đồ án thiết kế đường ô tô

CÁC TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT Tính toán các chỉ tiêu kĩ thuậtThiết kế phần xe chạy Thiết kế rãnh thoát nướcThiết kế mái taluy Tính toán các chỉ tiêu kĩ thuật Tính toán các chỉ tiêu kĩ thuật Lậ

II Lập sơ đồ khối miêu tả các bước thiết kế hình học tuyến đường.

III.Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật dựng thiết kế hình học.

IV.Thiết kế áo đường (cứng hoặc mềm) với số liệu trên.

Bài làm

I XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG ĐƯỜNG THIẾT KẾ

Khái niệm:

Mạng lưới giao thông thường bao gồm rất nhiều tuyến đường với các tiêu chuẩn

kỹ thuật, quy mô khác nhau Vì thế để dễ dàng cho công tác quản lý và thiết kế thì người ta phân chia các tuyến đường đó vào một số nhóm nào đó gọi là phân cấp hạng đường Những con đường trong cùng một nhóm sẽ có quy mô tiêu chuẩn kỹ thuật tương tự nhau.

Căn cứ vào tiêu chuẩn TKĐ ô tô 4054-2005, để phân cấp hạng đường ta quy đổi các loại xe khác nhau ra xe con tiêu chuẩn.

Bảng 2 - Hệ số quy đổi từ xe các loại ra xe con

Địa hình

Loại xe

Xe đạp Xe máy Xe con

Xe tải có

2 trục và

xe buýt dưới 25 chỗ

Xe tải có

3 trục trở lên và xe buýt lớn

Xe kéo moóc, xe buýt kéo moóc Đồng bằng và

đồi

CHÚ THÍCH

II Việc phân biệt địa hình được dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ

biến của sườn núi, sườn đồi như sau:

Đồng bằng và đồi 30%; núi > 30%

III Đường tách riêng thô sơ thì không quy đổi xe đạp.

Từ bảng trên và theo địa hình đồng bằng ta có lưu lượng xe quy đổi ra xe con tiêu chuẩn như sau

STT Loại xe Lưu lượng xe

ngày/đêm Hệ số quy đổi xcqđ/ngày đêm

Chọn cấp đường ta dựa vào bảng sau:

Bảng 3 − Bảng phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng của đường

và lưu lượng thiết kế

Chức năng của đường

Cao tốc > 25 000 Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729 : 1997.

Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện.

Cấp V > 200 Đường phục vụ giao thông địa phương Đường tỉnh,

đường huyện, đường xó.

Cấp VI < 200 Đường huyện, đường xó.

*) Trị số lưu lượng này chỉ để tham khảo Chọn cấp hạng đường nên căn cứ vào chức năng của đường và theo địa hình.

Tra bảng 3: ta chọn cấp thiết kế đường : Cấp IV đồng bằng

II.LẬP SƠ ĐỒ KHỐI MIÊU TẢ CÔNG VIỆC THIẾT KẾ HÌNH HỌC TUYẾN ĐƯỜNG

THIẾT KẾ HÌNH HỌC TUYẾN ĐƯỜNG

XÁC ĐỊNH QUY MÔ CẤP HẠNG CỦA TUYẾN ĐƯỜNG THIẾT KẾ

Thiết kế lề đường

III CÁC TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT

Tính toán các chỉ tiêu kĩ thuậtThiết kế phần xe chạy

Thiết kế rãnh thoát nướcThiết kế mái taluy

Tính toán các chỉ tiêu kĩ thuật

Tính toán các chỉ tiêu kĩ thuật

Lập bảng cao độ điểm khống chế, điểm

mong muốn tren trắc dọc

Vẽ trắc dọc đường đen, đánh dấu vị trí ĐKC, ĐMM

Kẻ đường đỏ

Vùng đồng bằng, phải bố trí từ 2 làn xe trở lên Do đó chọn đường 2 làn xe.

2.2.Chiều rộng một làn xe,chiều rộng mặt đường xe chạy,chiều rộng nền đường

Sơ đồ tính toán:

Trong đó:

b: Chiều rộng thông xe.

x: khoảng cách từ sườn thông xe đến làn xe bên cạnh.

c: Khoảng cách giữa tim 2 bánh xe.

y: Khoảng cách từ tim bánh xe ngoài đến mép phần xe chạy.

x x

b

Tính cho xe có kích thước lớn nhất và phổ biến trong dòng xe tương lai Tính cho xe moóc thì: b = 2,5 m; c = 1,8 m.

Vậy: B = 2,5 1,8

2 + + 1,6 = 3,8 (m)

Chiều rộng mặt đường xe chạy là: 2B = 2× 3,8 = 7,6 (m)

Chiều rộng nền đường: 7,6 + 2×1 = 9,6 (m)

Mặt khác theo quy trình 4054-05 ta có các kích thước tối thiểu áp dụng đối với vận tốc thiết kế Vtk=60 Km/h và cấp đường IV cho khu vực đồng bằng (bảng 6) như sau:

- Chiều rộng một làn xe : 3.5m

- Chiều rộng mặt đường : 7m

- Chiều rộng nền đường : 9m

- Chiều rộng lề đường và lề gia cố : 1.0 m (gia cố 0.5 m)

Dựa vào tính toán và quy trình thiết kế ⇒ Ta chọn như sau:

2.3.Độ dốc ngang mặt đường, lề đường

- Độ dốc ngang mặt đường và lề gia cố : 2%

- Độ dốc ngang phần lề không gia cố : 6%

3 TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KĨ THUẬT THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ

3.1 Tầm nhìn

3.1.1 Chiều dài tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định :

Tính độ dài đoạn để xe kịp dừng trước chướng ngại vật cố định.

Sơ đồ tính toán :

S1 = lpư + Sh + l0 Tính chiều dài tầm nhìn tính theo V ( Km/h ) ta có :

S1 =

6 , 3

V +

2 max

kV i

φ− + lo Trong đú :

lpư : Chiều dài đoạn phản ứng tâm lý, lpư =

6 , 3

V (m).

Sh : Chiều dài hãm xe, Sh =

2 max

kV i

k : Hệ số sử dụng phanh k = 1,2 đối với xe con.

ϕ : Hệ số bám dọc trên đường ϕ = 0,5

imax= 6%

Thay số vào ta được S1 = 60.32 (m).

Theo TCVN 4054-05,tầm nhìn tối thiểu khi chạy xe trên đường (bảng 10):

φφ

Theo TCVN 4054-05, chiều dài tầm nhìn vượt xe (bảng 10): S4 = 350m

V i

µ+Trong đó:

 Vậy kiến nghị chọn Rscmin = 150 m

3.2.2 Khi bố trí siêu cao thông thường :

R =

)(

V= 60 Km/h

µ = 0.15 ( xét cho trường hợp bất lợi nhất )

isc : Độ dốc siêu cao, lấy theo bán kính đường cong nằm và tốc độ thiết kế theo Bảng 13, isc = in -> iscmax

Trong đó: in là độ dốc ngang mặt đường = 2%

 Tra bảng => isc = 4%

 R = 60x60/127x(0.15+ 0.04) = 149.19 m Theo quy trình ( bảng 11 ) : R= 250 m => Chọn R = 250 m.

3.2.3 Khi không bố trí siêu cao:

Khi đó : R ksc =

2127( n)

V i

µ − = 60x60/127x(0.15 - 0.02) =218 (m)

Theo quy phạm bán kính đường cong nằm không cần làm siêu cao là

Rksc ≥ 1500 (m) Vậy kiến nghị chọn Rkscmin = 1500 m

Như vậy khi thiết kế tuyến đường ta có thể lấy bán kính lân cận Rmintt ,trường hợp khó khăn có thể lấy bán kính Rmin7% ,nếu chọn R ≥ 1500 m có thể không bố trí siêu cao.

3.2.4 Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn đêm:

R=30S1αTrong đó:

S1 : tầm nhìn tính toán, xác định theo sơ đồ I, S1 = 75 m.

α : góc rọi ra hai phía của đèn pha ô tô, α = 2o

Khi xe chạy trên đường cong, trục sau cố định luôn luôn hướng tâm, còn bánh trước hợp với trục xe 1 góc nên xe yêu cầu một chiều rộng lớn hơn trên đường thẳng Chỉ những đường cong có bán kính ≤ 250m mới phải bố trí đoạn nối

Vậy độ mở rộng của phần xe chạy có 2 làn xe gồm có e1 và e2

×+ = 0.71 (m).

- Theo TCVN 4054 - 2005 thì Rmin = 125 ÷ 150 m => ứng với xe tải, ta có:

E = 0.9 m.

Vậy ta chọn E = 0.9 m.

⇒ chiều rộng mặt đường trong đường cong: B = 7 + 0.9 = 7.9 (m).

Đoạn nối mở rộng làm trùng với đoạn nối siêu cao hoặc đường cong chuyển tiếp Khi không có hai yếu tố này, đoạn nối mở rộng được cấu tạo.

- Một nửa nằm trên đường thẳng và một nửa nằm trên đường cong trên đoạn nối, mở rộng đều (tuyến tính) Mở rộng 1 m trên chiều dài tối thiểu 10 m.

Trên đoạn nối, mở rộng đều ( tuyến tính ) Mở rộng 1m trên chiều dài tối thiểu 10m

3.4 XÁC ĐỊNH SIÊU CAO VÀ ĐOẠN NỐI SIÊU CAO

- 3.4.1 Siêu cao :

Siêu cao là cấu tạo đặc biệt trong các đoạn đường cong có bán kính nhỏ, mặt đường có độ dốc ngang một mái, nghiêng về phía bụng đường cong bằng cách nâng cao thêm phía lưng đường cong để đảm bảo xe chạy an toàn, êm thuận

Độ dốc siêu cao lớn nhất theo quy trình là 7 % và nhỏ nhất tuỳ thuộc vào độ dốc mặt đường nhưng không nhỏ hơn độ dốc ngang mặt đường (bằng 2%)

3.4 2 Đoạn nối siêu cao:

Đoạn nối siêu cao được thực hiện với mục đích chuyển hoá một cách hài hoà

từ trắc ngang thông thường hai mái với độ dốc tối thiểu để thoát nước sang trắc ngang đặc biệt có siêu cao Sự chuyển hoá sẽ tạo ra một độ dốc dọc phụ ip

Theo TCVN 4054 -05, chiều dài đoạn nối siêu cao được lấy ( bảng 14 ) :

với i sc =7% và R=125÷150 => Lnsc = 70 m.

Đoạn nối siêu cao được bố trí như sau:

- Trùng hoàn toàn với đường cong chuyển tiếp đối với những đường cong

có bố trí đường cong chuyển tiếp.

- Trùng với đoạn nối mở rộng đối với đường cong có bố trí mở rộng.

- Một nửa ở ngoài đường thẳng và một nửa ở trong đường cong khi không

có đường cong chuyển tiếp.

3.5 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG CONG CHUYỂN TIẾP

Để đảm bảo tuyến phù hợp với quỹ đạo xe chạy và để đảm bảo điều kiện xe chạy không bị thay đổi đột ngột ở hai đoạn đầu đường cong, người ta bố trí đường cong chuyển tiếp

Để đơn giản cho cấu tạo đường cong chuyển tiếp thường được bố trớ trùng với đoạn nối siêu cao và đoạn nối mở rộng phần xe chạy Chiều dài đường cong chuyểt tiếp Lct được tính bằng công thức :

I : độ tăng của gia tốc li tâm, theo quy trình VN thì I = 0,5 (m / s3).

- Trường hợp bố trí siêu cao lớn nhất, R = 150 m thì Lct = 603

47 150 0,5 × × = 61.28

(m)

- Nếu không bố trí siêu cao, R = 1500 m thì : Lct =

360

6,13 ( )m

- Khi bố trí siêu cao thông thường, R = 250 m, thì:

Gọi: Z 0 là khoảng cách từ quỹ đạo ô tô đến chướng ngại vật

Z là khoảng cách từ quỹ đạo ô tô đến giới hạn tầm nhìn

Nếu: Z ≤ Z0 thì tầm nhìn được đảm bảo

180 753,14.150

R : Bán kính đường cong tính cho trường hợp : R min = 150 m

Vậy để đảm bảo tầm nhìn của người lái xe khi vào đường cong phải có: Z =

Xác định độ dốc dọc theo sức kéo của xe

Độ dốc dọc lớn nhất của tuyến đường được tính toán căn cứ vào khả năng vượt dốc của các loại xe Hay nói cách khác nó phụ thuộc vào nhân tố động lực học của ô tô và được xác định bằng công thức sau :

imax = D - f Trong đó:

+ D: đặc tính động lực của xe, được xác định từ biều đồ nhân tố

động lực học của xe (trường hợp này lấy giá trị theo xe Volga ứng với tốc độ 60km/h, ở chuyển số 3 => D = 0,111)

+ f : hệ số cản lăn, với vận tốc thiết kế là 60km/h và chọn mặt đường nhựa

bê tông, Khi tốc độ xe chạy lớn hơn 50 km/h thì hệ số sức cản lăn phụ thuộc vào tốc độ:

f = f0 [1 + 0,01(V-50)]

Với f0=(0,01 ÷ 0,02) => chọn f0 = 0,02

 f = 0,02 [1 + 0,01(V-50)]

 f = 0,02[1 + 0,01(60-50)] = 0,022

Tra biểu đồ nhân tố động lực của từng loại xe ứng với vận tốc V=60 km/h và

thay vào công thức tính imax, ta có:

imax = 0.111 – 0.022 = 0.089

=> Độ dốc dọc tối đa cho phép của tuyến theo sức kéo là 8,9%

Xác định độ dốc dọc theo điều kiện lực bám

Để xe chuyển động được an toàn thì giữa bánh xe và mặt đường phải có lực bám, đây chính là lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường, nó là điều kiện quan

trọng thể hiện được lực kéo, khi hãm xe thì chính nó lại trở thành lực hãm để xe có

thể dừng lại được.Vì vậy điều kiện để xe chuyển động được an toàn là sức kéo phải

nhỏ hơn hoặc bằng sức bám giữa lốp xe và mặt đường Tức độ dốc lớn nhất phải nhỏ hơn độ dốc tính theo lực bám ib.

F: diện tích cản gió của ô tô, lấy F = 0,8.B.H (m2)

B: là bề rộng xe (m)

H: là chiều cao xe (m)

ϕ = 0,3; K = 0,03; G = 3600Kg ; Gk = 1800Kg ; B = 1,8m; H = 2m

i b =

20,03 0,8 1,8 2 600,3 1800

XI XÁC ĐỊNH TRỊ SỐ TỐI THIỂU BÁN KÍNH ĐƯỜNG CONG ĐỨNG LỒI

VÀ LÕM:

1 Tính bán kính đường cong nối dốc lồi tối thiểu :

Tính cho trường hợp bất lợi nhất là tầm nhìn một chiều: S1 = 75 m.

Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi được tính :

Rmin = ( )2

2 1

2 1

S

+ Với : d1 = 1,2 m : Chiều cao mắt người lái xe so với mặt đường.

d2 : Chiều cao của chướng ngại vật so với mặt đường.

- Trường hợp vật 2 là cố định trên mặt đường và có chiều cao rất nhỏ:

22

m

R

d d

=

- Trường hợp vật 2 là xe cùng loại với xe 1 : d d1= =2 1,2 m

Rmin = ( )2

2 1

2 1

⇒ Chọn bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi: Rmin = 2500 m.

2 Tính bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm :

*Theo điều kiện hạn chế tác dụng của lực li tâm

- Khi xe chạy vào đường cong đứng lõm thường tâm lý người lái xe là muốn cho xe chạy nhanh để lên dốc Do đó thường phát sinh vấn đề vượt tải do lực li tâm Theo điều kiện không quá tải đối với nhíp xe và không khó chịu đối với hành khách, bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm là : Rmin =

5,6

2

V

Với vận tốc tính toán V= 60 km/h ⇒ Rmin =60x60/6,5 ≈ 554 (m).

* Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đầu

Ta có:

1

2 1

Trong đó: hd : Chiều cao đèn pha, lấy h = 0,75 m.

α : Góc chiếu sáng của đèn pha xe, thông thường lấy bằng 2oS1 : Chiều dài tầm nhìn 1 chiều, S1 = 75 m.

⇒

1

2 1 min

60R

⇒ Chọn bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm : Rmin = 1000 (m).

XII CHIỀU DÀI NỐI TIẾP HAI ĐƯỜNG CONG

Trong thực tế, do địa hình phức tạp (đặc biệt là vùng núi) người ta cần phải bố trí hai hay nhiều đường cong liên tiếp gần nhau Để tránh trường hợp xe chịu tác dụng của lực ngang liên tục thay đổi, chúng ta cần phải bố trí đoạn nối tiếp giữa hai đường cong gọi là đoạn chêm.

Chiều dài tối thiểu của đoạn chêm giữa hai đường cong nằm là:

m: Chiều dài đoạn chêm (m)

Tuỳ theo từng đường cong mà chiều dài đoạn chêm giữa m khác nhau.

1 Hai đường cong cùng chiều

a Trường hợp 1: Khi hai đường cong không có siêu cao có thể nối trực tiếp với

nhau.

b Trường hợp 2: Khi hai đường cong cùng chiều có siêu cao khác nhau thì để nối

tiếp với nhau thì đoạn chêm phải đủ chiều dài để bố trí hai nửa đoạn nối siêu cao:

a Trường hợp 1: Khi hai đường cong ngược chiều đều không có siêu cao thì

có thể nối trực tiếp với nhau.

b Trường hợp 2: Khi hai đường cong ngược chiều có bố trí siêu cao thì cần cú đoạn chêm m:

2

vn vn

L +L

XIII KẾT LUẬN TỔNG HỢP CÁC CHỈ TIÊU

Qua tính toán các yếu tố kỹ thuật của tuyến và so sánh với quy phạm tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam 4054-05 của Bộ Giao Thông Vận Tải Đồng thời căn cứ vào tình hình thực tế của tuyến đường, tính kỹ thuật và kinh tế, kiến nghị sử dụng các chỉ tiêu cơ bản của tuyến được lập vào bảng sau:

vị

Trị số

Kiến nghị Tính toán Quy phạm

61,28 36,77 6,13

61,28 36,77 6,13

13

Bán kính đường cong đứng

- Nối dốc lồi tối thiểu

- Nối dốc lõm tối thiểu

m m

2343,75 874,24

2500 1000

2500 1000

CHƯƠNG IV:

THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG THEO TIÊU CHUẨN 22TCN 211-2006

1.CÁC YÊU CẦU VÀ NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN

1.1 Các nội dung tính toán:

Theo yêu cầu về cường độ kết cấu áo đường , nội dung tính toán chính là tính toánkiểm tra 3 tiêu chuẩn cường độ dưới đây:

• Kiểm toán ứng suất cắt ở trong nền đất và các lớp vật liệu chịu cắttrượt kém so với trị số giới hạn cho phép để đảm bảo trong chỳngkhông xảy ra biến dạng dẻo (hoặc hạn chế sự phát sinh biến dạngdẻo)

• Kiểm toán ứng suất kéo uốn phát sinh ở đáy các lớp vật liệu liềnkhối nhằm hạn chế sự phát sinh nứt dẫn đến phá hoại các lớp đó

• Kiểm toán độ võng đàn hồi thông qua khả năng chống biến dạngbiểu thị bằng trị số mô đun đàn hồi Ech của cả kết cấu nền áo đường

so với trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc Tiêu chuẩn này nhằm đảmbảo hạn chế được sự phát triển của hiện tượng mỏi trong vật liệu cáclớp kết cấu dưới tác dụng trùng phục của xe cộ, do đó bảo đảm duytrì được khả năng phục vụ của cả kết cấu đến hết thời hạn thiết kế

1.2 Các thông số tính toán cường độ và bề dày áo đường :

Cần phải xác định được các thông số tính toán dưới đây tương ứng với thời kỳ bất lợinhất về chế độ thuỷ nhiệt (tức là thời kỳ nền đất và cường độ vật liệu của các lớp áođường yếu nhất):

• Tải trọng trục tính toán và số trục xe tính toán

• Trị số tính toán của mô đun đàn hồi E0, lực dính C và góc nội ma sát

ϕ tương đương với độ ẩm tính toán bất lợi nhất của nền đất Độ ẩm tính toán bất lợi nhấtđược xác định tuỳ theo loại hình gây ẩm của kết cấu nền áo đường

• Trị số tính toán của mô đun đàn hồi E, lực dính C và góc nội ma sát

ϕ của các loại vật liệu làm áo đường; cường độ chịu kéo uốn của lớp vật liệu

Xét đến các điều kiện nhiệt ẩm, mựa hố là thời kỳ bất lợi vỡ mưa nhiều và nhiệt độtầng mặt cao Do vậy khi tính toán cường độ theo tiờu chuẩn độ lún đàn hồi, chỉ tiêu của

bê tông nhựa và các loại hỗn hợp đá nhựa được lấy tương ứng với nhiệt độ tính toán là

300C Tuy nhiên, tính toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn thì tình trạng bất lợi nhất đối với

bê tông nhựa và hỗn hợp đá dăm nhựa lại là mùa lạnh (lúc đó các vật liệu này có độ cứng

lớn), do vậy lúc này lại phải lấy trị số mô đun đàn hồi tính toán của chúng tương đươngvới nhiệt độ 10 – 150C Khi tính toán theo điều kiện cân bằng trượt thì nhiệt độ tính toáncủa bê tông nhựa và các loại hỗn hợp đá nhựa nằm phía dưới vẫn lấy bằng 300C, riêngvới lớp nằm trên cùng lấy bằng 600C.

2 TẢI TRỌNG TRỤC TÍNH TOÁN VÀ CÁCH QUY ĐỔI SỐ TRỤC XE

KHÁC VỀ SỐ TẢI TRỌNG TRỤC TÍNH TOÁN

2.1Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn:

Khi tính toán cường độ của kết cấu nền áo đường theo 3 tiêu chuẩn nêu ở trên , tảitrọng trục tính toán tiêu chuẩn được quy định là trục đơn của ô tô có trọng lượng 100 kNđối với tất cả các loại áo đường mềm trên đường cao tốc, trên đường ô tô các cấp thuộcmạng lưới chung và cả trên các đường đô thị từ cấp khu vực trở xuống Riêng đối với kếtcấu áo đường trên các đường trục chính đô thị và một số đường cao tốc hoặc đường ô tôthuộc mạng lưới chung thì tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn được quy định là trục đơntrọng lượng 120 kN Các tải trọng tính toán này được tiêu chuẩn hoá như ở bảng sau:

Các đặc trưng của tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn ( Bảng 3-1, TCN 211-06 )

Tải trọng trục tính toán

tiêu chuẩn, P (kN)

Áp lực tính toán lớp mặt đường, p (Mpa)

Việc quy đổi phải được thực hiện đối với từng cụm trục trước và cụm trụcsau của mỗi loại xe khi nó chở đầy hàng với các quy định sau:

-Cụm trục có thể gồm m trục có trọng lượng mỗi trục như nhau với các cụmbánh đơn hoặc cụm bánh đôi (m =1, 2, 3 );

-Chỉ cần xét đến (tức là chỉ cần quy đổi) các trục có trọng lượng trục từ 25

kN trở lên;

-Bất kể loại xe gỡ khi khoảng cách giữa các trục ≥ 3,0m thì việc quy đổi