ảnh hưởng lớp móng đến mặt đường cứng dưới tác dụng của tải trọng động ths.. ncs l∙ văn chăm Bộ môn Đường bộ - ĐH GTVT Tóm tắt: ảnh hưởng của lớp móng đến điều kiện chịu lực của tấm bê t
Trang 1ảnh hưởng lớp móng đến mặt đường cứng
dưới tác dụng của tải trọng động
ths ncs l∙ văn chăm
Bộ môn Đường bộ - ĐH GTVT Tóm tắt: ảnh hưởng của lớp móng đến điều kiện chịu lực của tấm bê tông xi măng mặt
đường dưới tác dụng của tải trọng tĩnh đã được nhiều tác giả nghiên cứu vμ mô tả trong các quy trình tính toán Bμi viết nμy tác giả phân tích độ võng của tấm dưới tác dụng của tải trọng động trong bμi toán tấm bê tông trên nền nhiều lớp đμn hồi
Summary: The influence of base on Rigid pavement bearing conditions due to static load
was researched by many scientist and describe in some specifications In this article, the author analyses the deformation of pavement slab due to dinamic load in problem of Rigid Pavement on elasis ground
Đặt vấn đề
Việc tính toán mặt đường bê tông xi măng (mặt đường cứng) từ trước tới nay chúng ta vẫn
đang giải dựa trên lời giải của bài toán hai lớp “tấm trên nền đàn hồi”
Mặt đường bê tông hiện đại thường đặt trên lớp móng cứng, hiện tại có nhiều quan điểm và phương pháp tính toán lớp móng này Để xác định chiều dày lớp móng cho mặt đường bê tông (bài toán ba lớp trở lên) mỗi quy trình cho phương pháp giải quyết gần đúng khác nhau ([2], [4])
Có khá nhiều phương pháp giải số như Sap2000, ALIZE5, hoặc của Trung quốc nhưng phần nhiều cho kết quả bài toán dưới tác dụng của tải trọng tĩnh
Thực tế mặt đường nói chung chịu nhiều loại tải trọng khác nhau: xe chạy, sự thay đổi nhiệt
độ việc xem xét điều kiện chịu lực của kết cấu mặt đường dưới tác dụng của tải trọng động (xe chạy có tốc độ, tải trọng điều hoà ) là rất cần thiết
Trên cơ sở phần mềm của tác giả tự lập để giải bài toán ba lớp dưới tác dụng của nhiều loại tải trọng khác nhau, trong khuôn khổ của bài viết này tác giả xét ảnh hưởng của móng dưới tác dụng của tải trọng động là tải trọng xe chạy
Các bμi toán đưa vμo tính toán:
Bài toán ba lớp cho mặt đường cứng dưới tác dụng của tải trọng trục tiêu chuẩn (10 T) được tính toán theo sơ đồ như hình1
Thông số đầu vμo:
+ Tải trọng tác dụng:
Trường hợp 1: Tải trọng là một vệt bánh 5 T (tương đương đường kính vệt bánh D = 33 cm,
áp lực p = 6,0 kG/cm2 – một nửa trục tiêu chuẩn) chạy dọc tim tấm với tốc độ 833 cm/s
Trang 2Trường hợp 2: Tải trọng như trên nhưng chạy dọc cạnh tấm (hình 1)
+ Giữ nguyên chiều dày lớp bê tông 24 cm và mô đun đàn hồi của tấm là 330 000 kG/cm2
+ Chiều dày lớp móng thay đổi hm = 15,20 cm
+ Mô đun đàn hồi của móng lần lượt mang các giá trị:
Em = 500; 50000; 100000; 150000; 200000, 250000, 330000, 400000 kG/cm2; + Nền đất: đặc trưng bằng hệ số nền của Winkler Cw = 5 kG/cm3;
+ Hệ số Poisson của bê tông: μ1 = 0,15, μ2 = 0,20
+ Điều kiện tiếp xúc lớp trên và lớp móng là chập chuyển vị
+ Điều kiện biên tấm hoàn toàn tự do
Hướng tải trọng 1
Hướng tải trọng 2
Điểm ghi chuyển vị
Hình 1 Sơ đồ tính toán vμ đặt tải trên mặt bằng tấm
Cw
E1, μ1, h1
E2, μ2, h2
p = 6 kG/cm2
Chương trình tính toán được lập bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0 giải bằng phương pháp sai phân hữu hạn, kết quả chương trình trong trường hợp tải trọng tĩnh đã được so sánh với một số chương trình hiện có của các nước như ALIZE 5, Sap 2000, độ tin cậy chấp nhận được
Trang 3Kết quả tính toán
1) Sơ đồ đặt tải 1: (hướng tải trọng 1)
Tải trọng đưa vào tính toán theo tải trọng trục tiêu chuẩn (QT 22TCN 223-95) Vận tốc đưa vào tính toán là 833cm/s (tương ứng với trường hợp xe chạy tốc độ 30km/h)
Chuyển vị lớn nhất ghi được tại các vị trí giữa tấm và giữa cạnh ngắn tấm cho 16 bài toán với các thông số về chiều dày và mô đun đàn hồi của móng khác nhau như bảng 1
Bảng 1
Chuyển vị (%mm)
E2/E1
0,0015 120,83 117,29 67,48 69,00 0,15 90,74 72,88 65,15 51,62 0,30 87,00 67,01 63,64 47,39 0,45 83,60 62,04 62,35 49,80 0,61 80,46 57,70 55,61 48,43 0,76 77,52 53,88 53,84 46,75 1,00 73,2 48,65 51,78 40,78 1,21 69,76 44,66 52,99 38,28
Tải trọng tác dụng dọc cạnh biên tấm (hướng tải trọng 1)
Để tìm hệ số xét chuyển vị khi tải trọng tác dụng ở giữa, góc tấm và cạnh dài tấm, xét thêm bài toán dưới tác dụng của vệt tải trọng 2
Cùng bài toán điều kiện về nền và móng, chuyển vị ghi được trong hai trường hợp tải trọng
1 và 2 (bảng2)
Bảng 2
Vị trí
Tải trọng 1
- Giữa cạnh ngắn
- Giữa tấm
120,83 67,48
117,29 69,00
1,79 1,00
1,70 1,00 Tải trọng 2
- Góc tấm
- Giữa cạnh dài
159,48 91,88
150,85 88,90
2,36 1,36
2,19 1,29
Phân tích kết quả vμ nhận xét
- Kết quả ghi trên bảng là kết quả chuyển vị lớn nhất tại các điểm đo khi tải trọng chạy hết tấm
- Chuyển vị lớn nhất khi tải trọng chạy dọc cạnh tấm lớn hơn trường hợp tải trọng chạy dọc tim tấm
Trang 4- Chuyển vị khi tải trọng chạy qua góc tấm (trường hợp nguy hiểm nhất), có trị số lớn gấp
2,19 - 2,36 lần trường hợp tải trọng đặt giữa tấm
- Chuyển vị khi tải trọng chạy qua giữa cạnh ngắn (trường hợp nguy hiểm thứ nhì), có trị số
lớn gấp 1,70 - 1,79 lần trường hợp tải trọng đặt giữa tấm
- Chuyển vị của tấm tại giữa cạnh dài (trường hợp nguy hiểm thứ ba), có trị số lớn gấp 1,29 -1,36 lần trường hợp tải trọng đặt giữa tấm
- Khi mô đun đàn hồi của móng nhỏ ảnh hưởng của cường độ lớp móng đến chuyển vị tấm
khá rõ, Khi Em > 150000 daN/cm2 ảnh hưởng của cường độ lớp móng đến chuyển vị ít hơn
(hình 2)
0 20 40 60 80 100 120 140
E2/E1
Cạnh ngắn Giữa tấm
Hình 2 Chuyển vị lớn nhất trên mặt tấm tại vị trí giữa vμ cạnh ngắn tấm
Kết luận
Nhờ kết quả của bài toán này có thể xác định chuyển vị tại ba vi trí nguy hiểm của tấm là
góc, cạnh ngắn và cạnh dài tấm
Kết quả của bài toán động đã mô tả gần với điều kiện chạy xe thực trên đường, trường hợp
vệt bánh xe chạy sát cạnh biên tấm là trường hợp nguy hiểm nhất, với kết quả bằng số về
chuyển vị lớn nhất ghi được trong cùng một bài toán về kết cấu nền móng
Hệ số tính toán về chuyển vị đã nêu trên giúp chúng ta đánh giá tổng quan điều kiện làm
việc của của kết cấu dưới tác dụng tải trọng động
Quan hệ giữa chuyển vị với mô đun đàn hồi móng theo quy luật chung, mô đun đàn hồi của
móng càng lớn (tỷ số E2/E1) càng lớn chuyển vị tấm càng nhỏ, sức chịu tải mặt đường nói chung
lớn
Với kết quả của bài toán động giúp chúng ta hình dung tốt hơn điều kiện làm việc thực của
tấm so với bài toán tĩnh, có thể dưới tác dụng của tải trọng xe chạy dọc trục tấm, có thể tải trọng
kiểu búa rơi một phương thức đánh giá các thông số mặt đường có hiệu quả khá phổ biến
Trang 5Chúng tôi thấy kết quả trên khá phù hợp với kết quả theo phần tử hữu hạn của Trung quốc cho trường hợp tải tĩnh [5]
Tuy nhiên trong khuôn khổ bài viết này tác giả mới đưa các số liệu về bài toán ba lớp, điều kiện biên của tấm là tự do, chưa có kết luận trong trường hợp các tấm có liên kết là thanh truyền lực và dưới tác dụng của một số loại tải trọng khác như quả rơi hoặc tải trọng điều hoà
Tài liệu tham khảo
[1] X P Timôsenkô, X Vôinôpki Krige Tấm và vỏ - NXB KHKT, 1971
[2] Quy trình thiết kế áo đường cứng 22 TCN 223-95 Bộ GTVT, 1995
[3] Nguyễn Văn Vượng Lý thuyết đàn hồi ứng dụng, NXB Giáo dục,1999
[4] Nguyễn Quang Chiêu Mặt đường bê tông xi măng - NXB xây dựng 1985
[5] Lục Đỉnh Trung, Trình Gia Câu Công trình nền mặt đường - Đại học Đồng Tế, Thượng Hải, Trung Quốc
1991, Bản dịch của PGS Nguyễn Quang Chiêu, GS Dương Học Hải, NXB Giao thông vận tải, 1995Ă
