PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG
CỦA ĐỘ TIN CẬY R ĐẾN CHIỀU DÀY TẤM BÊ TÔNG XI MĂNG
I)
CÁCH
NGHIÊN CỨU
Ø
Tính
toán bằng các thông số đầu vào thiết kế của đồ án tốt nghiệp sau đó thay đổi độ
tin cậy R từ các giá dưới đây:
|
Độ
tin cậy R (%)
|
Giá
trị ZR
|
|
50
|
0
|
|
60
|
-0.253
|
|
70
|
-0.524
|
|
75
|
-0.674
|
|
80
|
-0.841
|
|
85
|
-1.037
|
|
90
|
-1.282
|
|
91
|
-1.34
|
|
92
|
-1.404
|
|
93
|
-1.476
|
|
94
|
-1.555
|
|
95
|
-1.645
|
|
96
|
-1.751
|
|
97
|
-1.881
|
|
98
|
-2.054
|
|
99
|
-2.327
|
|
99.9
|
-3.09
|
|
99.99
|
-3.75
|
Ø
Tướng
ứng với từng độ tin cậy ta có giá trị 
tính ra chiều
dày tấm bê tông tương ứng
tính ra chiều
dày tấm bê tông tương ứng
Ø
Từ
đố ta vẽ được biểu đồ liên quan giữa độ dày tấm và độ tin R
Ø
Sử
dụng phần mềm tính và vẽ biểu đồ
Ø
Từ
đó đánh giá sự tương quan giữa tính toán tay và máy và rút ra kết luận về sự ảnh
hưởng của độ cậy R đến chiều dày tấm
Ø
Tấm
được tính toán theo thiết kế mặt đường bê tông thông thường có khe nối (không có
cốt
thép chịu lực –JPCP)
SỐ LIỆU ĐẦU VÀO
VÀ PHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN
1. Tổng trục xe tiêu chuẩn dự báo (ESALs), W80 cho cả thời kỳ phục vụ, ở làn xe thiết kế.
2. Độ tin cậy thiết kế, R, phần trăm.
3. Độ lệch tiêu chuẩn toàn phần, S0.
4. Độ tổn thất khả năng phục vụ thiết kế Δ PSI = p1 - p2
5. Trị số k đàn hồi hữu hiệu (đã điều chỉnh theo mùa) của nền đất, kPa/mm (1kPa/mm =
3.704 psi/in)
|
6. Cường độ chịu kéo uốn của bê tông (Modun phá hỏng của bê tông), S’ ,
kPa.
7. Modun đàn hồi của bê tông, Ec, kPa
8. Khoảng cách khe nối, L, mm.
9. Modun lớp móng , Eb, kPa.
10.
Nhân tố ma sát giữa tấm và móng, f.
11. Chiều dày lớp móng, Hb, mm.
12.
Độ chênh lệch nhiệt độ dương của tấm bê tông (độ chênh nhiệt độ mặt trên so với mặt
đáy tâm), TD, 0C.
13.
Điều kiện chống đỡ của mép làn xe.
a) Chiều rộng qui ước thông thường của làn xe là 3.7m (12ft), mép tự do.
b) Chiều rộng qui ước thông thường 3.7m (12 ft) có các thanh liên kết với lề bằng bê tông.
c) Tấm rộng 4.3 m (14 ft), khi làn xe qui ước rộng 3.7 m (12 ft).
PHƯƠNG TRÌNH
TÍNH TOÁN MẶT ĐƯỜNG CỨNG
Các phương trình
tính ở đơn vị SI
Trong đú:
W’ - tổng số trục xe tiêu chuẩn tương đương 80kN, ESALs, ước tính cho làn xe thiết kế, với độ tin cậy là 50%.
W - tổng số trục xe tiêu chuẩn tương đương 80kN, ESALs được tính ra theo phương trình 3.7 ở dưới:
log - logarit cơ số 10
D - chiều dầy tấm bê tông, mm
L1 - tải trọng trục đơn hoặc trục kép, kN.
L2 - mã của trục, 1 khi là trục đơn, 2 khi là trục kép.
p1 - chỉ số khả năng phục vụ ban đầu.
p2 - chỉ số khả năng phuc vụ cuối cùng.
|
(S’ )
- trị số trung bình cường độ chịu kéo uốn, tải trọng đặt ở 1/3 dầm, 28 ngày tuổi, kPa. [đối với thử nghiệm đường của AASHTO đó lấy bằng 4758 kPa]
σt = ứng suất kéo tại chính giữa tấm, kPa ,do tác dụng của tải trọng và nhiệt độ, tính từ
phương
trình 3.11, với các hằng số của thín nghiệm đường của AASHO.
|
σ ’ = ứng suất kéo tại chính giữa tấm, kPa, do tác dụng của tải trọng và nhiệt độ, tính từ
phương
trình 3.11, với các số liệu đầu vào để thiết kế mặt đường mới.
ứng
suất tại giữa tấm được tính bằng công thức dưới đây:
Ec - modun đàn hồi của tấm bê tông, kPa.
[ 28959000 kPa đối với thử nghiệm đường của AASHO ]
Eb -
modun đàn hồi của lớp móng; kPa
[172000 kPa đối với thử nghiệm đường của AASHO]
Hb – chiều dầy của lớp móng, mm.
[15.2 mm đối với thử nghiệm đường của AASHO].
Trong đú:
k - modun đàn hồi phản lực nền hữu hiệu , kPa/mm [29.92 kPa/mm đối với thử nghiệm
đường của AASHO]
μ - hệ số Poisson của bê tông.
[0, 20 đối với thử nghiệm đường của AASHO]
E - hệ số điều chỉnh tuỳ vào sự chống giữ ở mép tấm. [1, 0 đối với thử nghiệm đường của AASHO]
= 1, 0 khi chiều rộng của làn xe bằng chiều rộng quy ước thông thường là 3.66 m
(12
ft).
= 0.94 khi chiều rộng của làn xe bằng chiều rộng qui ước thông thường là 3.66 m
(12
ft) và tấm được liên kết với lề bằng bê tông.
= 0.92 khi mở rộng thêm 0.6m (2ft) cho làn xe có chiều rộng theo qui ước 3.66 m
(12ft)
F - tỉ số giữa ứng suất của tấm khi hệ số ma sát giữa tấm và móng có trị số là f với ứng suất của tấm khi ma sát là hoàn toàn, tính từ phương trình 3.14
F = 1.177 – 2.45706 * 10 -10D Eb -4.5494*10-4 D [3.14]
+ 9.1 * 10 -8 Eb – 0.000315f
Trong đó:
Trong đó f là hệ số ma sát giữa tấm bê tông và móng (xem bảng 3.8)
D- chiều dày tấm
WIND - tốc độ gió trung bình năm, km/h.
TEMP - nhiệt độ trung bình năm, 0C (t0 C= [t0F - 32 ]/1.8) PRECIP - lượng mưa trung bình năm, mm
TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY CỦA TẤM VỚI TỪNG
v
TÍNH
TOÁN BẰNG ĐÚNG DẦN ĐỂ TÍNH RA CHIỀU DÀY
Ø Các số liệu tính
toán:
- Lưu lượng xe
năm thứ 15 là 1650 xe/ng.đ
Xe con Volga : 20%
Xe tải nhẹ
Gaz-51 : 25% (trục trước 18KN, trục
sau 56KN, bánh đôi)
Xe tải vừa
ZIL-150 : 35% (trục trước 25.8KN, trục
sau 69.6KN, bánh đôi)
Xe tải nặng Maz200 : 20% (trục trước 48.2KN, trục sau 100KN,
bánh đôi)
- Hệ số tăng trưởng
lưu lượng xe hàng năm : q = 9%
Vậy lưu lượng xe
năm tứ 20 là:1650*(1+0.09)^5=2539
Như vậy ta tính
ra W80 như sau:
|
Loại
xe
|
Lượng
xe
hiện tại ngày |
Hệ
số tỷ lệ tăng trưởng
|
Lượng
xe
thiết kế |
Nhân
tố ESAL
|
ESAl
thiết kế cho hai Hướng
|
|
xe
con
|
507.8
|
36.79
|
6818916.1
|
0.032
|
218205.3162
|
|
xe
tải chung
|
634.75
|
36.79
|
8523645.2
|
2.19
|
18666782.91
|
|
xe
khác lớn
|
888.65
|
36.79
|
11933103
|
0.552
|
6587072.982
|
|
xe
tải nặng loại 1
|
507.8
|
36.79
|
6818916.1
|
2.61
|
17797371.1
|
|
W80=
|
43269432
|
||||
Như vậy tổng số trục xe tích lũy trên một
làn W80=43269432*
Trong đó 
hệ số dẫn hướng lấy bằng 0.5
hệ số dẫn hướng lấy bằng 0.5
Là
hệ số làn lấy bằng 0.9
Vậy W80(1 làn)= 19471245
Trường
hợp 1 với R=50% thì giá trị 
=0
=0
Tính ra được
W80’=19471245+0*0.39=19471245
Thực hiện quá trình tính lắp ta có kết
quả dưới đây
|
chiều dày tấm D
|
278
|
|
tính
σt'
|
|
|
|
|
|
L(khoảng cách khe ngang)
|
4500
|
|
|
|
|
||
|
TRỤC XE THIẾT KẾ
|
19471244.5
|
|
logW80
|
7.789373711
|
|
Kiểm
tra
|
|
|
S0
|
0.39
|
|
logR
|
7.165352908
|
|
||
|
L1
|
100
|
|
G
|
0.602059991
|
|
|
|
|
L2
|
1
|
|
Y
|
1.03469226
|
|
|
|
|
P1
|
4
|
|
logW
|
7.747226393
|
|
OK
|
|
|
P2
|
2
|
|
l
|
1182.11843
|
|
||
|
µ
|
0.2
|
|
σl
|
1036.546463
|
|
||
|
Ec
|
28270000
|
|
F
|
1.653963175
|
|
||
|
k
|
27
|
|
lgb
|
-1.526761573
|
|
||
|
Eb
|
172250
|
|
TD
|
6.231044284
|
|
|
|
|
Hb
|
152
|
|
σt'
|
1456.804291
|
|
|
|
|
F
|
1.5
|
|
F
|
1.053963175
|
|
|
|
|
WIND
|
8.64
|
|
|
|
|
|
|
|
TEMP
|
23.7
|
|
|
|
|
|
|
|
PRECIP
|
1661
|
|
CHÊNH LỆCH
|
0.002273233
|
|
|
|
|
f hệ số ma sát
|
1.5
|
|
|
|
|
|
|
|
E
|
1
|
|
|
|
|
|
|
|
Sc
|
4827
|
|
|
|
|
|
|
Vậy với R=50%
thì chiều dày tấm là: 278mm
Tương tự ta có
các giá trị
|
độ tin cậy
|
trục xe thiết kế
|
chiều dày
|
|
50
|
19471244.54
|
278
|
|
60
|
23189624.22
|
285
|
|
80
|
27963640.55
|
302
|
|
90
|
34809173.45
|
316
|
|
95
|
47205620.54
|
326
|
Vậy ta có biêu đồ quan hệ như sau:
Biểu đồ quan hệ giữa độ tin cậy và chiều dày:
Nhận xét:
Qua đồ thị ta có thể nhận thấy là
khi độ tin cậy đạt đến 80% thì chiều dày của tấm bắt đầu tăng
nhanh
Từ đó ta nhận ra cần chọn độ tin cậy làm sao cho chiều dày
tấm hợp lý và thay đổi không quá nhiều
PHÂN
TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA TRỊ SỐ ĐÀN HỘI HỮU HIỆU K VỚI CHIỀU DÀY TẤM
CÁCH
XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ K
Các bước xác định trị số k thiết kế.
Trị số đầu vào của k cần thiết cho phương pháp thiết kế này được xác định theo các bước sau
1.
Chọn một trị số k cho mỗi mùa.
2.
Xác định một trị số k hữu hiệu đã được hiệu chỉnh theo mùa.
Cần chú ý
rằng phương pháp luận thiết kế của AASHTO đòi hỏi một trị số k
trung bình, không phải là giá trị thấp nhất đo được. Cũng cần chú ý là không áp dụng việc hiệu chỉnh thêm “tổn thất gối đỡ” cho trị số k.
Bước 1: Chọn một trị số k của nền đất cho mỗi mùa.
Mùa được định nghĩa là một thời kỳ trong một năm (mùa khô, mùa mưa và
các thời kỳ chuyển mùa).
Số lượng mùa và thời gian của mỗi mùa trong năm phụ thuộc vào khí hậu của khu vực xây dựng mặt đường.
Tiêu chuẩn này có trình bày cách chọn một trị số k thích hợp, căn cứ vào các số liệu phân loại đất, mức độ ẩm, tỉ
trọng, trị số CBR hoặc chỉ số xuyên động (DCP). Các phương pháp tương quan này đã được xử lý trước để dùng trong thiết kế.
Trị số k và sự tương quan đối với các loại đất dính (A-4 đến A-7). Khả năng chịu tải của các loại đất dính chịu ảnh hưởng lớn của mức độ bão hoà (Sr, phần trăm) của chúng. Độ
bão hoà là một hàm số của hàm lượng nước (W, phần trăm), dung trọng khô ( γ ,
kg/m3), và
trọng lượng riêng (Gs):
Trị số k và các tương quan đối với các loại đất không có tính dính (A1 và A3).
Khả năng chịu tải của vật liệu không có tính dính ít
nhạy cảm đối với sự thay đổi độ ẩm và phụ thuộc chủ yếu vào độ rỗng và trạng thái ứng suất toàn phần của chúng. Khoảng giá trị k nên dùng cho các loại đất không có tính dính cùng với
các khoảng giá trị của dung trọng khô và trị số CBR của từng loại đất
được tóm tắt trong bảng 3.1.
3.2.1.2.3 Trị số k và các tương quan đối với đất loại A-2. Đất thuộc loại A-2 là tất cả vật liệu hạt nằm giữa A-1 và A-3. Mặc dù khó dự đoán tính chất của các vật liệu có một sự biến đổi tính chất rộng như thế, các số liệu đã có cho thấy là các loại vật liệu A-2 có khả năng chịu tải tương tự như vật liệu không có tính dính có cùng dung trọng. Các khoảng giá trị nên dùng của k đối với các loại đất A-2, cùng với các khoảng giá trị của dung trọng khô và trị số CBR của từng loại đất được tóm tắt trong bảng 3.1
3.2.1.2.4 Tương quan của trị số k với trị số CBR. Hình 3.2 minh hoạ khoảng giá trị gần đúng k có thể gặp của mỗi loại đất cùng với trị số CBR đã cho.
3.2.1.2.5 Tương quan của trị số k với chỉ số xuyên động (DCP). Hình 3.3 minh hoạ khoảng giá trị
k có
thể gặp của
các loại đất (theo phương pháp thí nghiệm ASTMD.6951) cùng với chỉ số xuyên đã cho (mm / cú đập), đo được bằng chùy xuyên động. Đây là một thiết bị thí nghiệm cầm tay có thể dùng để thí nghiệm nhanh rất nhiều vị trí dọc theo một tuyến. Thiết bị chùy xuyên động (DCP) cũng có thể xuyên qua lớp mặt bằng bê
tông nhựa và
lớp
láng mặt để thí nghiệm tầng nền phía dưới.
3.2.1.2.6 Ấn định trị số k theo mùa.
Trong các nhân tố cần kể đến khi chọn lựa giá trị k theo mùa còn có sự thay đổi của mực nước ngầm theo mùa và lượng mưa theo mùa.
Bảng 3.1 Khoảng giá trị k nên dùng đối với các loại đất khác nhau.
|
Cấp đất theo
AASHTO
|
Mô tả
|
Cấp thống
nhất
|
Dung trọng khô (kg/m3)
|
CBR (%)
|
Trị số k
(kPa/mm)
|
|
Đất hạt to
|
|||||
|
A-1-a, cấp phối tốt
|
Sỏi
|
GW, GP
|
2000-2240
|
60-80
|
80-120
|
|
A-1-a, cấp phối xấu
|
1920-2080
|
35-60
|
80-110
|
||
|
A-1-b
|
Cát hạt to
|
SW
|
1760-2080
|
20-40
|
50-110
|
|
A-3
|
Cát hạt nhỏ
|
SP
|
1680-1920
|
15-25
|
40-80
|
|
Đất A - 2
(vật liệu hạt với lượng hạt mịn cao):
|
|||||
|
A-2-4, sỏi
|
Sỏi phù sa
|
GM
|
2080-2330
|
40-80
|
80-135
|
|
A-2-5, sỏi
|
Sỏi pha cát phù sa
|
||||
|
A-2-4, đất cát
|
Cát phù sa
|
SM
|
1920-2160
|
20-40
|
80-110
|
|
A-2-5, đất cát
|
Cát pha sỏi phù sa
|
||||
|
A-2-6, đất sỏi
|
Sỏi pha sét
|
GC
|
1920-2240
|
20-40
|
50-120
|
|
A-2-7, đất sỏi
|
Sỏi pha cát sét
|
||||
|
A-2-6, đất cát
|
Cát pha sét
|
SC
|
1680-2080
|
10-20
|
40-95
|
|
A-2-7, đất cát
|
Cát pha sỏi sét
|
||||
|
Đất hạt mịn
|
|||||
|
A – 4
|
Phù sa
|
ML, OL
|
1440-1680
|
4 – 8
|
7- 45*
|
|
Hỗn hợp phù sa/cát/sỏi
|
1600-2000
|
5 – 15
|
11 - 60*
|
||
|
A – 5
|
Phù sa có cấp phối xấu
|
MH
|
1280-1600
|
4 – 8
|
7 - 50*
|
|
A – 6
|
Sét dẻo
|
CL
|
1600-2000
|
5 – 15
|
7 - 70*
|
|
A-7-5
|
Dẻo vừa
|
CL, OL
|
1140-2000
|
4 – 15
|
7 - 60*
|
|
A - 7 – 6
|
Sét đàn hồi dẻo cao
|
CH, OH
|
1280-1760
|
3 – 5
|
11 - 60*
|
• Trị số k của đất hạt mịn phụ thuộc nhiều vào độ bão hoà, xem hình 3.1.
• Khoảng giá trị k nên dùng này áp dụng cho lớp đất đồng nhất có chiều dầy tối thiểu
là 3m.
• 1lb/ft3 = 16.018 kg/m3; 1psi/in = 0.271 kPa/mm
Bước 2. Xác định trị số k hữu hiệu đã được điều chỉnh theo mùa.
Trị số k hữu hiệu có được bằng cách tổ hợp các trị số k từng mùa vào một trị số đơn “ hữu hiệu”, dùng để thiết kế mặt đường bê tông .
Trị số k hữu hiệu về bản chất là một trị số bình quân gia quyền, cơ sở trên các hư hỏng do mỏi. Giá trị k hữu hiệu gây ra sự hư hỏng do mỏi suốt cả năm bằng sự hư hỏng do sự biến đổi giá trị k theo các mùa trong năm gây ra.
Cách xác định giá trị k hữu hiệu được hiệu chỉnh theo mùa tiến hành theo các bước sau:
1. Chọn các giá trị
ước
tính của chiều dầy tấm D, cường độ chịu kéo uốn của bê tông S′c, modun đàn hồi của bê tông Ec, modun đàn hồi của lớp móng Eb và nhân tố ma sát f (cả hai trị số Eb và f đều phụ thuộc vào loại móng), chiều dầy lớp móng Hb, độ chênh lệch nhiệt độ thiết kế TD (cho mỗi vùng khí hậu đã cho và nó phụ thuộc vào chiều dầy tạm chọn D của tấm), khoảng cách khe nối ngang L, khả năng phục vụ ban đầu p1 và khả năng phục vụ cuối cùng p2. Những giá trị ước tính đã chọn cho các thông số trên chỉ cần gần đúng.
2.
Chọn giá trị k đại diện cho từng mùa riêng biệt của năm.
3. Lần lượt dùng trị số k của từng mùa, tính ra W80, tổng số trục xe Tiêu chuẩn 80kN (ESALs) cho làn xe thiết kế, nhờ sử dụng mô hình tính năng của mặt đường cứng đã được trình bày trong 3.2.2
4. Tính ra độ hư hỏng tương đối của từng mùa, nó là giá trị đảo ngược của trị số W80 đã tính.
5.
Tính tổng các hư hỏng tương đối cho cả năm, sau đó chia cho tổng số tháng để có độ
hư hỏng trung bình năm.
6.
Tính ra W80 tương ứng với độ hư hỏng trung bình, nó là trị số đảo ngược của độ hư
hỏng trung bình.
7. Sử dụng mô hình tính năng của mặt đường cứng để xác định một giá trị đơn của k, giá trị này sẽ cho tính ra một trị số tổng lượng trục xe dự báo W80 khớp với W80 đã tính ra
ở bước 6.
Giá trị k này là trị số k hữu hiệu đã được điều chỉnh theo mùa
Giá
trị k dao động từ 7 đến 120 để kháo sát
ta thay đổi giá trị k lần lượt đế tính ra giá trị chiều dày tấm
Bằng
phương pháp tính lặp ta có kết quả dưới
đây:
|
k
|
chiều
dày(mm)
|
|
7
|
274
|
|
10
|
275
|
|
15
|
276
|
|
20
|
277
|
|
25
|
277
|
|
30
|
278
|
|
35
|
280
|
|
40
|
282
|
|
45
|
283
|
|
50
|
284
|
|
55
|
285
|
|
60
|
286
|
|
65
|
287
|
|
70
|
289
|
|
75
|
290
|
|
80
|
291
|
|
85
|
292
|
|
90
|
293
|
|
95
|
294
|
|
100
|
295
|
|
105
|
296
|
|
110
|
297
|
|
115
|
298
|
|
120
|
299
|
Như vây ta
có biểu đồ quan hệ giữa k và chiều dày tấm như sau:
Qua biểu đồ ta có thể thấy được quan hệ giữa k và chiều dày
tấm là gần như là quan hệ tuyến tính được biểu diễn qua đường thẳng có phương
trình : y=0.226x+272.4 với độ lêch chuẩn 
=0,996
=0,996
Từ đó ta hoàn toàn có thể dự đoán được các giá trị của chiều
dày tấm theo modun đàn hội k
Chú ý: tương quan trên chỉ đúng với số liệu đầu vào như đầu
bài cho
No comments:
Post a Comment