Tài liệu THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU CầU ĐƯỜNG - chương 13 pptx

Các hiện tựơng phá hoại áo đừơng mềm ở trạng thái giới hạn dứơi tác dụng của tải trọng xe chạy - Ngay dưới mặt tiếp xỳc của bỏnh xe , mặt đường sẽ bị lỳn ứng suất nộn - Xung quanh chỗ

d d D

Hình 13-1: Vệt tiếp xúc của bánh

xe với mặt đường

CHƯƠNG 13 : TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM

13.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY TÁC DỤNG LÊN MẶT ĐƯỜNG

VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN CƠ CẤU LÀM VIỆC CỦA KCAĐ

1.1 Đặc điểm của tải trọng xe chạy tác dụng lên mặt đường

 Độ lớn của tải trọng tác dụng lên mặt đường phụ thuộc vào hai yếu tố:

+ Độ lớn của tải trọng trục Q (T)

Các xe tải thường có trọng lượng trục sau chiếm 3/4 trọng lượng của toàn bộ xe Do đó độ lớn của tải trọng phụ thuộc vào trọng lượng của trục sau ôtô

+ Diện tích vệt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường (cm2) phụ thuộc vào kích thước và độ cứng của lốp xe (áp lực hơi)

Diện tiếp xúc của bánh xe với mặt đường được xác định như sau:

Ap lực truyền xuống mặt đường (kG/cm2)

p = α.p0 (13-1)

Trong đó:

α: Hệ số kể đến độ cứng của lốp

α=0,9÷1,3 khi tính toán lấy α=1,1

P0: Ap lực hơi trong xăm

Như vậy D có thể tính:

.

F 4 D

π

=

ta có : p = FP

p

P 4

π

P: 1/2 tải trọng trục sau của xe

D : Đường kính của vệt bánh xe tương đương

p : áp lực của bánh xe tác dụng lên mặt đường

Theo 22TCN 211-06 tải trọng tính toán tiêu chuẩn như sau :

trục (daN)

Ap lực tính toán lên mặt đường ( daN/cm 2 )

Đường kính vệt bánh xe (cm)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐN - - BỘ MÔN ĐƯỜNG – KHOA XDCĐ

+Đương ô tô thuộc mạng lưới chung, đường

cao tốc, đường đô thị cấp khu vực trở xuống 10000 6 33

+Trục chính đô thị, một số đường cao tốc,

= > Đặc điểm tải trọng xe tâc dụng lín mặt đường :

- Tải trọng động

- Tải trọng trùng phục  hiện tượng mỏi

- Tải trọng tâc dụng đột ngột vă tức thời

1.2 Anh hưởng của tải trọng đến cơ chế lăm việc của KCAĐ

Biến dạng của KCAĐ vă nền đường phụ thuộc:

- Thời gian tâc dụng của tải trọng

 Biến dạng tỷ lệ thuận với thời gian tâc dụng : nếu cùng tải trọng tâc dụng như nhau thì thời gian tâc dụng câc lđu sinh ra biến dạng căng lớn

- Tải trọng tâc dụng P

 Biến dạng tỷ lệ thuận với tải trọng : nếu cùng thời gian tâc dụng như nhau thì tải trọng tâc dụng câc lớn sinh ra biến dạng căng lớn

- Tốc độ gia tải

 Biến dạng tỷ lệ nghịch với tốc độ gia tải : tốc độ gia tải căng chậm thì biến dạng do nó gđy ra căng lớn

12.2 CÁC HIỆN TƯỢNG PHÁ HOẠI KCAĐ MỀM, NGUYấN Lí TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG MỀM

2.1 Cỏc hiện tượng phỏ hoại KCAĐ mềm

l

D

D o

Nén Kéo

Cắt

Kéo Lún

Trồi

á p lực truyền lên đất (đất bị nén)

Hình 13-2 Các hiện tựơng phá hoại áo đừơng mềm ở trạng thái

giới hạn dứơi tác dụng của tải trọng xe chạy

- Ngay dưới mặt tiếp xỳc của bỏnh xe , mặt đường sẽ bị lỳn (ứng suất nộn)

- Xung quanh chỗ tiếp xỳc sẽ phỏt sinh trượt dẻo (ứng suất cắt)

- Trờn mặt đường xuất hiện cỏc đường nứt hướng tõm bao trũn, xa hơn 1 chỳt vật liệu bị đẩy trồi, mặt đường cú thể bị góy vỡ và phần đỏy của ỏo đường bị nứt (ứng suất kộo)

2.2 Nguyờn lý tớnh toỏn kết cấu ỏo đường mềm.

2.2.1 Tớnh toỏn theo độ vừng đàn hồi:

Độ vừng đàn hồi của cả KCAĐ dưới tỏc dụng của tải trọng xe gõy ra khụng được vượt qua

độ vừng đàn hồi cho phộp

õv cd

K lđh ≤ lgh (13-3)

lđh : độ vừng đàn hồi của cả KCAĐ dưới tỏc dụng của tải trọng xe gõy ra (cm)

lgh : độ vừng đàn hồi cho phộp xuất hiện trong KCAĐ (cm)

õv

cd

K : Hệ số cường độ về độ vừng, phụ thuộc vào độ tin cậy thiết kế ( lấy theo bảng 3-2 và bảng 3-3 của 22 TCN 211-06)

(12-3)  Ech ≥ õv

cd

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐN - - BỘ MÔN ĐƯỜNG – KHOA XDCĐ

Eyc : môđuyn đăn hồi yíu cầu của KCAĐ [daN/cm2]

Eyc =

gh

l

D

p .( 1 − µ 2 )

(13-5)

Trong đó : p : âp lực của bânh xe tâc dụng lín mặt đường

D : đường kính vệt bânh xe tương đương

Lgh : độ võng giới hạn cho phĩp

µ : hhệ số poisson

Ech : môđuyn đăn hồi chung của cả kết cấu [daN/cm2]

2.2.2 Tính toân theo ứng suất cắt :

Ứng suất cắt tại mọi điểm trong KCAĐ vă trong nền đất do tải trọng xe chạy vă trọng lượng bản thđn của câc lớp vật liệu gđy ra không được quâ ứng suất cắt giới hạn trong nền đất vă trong câc lớp vật liệu KCAD

tr

cd

K (τax + τav ) ≤ Ctt (13-6)

τax : ứng suất cắt hoạt động lớn nhất xuất hiện trong nền đất hoặc trong câc lớp vật liệu kĩm dính do tải trọng xe chạy gđy ra (daN/cm2)

τav : suất cắt hoạt động xuất hiện trong nền đất hoặc trong câc lớp vật liệu kĩm dính do trọng lượng bản thđn của câc lớp vật liệu ở phía trín gđy ra (daN/cm2)

tr

cd

K : Hệ số cường độ về chịu cắt ( trượt), phụ thuộc văo độ tin cậy thiết kế ( lấy theo bảng 3-7 của 22 TCN 211-06)

Ctt : lực dính tính toân của nền đất hoặc của câc lớp vật liệu kĩm dính ở trạng thâi độ ẩm vă độ chặt tính toân (daN/cm2 )

Ctt = C.K1.K2.K3 (13-8)

C : Lực dính của đất hoặc của lớp vật liệu kĩm dính

K1 :

K2 :

K3:

2.2.3 Tính toân theo ứng suất kĩo uốn :

Ứng suất kĩo uốn xuất hiện ở đây câc lớp vật liíu toăn khối do tải trọng xe chạy gđy ra không được quâ ứng suất kĩo uốn cho phĩp của câc lớp vật liệu đó

Công thức tính toân như sau :

σku ≤ Rku (13-9)

σku : ứng suất kéo uốn lớn nhất xuất hiện trong các lớp vật liệu tồn khối do tải trọng xe chạy gây ra (daN/cm2)

Rku : cường độ chịu kéo uốn cho phép của vật liệu (daN/cm2)

12.3 TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ CỦA KẾT CẤU ÁO MỀM THEO TIÊU CHUẨN

ĐỘ VÕNG ĐÀN HỒI

3.1 Nguyên lý tính tốn.

Ech≥ Eyc (13-10)

3.2 Tính tốn :

3.2.1 Tính E ch :

a Đối với hệ 2 lớp :

* Xác định Ech khi biết chiều dày h như sau :

- Xét tỉ số :

1 1

E E

E D

h

ch ưKogan tratoạnâä    →















=> Ech

*.Bài tốn ngược : tìm h1 khi biết Eyc

- Xét tỉ số :

D h E

E E E E

E

ưKogan tratoạnâä yc ch





 →

















=

1 1

1 0

=> h

Hình 13- 3 S¬ ®ơ tÝnh h 2 lp

Ech p

D

E0

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐN - - BỘ MÔN ĐƯỜNG – KHOA XDCĐ

b Đối với hệ 3 lớp :

- Đổi lớp 1 vă lớp 2 thănh 1 lớp tương đương

+ Từ quan hệ :

3 3 / 1 2

12

1

1















 +

+

=

k

kt E

Trong đó : k=

2

1

h

h

t=

2

1

E

E

(13-12)

β : Hệ số quy đổi từ phương phâp tính toân gần đúng về phương phâp tính toân chính xâc (hệ số hiệu chỉnh)

12 , 0

D

H 114 ,











=

( hoặc tra bảng 3-6 22TCN 211-93)

H = h1 + h2

- Sử dụng hệ 2 lớp để tính toân Ech như băi toân hệ 2 lớp

c.Đối với hệ nhiều lớp ( > 3 lớp) :

Phương phâp chung lă chuyển hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp , theo câc cânh sau :

*.Chú ý : Chỉ đưa hệ số β văo lần tính mô đun đăn hồi trung bình lần cuối cùng

Hình 13 - 4 Sơ đồ tính hệ 3 lớp

Ech p

D D

h1

E1

E0

h2

E2

E0

Hình 13-5 Sơ đồ tính hệ 4 lớp

E0

Ech p

D

h3

E3

D

h1

E1

E0

h2 +h3

E0

Ech p

D

h1 +h2 +h3

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

1.7 1.8 1.9 2.0

0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20

0.10 0.05 h/D

0.15 0.15

0.05

0.10

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.80

E0

E1

1.6 1.5 1.4 1.3 1.1 1.2 1.0

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

E1

Ech

=0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.2 0.1

0.3

h

E1

E0

D

p E ch

Hình 13-6 Toán đồ KoGan

3.2.1 Xác định môđuyn đàn hồi yêu cầu ( Eyc) :

Eyc = max{ Eycmin , Eycllxc }

Eycmin : Môđuyn đàn hồi yêu cầu tối thiểu

Eycllxc : Môđuyn đàn hồi yêu cầu theo lưu lượng xe tính toán

a.Xác định Eycmin :

Môđuyn đàn hồi yêu cầu tối thiểu phụ thuộc cấp đường và cấp áo đường, được xác định theo bảng sau :

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐN - - BỘ MÔN ĐƯỜNG – KHOA XDCĐ

yc

E (daN/cm2)

* Đối với đường ôtô

- Đường cấp I

- Đường cấp II

- Đường cấp III

- Đường cấp IV

- Đường cấp V

- Đường cấp VI

1780 1570 1400 1270 Không quy định Không quy định

1280 1150 980 770 Không q định

720 550 Không q.định

* Đối với đường đô thị

- Đường cao tốc vă trục chính toăn thănh

- Đường chính khu vực

- Đường phố

- Đường khu công nghiệp vă kho tăng

- Đường xe đạp vă ngõ

1910 1530 1190 1530 980

1270 940 1270 720

680 1020 470

b Xâc định Eycllxc

Tải trọng trục tính toân

Eycllxc phụ thuộc văo : Cấp âo đường ( A1 , A2 , B1 )

Lưu lượng xe tính toân Ntt

Lưu lượng xe tính toân (Ntt) lă số ô tô được quy đổi về loại ô tô có tải trọng trục tinh toân tiíu chuẩn thông qua mặt cắt ngang đường trong một ngăy đím trín lăn xe chịu đựng lớn nhất ở cuối thời kỳ khai thâc tính toân

Công thức xâc định :

Ntt = γ ∑n

1 i

ia

N (trục xe tt/ngăy đím/lăn) (13-14)

Ntt : Lưu lượng xe tính toân

Ni : Lưu lượng của loại xe i theo cả 2 chiều ở cuối thời kỳ khai thâc tính toân

n : số loại xe chạy trín đường

ai : Hệ số quy đổi tải trọng trục của loại xe i về trục xe tính toân

Bảng hệ số quy đổi xe ra xe tính toân Bảng ? -?

Loại tải trọng

tiêu chuẩn

Trị số hệ số quy đổi ai khi tải trọng trục của xe cần đổi là (T)

Trục 10 tấn

Trục 12 tấn

Trục 9,5 tấn

0.02 0.01 0.03

0.10 0.05 0.15

0.36 0.18 0.55

0.43 0.22 0.65

0.68 0.35 1.00

1.0 0.5 0.8 1.0

γ : Hệ sô xét đến sự phân bố xe chạy trên các làn xe

Trường hợp tính toán Hệ số γ

- Đường chỉ có 1 làn xe

- Đường có từ 2÷3 làn không có dãi phân cách giữa

- Đường 4 và nhiều làn xe có dãi phân cách giữa

1.00 0.55 0.35

* Từ lưu lượng xe tính toán , Tải trọng trục tính toán và cấp áo đường ta xác định được Eycllxc =>

Eyc

12.4 TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ CỦA KCAĐ MỀM THEO TIÊU CHUẨN CÂN BẰNG GIỚI HẠN TRƯỢT TRONG NỀN ĐẤT VÀ TRONG CÁC LỚP VẬT LIỆU KÉM DÍNH

4.1 Nguyên lý tính toán :

Ứng suất gây trượt lớn nhất trong nền đất và trong các lớp vật liệu kém dính không được vượt quá ứng suất cắt cho phép trong nền đất và trong các lớp vật liệu kém dính

Điều kiện kiểm tra : τ≤ τcp (13-15)

 τax + τav≤ K’.C (13-16)

τax : là ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng xe chạy gây ra trong nền đất hoặc trong các lớp VL kém dính (daN/cm2)

τav : ứng suất cắt chủ động do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu phía trên gây ra tại điểm tính toán (daN/cm2)

4.2 Tính toán:

4.2.1 Xác định τax , τav trong nền đất và trong các lớp vật liệu kém dính : Để xác định τax, và τav ta chuyển hệ tính toán bất kỳ (≥ 3 lớp ) về hệ 2 lớp để tính toán

a Xác định τax :













p

ax

τ ∈ f(ϕ,

D

H

,

chm

tb

E

E

)

Trong đó :

ϕ : góc nội ma sát của lớp vật liệu cần tính toán.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐN - - BỘ MÔN ĐƯỜNG – KHOA XDCĐ

H : tổng chiều dăy của câc lớp âo đường tính đến vị trí tính toân

Echm : môđuyn đăn hồi chung của nền đất vă câc lớp vật liệu phía dưới vị trí tính toân

Etb : môđuyn đăn hồi trung bình của câc lớp âo đường phía trín vị trí tính toân

Từ (ϕ,

D

H

,

chm

tb

E

E

) tra câc toân đồ Hình 11-12a hoặc Hình 11-12b  











p

ax

τ  τax

+ Toân đồ hình 11-12a dùng để xâc định τax do bânh xe gđy ra ở lớp dưới của hệ 2 lớp khi lớp trín vă lớp dưới có dính kết tốt

+ Toân đồ hình 11-12b dùng để xâc định τax do bânh xe gđy ra ở lớp dưới của hệ 2 lớp khi lớp trín vă lớp dưới không có dính kết

*.Nguyín lý chung khi chuyển hệ tính toân bất kỳ (≥ 3 lớp ) về hệ 2 lớp :

- Khi tính toân đối với nền đất thì quy đổi câc lớp phía trín nền đất về lớp tương đương

- Đối với câc lớp vật liệu kĩm dính: Quy đổi câc lớp vật liệu phía trín vị trí tính toân về 1 lớp tương đương, quy đổi lớp tính toân , câc lớp phía dưới vă nền đường về 1 bân không gian đăn hồi

có môđuyn đăn hồi chung Echm năo đó

b Xâc định τav :

[ ]τab







∈

ϕ

H

 Tra toân đồ hình 11-14  xâc định được τav

4.2.2 Xâc định τax , τav trong câc lớp BTN : Để xâc định τax, vă τav ta chuyển hệ tính toân bất kỳ ( ≥ 3 lớp ) về hệ 2 lớp để tính toân :

a Xâc định τax :













p

ax

τ ∈ f(H D ,

chm

tb

E

E

)

trong đó :

H : tổng chiều dăy của câc lớp BTN

D : đường kính của vệt bânh xe tương đương

Echm : môđuyn đăn hồi chung của nền đất vă câc lớp vật liệu phía dưới vị trí tính toân

Etb : môđuyn đăn hồi trung bình của câc lớp BTN

Từ f(H D ,

chm

tb

E

E

)  Tra toân đồ Hình 11-13  











p

ax

τ  τax

b Xâc định τav :

- Đối với lớp BTN do chiều dày của các lớp BTN nhỏ nên ta bỏ qua ứng suất cắt do trọng lượng bản thân gây ra (τav << )

4.2.3 Xác định ứng suất gây trượt cho phép.

K’ C=

kt

2 1

K

1 m n

K K

× .C (12-14)

Trong đó:

- n : Hệ số vượt tải lấy n = 1,15

- m : Hệ số xét đến điều kiện tiếp xúc giữa các lớp kết cấu lấy m = 0,65 với đất nền có tính dính m = 1.15 với đất nền kém dính

- K1 : Hệ số xét đến sự giảm khả năng chống cắt dưới tác dụng của tải trọng trùng phục và chấn động của xe chạy lấy K1=0,6

- K2 : Hệ số an toàn xét đến điều kiện làm việc không đồng nhất của kết cấu, hệ số này phụ thuộc lưu lượng xe chạy :

LL xe tinh toán trên 1

làn xe ( xe/ngayđem) < 100 <1000 <5000 ≥ 5000

- Ktr : Hệ số cường độ để xét đến độ bền vững và dự trữ cường độ

 Với mặt đường cấp cao A1, A2  Ktr = 1

 Với mặt đường cấp thấp B1  Ktr = 0,75 ÷ 0,95 (khi lưu lượng xe <100(xehh/ngđêmlàn))

- C : Lực dính của lớp tính toán

@ Riêng đối với BTN phụ thuộc loại BTN :

+ BTN hạt lớn : C=2,7 ÷ 3 (daN/cm2) ; K'=1,6 + BTN hạt mịn : C=1,7 ÷ 2 (daN/cm2) ; K'=1,1 + BTN hạt cát : C=1,3 ÷1,5đâN/cm2) ; K'=0,9

*.Chú ý : Đối với các lớp móng bằng đá dăm, bằng đất gia cố chất vô cơ không cần kiểm tra điều kiện trượt (do có tính dính bám tốt)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐN - - BỘ MÔN ĐƯỜNG – KHOA XDCĐ

12.5 TÍNH TOÂN CƯỜNG ĐỘ CỦA KẾT CẤU ÂO MỀM THEO ĐIỀU KIỆN CHỊU KĨO KHI UỐN.

5.1 Nguyín lý tính toân:

Ứng suất lớn nhất xuất hiện trong câc lớp vật liệu toăn khối do tải trọng xe chạy gđy ra phải nhỏ hơn cường độ chịu kĩo uốn của vật liệu đó

Công thức tính toân như sau : σku ≤ Rku (12-15)

Trong đó :

σku : ứng suất kĩo uốn lớn nhất xuất hiện trong câc lớp vật liệu liền khối do tải trọng xe chạy gđy ra [daN/cm2]

Rku : cường độ chịu kĩo uốn cho phĩp của vật liệu đó [daN/cm2]

5.2 Phương phâp tính toân

σku=1,15σ ku.p (12-16) trong đó :

ku

σ : ứng suất kĩo uốn đơn vi ( ứng với p=1 (daN/cm2))

p : âp lực của bânh xe tâc dụng lín mặt đường 1.15 :hệ số xĩt đến ảnh hưởng của tải trọng động

@ Xâc định σ ku

a Đối với lớp mặt:

ku

chm

E

E D

h , 1

)

trong đó :

h : tổng chiều dăy của lớp VL tính toân

D : đường kính của vệt bânh xe tương đương

Echm : môđuyn đăn hồi chung của nền đất vă câc lớp vật liệu phía dưới vị trí tính toân

E1 : môđuyn đăn hồi của lớp VL tính toân

Từ (

ch

1 E

E

,

D

h

)  tra toân đồ hình 11-15  xac định σ ku  σku

b Đối với câc lớp không phải lă lớp mặt :

+ Đưa hệ bất kỳ về hệ có 3 lớp như sau :

- Giữ nguyên lớp tính toán , đổi các lớp phía trên lớp tính toán về 1 lớp tương đương, các lớp phiá dưới lớp tính toán và nền đất đưa về 1 bán không gian đàn hồi

ku

chm

tt

tt

tb

E

E E

E D

H

,

trong đó :

H : tổng chiều dày của các lớp áo đường tính đến vị trí tính toán

D : đường kính của vệt bánh xe tương đương

Echm : môđuyn đàn hồi chung của nền đất và các lớp vật liệu phía dưới vị trí tính toán

Ett : môđuyn đàn hồi của lớp VL tính toán

Etb : môđuyn đàn hồi trung bình của lớp áo đường phía trên lớp tính toán

Từ : (

chm

tt

tt

tb

E

E E

E

D

H

, , ) tra toán đồ hình 11-16  xac định σ ku  σku

@ Nếu

tt

tb

E

E

<1 thì không dùng toán đồ hình 11-16 ; lúc này phải quy đổi các lớp nằm phái trên

và lớp tính toán về một lớp tương đương và áp dụng toán đồ hình 11-15 để xac định σ ku  σku

*.Chú ý : Khi kiểm tra các lớp vật liệu có nhựa phải chú ý đến nhiệt độ ứng với điều kiện kiểm

tra :

+ Kiểm tra điều kiện kéo uốn : t0=(10 ÷ 15)0C

+ Kiểm tra điều kiện trượt : t0=(50 ÷ 60)0C

+ Kiểm tra điều kiện võng : t0=(20 ÷ 30)0C

12.6 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG MỀM.

- Môđuyn đàn hồi của vật liệu Evl

- Môđuyn đàn hồi của nền đường E0

- Lực dính của vật liệu , nền đường C

- Góc nội ma sát của vật liệu , nền đường ϕ