và chuỗi số liệu đo đạc thực tế liên tục trong 1 năm ở điều kiện môi trường thực tế; Khảo sát được nhiều thông số của mặt đường BTXM ở một số sân bay bằng thiết bị HWD (trước đây chỉ khảo sát chủ yếu bằng FWD, với số lượng thông số hữu hạn, tập trung vào PCN); Thiết lập được tương quan, đánh giá được ảnh hưởng giữa yếu tố nhiệt độ theo chiều sâu tấm và kết quả đánh giá một số thông số của tấm BTXM sân bay bằng thiết bị HWD; Bước đầu đề xuất được nội dung hiệu chỉnh số liệu đánh giá các thông số của tấm BTXM bằng HWD theo điều kiện nhiệt độ và kiến nghị được thời điểm đo hợp lý (ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ) khi thực hiện thí nghiệm HWD; 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Xây dựng được phương trình truyền nhiệt trong tấm BTXM mặt đường sân bay, là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu, đánh giá sự phân bố nhiệt theo chiều sâu của tấm BTXM sân bay; Sự ảnh hưởng giữa nhiệt độ và các kết quả đánh giá các thông số bằng HWD là cơ sở quan trọng để tiếp tục mở rộng nghiên cứu về ảnh hưởng của môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, mùa trong năm…) tới các thông số vừa nêu, đồng
4 thời tiến tới việc đề xuất điều kiện để thực hiện các công tác đo đạc, đánh giá và hiệu chỉnh kết quả đo về điều kiện chuẩn. 8. Cấu trúc của luận án Mở đầu Chương 1: Nghiên cứu tổng quan Chương 2: Tổng hợp cơ sở lý thuyết phục vụ hiệu chỉnh phương trình truyền nhiệt và xác định các thông số của mặt đường BTXM bằng HWD Chương 3: Thí nghiệm khảo sát biến thiên nhiệt độ và xác định một số thông số của mặt đường BTXM bằng thiết bị HWD Chương 4: Hiệu chỉnh phương trình truyền nhiệt và phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ tới thông số của tấm BTXM sân bay xác định bằng HWD Kết luận và kiến nghị CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Các nội dung chính của nghiên cứu tổng quan Trong luận án này, chỉ giới hạn nghiên cứu mặt đường cứng, bằng bê tông xi măng có khe nối, sử dụng làm tầng mặt trong kết cấu mặt đường BTXM sân bay ở Việt Nam. Khác với mặt đường ô tô, ngoài tải trọng và các yếu thiên nhiên, mặt đường sân bay còn phải chịu tác dụng của luồng khí phụt từ động cơ máy bay [34]. Bản thân tải trọng tác dụng cũng lớn hơn nhiều so với đường ô tô thông thường [28][29]. Đối với loại mặt đường BTXM có khe nối mà luận án tập trung nghiên cứu, hiện có 3 loại: bê tông xi măng thông thường (BTXM), bê tông xi măng lưới thép (BTXMLT), bê tông xi măng cốt thép (BTXMCT) [7][47][48][49]. Về tác động của yếu tố biến đổi nhiệt độ tới mặt đường BTXM, luận án đề cập tới biến đổi nhiệt độ trung bình trong tấm và biến đối nhiệt độ ngày đêm
5 tại các vị trí khác nhau từ mặt trên đến mặt đáy dưới theo bề dày mặt đường BTXM. Trường hợp thứ nhất, theo [14][20][24], sự biến đổi nhiệt độ trung bình trong tấm làm nhiệt độ tấm BTXM tăng hoặc giảm, kéo theo việc tấm bị dãn dài hoặc bị co ngắn lại. Điều này ảnh hưởng trực tiếp tới sự làm việc của tấm BTXM ở khu vực khe nối (khe co, khe dãn). Trường hợp thứ hai là sự biến đổi nhiệt độ ngày đêm theo bề dày tấm BTXM sẽ dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ Dt giữa thớ trên (t1) và thới dưới (t2) của tấm, gây ra hiện tượng uốn vồng [80],[53],[50]. Hiện tượng này có ảnh hưởng trực tiếp tới sự làm việc ở giữa và cạnh tấm. Để đánh giá mặt đường BTXM sân bay, hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới chủ yếu dùng thiết bị HWD, thuộc nhóm đánh giá theo phương pháp không phá hủy [19][31][36]. Thiết bị hoạt động bằng cách đo độ võng mặt đường dưới tác dụng lực (một khối lượng) lên một tấm cao su để tạo ra một xung tải. Các thông số chính được ghi lại bao gồm: tải trọng P (kN), áp lực p (kPa) tác dụng lên mặt đường và độ võng mặt đường l (μm) tại các vị trí đặt đầu đo, nhiệt độ không khí và nhiệt độ bề mặt tấm BTXM. Từ độ võng, sử dụng các lý thuyết về tính toán ngược (back calculation) sẽ xác định được 2 nhóm thông số sau đây [13]: - Nhóm thứ nhất là các thông số liên quan tới sự làm việc (chủ yếu liên quan tới sức chịu tải, điều kiện khai thác) của mặt đường, bao gồm: Độ võng, hệ số nền k, mô đun đàn hồi của tấm và của nền đất, PCN, LTE [6][7]; - Nhóm thứ 2 là các thông số liên quan tới bài toán tính toán, thiết kế tấm BTXM, bao gồm: chiều cao vùng chịu nén của bê tông ở tiết diện tính toán x, mô men uốn giới hạn, ứng suất trong cốt thép chịu kéo σs [10][5][72].
6 Nhận xét chung: Các chỉ tiêu sử dụng để đánh giá mặt đường BTXM khi sử dụng thiết bị quả nặng rơi đều có liên quan chặt chẽ tới chỉ tiêu độ võng mặt đường (khi đánh giá bằng HWD). Các kết quả chính của nghiên cứu tổng quan - Sự chênh lệch nhiệt độ giữa thớ trên, thớ dưới cũng như sự thay đổi nhiệt độ bề mặt, nhiệt độ trung bình trong tấm sẽ gây ra hiện tượng uốn vồng, dãn dài - co ngót của tấm. Hiện tượng này ảnh hưởng trực tiếp tới sự tiếp xúc của đáy tấm với bề mặt lớp móng. Trong khi đó, hiện tượng dãn dài hay co ngót xảy ra khi nhiệt độ trung bình trong tấm, hoặc nhiệt độ bề mặt tấm thay đổi. Hiện tượng này tác động trực tiếp đến sự tiếp xúc ở mặt bên của hai tấm liền kề ở vị trí khe nối (hiệu ứng “interlock aggreegate”), làm thay đổi khả năng làm việc đồng thời của hai tấm cũng như hệ số LTE. - Phương trình truyền nhiệt không có dạng tuyến tính, mà gần hơn với dạng phương trình vi phân bậc 2 theo Fourier (0.1) (Phương trình này hiện vẫn được sử dụng rộng rãi ở các nước phát triển, trong đó có Nhật bản). Để sử dụng phương trình này, cần lưu ý một số giả thiết (điều kiện biên) quan trọng sau: môi trường truyền nhiệt có dạng tấm bán không gian đồng nhất [24][25]; nhiệt được truyền 1 chiều trong tấm; nhiệt độ bề mặt tấm BTXM biến động theo dạng giao động điều hòa. - Các nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy nhiệt độ ở nửa trên của tấm có sự thay đổi rõ rệt theo chiều sâu. Trái lại ở nửa dưới của tấm BTXM (độ sâu khoảng từ 20cm từ mặt tấm trở xuống), nhiệt độ giảm ít hơn. - Độ võng tại giữa tấm, cạnh tấm hay góc tấm có quan hệ chặt chẽ với các thông số còn lại được đánh giá bằng HWD của mặt đường BTXM. - Độ võng tại cạnh tấm và góc tấm có tương quan khá chặt chẽ với nhiệt độ bề mặt, nhiệt độ trung bình trong tấm và chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên, mặt dưới tấm. Trong khi đó, độ võng tại giữa tấm có tương quan mật thiết với
7 chênh lệch nhiệt độ giữa thớ trên và thớ dưới của tấm, đặc biệt là khi tấm có độ vồng dương. Do vậy, các thông số xác định thông qua độ võng tại giữa tấm sẽ có thể có tương quan tốt với chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm hoặc gradien nhiệt độ. Các thông số xác định thông qua độ võng tại cạnh tấm có thể có tương quan với nhiệt độ bề mặt tấm, chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên - mặt dưới tấm hoặc nhiệt độ trung bình trong tấm. - Tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành cũng như các nghiên cứu của Mĩ, Trung Quốc... đều chỉ ra rằng thí nghiệm với HWD đều bị ảnh hưởng của nhiệt độ, đặc biệt là nhiệt độ cao. Do vậy, phải xác định điều kiện thí nghiệm ở vùng nhiệt độ phù hợp (điều kiện tiêu chuẩn) để kết quả đánh giá có sai số phù hợp. Khi phải thực hiện ở nhiệt độ ngoài vùng điều kiện tiêu chuẩn, phải xét đến việc hiệu chỉnh kết quả về điều kiện chuẩn. CHƯƠNG 2. TỔNG HỢP CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHỤC VỤ HIỆU CHỈNH PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN NHIỆT VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM BẰNG HWD Phương trình truyền nhiệt trong mặt đường BTXM Dạng tổng quát của phương trình truyền nhiệt và các giả thuyết tương ứng Để thể hiện quy luật phân bố nhiệt độ trong tấm BTXM, phương trình tổng quát trình có dạng tổng quát theo Fourier hiện vẫn đang dược sử dụng tại Việt Nam và trên thế giới [1], [26], [40], [41], [82]: ¶t ¶ 2t (2.1) =a ¶T ¶z 2 Trong đó: t là nhiệt độ; T là thời gian; z là toạ độ theo phương thẳng đứng; a là hệ số truyền dẫn nhiệt độ của vật liệu (m2/h). Theo dạng phương trình này, nhiều nghiên cứu trên thực tế đã đo đạc, phân tích và thiết lập được
8 phân bố nhiệt trong tấm BTXM như ví dụ ở hình 2.1. Theo [16][39][40], có một số giả thiết sau đây đã được đưa ra khi nghiên cứu về phân bố nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường ô tô và sân bay: - Nhiệt độ trên bề mặt tấm thay Hình 2.1. Kết quả nghiên cứu về quy luật đổi theo quy luật điều hòa; phân bố nhiệt độ theo chiều sâu tấm - Nhiệt được truyền 1 chiều; BTXM tại Mĩ [71][75][57] (h.S: giờ sáng, - Môi trường truyền nhiệt là bán h.C: giờ chiều). không gian vô hạn. Dạng phương trình tổng quát theo Fourier này được lựa chọn trong phạm vi nghiên cứu của luận án về phân bố nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường sân bay, kèm theo các giả thiết về môi trường bán không gian đồng nhất và sự giao động điều hòa của nhiệt độ bề mặt. Để xác định biến thiên nhiệt độ trong tấm BTXM và các tham số cần hiệu chỉnh, NCS đã lựa chọn phương pháp giải bài toán phân bố nhiệt theo chiều sâu được nghiên cứu sinh lựa chọn với phương trình truyền nhiệt như sau: æ w ö÷ æ w ö÷ (1.8) t ( z, T ) = ttb.mat + K .z + t n. max . expçç - z. ÷. cosçç wT - z. è 2a ø è 2a ÷ø Các thông số của phương trình cần phải hiệu chỉnh: - Điều kiện biên của phương trình - Các thông số tính toán ttbmặt, tnmax, a và K. Hiệu chỉnh một số thông số của phương trình truyền nhiệt Để sử dụng được phương trình trên cần phải xác định/hiệu chỉnh được các thông số sau:
9 - Các thông số trong điều kiện biên của phương trình truyền nhiệt 𝑡(𝑧 = 0, 𝑇) = 𝑡!".$ặ! + 𝑡&.$'( . cos (𝜔𝑇 + 𝑏) (2.17) Trong đó: ttbmặt là nhiệt độ trung bình mặt đường trong ngày, tnmax là biên độ dao động nhiệt lớn nhất trong ngày, a là hệ số truyền nhiệt, zmax chiều sâu tắt biên độ dao động ngày đêm. - Hệ số K: Phương pháp xác định các thông số này là dùng kết quả đo đạc thực nghiệm ngoài hiện trường kết hợp với phân tích và xử lý toán học. Xác định thông số của mặt đường BTXM từ kết quả đo HWD Thiết bị HWD cho phép xác định được độ võng của mặt đường tại các đầu đo (khi chịu tác dụng của tải trọng HWD của máy) và nhiệt độ mặt đường tại thời điểm thí nghiệm. Từ độ võng, sử dụng các mô hình tính ngược (back calculation) để xác định các thông số còn lại như PCN, LTE, Chiều cao vùng chịu nén của bê tông ở tiết diện tính toán x, mô men uốn giới hạn ở tiết diện xem xét của tấm mặt đường mu, ứng suất trong cốt thép chịu kéo σs. Lưu ý: Đây là các thông số xác định được khi thực hiện thí nghiệm HWD. Dưới đây tóm tắt trình tự xác định các chỉ số PCN và LTE. Các nội dung khác xin xem trong thuyết minh chi tiết. Xác định PCN Xác định LTE
10 Kết luận chương 2 Nội dung chính thứ nhất của chương 2 là tổng hợp và đề xuất lựa chọn được dạng tổng quát của phương trình truyền nhiệt trong tấm BTXM sân bay theo Fourier, kèm theo các giả thuyết chính: (i) Nhiệt độ bề mặt tấm thay đổi theo quy luật điều hòa; (ii) nhiệt được truyền trong môi trường bán không gian đồng nhất. Để xác định được phương trình này, có thể áp dụng phương pháp giải bài toán phân bố nhiệt theo chiều sâu. Các tham số cần phải hiệu chỉnh cho phương trình là: Điều kiện biên và tham số b trong phương trình điều kiện biên về nhiệt độ bề mặt; hệ số biểu thị ảnh hưởng của sự phân bố trường nhiệt độ dừng K. Việc hiệu chỉnh này sẽ được thực hiện thông qua số liệu quan trắc biến thiên nhiệt độ trong tấm BTXM ngoài thực tế. Đối với các thông số của mặt đường bê tông xi măng khi đánh giá bằng HWD, độ võng là thông số đầu vào quan trọng để xác định được các thông số thuộc hai nhóm bao gồm PCN, LTE, chiều cao vùng chịu nén… nhờ các mô hình tính ngược (back calculation) và phần mềm chuyên dụng COMFAA (khi tính PCN). CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT BIẾN THIÊN NHIỆT ĐỘ VÀ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM BẰNG THIẾT BỊ HWD Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ trong tấm BTXM 3.1.1 Mô tả thí nghiệm Mẫu là tấm BTXM M350 có chiều dày 40cm, đặt trên lớp bê tông lót M100 dày 20cm, dưới là nền đất tự nhiên, đặt ngoài trời tại Khu công nghiệp Phú Nghĩa – Chương Mỹ – Hà Nội. Ba thiết bị được sử dụng song song trong quá trình đo nhiệt độ:
11 - Thiết bị đo nhiệt kiểu tiếp xúc EXTECH SDL200 được sử dụng để thu thập số liệu trong suốt quá trình thí nghiệm; - Thiết bị đo nhiệt kiểu tiếp xúc JMZX-300L và thiết bị đo nhiệt cầm tay UNI-T để đo đối chứng với thiết bị EXTECH SDL200; Với thiết bị thứ nhất, đầu đo nhiệt kiểu K+LVDT được bố trí tại mặt bằng tim của tấm bê tông. Tại đó bố trí 4 đầu đo: đầu đo (1) ở đáy tấm, độ sâu 40cm tính từ bề mặt tấm, đo nhiệt độ đáy tấm; đầu đo (2) Hình 3.1. Sơ đồ bố trí đầu đo nhiệt cách đáy 20cm để đo nhiệt độ giữa tấm; đầu đo (3) vẫn ở trong tấm, nhưng đặt cách mặt trên của tấm bê tông 1,5cm để đo nhiệt độ bề mặt tấm; 1 đầu đo treo cao cách mặt đất 2,5m, để đo nhiệt độ không khí. Sau khi bê tông được đủ 28 ngày, tiến hành đo toàn thời gian trong ngày; cứ 30 phút thu thập số liệu 01 lần của các kênh đo. Thời gian đo kéo dài đủ 01 năm từ tháng 9/2020 đến tháng 8/2021.Đo kiểm tra được thực hiện trong 02 ngày 9/9/2020 và 29/6/2021 với khoảng 2 giờ một lần đo. 3.1.2 Kết qủa thí nghiệm Sau khi loại bỏ số liệu bất thường, các số liệu còn lại được đánh giá theo phương pháp hồi quy tuyến tính, nhờ phần mềm Minitab. Việc đánh giá được thực hiện cho chuỗi số liệu của từng ngày, sau đó tổng hợp và tiếp tục đánh giá cho chuỗi số liệu của năm. Dưới đây là trích giới thiệu về chuỗi số liệu ngày 6/2 Bảng 3.1. Chuỗi số liệu đo đạc trong 1 tiếng của ngày 6/2/2021 (tóm tắt)
12 Nhiệt Nhiệt Nhiệt độ Nhiệt độ tại Nhiệt độ độ tại Thời giữa bề độ đáy tại bề mặt STT Ngày gian dày tấm, không tấm, z=1.5cm, tấm thực z=20cm, khí, z=40cm (t3,oC) z=0cm, (t2,oC) (tkk,oC) (t1,oC) (tm,oC) 1 6/2/2021 0:15:34 22.5 23.0 21.8 21.7 18.6 2 6/2/2021 0:45:34 22.5 22.9 21.6 21.5 18.4 3 6/2/2021 1:15:34 22.6 22.9 21.6 21.5 18.1 3.1.3 Đánh giá về số liệu và độ tin cậy của thiết bị đo Chuỗi số liệu cũng được đánh giá tần số, tần suất bằng các phương pháp thống kê: - Tần số của một giá trị x là số lần xuất hiện của giá trị x trong bảng số liệu thống kê; - Tần suất là tỉ số giữa tần số và kích thước của tập hợp các đơn vị điều tra; - Biểu đồ tần số tích lũy (cumulative frequency plots) biểu thị những thông tin về số lượng hay tỉ lệ những quan sát nhỏ hơn hoặc bằng một giá trị cụ thể. Về độ tin cậy của thiế bị đo, hai hệ thống thiết bị đo nhiệt độ bao gồm thiết bị chính EXTECH SDL200 và các thiết bị đo nhiệt kiểu tiếp xúc JMZX- 300L, thiết bị đo nhiệt cầm tay UNI-T để đo đối chứng với thiết bị EXTECH SDL200 đã được kiểm tra thông qua kết quả đo kiểm tra. Ở tất cả các lần đo kiểm tra, khi thực hiện hồi quy trực giao đều cho các tương quan có số hạng tự do chứa 0 với p-value>0.05 và độ dốc có chứa 1 với p-value
13 Thí nghiệm đánh giá mặt đường BTXM sân bay bằng HWD 3.2.1 Mô tả thí nghiệm Sử dụng máy HWD Primax 2500 [56] của Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội, số máy 1503-491. Máy đã được hãng Sweco kiểm định theo tiêu chuẩn AASHTO, các quy định có liên quan của FAA và cấp chứng nhận Hình 3.2. Kết cấu mặt đường của của dải cất kiểm định. hạ cánh CHK Vân Đồn Mẫu thí nghiệm là 6 tấm BTXM đường cất hạ cánh thuộc cảng hàng không Vân Đồn, kích thước 5m×10m. Kết cấu mặt đường gồm 5 lớp như hình 3.7. Trong quá trình thí nghiệm, đã thực hiện đo võng tại giữa và cạnh của 6 tấm tại các thời điểm khác nhau trong ngày, có nhiệt độ khác nhau (nhiệt độ không khí, nhiệt độ bề mặt tấm BTXM). Thời gian đo từ 22/11/2018 đến 26/11/2018. Cùng với đó là đo đạc nhiệt độ bề mặt tấm (cứ 30ph đo 1 lần). 3.2.2 Kết quả thí nghiệm Kết quả thu được gồm: - Độ võng tổng thể của mặt đường: là độ võng đo được tại tâm bàn ép với giá trị tải trọng khoảng 250kN, áp lực tác dụng lên bề mặt tấm BTXM khoảng 3550 kPa. - Độ võng của mặt đường tại từng vị trí đặt sensor. Thông qua trị số này khi đo tại cạnh tấm để đánh giá khả năng truyền lựa LTE của khe nối. - Nhiệt độ bề mặt Các thông số này đều được xác định trong điều kiện nhiệt độ cụ thể.
14 Kết luận chương 3 Các nội dung thí nghiệm khảo sát nhiệt độ trong tấm BTXM và đánh giá mặt đường BTXM bằng HWD mặc dù còn một số hạn chế về điều kiện thí nghiệm nhưng đã được thực hiện ở điều kiện thực tế, trong thời gian dài và với các thiết bị thí nghiệm đạt tiêu chuẩn. Chùm số liệu về nhiệt độ được đo liên tục 30 phút/lần cho tất cả các ngày trong 1 năm, bao trùm 4 mùa đặc trưng ở miền Bắc, theo chiều sâu của tấm BTXM. Đối với kết quả đánh giá mặt đường bằng thiết bị HWD, loại số liệu thứ nhất thu thập được là nhiệt độ bề mặt tấm BTXM mặt đường sân bay. Mặc dù không thể đo đạc trực tiếp được diễn biến nhiệt độ theo chiều sâu của tấm, nhưng có thể dựa vào phương trình truyền nhiệt để tính toán các số liệu này. Loại số liệu thứ 2 đo đạc được nhờ thiết bị HWD chính là độ võng của mặt đường dưới tác dụng của tải trọng máy HWD (khi gia tải trong thí nghiệm). Từ độ võng này, nhờ vào các lý tuyết tính toán ngược (Back calculation) ở chương 2, sẽ tính toán được nhiều thông số quan trọng của mặt đường BTXM sân bay, trong đó có LTE, PCN và các thông số thiết kế khác. Nội các nội dung hiệu chỉnh phương trình truyền nhiệt cũng như tính toán thông số mặt đường BTXM sân bay xác định bằng HWD sẽ được trình bày trong chương 4. CHƯƠNG 4: HIỆU CHỈNH PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN NHIỆT VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TỚI THÔNG SỐ CỦA TẤM BTXM SÂN BAY XÁC ĐỊNH BẰNG HWD Kiểm nghiệm lại quy luật biến thiên của nhiệt độ trong ngày Biến thiên nhiệt độ
15 Dạng tổng quát của phương trình đã được lựa chọn sơ bộ, với quy luật biến thiên theo hàm cos. Số liệu thực tế cho thấy: việc lựa chọn dạng hàm cos cũng như dạng tổng quát của phương trình truyền nhiệt là phù hợp. Quy luật biến thiên theo hàm cos vẫn thu được đối với nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ đáy tấm BTXM. Nhiệt độ đáy tấm bị trễ pha so với nhiệt độ bề mặt tấm (đạt giá trị lớn nhất chậm hơn khoảng 2 giờ). Tuy nhiên, có thể thấy là nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ đáy tấm đều có xu hướng cùng tăng, hoặc cùng giảm. Chênh lệch nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất thay đổi theo từng tháng khác nhau, nhưng đều nằm trong khoảng từ -5,70C đến 90C (với các số liệu đã khảo sát). Xác định điều kiện biên và các tham số của phương trình truyền nhiệt theo kết quả đo đạc nhiệt độ Nhiệt độ trung bình mặt đường trong ngày, ttbmặt: Trong cả năm quan trắc, ttbmat có giá trị nhỏ nhất là 13,7 oC vào ngày 10/1/2021 và lớn nhất là 41,0 oC vào ngày 3/6/2021. Biên độ dao động nhiệt lớn nhất trong ngày, tnmax: Kết quả tính toán tnmax trong cả năm quan trắc nằm trong khoảng từ 0,6oC đến 7,1oC, giá trị nhỏ nhất vào ngày 3/3/2021 và lớn nhất vào ngày 18/8/2021. Hệ số truyền nhiệt độ a Các tài liệu đều đưa ra giá trị hệ số truyền nhiệt thông thường của bê tông xi măng vào khoảng 0.004 (m2/h). Hệ số truyền nhiệt được sử dụng trong [25] với tn.max
16 Thiết lập điều kiện biên cho phương trình truyền nhiệt Tổng hợp kết quả xác định tương quan giữa b và các thông số đo đạc cho ba vị trí đầu đo số 3 (bề mặt tấm), số 2 (giữa tấm), số 1 (đáy tấm) như sau: * 𝑏) = 0.7350 + 0.1004 ∗ 𝑡!".$'! − 0.001603 ∗ 𝑡!".$'! (4.1) * 𝑏* = −0.0495 + 0.1479 ∗ 𝑡!".$'! − 0.002937 ∗ 𝑡!".$'! (4.2) * 𝑏+ = −0.349 + 0.2485 ∗ 𝑡!".$'! − 0.005369 ∗ 𝑡!".$'! (4.3) Xác định thông số K trong phương trình truyền nhiệt Thông số K được xác định ở từng thời điểm đo nhiệt độ tại các độ sâu thí nghiệm 1.5cm, 20cm và 40cm. Giá trị K trung bình ngày và trung bình tháng được xác định là trung bình cộng các giá trị K tại từng thời điểm đo trong ngày và trong tháng tại các độ sâu tương ứng (bảng 4.1, 4.2). Bảng 4.1. Ktb của các tháng trong năm theo số liệu nhiệt độ giữa tấm (z=20cm) Bảng 4.2. Ktb của các tháng trong năm theo số liệu nhiệt độ đáy tấm (z=40cm) Các đề xuất về Ktb ở trên là ứng với điều kiện của số liệu đo đạc mà NCS đã tiến hành thực nghiệm. Sau khi bổ sung hệ số hiệu chỉnh cực trị nhiệt độ b và thông số K, phương trình truyền nhiệt trong mặt đường BTXM có thể viết dưới dạng: (4.4)
17 Trong luận án đã thực hiện đánh giá, kiểm nghiệm lại phương trình truyền nhiệt thông qua việc so sánh kết quả đo và kết quả tính toán nhiệt độ trong tấm BTXM bằng phương trình truyền nhiệt. Kết quả đánh giá cho thấy độ tin cậy cao. Phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ tới các thông số làm việc của mặt đường BTXM sân bay Từ số liệu đo nhiệt độ bề mặt trong quá trình thực hiện thí nghiệm HWD, sử dụng phương trình truyền nhiệt đã hiệu chỉnh, xác định nhiệt độ và biến thiên nhiệt độ trong suốt chiều sâu của tấm BTXM. Dt thu được thay đổi từ - 4,630C đến 7,50C (khi đo tại giữa tấm), từ -4,60C đến 6,30C (khi đo tại cạnh tấm). Theo các mô hình tính toán trình bày ở mục 2.2, từ kết quả đo độ võng và các yếu tố liên quan bằng HWD, các thông số khác của mặt đường BTXM được thể hiện chi tiết giá trị Mô đun đàn hồi tấm, Hệ số nền và PCN khi đo HWD tại giữa tấm. Từ đó, xây dựng tương quan và phân tích ảnh hưởng của
18 nhiệt độ tới các thông số này. Phạm vi xét ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ và các thông số đo đạc bằng HWD như sau: (*): các yếu tố nhiệt độ được đưa vào xem xét, phân tích tương quan ảnh hưởng. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ võng Nội dung này chỉ đề cập tới độ võng d(µm) tại cạnh tấm. Nhiệt độ bề mặt tm (0C) có tương quan theo dạng bậc 2 với R2=82,9% (hình 4.19). d= 1113-66,25.tm + 1,174.t2m (4.5) Trong trường hợp này, xu hướng ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt tới độ võng cạnh tấm khác với trường hợp độ võng ở tâm tấm. Trong vùng nhiệt độ từ 200C-270C, nhiệt độ thấp, tấm bị co ngót, hiệu ứng tiếp xúc bề mặt của hai cạnh tấm liên tiếp (aggreegate interlock) giảm, khả năng làm việc đồng thời của hai tấm tại khe nối giảm. Do vậy, độ võng của tấm lớn. Khi nhiệt độ tăng dần, hiệu ứng này tăng lên, độ võng giảm. Từ ngưỡng 270C, nhiệt độ tăng, mặc dù hiệu ứng tiếp xúc ở trên tăng lên, nhưng độ võng vẫn tăng (với tốc độ chậm hơn so với khi nhiệt độ giảm). Độ võng tại cạnh tấm có xu hướng chịu ảnh hưởng của nhiệt độ nhiều hơn so với độ võng tại giữa tấm. Hình 4.1. Tương quan độ võng tại Hình 4.2. Tương quan độ võng tại cạnh tấm và nhiệt độ bề mặt tấm tâm tấm và Dt Ảnh hưởng của chênh lệch nhiệt độ tới độ võng tại tâm tấm: