CT 2 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DỐC DỌC, DỐC NGANG MẶT ĐƯỜNG XE CHẠY TỚI CHIỀU DẦY VÀ TUỔI THỌ CỦA KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG TS. NGUYỄN VĂN HÙNG Trường Đại học Giao thông Vận tải, Cơ sở 2 Tóm tắt: Sự phân bố tải trọng trục xe của phương tiện giao thông lên mặt đường xe chạy trong trường hợp mặt đường là mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng nghiêng là khác nhau đáng kể, đặc biệt đối với các tuyến đường miền núi có dốc dọc, siêu cao lớn. Trong bài báo này trình bày các ảnh hưởng của độ dốc dọc, dốc ngang mặt đường tới sự phân phối tải trọng trục của phương tiện giao thông, tuổi thọ và chiều dầy của kết cấu áo đường. Summary: The distribution of the axis load of transportation means to pavement surface in case of road surface is horizontal and inclined is significantly different, especially with the roads in mountainous areas with high longitudinal slope and cross slope. In this article, author present the influence of the longitudinal slope, cross slope to the distribution of the axis load of transportation means, life and thickness of pavement structure. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Khi độ dốc dọc, dốc ngang mặt đường xe chạy thay đổi thì tác động của tải trọng trục của phương tiện giao thông và các đặc trưng ứng suất, biến dạng do nó gây ra trong kết cấu áo đường cũng thay đổi. Tuy nhiên, trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo đường hiện nay, ảnh hưởng của độ dốc dọc và dốc ngang mặt đường tới độ lớn của tải trọng trục ô tô lên mặt đường không được xem xét, các hệ số qui đổi tác động tải trọng trục của dòng xe về tải trọng trục tính toán luôn là hằng số (các thông số tải trọng trục xe đều được lấy theo lý lịch của các nhà sản xuất ô tô). Đây là một trong những nguyên nhân dẫn đến tuổi thọ của kết cấu áo đường trên các đường miền núi có độ dốc dọc và siêu cao lớn giảm, tuyến đường thường xuyên phải duy tu, sửa chữa. Để đánh giá sự khác biệt của các tác động của phương tiện giao thông lên mặt đường trong trường hợp có xét đến ảnh hưởng của độ dốc dọc, dốc ngang mặt đường và trường hợp coi ảnh hưởng này không đáng kể, xem xét hai bài toán: 1. Đánh giá ảnh hưởng của độ dốc dọc đến sự phân phối tải trọng bánh xe ôtô trên mặt đường CT 2 s P S P T 0 Hình 1. Ảnh hưởng của độ dốc dọc đến sự phân phối tải trọng bánh xe lên mặt đường Giả thiết: để đơn giản trong tính toán, không kể tới các biến dạng không đều của hệ thống treo (biến dạng của nhíp) trước và sau, bên trái và bên phải khi xe ô tô chuyển động trên đường có dốc dọc, có siêu cao và chỉ xét tới tác động phá hủy áo đường của tải trọng theo phương thẳng đứng (không xét tới sự phá hủy áo đường của các lực ngang, ảnh hưởng của tốc độ xe chạy và độ bằng phẳng của mặt đường xe chạy). Khi độ dốc ngang mặt đường i n = 0, từ hình 1, các tải trọng bánh xe của trục trước, trục sau của ô tô được xác định theo quan hệ sau: P QP t = + (1) αα − α + = α α + α− cos)tg.htg.hb.(Pcos).tghtg.ha.(P pqtpqs (2) Giải hai phương trình trên ta tìm được P : t,s P P t = )tghtgha( b a Q pq α+α− + (3) Ps = Q – Pt = Q - )tghtgha( b a Q pq α+α− + Ps = Q(1- b a tghtgha pq + +α− (4) α ) Trong đó: ợng của toàn bộ xe ôtô đang xét, kN; ; rọng tâm của xe theo phương dọc, m; ộ. Q: Trọng lư P s , P t : Tải trọng trục sau và trục trước của ô tô, kN a, b: Khoảng cách từ trục bánh sau và bánh trước đến t h q , h p : khoảng cách từ mặt đường xe chạy đến trọng tâm xe và tim bánh xe, m; α: góc nghiêng của mặt đường so với mặt phẳng nằm ngang theo phương dọc, đ CT 2 2. Đ ánh xe Hình 2. Ảnh hưở ủa độ dốc ngang mặt đường đến sự phân phối tải trọng bánh xe lên mặt đường Để tiện trong tính to đường, coi độ dốc dọc i d = 0 ánh giá ảnh hưởng của độ dốc ngang mặt đường đến sự phân phối tải trọng b trên mặt đường P s2 P s1 0 ng c án, khi xét ảnh hưởng của độc dốc ngang mặt . Khi đó, ta có hai phương trình xác định P s1 , P s2 cũng như: s2s1s PPP = + (5) ββ − β + = β β + β− cos)tg.htg.hd.(Ptg.hc.(P pq2sq1s (6) cos).tgh p Tương tự: 1t P t2t PP = + (7) ββ − β + = β β + β− cos)tg.htg.hd.(Ptghtg.hc.(P pq2tpq1t (8) cos). Trong đó: P t1 , P t2 : tải trọng trên các bánh xe của trục trước, kN; , độ; ọng tâm của ô tô theo phương ngan s2 P s1 , P s2 : tải trọng trên các bánh xe của trục sau, kN; β: góc nghiêng của mặt đường so với mặt phẳng nằm c, d: khoảng cách từ trục bánh sau và bánh trước đến tr g, khi không xét tới sự dịch chuyển theo hướng ngang của trọng tâm ôtô thì c = d. Giải hai phương trình (5), (6) ta tìm được 2s1s P,P : P = )tghtgh P s c( dc pq β+β− + (9) P s1 = P s – P s2 = Ps(1- tgh β dc tghc pq + +β− ) (10) ặt đường tới tải tr (4) v P s1 = Q(1- Để xét ảnh hưởng của cả độ dốc dọc và dốc ngang m ọng các trục xe, thay ào (9), (10), ta có : ) dc tghtghc 1)( b a tghtgha β+β−α+α− pqpq + − + (11) CT 2 P s2 = ) c( Q β + (12) tghtghc)( ba tghtgha 1( )d pq pq +β− + α+α− − , P t2 : Tương tự, ta xác định được P t1 ) dc tghtghc 1)(tghtgha( P t1 = )ba( + Q pq pq + β+β− −α+α− (13) P t2 = )gβ (14) thtghc)(tghtgha( )dc)(ba( Q pqpq +β−α+α− ++ là i d (%), độ dốc ngang mặt đường là i n (%). Rút Ký hiệu độ dốc dọc đường gọn các phương trình trên ta được: )ihi.hd).(ihi.hb.( Q P npnqdpdq1s −+−+= (15) )dc).(ba( ++ )ihihc).(ihihb.( )dc).(ba( Q P (16) npnqdpdq2s +−−+ ++ = )ihihd).(ihiha.( )dc).(ba( Q P npnqdpdq1t −++− ++ = (17) )ihihc).(ihiha.( )dc).(ba( Q P npnqdpdq2t +−+− ++ = (18) Để đánh giá ảnh hưởng iết kế chiều của độ dốc dọc và ngang mặt đường xe chạy tới việc th dầy và tuổi thọ kết cấu áo đường, xem ví dụ sau: êm, trọng tải 5T, tải trọng trên trục trước và sau l bánh xe của trục sả t Thiết kế áo đường cấp III miền núi 2 làn xe, quy luật tăng trưởng xe trung bình năm q=6%, với lưu lượng xe: ISUZU NQR75L 300 xe/ngày đ ần lượt là G 1 = 25,3kN, G 2 = 63,2kN, a = 1,194m, b = 2,981m, c = d = 0,82m, h q = 1,591m, h p = 0,38m; xe MAZ - 5352 600 xe/ngày.đêm, trọng tải 8,4T, có G 1 = 60kN, G 2 = 100kN, a = 1,87m, b =3,13m, c = d = 0,90m, h q = 1,45m, h p = 0,39m. Bảng 1. Sự phân phối lại tải trọng trên các bánh xe của trục trước và sau của xe ISUZU NQR75L khi độ dốc dọc, dốc ngang mặt đường thay đổi Tải trọng trên các Thông số của nhà trước, trục sau, kN n xuất xe (ứng với d n d n d n i =0, i =6% i =6%, i =0% i =6%, i =6% rường hợp i d =i n =0) P t1 12,65 13,77 11,76 12,81 P t2 12,65 12,03 11,76 11,20 P s1 31,6 33,46 32,49 34,41 P s2 31,6 29,24 32,49 30,08 Bảng 2. i đổi về tải trọ tính toán (1 ủa xe ISU 75L ở các độ ang, dốc d nhau Độ dốc dọc, % H uệ số q ng trục 00 kN) c dốc ng ZU NQR ọc khác Hệ số quy đ các độ dố g, % ổi khi ở c ngan 0 2 4 6 0 0,147 0,203 0,165 0,183 2 0, 2 0, 0, 0, 15 170 189 209 4 0,157 0,175 0,195 0,216 6 0,163 0,181 0,202 0,223 CT 2 Từ c kết quả ở b ảng 2 cho t - T ọng trục ph rên các bánh xe trong trường hợ đường khôn như giả thiết trong các tiêu chu t kế áo đườn hành) và tro ng hợp có dố ≠ 0) là khác t cấu áo đường qua các lực đứng, còn ảnh hưởng của độ dốc dọc chủ yếu tác động trường hợp có dốc (i d = 6%, i n = 6%) (bảng 3). (trục/làn, ngày đêm) cá ảng 1, b hấy: ải tr ân bố t p tuyến g dốc ( ẩn thiế g hiện ng trườ c (i d , i n nhau đáng kể; - Khi độ dốc dọc, dốc ngang mặt đường thay đổi thì tải trọng trục trên các bánh xe của trục trước và trục sau được phân phối lại và cho trị số lớn nhất ở các bánh xe của trục sau về phía bụng đường cong. - Ảnh hưởng của độ dốc ngang mặt đường lớn hơn nhiều so với ảnh hưởng của độ dốc dọc xét về tác động phá hoại áo đường theo phương thẳng đứng. Ảnh hưởng của độ dốc ngang chủ yếu tác động tới kế tới các lực ngang - gây biến dạng lớp trên cùng của mặt đường, đặc biệt đối với trường hợp xe xuống dốc, chính vì vậy kết cấu áo đường tại các trạm thu phí, đường dẫn đầu cầu, trạm đỗ xe phải được gia cường đặc biệt. Từ các kết quả ở bảng 1, 2 và các số liệu ban đầu, xác định được trục xe tiêu chuẩn tích lũy và mô đun đàn hồi yêu cầu của kết cấu áo đường trong hai trường hợp: không dốc (coi dốc dọc và dốc ngang mặt đường i d = i n = 0) và Bảng 3. Mô đun đàn hồi yêu cầu của áo đường trong trường hợp đường có dốc và không dốc Trường hợp tuyến đường Trục xe qui đổi về trục tiêu chuẩn 100kN Trục xe tiêu chuẩn 6 Mô đun đàn hồi tích lũy (10 ) yêu cầu (MPa) Không dốc (i d =0%, i n =0%) 574,2 2,15 80 Có dốc ) (i d =6%, i n =6% 773 2,90 86 Nế hợp tuy 6%, vẫn t g t ờng hiện hành với E yc >180 MPa (không xét tới ảnh h của độ d heo tính toán rên, áo đường chỉ thác với thời gian là gần 10 năm u trong trường ến đường có dốc (i d = i n =6%) nhưng hiết kế áo đườn heo tiêu chuẩn thiết kế áo đư ưởng ốc dọc, dốc ngang) thì t nêu t khai thay vì 15 năm như thời hạn thiết kế. Trên cơ sở các kết quả ở bảng 1, 2, 3 và tiêu chuẩn 22TCN 211-06, tính toán và chọn được kết cấu áo đường 2 phương án (có dốc và không dốc). Trường hợp 1(i d , i n =0) Trường hợp 2 (id=6%, in=6%) CT 2 III. KẾT LUẬN Trên cơ sở tính toán, phân tích các ảnh hưởng của độ dốc dọc, dốc ngang mặt đường xe chạy tới công tác thiết kế áo đường, cho thấy: - Trị số của dốc dọc và dốc ngang mặt đường (chủ yếu là độ dốc ngang mặt đường) ảnh hưởng lớn tới sự phân phối tải trọng bánh xe truyền lên mặt đường, chiều dầy và tuổi thọ của kết cấu áo đường (đã được trình bày ở mục 2). - Kiến nghị: cần nghiên cứu, bổ sung ảnh hưởng của độ dốc dọc (xét tới tác dụng phá hoại của mặt đường do các lực ngang gây ra) và ảnh hưởng của tốc độ xe chạy vào tiêu chuẩn thiết kế áo đường hiện hành. Tài li kiểm Việt Nam, 2001. [3]. В ệu tham khảo [1]. Áo đường mềm-các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế 22 TCN 211-06. [2]. Thông số kỹ thuật một số loại xe ô tô, Cục đăng .Ф.Бабков, О.В.Андреев. Проектирование автомобильных дорог. Ч1,2. «Транспорт», 1987. [4]. Научно-технический Информационный сборник, 3-2003 ♦ . CT 2 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DỐC DỌC, DỐC NGANG MẶT ĐƯỜNG XE CHẠY TỚI CHIỀU DẦY VÀ TUỔI THỌ CỦA KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG TS. NGUYỄN VĂN HÙNG Trường Đại. áo đường của tải trọng theo phương thẳng đứng (không xét tới sự phá hủy áo đường của các lực ngang, ảnh hưởng của tốc độ xe chạy và độ bằng phẳng của mặt đường xe chạy) . Khi độ dốc ngang mặt. (18) Để đánh giá ảnh hưởng iết kế chiều của độ dốc dọc và ngang mặt đường xe chạy tới việc th dầy và tuổi thọ kết cấu áo đường, xem ví dụ sau: êm, trọng tải 5T, tải trọng trên trục trước và sau