›
›

Bài giảng Thiết đường ô tô - Chương 14: Thiết kế áo đường cứng

ppt 54 trang ngocly 3050
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thiết đường ô tô - Chương 14: Thiết kế áo đường cứng", 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_14_thiet_ke_ao_duong_cung.ppt

Nội dung text: Bài giảng Thiết đường ô tô - Chương 14: Thiết kế áo đường cứng

  1. CHƯƠNG 14 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
  2. 12.1 ĐẶC ĐIỂM VỀ KẾT CẤU CỦA ÁO ĐƯỜNG CỨNG 1. Khái niệm: Kết cấu AĐC về mặt cấu tạo khác với KCAĐ mềm ở chỗ một trong các lớp kết cấu của nó bằng bêtông ximăng có cường độ cao, có thể là lớp mặt hoặc lớp móng. 2. Phân loại : + Phân loại theo cấu tạo : - Bêtông thường - Bêtông cốt thép - Bêtông cốt thép ứng suất trước
  3. + Theo phương pháp thi công : - Lắp ghép - Đổ tại chỗ + Theo kích thước tấm : - Tấm liên tục - Tấm có kích thước hữu hạn LxBxh 3. Cấu tạo : TÁÚM BT XIMÀNG LÅÏP ÂÃÛM CAÏC LÅÏP MOÏNG NÃÖN ÂÆÅÌNG
  4. a. Tấm bêtông ximăng : + Chiều dày tối thiểu: TT Tải trọng trục tính Chiều dày tối toán(daN) thiểu(cm) 1 9500 18 2 10000 22 3 12000 24
  5. + Cường độ của bê tông mặt đường : Cường độ Cường độ Cấp chịu uốn chịu nén Mô đun đường giới hạn tối giới hạn tối đàn hồi thiểu thiểu (daN/cm2) (daN/cm2) (daN/cm2) I,II 45 350 33x104 III,IV, 40 300 31.5x104 V
  6. + Cường độ của bê tông móng đường: - Cường độ chịu uốn giới hạn tối thiểu 25 (daN/cm2) - Cường độ chịu nén giới hạn tối thiểu 170(daN/cm2) + Tác dụng : bộ phận chịu lực chủ yếu của mặt đường cứng
  7. b. Lớp đệm : + Vật liệu : - Cát, Cát trộn nhựa, Giấy dầu tẩm nhựa đường ( 1-3 lớp ) + Tác dụng : - Tăng độ bằng phẳng cho lớp móng - Tạo tiếp xúc tốt giữa móng với đáy tấm - Giảm ứng suất phát sinh trong tấm c. Các lớp móng : tương tự kết cấu áo đường mềm
  8. 4. Các loại khe nối : L l l l l 100 100 1 2 100 b/2 3 400 4 ¸ b/2 100 100 30 360 30 1- Khe dãn 2- Khe co 3- Khe dọc 4- Thanh thép truyền lực
  9. a.Khe dãn: + Tác dụng : Làm cho tấm bêtông di chuyển tự do trên lớp móng và giảm ứng suất sinh ra trong tấm khi tấm bêtông có xu hướng dãn ra do nhiệt độ môi trường lớn hơn nhiệt độ khi thi công. + Cấu tạo : Có 2 loại khe dãn - Khe dãn có thanh truyền lực - Khe dãn kiểu ngàm
  10. b. Khe co : + Tác dụng : giảm ứng suất khi bêtông co ngót trong thời gian đông cứng và khi tấm bêtông làm việc ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ khi thi công. + Cấu tạo : có 2 loại khe co - Khe co có thanh truyền lực - Khe co kiểu ngàm c. Khe dọc : tác dụng và cấu tạo giống khe co
  11. KHE CO KHE DÃN KHE CO
  12. d. Thanh thép truyền lực : Âæåìng Khoaíng caïch giæîa 2 Chiãöu daìi Chiãöu kênh thanh truyãön læûc thanh daìy táúm thanh (cm) truyãön BT (cm) truyãön Trong Trong khe læûc (cm) læûc (mm) khe daîn co < 22 20 50 30 65 (100 ) 22 - 30 25 50 30 65 (100 ) Thanh truyãön læûc cuía khe doüc coï âæåìng kênh 10 - 12 , daìi 75 cm , âàût caïch nhau 100 cm Trị số trong ngoặc ứng với trường hợp tấm BT đặt trên lớp móng gia cố chất liên kết vô cơ.
  13. 5. Các thông số tính toán của mặt đường bêtông ximăng ( 22TCN223-95): a. Tải trọng thiết kế và hệ số xung kích : Tải trọng Tải trọng Tải trọng trục tiêu bánh tiêu Hệ số bánh xe chuẩn chuẩn xung kích tính toán (daN) (daN) (daN) 9500 4750 1.2 5700 10000 5000 1.2 6000 12000 6000 1.15 6900
  14. b.Hệ số an toàn và hệ số chiết giảm cường độ : - Hệ số xét đến hiện tượng mỏi của tấm bêtông do tác dụng trùng phục và tác dụng của tải trọng động gây ra. -Hệ số an toàn phụ thuộc vào tổ hợp tải trọng tính toán được lấy như sau :
  15. Hệ số chiết Tổ hợp tải trọng tính Hệ số an giảm toán toàn (k) cường độ (n=1/k ) -Tính với tải trọng thiết 2 0.5 kế -Kiểm toán với xe nặng 1.7 - 1.53 0.59 - 0.83 -Kiểm toán với xe xích 1.54 0.65 -Tác dụng đồng thời của 1.18 - 1.11 0.85 - 0.9 hoạt tải và ứng suất nhiệt
  16. c. Cường độ và môđun đàn hồi của bêtông: Cæåìng âäü giåïi haûn sau Mä âun Caïc låïp kãút 28 ngaìy ( daN/cm2) âaìn häöi E cáúu Cæåìng âäü Cæåìng âäü ( daN/cm2) chëu keïo chëu neïn 50 400 350 000 Låïp màût 45 350 330 000 40 300 315 000 Låïp moïng 35 250 290 000 cuía màût 30 200 265 000 âæåìng BTN 25 170 230 000
  17. 6.Ưu nhược điểm của MĐ bêtông ximăng : + Ưu điểm : - Có cường độ rất cao thích hợp với các loại xe kể cả xe bánh xích. - Ổn định cường độ khi chịu tác dụng của nhiệt độ và độ ẩm. - Mặt đường có màu sáng nên dễ phân biệt phần mặt đường và lề đường→ an toàn xe chạy cao.
  18. - Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường cao và ít thay đổi khi mặt đường ẩm ướt. - Độ hao mòn ít (0.10.2mm/1năm) - Tuổi thọ cao (nếu bảo dưỡng tốt có thể sử dụng 3040 năm) - Công tác duy tu bảo dưỡng ít - Có thể cơ giới hóa hoàn toàn khi thi công và mùa thi công có thể kéo dài (thi công lắp ghép)
  19. + Nhược điểm: - Do có hệ thống khe nối → mặt đường không bằng phẳng→ vận tốc xe chạy không cao - Giá thành cao - Không thể thông xe ngay mà cần phải có thời gian bảo dưỡng (28 ngày BTXM đổ tại chỗ )
  20. 12.2 TÍNH TẤM BTXM CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY 1.Nguyên lý tính toán và phương trình vi phân độ võng: a.Nguyên lý tính toán: + Tính theo nguyên lý tấm trên nền đàn hồi + Theo nguyên lý này muốn tính nội lực của tấm ta phải tìm được phản lực của lớp móng tác dụng lên đáy tấm với giả thiết như sau :
  21. - Độ lún của mặt lớp móng hoàn toàn trùng với độ võng của tấm. - Tấm BT là vật liệu đồng nhất, đẳng hướng. b. Phương trình vi phân độ võng : - Gọi (x,y) là độ võng của tấm tại toạ độ (x,y), giả sử lực tác dụng P(x,y) và phản lực của nền q(x,y). - Phương trình vi phân độ võng có dạng sau :
  22. 4 4 4 L + 2 + = P(x, y) − q(x, y) 4 2 2 4 x x y y L : độ cứng chống uốn của tấm BTXM 3 Eb h L = 2 12(1− b ) Eb, b : Môđuyn đàn hồi và hệ số Poisson của bêtông h : chiều dày của tấm bêtông ximăng
  23. 2.Các phương pháp tính toán mặt đường bêtông ximăng hiện nay: a. Phương pháp Westergard: + Các giả thiết - Xem tấm BTXM là 1 vật thể đàn hồi đẳng hướng và tuân theo giả thiết tiết diện phẳng. - Tính toán với 3 vị trí đặt tải trọng : • Tải trọng đặt ở giữa tấm • Tải trọng đặt ở cạnh tấm • Tải trọng đặt ở góc tấm
  24. - Dựa trên cơ sở hệ số nền k (xem nền-móng như 1 hệ lò xo) Phương pháp xác định k: * Đặt 1 tấm ép cứng có đường kính 76cm * Tác dụng tải trọng P : tăng dần lực P đến khi độ lún của nền-móng là 1,27cm. * Hệ số nền : P k = l
  25. I D D III II )
  26. + Kết quả tính toán : - Khi tải trọng đặt giữa tấm : l p  = 1.1(1+  )(lg + 0.2673) I b  h 2 - Tải trọng đặt ở cạnh tấm : l P  = 2.116(1+ 0.54 )(lg + 0.08976) II b  h2 - Tải trọng đặt ở góc tấm : 0,6 2 P  = 3 1− III l h 2
  27.  : bán kính vệt bánh xe tương đương P : lực tác dụng h : chiều dày tấm BTXM b : hệ số Poisson của bêtông, b =0,15 L l = 4 k L : độ cứng chống uốn của tấm BTXM k : hệ số nền q = k.(x,y)
  28. So sánh kết quả trên với kết quả đo ứng suất thực tế cho thấy : + Trường hợp I, II: nếu h 2 và móng tiếp xúc tốt với đáy tấm, thì kết quả giữa tính toán và thực tế là tương đối phù hợp; nếu móng tiếp xúc không tốt với đáy tấm, thì kết quả ứng suất đo lớn hơn lý thuyết khoảng 10% .
  29. + Trường hợp III : ứng suất đo thực tế > tính toán lý thuyết khoảng (30  50)%, khi đó ta phải hiệu chỉnh lại công thức xác định III như sau : 0,12 2 P  = 3 1− III l h2
  30. Nhận xét về phương pháp : Phương pháp nay chỉ tính được ứng suất tại vị trí đặt tải trọng, không tính định được ứng suất do tải trọng đặt lân cận vị trí tinh toán gây ra, do đó phản ánh không đúng điều kiện làm việc của thực tế tấm bê tông xi măng.
  31. b.Tính mặt đường BTXM theo giả thiết xem nền đường là bản không gian đàn hồi (Phương pháp Shekter ââââââââââââââââââââââ âââââââââc dụng của tải trọng phân bố đều trên diện tích hình tròn có bán kính , tại vị trí đặt tải xuất hiện mômem tiếp tuyến và mômem pháp tuyến có độ lớn : C.P(1−  ) M = M = b T F 2 a
  32. * Dưới tác dụng của tải trọng tập trung cách vị trí tính toán một khoảng r, tại vị trí tính toán xuất hiện mômem tiếp tuyến và mômem pháp tuyến có độ lớn: MF= (A+b.B)P MT= (B+b.A)P
  33. P : tải trọng tác dụng  : bán kính vệt bánh xe tương đương C : hệ số phụ thuộc tích số (a.) A, B : hệ số phụ thuộc tích số (a.r) a : đặt trưng đàn hồi của tấm BTXM, xác định như sau : 2 1 6E0 (1− b ) 3 a = 2 h Eb (1− 0 )
  34. E0 : môđuyn đàn hồi chung của (nền- móng) 0 : hệ số Poisson của (nền- móng) Eb : môđuyn đàn hồi của bê tông b : hệ số Poisson của bê tông r : khoảng cách từ vị trí tác dụng tải trọng đến vị trí tính toán nôi lực
  35. Phương pháp này chỉ tính cho trường hợp tải trọng đặt ở giữa tấm và tính toán trong hệ toạ độ cực Để thuận lợi cho việc tinh toán ta chuyển nội lực từ hệ toạ độ cực sang hệ trục toạ độ vuông góc 2 2 Mx = MF.cos + MT.sin 2 2 My = MF.sin + MT.cos
  36. a) b) P M x y M F Mx r x P q y 0 0 a)Hệ tọa độ cực b) Hệ tọa độ xoy
  37. Từ đó tìm được mômem tổng hợp lớn nhất Mtt=max( Mx, My) → ứng suất kéo uốn xuất hiện trong tấm bê tông xi măng: 6 M 6 M  =  tt  = h  tt h2  
  38. Nhận xét về phương pháp : - Phương pháp này không những tính được ứng suất tại vị trí đặt tải trọng mà còn tính được ứng suất do tải trọng đặt cách vị trí tính toán một khoảng r gây ra . - Phương pháp này không tính được cho trường hợp tải trọng đặt ở cạnh tấm và góc tấm .
  39. Vậy để giải được hoàn chính bài toán mặt đường BTXM tác giả I.A Mednicov giả định ứng suất xuất hiện khi tải trọng đặt ở giữa tấm của 2 phương pháp trên bằng nhau từ đó tìm được quan hệ quy đổi giữa hệ số nền k và mô đuyn đàn hồi của (nền-móng) Eo , từ đó tính được ứng suất và chiều dày tấm bê tông trong trường hợp tải trọng đặt ở cạnh tấm và góc tấm như sau :
  40. + Khi tải trọng đặt ở giữa tấm : P h = 1 1   + Khi tải trọng đặt ở cạnh tấm : P h = 2 2   + Khi tải trọng đặt ở góc tấm : P h = 3 3  
  41. h Eb 1, 2, 3 phụ thuộc , ( bảng 12-8)  E0  : bán kính vệt bánh xe tương đương h : chiều dày tấm BTXM Eb : môđuyn đàn hồi của bê tông xi măng E0 : môđuyn đàn hồi của (nền- móng) (môđuyn đàn hồi chung của các lớp móng và nền đường dưới tấm BTXM )
  42. Vận dụng kết quả trên để tính toán mômem uốn khi xét ảnh hưởng của các bánh xe bên cạnh và kiểm toán đối với xe xích. A D 2d a B C b Sơ đồ tính toán momen uốn khi có xét đến ảnh hửơng của bánh xe bên cạnh
  43. 2,60m 3 6 2 5 r 1 q 4 A 5,0m 2 5 3 6 0,7m 0,7m Sơ đồ tính toán momen do tải trọng của xe xích gây ra
  44. 12.3 TÍNH TẤM BTXM DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ỨNG SUẤT NHIỆT 1.Tính chiều dài của tấm BTXM theo ứng suất nhiệt: a.Bài toán : - Xét 1 tấm BTXM có BxLxh đặt trên 1 nền-móng có góc nội ma sát , lực dính c - Khi nhiệt độ thay đổi -> co, dãn nhưng do lực ma sát và lực dính cản trở chuyển vị của tấm →xuất hiện ứng suất trong tấm
  45. b.Phương pháp giải: + Các giả thiết : - Xem tấm BT là 1vật thể đàn hồi đẳng hướng - Khi tấm BTXM dãn ra hoặc co vào thì phần giữa của tấm vẫn nằm nguyên tại chỗ còn hai đầu tấm có chuyển vị lớn nhất. + Phương pháp giải : - Xác định lực chống trượt lớn nhất trên một đơn vị diện tích Smax :
  46. Độ co ngắn do nhiệt độ DL a) L b) Lực chống trượt L/2 Stb Smax c) C ptgj Sức chống Sức trựơt Biến dạng trựơt Sơ đồ tính toán xác định chiều dài tấm
  47. Smax = P.tg + C = .h.tg + C - Xác định lực chống trượt trung bình trên một đơn vị diện tích Stb: Stb = 0.7Smax = 0.7( htg + C) - Xác định lực chống trượt trung bình trên toàn bộ tấm : B.L B.L S = S = 0.7 ( .h.tg + C) tb 2 2 - Xác định ứng suất sinh ra trong tấm :
  48. h S. S M S S  = + = + 2 = 4 F W B.h B.h2 B.h 6  =1,4(.h.tg + C). L [] h -Xác định chiều dài tấm bê tông : [ ].h = L 1.4(h..tg + c)
  49. C : lực dính của vật liệu làm lớp móng : góc nội ma sát của vật liệu làm lớp móng h : chiều dày tấm BTXM  : dung trọng của tấm BTXM [] : ứng suất kéo uốn cho phép của bê tông [] = (0,35- 0.4 )Rku Rku : cường độ chịu kéo uốn giới hạn của bê tông.
  50. 2. Tính toán ứng suất nhiệt do chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới của tấm: - Gọi Dt là chênh lệch nhiệt giữa mặt trên và mặt dưới của tấm 0 0 Dt = ttr − td Do bức xạ của mặt trời -> nhiệt độ mặt trên và mặt dưới của tấm thường khác nhau-> thớ trên và thớ dưới của tấm co, dãn không đều làm cho tấm bê tông bị uốn vồng -> sinh ra ứng suất.
  51. * Đối với tấm có kích thước vô hạn ứng suất uốn vồng sinh ra trong tấm: Eb . .Dt  = 2 2(1− b ) * Đối với tấm có kích thước hữu hạn ứng suất uốn vồng sinh ra trong tấm: -ứng suất uốn vồng ở giữa tấm theo hướng dọc cạnh tấm Eb . .Dt  x = 2 (Cx + b.Cy ) 2(1− b )
  52. - ứng suất uốn vồng ở giữa tấm theo hướng ngang cạnh tấm: Eb . .Dt  y = 2 (Cy + b .Cx ) 2(1− b ) - ứng suất uốn vồng theo hướng dọc ở cạnh tấm: Eb . .Dt  o = 2 Cx 2(1− b )
  53. Eb, b : môđuyn đàn hồi và hệ số Poisson của bê tông : hệ số dãn nở nhiệt của bê tông Cx, Cy : các hệ số phụ thuộc L/l, B/l l : bán kính độ cứng của tấm bê tông Eb l = 0.6h 3 Echm Echm : môđuyn đàn hồi chung của các lớp móng và nền đường dưới tấm bê tông