›
›

Bài giảng Thiết đường ô tô - Chương 11: Tính toán cường độ kết cấu áo đường mềm

ppt 57 trang ngocly 2810
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thiết đường ô tô - Chương 11: Tính toán cường độ kết cấu áo đường mềm", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_thiet_duong_o_to_chuong_11_tinh_toan_cuong_do_ket.ppt

Nội dung text: Bài giảng Thiết đường ô tô - Chương 11: Tính toán cường độ kết cấu áo đường mềm

  1. CHƯƠNG 11 TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM
  2. 11.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY TÁC DỤNG LÊN MẶT ĐƯỜNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN CƠ CHẾ LÀM VIỆC CỦA KCAĐ 1. Đặc điểm của tải trọng xe chạy tác dụng lên mặt đường : - Tải trọng động - Tải trọng trùng phục ( lặp đi lặp lại nhiều lần) → hiện tượng mỏi - Tải trọng tác dụng đột ngột và tức thời.
  3. + Độ lớn của tải trọng tác dụng lên mặt đường phụ thuộc: - Độ lớn của tải trọng trục P(tấn)(phụ thuộc trọng lượng của ôtô) - Diện tích vệt tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường, phụ thuộc vào kích thước và độ cứng của lốp xe (áp lực hơi).
  4. + Diện tích tiếp xúc của bánh xe với mặt đường được xác định như sau: d d D Vệt tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường
  5. 4.F D = 4.P P D = 1,08 .p p P: 1/2 tải trọng trục sau của xe (daN) D : Đường kính vệt bánh xe tương đương (cm) p : áp lực của bánh xe tác dụng lên mặt đường (daN/cm2) F : Diện tích vệt tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường (cm2)
  6. Theo 22TCN 211-06 tải trọng tính toán tiêu chuẩn như sau : Tải Áp lực tính Đường Loại đường trọng toán lên kính vệt trục mặt đường bánh xe Q(daN) ( daN/cm2) (cm) +Đương ô tô thuộc mạng lưới chung, đường cao tốc, đường 10000 6 33 đô thị cấp khu vực trở xuống +Trục chính đô thị, một số đường cao tốc, đường khu 12000 6 36 công nghiệp
  7. 2. Aính hưởng của tải trọng đến cơ chế làm việc của KCAĐ: + Biến dạng tỷ lệ thuận với thời gian tác dụng: nếu cùng tải trọng tác dụng như nhau thì thời gian tác dụng các lâu sinh ra biến dạng càng lớn + Biến dạng tỷ lệ thuận với tải trọng : nếu cùng thời gian tác dụng thì tải trọng càng lớn sinh ra biến dạng càng lớn + Biến dạng tỷ lệ nghịch với tốc độ gia tải : tốc độ gia tải càng chậm thì biến dạng càng lớn.
  8. 11.2 CÁC HIỆN TƯỢNG PHÁ HOẠI KCAĐ MỀM, NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG MỀM 1.Các hiện tượng phá hoại KCAĐ mềm: D Lón KÐo l NÐn C¾t KÐo Tråi D o ¸ p lùc truyÒn lªn ®Êt (®Êt bÞ nÐn) H×nh 13-2. C¸c hiÖn tù¬ng ph¸ ho¹i ¸o ®õ¬ng mÒm ë tr¹ng th¸i giíi h¹n dø¬i t¸c dông cña t¶i träng xe ch¹y
  9. - Ngay dưới mặt tiếp xúc của bánh xe, mặt đường sẽ bị lún (ứng suất nén) - Xung quanh chỗ tiếp xúc sẽ phát sinh trượt dẻo (ứng suất cắt) - Trên mặt đường xuất hiện các đường nứt hướng tâm bao tròn, xa hơn 1 chút vật liệu bị đẩy trồi, mặt đường có thể bị gãy vỡ và phần đáy của áo đường bị nứt (ứng suất kéo- uốn)
  10. 2. Nguyên lý tính toán cường độ của kết cấu áo đường mềm: a. Tính theo độ võng đàn hồi: Độ võng đàn hồi của cả KCAĐ dưới tác dụng của tải trọng xe gây ra không được vượt qua độ võng đàn hồi cho phép. dv Kcd .ldh lgh dv = Ech Kcd .Eyc
  11. lđh- độ võng đàn hồi của cả KCAĐ dưới tác dụng của tải trọng xe gây ra (cm) lgh- độ võng đàn hồi cho phép xuất hiện trong KCAĐ (cm) dv Kcd - hệ số cường độ về độ võng, phụ thuộc vào độ tin cậy thiết kế Eyc- môđuyn đàn hồi yêu cầu của KCAĐ (daN/cm2) Ech- môđuyn đàn hồi chung của cả kết cấu áo đường và nền đường (daN/cm2)
  12. b. Tính theo ứng suất cắt(trượt) : Ứng suất cắt tại mọi điểm trong KCAĐ và trong nền đất do tải trọng xe chạy và trọng lượng bản thân của các lớp vật liệu gây ra không được vượt quá ứng suất cắt giới hạn trong nền đất và trong các lớp vật liệu KCAĐ tr Kcd .( ax + av ) Ctt
  13. ax - ứng suất cắt hoạt động lớn nhất xuất hiện trong nền đất hoặc trong các lớp vật liệu kém dính do tải trọng xe chạy gây ra (daN/cm2) av- ứng suất cắt hoạt động xuất hiện trong nền đất hoặc trong các lớp vật liệu kém dính do trọng lượng bản thân của các lớp vật liệu ở phía trên gây ra (daN/cm2) tr Kcd : Hệ số cường độ về chịu cắt ( trượt) Ctt- lực dính tính toán của nền đất hoặc của các lớp vật liệu kém dính ở trạng thái tính toán (daN/cm2 )
  14. c. Tính theo ứng suất kéo uốn : Ứng suất kéo uốn xuất hiện ở đáy các lớp vật liêu toàn khối do tải trọng xe chạy gây ra không được vượt quá ứng suất kéo uốn cho phép của các lớp vật liệu đó. ku ku Kcd . ku Rtt
  15. ku- ứng suất kéo uốn lớn nhất xuất hiện trong các lớp vật liệu toàn khối do tải trọng xe chạy gây ra (daN/cm2) ku Rtt - cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu (daN/cm2) ku Kcd - Hệ số cường độ về chịu kéo uốn
  16. 11.3 TÍNH CƯỜNG ĐỘ CỦA KCAĐ MỀM THEO TIÊU CHUẨN ĐỘ VÕNG ĐÀN HỒI a. Công thức tính toán : dv Ech Kcd .Eyc min llxc b. Xác định Eyc: Eyc = max{ Eyc , Eyc } min + Xác định Eyc Môđuyn đàn hồi yêu cầu tối thiểu của phần xe chạy (lề gia cố) phụ thuộc vào cấp đường và cấp áo đường, được xác định theo bảng sau :
  17. min 2 Cấp Eyc [daN/cm ] đường A1 A2 B1 I 1800(1600) - - II 1600(1400) - - III 1400(1200) 1200(950) - IV 1300(1100) 1000(800) 750 V 800(650) 550 VI Không quy định
  18. llxc + Xác định Eyc Mụđụụụụụụụụụụụụụụụụụụụụheo lưu ờờờờờờtrục xe tính toán phụ thuộc vào:tải trọng trục xe tính toán, cấp áo đườỏỏỏỏỏỏỏỏu lượng trục xe tính toán trên một làn xe trong một ngày đêm ở năm tính toán - Xác định lưu lượng trục xe tính toán trên 4.4 k một làn xe Ntt p i Ntt = f C1.C2.Ni . i=1 ptt
  19. - Ni : lưu lượng của loại xe i theo cả 2 chiều ở cuối thời kỳ khai thác (xe/ng. đêm) - k : số loại xe chạy trên đường - Pi : tải trọng trục của loại xe i, chỉ tính những trục >= 2.5 tấn - Ptt : tải trọng trục của loại xe tính toán - C1: hệ số xét đến số trục xe C1= 1+1.2( m-1) - m : số trục của cụm trục
  20. -C2: hệ số xét đến số bánh trong 1 cụm bánh Cụm bánh xe có 1 bánh C2=6.4 Cụm bánh xe có 2 bánh C2=1.0 Cụm bánh xe có 4 bánh C2=0.38 f : hệ số xét đến số làn xe Trường hợp tính toán f - Đường 1 làn xe 1 - Đường 2 - 3 làn, không có dải phân cách giữa 0.55 - Đường 4 làn, có dải phân cách giữa 0.35 - Đường >= 6 làn, có dải phân cách giữa 0.30
  21. Sau khi biết : Tải trọng trục xe tính toán Cấp áo đưỏỏỏỏ ỏ Lưu lượng trục xe tính toán trên một làn xe trong một ngày đêm tra bảng 3-4 ( 22TCN 211-06) xác llxc định được Eyc => Eycỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏ
  22. dv c. Xác định K cd : Độ tin cậy 0.98 0.95 0.9 0.85 0.8 1.29 1.17 1.1 1.06 1.02 Loại đường, cấp đường Độ tin cậy + Đường cao tốc 0.90 0.95 0.98 + Đường ô tô Cấp I, II 0.90 0.95 0.98 Cấp III, IV 0.85 0.90 0.95 Cấp V, VI 0.80 0.85 0.90
  23. D d. Xác định Ech: Ech * Đối với hệ 2 lớp : p E1 h1 h1  E0 D tratoando Kogan Ech  ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯⎯ → − Ech E 0 E1 E1  h1- bề dầy lớp áo đường có mô đun đàn hồi E1 D -đường kính tương đương của vệt bánh xe E0- mô đun đàn hồi của nền đất
  24. 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 E0 E1 D p Ech 0.80 E E Toán ch=0.9 1 h E1 0.80 E0 0.80 1.7 1.8 1.9 2.0 đồ 0.75 0.75 0.70 0.70 Kogan 0.65 0.65 0.60 0.60 0.8 0.55 0.55 0.50 0.50 0.45 0.45 0.7 0.40 0.40 0.35 0.35 0.30 0.6 0.30 0.25 0.25 0.20 0.20 0.5 0.15 0.15 0.4 0.10 0.10 0.3 0.05 0.2 0.05 0.1 h/D 0 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
  25. • Đối với hệ 3 lớp : đưa về hệ 2 lớp D D E E p ch p ch E2 h2 12 ETB H=h1+h2 E1 h1 E0 E0 3 1 1+ K.t 3 E12 = .E TB 1 1+ K h E K = 2 t = 2 h1 E1
  26. ETB: Mô đun đàn hồi trung bình của 2 lớp vật liệu 1 và 2 β: hệ số quy đổi từ phương pháp tính gần đúng về phương pháp ỏỏỏỏỏỏỏỏớớớớớớớ ớớớớớớớớớỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỏỏỏỏỏỏ0,12 H ớớớớớớ  = 1,114 ớớớớớớớớớớớớớớỏ D ỏỏỏH/D 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 1.033 1.069 1.107 1.136 1.178 1.198 1.21 ỏỏỏ ỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏớỏỏỏỏỏ ỏỏớỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏ
  27. *Đối với hệ nhiều lớp : đưa về hệ 2 lớp D D D E E E p ch p ch p ch E3 h3 E3 h3 3 E h +h 2 2 2 12 1 123 E ETB H= TB +h +h 1 2 H'= E h 1 h h1 E0 E0 E0 H  D tratoando Kogan Ech  ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯⎯ → − Ech E 123 0 ETB 123 ETB 
  28. 11.4 TÍNH CƯỜNG ĐỘ KCAĐ MỀM THEO TIÊU CHUẨN CHỊU TRƯỢT TRONG NỀN ĐẤT VÀ TRONG CÁC LỚP VL KÉM DÍNH a.Công thức tính toán : tr Kcd .( ax + av ) Ctt tr b. Xác định K cd : Độ tin cậy 0.98 0.95 0.9 0.85 0.8 1.1 1 0.94 0.9 0.87
  29. c. Xác định Ctt : Ctt= C.K1.K2.K3 C : Lực dính của lớp VL tính toán K1 : hệ số xét đến sự giảm khả năng chống cắt dưới tác dụng của tải trọng trùng phục K1=0.6 Phần xe chạy K1=0.9 Phần lề gia cố K2 : hệ số an toàn xét đến điều kiện làm việc không đồng nhất của KCAĐ, hệ số này phụ thuộc lưu lượng xe chạy :
  30. Số trục xe tính toán trên 1 làn xe trong 5000 1 ngày đêm ( Ntt) K2 1 0.8 0.65 0.6 K3 : hệ số xét đến sự gia tăng sức chống trượt của đất hoặc vật liệu kém dính khi làm việc trong kết cấu và điều kiện tiếp xúc thực tế giữa các lớp kết cấu áo đường với nền đất.
  31. - Đối với đất dính K3 = 1,5 - Đối với cát hạt nhỏ K3 = 3,0 - Đối với cát hạt trung K3 = 6,0 - Đối với cát hạt thô K3 = 7,0
  32. d. Xác định ax : + Đối với nền đất: D p E 3 H=h +h +h E2 1 2 3 t E1 ax E0, C0, j0 Sơ đồ tính toán τax đối với nền đất
  33. j0 ü ï H ï t D ý ¾ tra¾toan¾¾do ® ax - >t p ax E123ï tb ï E0 þï
  34. + Đối với các lớp VL kém dính: D D p p E h 3 3 23 Echm1 t Etb t E2 h2 ax ax E h c j1 1 1 1 c1 j1 E0 Sơ đồ tính toán τax đối với lớp vật liệu kém dính
  35. j1 ü ï H ï t D ý ¾ tra¾toan¾¾do ® ax - >t p ax E23 ï tb ï Echm1 þï
  36. j: góc nội ma sát của nền đất hoặc của các lớp vật liệu kém dính H : tổng chiều dày của các lớp áo đường tính đến vị trí tính toán Echm : môđuyn đàn hồi chung của nền đất và các lớp vật liệu phía dưới vị trí tính toán Etb : môđuyn đàn hồi trung bình của các lớp áo đường phía trên vị trí tính toán
  37. *Nguyên lý chung khi chuyển hệ tính toán bất kỳ ( 3 lớp ) về hệ 2 lớp : - Khi tính toán đối với nền đất thì quy đổi các lớp phía trên nền đất về lớp tương đương, có môđuyn đàn hồi Etb. - Đối với các lớp vật liệu kém dính: quy đổi các lớp vật liệu phía trên vị trí tính toán về 1 lớp tương đương, quy đổi lớp tính toán, các lớp phía dưới và nền đường về 1 bán không gian đàn hồi có môđuyn đàn hồi chung Echm nào đó .
  38. Toán đồ xác định ax khi H/D = 02
  39. Toán đồ xác định ax khi H/D = 04
  40. e. Xác định av : j  tra toan do  ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ → av H  j: góc nội ma sát của nền đất hoặc của các lớp vật liệu kém dính. H : tổng chiều dày của các lớp áo đường tính đến vị trí tính toán.
  41. +Tav j = Toán 0.003 đồ xác 0.002 j =0 j = 0.001 ChiÒu dÇy định 20 40 60 80 100 0 mÆt h= (cm) av 0.001 j =0 0.002 0.003 0.004 j =0 0.005 0.006 0.007 j =0 0.008 T av ( MPa )
  42. 11.5 TÍNH CƯỜNG ĐỘ KCAĐ MỀM THEO TIÊU CHUẨN CHỊU KÉO KHI UỐN a.Công thức tính toán : ku ku Kcd . ku Rtt ku b. Xác định K cd : Độ tin cậy 0.98 0.95 0.9 0.85 0.8 1.1 1 0.94 0.9 0.87
  43. c. Xác định ku :  ku = kb.p. ku p : áp lực bánh xe tính toán tác dụng lên mặt đường kb : hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng tính toán. khi kiểm tra với cụm bánh đôi kb = 0,85 khi kiểm tra với cụm bánh đơn kb = 1,0
  44.  ku : ứng suất kéo uốn đơn vị D * Xác định : p = 1 a. Đối với lớp mặt: E3, h3 Echm2 E2 s ku E1 E0 h3 ü ï D ï tra toan do ý ¾ ¾ ¾ ¾¾® s ku E3 ï Echm2þï
  45. h3 : chiều dày của lớp vật liệu 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 E3: môđuyn đàn hồi của lớp vật liệu tính toán.
  46. ku 5.0 Toán 4.8 4.6 đồ 4.4 4.2 xác 4.0 3.8 định 3.6 D 3.4 p=1 1 h E ưng 3.2 1 Echm E 3.0 2 E3 suất 2.8 E0 2.6 kéo 2.4 2.2 uốn 2.0 100 1.8 50 30 đơn 1.6 20 15 E /E 1.4 12 1 chm 10 1.2 8 vị 7 1.0 5 4 0.8 3 của 2.5 2 0.6 1.5 lớp 0.4 0.2 mặt h /D 0 0.1 1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
  47. b. Đối với lớp không phải là lớp mặt: Để giải bài toán này ta phải đưa hệ bất kỳ về hệ 3 lớp như sau : - giữ nguyên lớp tính toán - đổi các lớp phía trên lớp tính toán về 1 lớp tương đương - đổi các lớp phiá dưới lớp tính toán và nền đất về 1 bán không gian đàn hồi.
  48. H ü ï D ï ï Etb tra toan do ý ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ® s ku Ett ï E ï tt ï Echm þ
  49. 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 vật liệu tính toán Etb : môđuyn đàn hồi trung bình của lớp áo đường phía trên lớp tính toán
  50. Ví dụ : đối với hệ 4 lớp D p = 1(daN/cm2) h3 E3 H Echm1 h2 E2 s ku E1 E0
  51. Toán đồ xác định ưng suất kéo uốn đơn vị của lớp móng
  52. ku d. Xác định Rtt : ku Rtt = k1.k2.Rku Rku: cường độ chịu kéo uốn giới hạn của VL k1 : hệ số xét đến sự giảm cường độ do vật liệu chịu tác dụng của tải trọng trùng phục - Đối với vật liệu bê tông nhựa: 11,11 k1 = 0,22 N e
  53. - Đối với vật liệu đá, sỏi gia cố chất liên kết vô cơ : 2,86 k1 = 0,11 Ne - Đối với vật liệu đất gia cố chất liên kết vô cơ: 2,22 k1 = 0,11 Ne - Ne : Số trục xe tính toán tích lũy trong qua trình khai thác
  54. [(1+ q)t −1] N = .365.N 0 e q tt q : hệ số tăng xe hàng năm (%) t : thời gian khai thác của áo đường (năm) 0 Ntt : lưu lượng trục xe tính toán ở năm đầu tiên (trục xe/ng.đêm)
  55. k2 : hệ số xét đến sự giảm cường độ theo thời gian do các tác nhân về khí hậu thời tiết gây ra. - với các vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ lấy k2 = 1,0 - với BTN loại II, BTN rỗng và các loại hỗn hợp vật liệu đá trộn nhựa lấy k2 = 0,8 - với BTN chặt loại I và BTN chặt dùng nhựa polime lấy k2 = 1,0
  56. 11.6 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KHI TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG MỀM Các thông số khi tính toán của VL và nền đất gồm: - Môđuyn đàn hồi của vật liệu Evl - Môđuyn đàn hồi của nền đường E0 - Lực dính của vật liệu C, của nền đường C0 - Góc nội ma sát của VL φ, của nền đường φ0 - Cường độ chịu kéo khi uốn của vật liệu toàn khối Rku.
  57. Chú ý : Khi tính toán KCAĐ theo các tiêu chuẩn, với các lớp vật liệu có sử dụng nhựa phải chú ý đến nhiệt độ tính toán tương ứng với điều kiện bất lợi nhất và điều kiện phổ biến + 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 (điều kiện phổ biến)