CHƯƠNG TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 5.1 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 5.1.1,Tính số trục xe quy đổi trục tiêu chuẩn,xác định cấp thiết kế áo đường Lưu lượng xe năm đầu thiết kế theo thống kê 950 xe Hệ số tăng trưởng hàng năm 7% Tải trọng tiêu chuẩn tính toán Ptc =10KN Tải trọng trục loại xe Khoảng Trọng lượng trục Số Số bánh cách Lượng xe Pi(kN) Loại xe trục cụm bánh Trục Trục sau ni xe/ngđ sau trục sau trước trục Xe 18.00 18.00 Cụm bánh 276 đơn Xe bus nhỏ 26.40 45.20 Cụm bánh đôi 95 Xe bus lớn 56.00 95.80 Cụm bánh đôi 85 Xe tải nhẹ 18.00 56.00 Cụm bánh đôi 219 Xe tải trung 25.80 69.60 Cụm bánh đôi 200 Xe tải 48.20 100.00 Cụm bánh đôi 28 nặng1 Xe tải 45.40 90.00 Cụm bánh đôi 3 19 nặng3 Theo số liệu thống kê loại tỷ phần thành phần xe qua tuyến đường , tải trọng trục loại xe lớn 10T kết cấu áo đường cần tính toán kiểm toán với tải trọng trục tiêu chuẩn Ptc=10T -Quy đổi tải trọng xe về tải trọng trục tiêu chuẩn 10T để tính toán ,kiểm toán kết cấu mặt đường Cơ sở qui đổi: Phá hoại tương đương đổi cụm trục trục tính toán Chỉ quy trục có tải trọng lớn 25T Các cụm trục có khoảng cách >3m quy đổi trục đơn 4.106 (trục) Nett =1.448.106 Eyc=140.4Mpa Trị số mô đun đàn hồi tối thiểu theo cấp đường Eyc=120Mpa Chọn Eyc=140.4Mpa N lg c tt = 0.35 × N tt = 0.35 × 290 = 102(truc / ngd ) -Đối với lề gia cố Theo 22TCN211-06 =>Eyc=122.2Mpa 5.1.2-Sơ lựa chọn kết cấu áo đường gồm lớp sau +Kết cấu mặt đường 7cm bê tông nhựa trung 15cm cấp phối đá dăm loại I 28cm cấp phối đá dăm loại II + Kết cấu lề gia cố làm kết cấu mặt đường 5.2 KIỂM TOÁN KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG Kết cấu dự kiến đặc trưng tính toán Lớp kết cấu ( từ lên) Bề dày lớp (cm) E (Mpa) Tính Tính Tính Rku độ kéo (Mpa) võng trượt uốn C (MPa) (đ ộ) - - Đất cát , độ ẩm tương đối 0.6 - Cấp phối đá dăm loại II 45 0,018 28 250 250 250 -Cấp phối đá dăm loại I 15 300 300 300 -Bê tông nhựa trung 350 250 1600 28 2.0 5.2.1.Kiểm toán kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi Công thức kiểm toán: dv Ech ≥ K cd × E yc Trong Ech: Là mô đun đàn hồi chung lớp mặt kết cấu áo đường K cddv : Hệ số dự trữ cường độ độ võng phụ thuộc độ tin cậy thiết kế Với K cddv = 1.1 đường cấp III miền núi độ tin cậy thiết kế lựa chọn 0.9 Eyc: mô đun đàn hồi yêu kết cấu áo đường phải đạt phụ thuộc vào số tải trọng trục tính toán cấp hạng kỹ thuật đường.Eyc=140.4Mpa +Ech : Mô đun đàn hồi đổi lớp mặt kết cấu mặt đường xác định cách tra toán đồ Kogan hình sau : 0.502 Toán đồ Kogan xác định Echcủ hệ hai lớp Trong : H : Chiều dày kết cấu áo đường : H=50cm D : Đường kính vệt bánh xe qui đổi với áp lực p=0.6Mpa tương ứng với tải trọng trục tiêu chuẩn 10T : D=33cm E0 : Mô đun đàn hồi cua đất E0=45Mpa, ϕ = 28 , C=0.018(Mpa) E1 : Mô đun đàn hồi chung lớp kết cấu áo đường Xác định E1 Sơ đồ tính toán Quy đổi dần lớp kết cấu áo đường lớp từ lên E1 H=h1+h2 h2 E2 h1 Etb  1 + k × t Etb = E1   1+ k  k= h2 h1 t= E2 E1      Kết tính toán ta lập thành bảng sau : Lớp kết cấu Ei(Mpa) t h(cm) k Htb(cm Etb(Mpa) ) CPĐD loại II 250 28 1.2 CPĐD loại I 300 Etb=277.51Mpa 350 43 266.75 0.163 50 277.51 15 1.312 Bê tông nhựa trung 0.536 Mô đun đàn hồi trung bình hai lớp nhân với hệ số điều chỉnh β phụ H tb D thuộc vào tỷ lệ Trong Htb =50cm D =33cm đường kính vệt bánh xe tương đương với tải trọng trục tiêu chuẩn 10T ⇒ H 50 = = 1.515 → β = 1.179 D 33 ⇒ E tbdc = β × E tb = 1.179 × 277.51 = 327.25Mpa -Xác đinh Ech E0 45 = = 0.1375 E1 277.25 H 50 = = 1.515 D 33 Ta có Tra toán đồ Kogan (Hình 3-1,/T38-22TCN211-06) E ch = 0.502 → E ch = 0.502 × 277.25 = 164.28Mpa E1 Ta có E yc × K cddv = 140.4 × 1.1 = 154.44 < E ch = 164.28Mpa → Đạt 5.2.2Kiểm toán kết cấu áo đường mềm theo tiêu chuẩn mặt trượt sụt đất lớp vật liệu dính Công thức kiểm tra C τ ax + τ av ≤ tttr K cd Trong τax: Lực cắt tải trọng gây τay: Lực cắt trọng lượng thân gây Ctt: Lực dính tính toán đất K cdtr :Hệ số dự trữ cường độ cắt trượt ,đường thiết kế với độ tin cậy 0.95 => Kcdtr=1 + Xác đinh Ctt Ctt=k1k2k3C Trong -k1: Hệ số xét đến suy giảm cường độ chống cắt trượt đất vật liệu chịu tải trọng động gây dao động, với kết cấu mặt đường phần xe chạy k 1=0.6 -k2: Hệ số xét đén yếu tố tạo nên làm việc không đồng kết cấu Các yếu tố gây ảnh hưởng nhiều lưu lượng xe lớn ngược lại Với số trục xe tiêu chuẩn/ ngày đêm =290 k3=1.5 C: Lực dính đất C=0.018Mpa Ctt = 0.6 × 0.8 × 1.5 × 0.018 = 0.013Mpa Hệ số dự trữ cường độ cắt trượt phụ thuộc vào độ tin cậy tính toán thiết kế Đường cấp III miền núi thiết kế với độ tin cậy 0.9 : K cdtr = 1.0 + Xác định lực cắt tải trọng gây Tra toán đồ τax 0.016 Toán đồ tra ứng suất cắt trượt tải trọng gây với hệ hai lớp với (H/D=0-2) Trong : H : Chiều dày lớp kết cấu áo đường.H=50cm D=33cm E1 : Mô đun đàn hồi trung bình quy đổi lớp kết cấu áo đường E2 : MMoo đun đàn hồi đất Xác định E1 Mô hình tính toán - Quy đổi lớp kết cấu áo đường lớp tương tự kiểm toán theo điều kiện kéo uốn Sơ đồ quy đổi hệ hai lớp lớp E1 H=h1+h2 h2 E2 h1 Etb  1 + k × t Etb = E1   1+ k  k= h2 h1 t= E2 E1      Kết tính toán ta lập thành bảng sau : Lớp kết cấu Ei(Mpa) t h(cm) k Htb(cm Etb(Mpa) ) CPĐD loại II 250 28 1.2 CPĐD loại I 300 250 43 266.75 0.163 50 264.36 15 0.937 Bê tông nhựa trung 0.536 Etb=264.36Mpa Mô đun đàn hồi trung bình hai lớp nhân với hệ số điều chỉnh β phụ H tb D thuộc vào tỷ lệ Trong Htb =50cm D =33cm đường kính vệt bánh xe tương đương với tải trọng trục tiêu chuẩn 10T ⇒ H 50 = = 1.515 → β = 1.179 D 33 ⇒ Etbdc = β × Etb = 1.179 × 264.36 = 311.74 Mpa Ta có  E1 311.74  E = 45 = 6.928   ϕ = 28  H 50  = = 1.515  D 33 Tra toán đồ (Hình 3-2/T43 ,22TCN211-06) τ ax = 0.016 → τ ax = 0.016 × 0.6 = 0.0096 Mpa ta xác định p + Xác đinh lực cắt trọng lượng thân gây τav +Tav ϕ =5° 0.003 0.002 ϕ =10° 0.001 ϕ =13° 20 60 80 100 ChiÒu dÇy mÆt h= (cm) ϕ =20° 0.001 0.002 40 0.0018 0.003 0.004 ϕ =30° 0.005 0.006 0.007 0.008 T av ( MPa ) ϕ =40° Toán đồ tìm ứng suất cắt hoạt động τav trọng lượng thân mặt đường gây Chiều dày mặt đường 50cm đường có φ=280 Tra toán đồ ta τay=-0.0018Mpa 0.013  C tt  K tr = 1.0 = 0.013Mpa  cd τ + τ = 0.0096 − 0.0018 = 0.0076 Mpa ay  ax ⇒ τ ax + τ ay < Vậy ta có C tt → dat K cdtr 5.2.3.Kiểm toán kết cấu mặt đường theo trạng thái giới hạn ứng suất chịu kéo uốn xuất đáy lớp vật liệu liền khối - Kiểm toán đáy lớp bê tông nhựa trung Công thức kiểm toán σ ku Rttku ≤ ku K cd Trong K cdku K : Hệ số dự trữ cường độ , với đường cấp III độ tin cậy thiết kế 0.9 = 1.0 ku cd Rttku = k1 k Rku Rku - Rku : Sức chịu kéo uốn giới hạn =2.0Mpa -K1 : Hệ số kể đến suy giảm cường độ chịu kéo uốn tác dụng tải trọng trùng phục Với bê tông nhựa K1 = 11.11 11.11 = = 0.559 0.22 796038 0.22 ( N ett ) -K2 :Hệ số xét đến suy giảm cường độ chịu kéo uốn tác động nhân tố thời tiết khí hậu Với bê tông nhựa K2=1.0 ⇒ Rttku = 0.559 × 1.0 × 2.0 = 1.118Mpa σ ku - : Ứng suất kéo uốn tải trọng tác dụng gây đáy lớp vật liệu liền khối σ ku = σ ku p.k b σ ku + : Ứng suất kéo uốn đơn vị +p : Áp lực tính toán , với tải trọng trục tiêu chuẩn tính toán Ptc=10T p=0.6Mpa + kb : Hệ số kể đến đặc điểm tải trọng : kb=0.85 σ ku -Xác định Tra toán đồ - Toán đồ xác định ứng suất kéo uốn lớn đáy lớp vật liệu liền khối Trong H : Chiều dày kết cấu H=50cm D=33cm Ech.m : Mô đun đàn hồi chung đáy lớp kết cấu kiểm toán điều kiện ứng suất kéo uốn Es : Mô đun đàn hồi đất Es=45Mpa Xác định Echm Các bước tính tương tự tính toán Echm kiểm toán kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi, gồm hai lớp CPĐD loại I CPĐD loại II đất cát +Tính Ech hai lớp cấp phối đá dăm Tính theo phương pháp quy đổi hai lớp kết cấu lớp theo phương pháp thực Kết tính ta lập thành bảng sau : Lớp kết cấu Ei(Mpa) t h(cm) k Htb(cm Etb(Mpa) ) Lớp CPĐD loại II 250 28 1.2 Lớp CPĐD loại I 300 0.536 43 266.75 15 Xét tới hệ số điều chỉnh H β = f  D Trong Htb =43cm D =33cm đường kính vệt bánh xe tương đương với tải trọng trục tiêu chuẩn 10T ⇒ H 43 = = 1.303 → β = 1.142 D 33 ⇒ Etbdc = β × Etb = 1.142 × 266.75 = 304.67 Mpa +Xác đinh Ech E0 45 = = 0.148 E1 304.67 H 43 = = 1.303 D 33 Ta có Tra toán đồ Kogan (Hình 3-1,/T38-22TCN211-06) E ch = 0.47 → E ch = 0.47 × 304.74 = 143.195Mpa E1 - E1=1600Mpa σ ku -Xác định E1 1600 = = 11.17 E chm 143.195 H = = 0.212 D 33 σ ku = 2.13 Tra toán đồ hình 3-29a ta σ ku = σ ku pk b = 2.13 × 0.6 × 0.85 = 1.086 Mpa R tt ku = k1 k Rku = 0.559 × × 2.0 = 1.118Mpa Rttku 1.118 = = 1.118Mpa > σ ku = 1.086 ⇒ dat K cdku Vậy kết cấu mặt đường chọn đủ khả chịu lực [...]... H 43 = = 1 .30 3 → β = 1.142 D 33 ⇒ Etbdc = β × Etb = 1.142 × 266. 75 = 30 4.67 Mpa +Xác đinh Ech E0 45 = = 0.148 E1 30 4.67 H 43 = = 1 .30 3 D 33 Ta có Tra toán đồ Kogan (Hình 3- 1,/T38-22TCN211-06) E ch = 0.47 → E ch = 0.47 × 30 4.74 = 1 43. 195Mpa E1 - E1=1600Mpa σ ku -Xác định E1 1600 = = 11.17 E chm 1 43. 1 95 H 7 = = 0.212 D 33 σ ku = 2. 13 Tra toán đồ hình 3- 29a ta được σ ku = σ ku pk b = 2. 13 × 0.6 × 0. 85. .. × t 3 Etb = E1   1+ k  k= h2 h1 t= E2 E1      3 Kết quả tính toán ta lập thành bảng sau : Lớp kết cấu Ei(Mpa) t h(cm) k Htb(cm Etb(Mpa) ) CPĐD loại II 250 28 1.2 CPĐD loại I 30 0 250 43 266. 75 0.1 63 50 264 .36 15 0. 937 Bê tông nhựa trung 0 . 53 6 7 Etb=264 .36 Mpa Mô đun đàn hồi trung bình của hai lớp còn được nhân với hệ số điều chỉnh β phụ H tb D thuộc vào tỷ lệ Trong đó Htb =50 cm D =33 cm là đường. .. trên nền đất á cát +Tính Ech của hai lớp cấp phối đá dăm Tính theo phương pháp quy đổi hai lớp kết cấu về một lớp theo phương pháp đã thực hiện như trên Kết quả tính ta lập thành bảng như sau : Lớp kết cấu Ei(Mpa) t h(cm) k Htb(cm Etb(Mpa) ) Lớp CPĐD loại II 250 28 1.2 Lớp CPĐD loại I 30 0 0 . 53 6 43 266. 75 15 Xét tới hệ số điều chỉnh H β = f  D Trong đó Htb =43cm D =33 cm là đường kính vệt bánh... trục tiêu chuẩn 10T ⇒ H 50 = = 1 .51 5 → β = 1.179 D 33 ⇒ Etbdc = β × Etb = 1.179 × 264 .36 = 31 1.74 Mpa Ta có  E1 31 1.74  E = 45 = 6.928  0  0 ϕ = 28  H 50  = = 1 .51 5  D 33 Tra toán đồ (Hình 3- 2/T 43 ,22TCN211-06) τ ax = 0.016 → τ ax = 0.016 × 0.6 = 0.0096 Mpa ta xác định được p + Xác đinh lực cắt do trọng lượng bản thân gây ra τav +Tav ϕ =5 0.0 03 0.002 ϕ =10° 0.001 ϕ = 13 20 0 60 80 100 ChiÒu... trọng : kb=0. 85 σ ku -Xác định Tra toán đồ - Toán đồ xác định ứng suất kéo uốn lớn nhất tại đáy lớp vật liệu liền khối Trong đó H : Chiều dày kết cấu H =50 cm D =33 cm Ech.m : Mô đun đàn hồi chung ở đáy lớp kết cấu kiểm toán điều kiện về ứng suất kéo uốn Es : Mô đun đàn hồi đất nền Es=45Mpa Xác định Echm Các bước tính tương tự như khi tính toán Echm khi kiểm toán kết cấu theo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi,... 0.0018 0.0 03 0.004 ϕ =30 ° 0.0 05 0.006 0.007 0.008 T av ( MPa ) ϕ =40° Toán đồ tìm ứng suất cắt hoạt động τav do trọng lượng bản thân mặt đường gây ra Chiều dày mặt đường 50 cm và nền đường có φ=280 Tra toán đồ ta được τay=-0.0018Mpa 0.0 13  C tt  K tr = 1.0 = 0.013Mpa  cd τ + τ = 0.0096 − 0.0018 = 0.0076 Mpa ay  ax ⇒ τ ax + τ ay < Vậy ta có C tt → dat K cdtr 5. 2 .3. Kiểm toán kết cấu mặt đường theo... 0.22 796 038 0.22 ( N ett ) -K2 :Hệ số xét đến sự suy giảm cường độ chịu kéo khi uốn dưới tác động của các nhân tố thời tiết khí hậu Với bê tông nhựa K2=1.0 ⇒ Rttku = 0 .55 9 × 1.0 × 2.0 = 1.118Mpa σ ku - : Ứng suất kéo khi uốn do tải trọng tác dụng gây ra tại đáy lớp vật liệu liền khối σ ku = σ ku p.k b σ ku + : Ứng suất kéo uốn đơn vị +p : Áp lực tính toán , với tải trọng trục tiêu chuẩn tính toán Ptc=10T... Kiểm toán tại đáy lớp bê tông nhựa trung Công thức kiểm toán σ ku Rttku ≤ ku K cd Trong đó K cdku K : Hệ số dự trữ cường độ , với đường cấp III độ tin cậy khi thiết kế là 0.9 thì = 1.0 ku cd Rttku = k1 k 2 Rku Rku - Rku : Sức chịu kéo khi uốn giới hạn =2.0Mpa -K1 : Hệ số kể đến sự suy giảm cường độ chịu kéo khi uốn dưới tác dụng của tải trọng trùng phục Với bê tông nhựa K1 = 11.11 11.11 = = 0 .55 9 0.22... 11.17 E chm 1 43. 1 95 H 7 = = 0.212 D 33 σ ku = 2. 13 Tra toán đồ hình 3- 29a ta được σ ku = σ ku pk b = 2. 13 × 0.6 × 0. 85 = 1.086 Mpa R tt ku = k1 k 2 Rku = 0 .55 9 × 1 × 2.0 = 1.118Mpa Rttku 1.118 = = 1.118Mpa > σ ku = 1.086 ⇒ dat 1 0 K cdku Vậy kết cấu mặt đường đã chọn đủ khả năng chịu lực