Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG

Tải bản đầy đủ - 0trang

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ SÂN BAY



+ Theo nguyên tắc thiết kế tổng thể tuyến đường. nền đường và m ặt

đường: Tiêu chuẩn thiết kế tuyến. nền và mặt đường phải phù hợp với nhau tức

là thiết kế tuyến nên xét tới cường độ và độ ổn định của nền đường. hơn nữa

cường độ và độ ổn định của nền đường là căn cứ để thiết kế kết cấu và b ề dày

mặt đường.

+ Chọn vật liệu hợp lý, thích hợp với điều kiện tại chỗ. nh ằm gi ảm chi phí

vận chuyển hạ giá thành cơng trình tức là nên dùng kết cấu nhi ều l ớp đ ể t ận

dụng khả năng chịu lực của vật liệu, cường độ vật liệu của các l ớp gi ảm dần

theo chiều sâu. Đặc biệt tận dụng vật liệu dùng làm l ớp móng. l ớp đ ệm. Tuy

nhiên không nên dùng kết cấu quá nhiều lớp làm cho việc thi công phức tạp.

+ Thi công thuận tiện. có lợi cho cơng tác bảo dưỡng. Nên xét đ ến l ực

lượng kỹ thuật và thiết bị máy móc thi cơng để bố trí các l ớp k ết c ấu và đ ề xu ất

các yêu cầu kỹ thuật thi công phức tạp.

+ Phân kỳ xây dựng, từng bước nâng cao. Để sử dụng ngu ồn v ốn có hạn

một cách hợp lý. căn cứ vào yêu cầu ngắn hạn để ti ến hành thi ết k ế m ặt đ ường,

sau đó tuỳ theo mức độ tăng xe hàng năm của lượng giao thông từng b ước nâng

cao dần.

+ Chú ý kết hợp tốt của việc thiết kế thoát nước.

6.3. Nguyên tắc lựa chọn kết cấu áo đường



6.3.1. Đối với tầng mặt

Ý nghĩa cấp hạng kỹ thuật của đường và lưu lượng xe chạy thiết kế

Tốc độ xe chạy tính tốn. Khả năng cung cấp vật liệu, ph ương ti ện thi

cơng. điều kiện khí hậu và điều kiện để duy tu bão dưỡng



6.3.2. Đói với tầng móng

Điều kiện địa chất thuỷ văn. thổ nhưỡng

Tình hình nguyên vật liệu có sẵn



6.3.3. Chọn vật liệu cho tầng mặt áo đường

Vật liệu làm lớp mặt chủ yếu cần dùng loại ít hoặc khơng th ấm n ước, có

cường độ và tính ổn định về cường độ đối với nước và nhiệt cao. đặc biệt có khả

năng chống tác dụng phá hoại bề mặt cũng như chịu bào mòn t ốt. Vì v ậy, nên

dùng các vật liệu có cấu trúc liên kết tốt (dùng thêm ch ất kiên k ết) có đ ộ ch ặt

lớn, có cốt liệu được chọn lọc về hình dạng và tình trạng bề mặt để bảo đảm

cường độ (c và ϕ) cần thiết và kích cỡ hạt nhỏ để đảm bảo chống bong bật tốt .

LƯƠNG MINH ĐIỀN



42



CẦU ĐƯỜNG Ô TÔ & SB K53



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ SÂN BAY



⇒ Chọn bê tông afphan làm cốt liệu cho lớp mặt.



6.3.4. Chọn vật liệu cho tầng móng áo đường

Vật liệu tầng móng có thể dùng cả các loại cấu trúc r ời r ạc. kích c ỡ l ớn. ít

chịu được bào mòn như các lớp đá dăm. cấp phối. đất và đá gia cố ch ất liên k ết

vô cơ. sỏi cuội. đá ba. phế liệu công nghiệp. gạch vỡ... Cường độ của l ớp móng

càng phía dưới thì có cường độ thấp hơn để phù hợp với quy luật truy ền ứng

suất do hoạt tải.

Đối với khí hậu ở Việt Nam (nhiệt đới) thì khơng nên chọn cát làm l ớp

móng dưới cùng vì cát rỗng tạo điều kiện thuận l ợi cho việc tích tụ ẩm. đ ồng

thời cát có cường độ thấp khơng góp phần vào việc chịu tải đáng k ể. l ại gây khó

khăn cho việc thi công các lớp bên trên. N ếu dùng cát làm l ớp đ ệm thì ph ải xây

dựng hệ thống rãnh xương cá thật tốt để thoát nước lòng đường.

Để tận dụng vật liệu địa phương ⇒ chọn đất á sét. cấp phối đá dăm loại 1

và loại 2 để làm lớp móng đường.

Các lớp vật liệu trong kết cấu áo đường từ trên xuống dưới thì cường độ

giảm dần để phù hợp với trạng thái phân bố ứng suất và để gi ảm giá thành xây

dựng.

Cường độ của các lớp trên không nên cao hơn từ 1.5 ÷ 3 lần lớp dưới liền

nó về mơ đun đàn hồi hoặc mơ đun biến dạng.

Khơng nên bố trí quá nhiều lớp vật liệu trong cả kết cấu đ ể tránh gây

phức tạp và kéo dài thời gian thi cơng.



6.3.5. Nội dung tính tốn

Sau khi lựa chọn kết cấu áo đường ta tiến hành kiểm tra xem xét kết cấu đã

chọn theo 3 trạng thái giới hạn đã đạt u cầu của quy định chưa. Đồng th ời tính

tốn xác định lại bề dày cần thiết của mỗi lớp cấu tạo.

Việc tính tốn kết cấu áo đường gồm nội dung ki ểm toán theo 3 tiêu chu ẩn

trạng thái giới hạn dưới đây:

+ Tính tốn độ võng đàn hồi thông qua khả năng ch ống bi ến dạng (bi ểu th ị

bằng trị số mô đun đàn hồi) của cả kết cấu áo đường và tr ị s ố mô đun đàn h ồi

của kết cấu phải lớn hơn trị số mô đun đàn hồi yêu cầu (Ech > Eyc).

+ Tính tốn ứng suất trượt trong nền đất và các lớp vật liệu yếu xem có vượt

quá trị số giới hạn cho phép khơng.

+ Tính tốn ứng suất kéo uốn phát sinh ở đáy các l ớp vật li ệu tồn kh ối



nhằm khống chế khơng cho phép nứt ở các lớp đó.

LƯƠNG MINH ĐIỀN



43



CẦU ĐƯỜNG Ơ TƠ & SB K53



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ SÂN BAY



6.4. Tính tốn kết cấu áo đường phần xe chạy



6.4.1. Các thơng số tính tốn

Các thơng số về mật độ xe, tải trọng thiết kế



LƯƠNG MINH ĐIỀN



44



CẦU ĐƯỜNG Ô TÔ & SB K53



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ SÂN BAY



Bảng 6.1. Bảng số liệu tải trọng trục xe



STT

1

2

3

4



Loại xe

Xe đạp

Xe máy

Xe con

Xe buýt



Trọng lượng

trục Pi (kN)

Trục Trục

trước

sau

-



Số

trục

sau

-



- Loại nhỏ



26.4



45.2



1



- Loại lớn

5 Xe tải



56.0



95.8



1



- Loại nhẹ

Loại

- trung



18.0



56.0



1



25.8



69.6



1



- Loại lớn



48.2



100.0



1



- Loại lớn



45.2



94.2



1



Số bánh của

mỗi cụm

bánh sau

cụm bánh

đôi

cụm bánh

đôi

cụm bánh

đôi

cụm bánh

đôi

cụm bánh

đôi

cụm bánh

đôi



K/c

giữa các

trục sau

-



Thành

phần

xe



-



29

64

304



-



465



-



671



-



429



-



394



-



501



l.4



358



Tải trọng xe thiết kế

Tải trọng tính tốn là tải trọng trục 100 kN, tra bảng 3-1 trong tiêu chu ẩn

ta có áp lực bánh xe p = 0,6 Mpa, đường kính vệt bánh xe D = 33 cm.



6.4.2. Tính số trục xe quy đổi về trục 100 kN

Theo các quy định trong 22 TCN 211-06, việc quy đổi được thực hiện theo

biểu thức sau:

k



N=



P



C1.C2 .ni .( I ) 4,4



Ptt

i =1



Trong đó:

N là tổng số trục xe quy đổi từ các loại trục xe khác nhau v ề tr ục xe

tính tốn sẽ thơng qua đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm trên c ả 2 chi ều

(trục/ngày đêm);



LƯƠNG MINH ĐIỀN



45



CẦU ĐƯỜNG Ô TÔ & SB K53



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ SÂN BAY



ni là số lần tác dụng của loại tải trọng trục i có tr ọng l ượng tr ục p i

cần được quy đổi về tải trọng trục tính tốn P tt (trục tiêu chuẩn hoặc trục nặng

nhất). Trong tính tốn quy đổi thường lấy n i bằng số lần của mỗi loại xe i sẽ

thông qua mặt cắt ngang điển hình của đoạn đường thi ết kế trong một ngày

đêm cho cả 2 chiều xe chạy tại thời điểm thiết kế;

C1 là hệ số số trục được xác định theo biểu thức

C1=1+1,2 (m-1);



Với



m là số trục của cụm trục i

C2 là hệ số xét đến tác dụng của số bánh xe trong 1 cụm bánh: C 2 =

6,4 cho các trục trước và trục sau loại mỗi cụm bánh chỉ có 1 bánh và C 2 = 1,0 cho

các trục sau loại mỗi cụm bánh có 2 bánh (cụm bánh đơi).

Bảng 6.2. Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục tiêu chuẩn 100 kN

Loại xe

Xe buýt

loại nhỏ

Xe buýt

loại lớn

Xe tải loại

nhẹ

Xe tải loại

trung

Xe tải loại

lớn

Xe tải loại

lớn



Trục

trước

Trục sau

Trục

trước

Trục sau

Trục

trước

Trục sau

Trục

trước

Trục sau

Trục

trước

Trục sau

Trục

trước

Trục sau



Pi (kN)



C1



C2



ni



26.4



1



6.4



233



4



45.2



1



1



233



7



56.0



1



6.4



268



134



95.8



1



1



268



222



18.0



1



6.4



215



-



56.0



1



1



215



17



25.8



1



6.4



197



3



69.6



1



1



197



40



48.2



1



6.4



125



32



100.0



1



1



125



125



45.2



1



6.4



89



17



94.2

Tổng



2.2



1



89



151

754



 Kết quả tính được N = 754 trục xe tiêu chuẩn/ ngày đêm



Ghi chú: * Vì tải trọng trục dưới 25 kN (2,5 tấn) nên không xét đến khi quy

đổi.



LƯƠNG MINH ĐIỀN



46



CẦU ĐƯỜNG Ô TÔ & SB K53



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ SÂN BAY



6.4.3. Số trục xe tính tốn trên một làn xe và trên kết cấu áo lề có gia cố

Số trục xe tính tốn Ntt là tổng số trục xe đã được quy đổi về trục xe tính

tốn tiêu chuẩn (hoặc trục xe nặng nhất tính tốn) sẽ thơng qua m ặt c ắt ngang

đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm trên làn xe chịu đựng lớn nhất vào th ời

kỳ bất lợi nhất ở cuối thời hạn thiết kế quy định tuỳ thuộc loại tầng mặt dự

kiến lựa chọn cho kết cấu áo đường.

Xác định Ntt theo biểu thức :

Ntt = Ntk . fl



(trục/làn.ngày đêm);



Trong đó:

Ntk: là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau v ề trục xe tính

tốn trong một ngày đêm trên cả 2 chiều xe chạy ở năm cu ối của th ời h ạn thi ết

kế. Trị số Ntk được xác định theo biểu thức (2-1) nhưng n i của mỗi loại tải trọng

trục i đều được lấy số liệu ở năm cuối của thời hạn thiết kế và được l ấy bằng

số trục i trung bình ngày đêm trong khoảng thời gian mùa mưa ho ặc trung bình

ngày đêm trong cả năm (nếu ni trung bình cả năm lớn hơn ni trung bình trong

mùa mưa) ;

fl: là hệ số phân phối số trục xe tính tốn trên mỗi làn xe đ ược xác đ ịnh

như sau :

Trên phần xe chạy chỉ có 1 làn xe thì lấy fl = 1,0;

Trên phần xe chạy có 2 làn xe hoặc 3 làn nhưng khơng có dải phân cách thì

lấy fl =0,55;

Trên phần xe chạy có 4 làn xe và có dải phân cách giữa thì l ấy fl =0,35;

Trên phần xe chạy có 6 làn xe trở lên và có dải phân cách giữa thì lấy

fl=0,3;

Ở các chỗ nút giao nhau và chỗ vào nút, kết cấu áo đường trong phạm vi

chuyển làn phải được tính với hệ số fl = 0,5 của tổng số trục xe quy đổi sẽ qua

nút.

 Vì đường thiết kế có 2 làn xe và khơng có dải phân cách gi ữa nên :



fl = 0,55







Vậy Ntt = 754 x 0,55 = 414 (trục/làn.ngày đêm)



LƯƠNG MINH ĐIỀN



47



CẦU ĐƯỜNG Ô TÔ & SB K53



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TƠ VÀ SÂN BAY



6.4.4. Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế

Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thi ết kế N e tức là tính theo

biểu thức sau:



Ne =



[(1 + q )t − 1]

.365.N t

q (1 + q )t −1



Trong đó:

Nt là số trục xe tiêu chuẩn trung bình ngày đêm được dự báo của

năm cuối của thời hạn thiết kế (trục/ngày đêm)

q là tỉ lệ tăng trưởng lượng giao thông trung bình năm, giả định

q=6%

t là thời hạn thiết kế, t=15 năm

( 1 + 0, 06 ) 15 − 1

 .365.414 = 1,56.106

Ne = 

14

0, 06(1 + 0, 06)



(trục)



6.4.5. Xác định mô đun đàn hồi yêu cầu

Với Ne = 1,56.106 trục, thời hạn thiết kế t=15 năm







loại tầng mặt lựa



chọn là cấp cao A1

Với Ntt = 414 trục /làn.ngày đêm và loại tầng mặt lựa chọn là cấp cao A1,

ta tra được Eyc = 172,8 > 140 MPa (trị số tối thiểu của môđun đàn hồi yêu cầu

quy định trong bảng 3-5, 22TCN 211-06)







chọn Eyc = 172,8MPa.



6.4.6. Chọn kết cấu áo đường

Phương án : (Lớp kết cấu từ dưới lên)

- Lớp 4 : Bê tông nhựa hạt mịn dày 5cm

- Lớp 3: Bê tông nhựa thô dày 7 (cm)

- Lớp 2: Cấp phối đá dăm loại I dày 16 (cm)

- Lớp 1: Cấp phối đá dăm loại II dày 24 (cm)

KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG

Bảng 6.3. Bảng thông số vật liệu



LƯƠNG MINH ĐIỀN



48



CẦU ĐƯỜNG Ô TÔ & SB K53



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



Lớ p



1

2

3

4



BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ SÂN BAY



Tên vật liệu (Lớp kết

cấu từ dưới lên)



Bề dày

lớp

(cm)



Cấp phối đá dăm loại

II

Cấp phối đá dăm loại I

Bê tông nhựa thô

Bê tông nhựa mịn



Mơ đun đàn hồi E (MPa)

Tính

võng



Tính

trượt



Kéo

uốn



16



250



250



250



16

7

5



300

350

420



300

250

300



300

1600

1800



Rku

(MPa)



2

2.8



Với đất nền là đất sét có mơ đun đàn hồi E = 42 MPa, lực dính C = 0,032

MPa, góc nội ma sát trong



ϕ



= 240.



6.4.7. Kiểm tra kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi

Chuyển hệ nhiều lớp về hệ hai lớp bằng cách đổi các l ớp k ết c ấu áo

đường lần lượt hai lớp một từ dưới lên theo sơ đồ và công thức sau:



LƯƠNG MINH ĐIỀN



49



CẦU ĐƯỜNG Ô TÔ & SB K53



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



BỘ MÔN ĐƯỜNG Ơ TƠ VÀ SÂN BAY



E2 h2



Etb htb



E1 h1



Hình 6.1. Sơ đồ chuyển hệ nhiều lớp về hệ hai lớp



Etb’=E1



 1 + k * t1/3 





1

+

k







3



; htb=h1+h2



Trong đó: k = h2/h1 , t = E2/E1

Kết quả tính tốn để tìm Etb được thể hiện trong bảng sau :

Bảng 6.4. Kết quả tính tốn Etb

Lớp kết cấu

Cấp phối đá

dăm loại II

Cấp phối đá

dăm loại I

Bê tông nhựa

thô

Bê tông nhựa

mịn



Ei

(MPa)

250

300



t=



420

312.5



14

28



14



= 1,200



350

266.0



420



k=



28

300

250



350



hi

(cm)



= 1,316

= 1,344



H

β= f ÷

D



7



7

42



5



5

49



Htb

(cm)



Etb’

(Mpa)



28



250.0



42



266.0



49



312.5



54



360.2



= 0,50



= 0,167

= 0,102



54

33



Xét đến hệ số điều chỉnh

Với =

= 1,636

Tra Bảng 3.6– TCVN 4054-2005 được β =1,189. Vậy kết cấu nhiều lớp

được đưa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 54 cm có mơ đun đàn hồi trung bình :

Etbdc



= β.Etb’= 1,189. 360,2= 428,21(Mpa)



Tính Ech của cả kết cấu: sử dụng tốn đồ Hình 3.1 – 22 TCN 211-06

H 54

=

= 1.636

D 33



E0

42

=

= 0, 098

dc

Etb 428, 21



;

Từ 2 tỷ số trên tra tốn đồ Hình 3-1 được = 0,455

LƯƠNG MINH ĐIỀN



50



CẦU ĐƯỜNG Ô TÔ & SB K53



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ SÂN BAY



Vậy Ech= 428,21.0,455= 194,83 Mpa

Nghiệm lại điều kiện phải có:

K dv

cd .E yc



Ech ≥

Đường cấp III, 2 làn xe nên chọn độ tin cậy thi ết kế là 0,9 (theo b ảng 3–3

tiêu chuẩn 211-06)

Do vậy, theo Bảng 3.2 xác định được:

K cddv



=1,10 và



K cddv



.Eyc=1,10 .172,8= 190,08 MPa



Kết quả nghiệm toán:

K dv

cd .E yc



Ech= 194,83 MPa >



= 190,08 MPa



Cho thấy với cấu tạo kết cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cường độ theo

tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép.



6.4.8. Tính kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu cắt

trượt trong nền đất

Tính Etb của cả 4 lớp kết cấu:

Việc đổi tầng về hệ 2 lớp được thực hiện tương tự như trên

Bảng 6.5. Kết quả tính tốn Etb

Lớp kết cấu



Cấp phối đá dăm

loại II

Cấp phối đá dăm

loại I

Bê tông nhựa thô



Bê tông nhựa mịn



LƯƠNG MINH ĐIỀN



Ei

(MPa

)



t=



250



k=



28



300



300

250



250



250

266.0



300



hi

(cm

)



= 1,200

= 0,940



300

294, 7



=

1,009



51



14

7



5



14

28

7

42

5

49



Htb

Etb’

(cm (Mpa)

)

28



250.0



42



266.0



49



297.4



54



250.2



= 0,50



= 0,167

= 0,102



CẦU ĐƯỜNG Ô TÔ & SB K53



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



-



BỘ MÔN ĐƯỜNG Ơ TƠ VÀ SÂN BAY



H

β= f ÷

D



54

33



Xét đến hệ số điều chỉnh

Với =

= 1,636

Tra Bảng được β =1,189. Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu 2 lớp với

lớp trên dày 54 cm có mơ đun đàn hồi trung bình :

Etbdc



-



= β.Etb’= 1,189 x 250,2= 297,49(Mpa)



Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính tốn gây ra

trong nền đất



τ ax



:



H 54

=

= 1, 636

D 33



;



Etb 297, 49

=

= 7, 083

E0

42



Theo tốn đồ Hình 3-2, với góc nội ma sát của đất nền



ϕ



= 24o ta tra được:



τ ax

p



= 0,012. Vì áp lực trên mặt đường của bánh xe tiêu chuẩn tính tốn p



= 6 daN/cm2 = 0,6 MPa



τ ax

-



= 0,012x0,6 = 0,0072 MPa



Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu áo



đường gây ra trong nền đất



τ av



:



Tra tốn đồ Hình 3-4 ta được

-



τ av



= -0,0012MPa



Xác định trị số Ctt theo cơng thức:

Ctt= C. k1.k2.k3

Trong đó:

C: lực dính của đất nền = 0,032(MPa);

K1 : hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất hoặc vật liệu

kém dính chịu tải trọng động và gây dao động. Với kết cấu nền áo đường phần

xe chạy thì lấy K1=0,6

K2 : hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của

kết cấu; các yếu tố này gây ảnh hưởng nhiều khi lưu lượng xe chạy càng l ớn, do

LƯƠNG MINH ĐIỀN



52



CẦU ĐƯỜNG Ô TÔ & SB K53



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×