(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến kết quả xác định một số thông số mặt đường bê tông xi măng sân bay bằng thiết bị gia tải động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Nguyễn Thị Ngân NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG SÂN BAY BẰNG THIẾT BỊ GIA TẢI ĐỘNG Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô đường thành phố Mã số: 9580205-2 LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – Năm 2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Nguyễn Thị Ngân NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG SÂN BAY BẰNG THIẾT BỊ GIA TẢI ĐỘNG Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô đường thành phố Mã số: 9580205-2 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Hoàng Tùng TS Ngô Việt Đức Hà Nội – Năm 2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nghiên cứu nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 11 tháng năm 2022 Tác giả luận án Nguyễn Thị Ngân TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Hồng Tùng, TS Ngơ Việt Đức tận tình hướng dẫn nhiều dẫn khoa học có giá trị, thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập, nghiên cứu, hồn thành luận án nâng cao lực khoa học cho tác giả Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Dương Học Hải, PGS.TS Vũ Hồi Nam, PGS.TS Nguyễn Quang Phúc có định hướng hỗ trợ quan trọng chuyên môn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy Bộ môn Đường ô tô đường đô thị trường Đại Học Xây dựng Hà Nội có nhiều giúp đỡ, góp ý xác đáng quý báu cho tác giả q trình hồn thiện luận án; cảm ơn Khoa Cầu Đường, Khoa Đào tạo Sau đại học (nơi tác giả nghiên cứu hoàn thành luận án) tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực luận án Cuối tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn tới người thân gia đình hiểu thương, động viên chia sẻ khó khăn với tác giả trình thực luận án Với lòng biết ơn sâu sắc, tác giả tin rằng, thiếu hỗ trợ người tác giả khơng thể hoàn thành nghiên cứu Tác giả luận án Nguyễn Thị Ngân TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi CÁC KÝ HIỆU CƠ BẢN vi DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC HÌNH VẼ xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Mặt đường BTXM sân bay 1.1.1 Phân loại 1.1.2 Cấu tạo chung 1.2 Quá trình truyền nhiệt ảnh hưởng nhiệt độ mặt đường BTXM 10 1.2.1 Các thông số nhiệt lý vật liệu làm mặt đường 10 1.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tới mặt đường BTXM 13 1.3 Đánh giá mặt đường BTXM sân bay HWD 15 1.3.1 Giới thiệu thiết bị gia tải động HWD 15 1.3.2 Các thông số mặt đường BTXM đánh giá HWD 19 1.4 Các nghiên cứu có liên quan 23 1.4.1 Các nghiên cứu truyềt nhiệt mặt đường BTXM 24 1.4.2 Các nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ tới thông số đánh giá HWD BTXM 28 1.5 Nhận xét chung kết nghiên cứu tổng quan 39 CHƯƠNG2.TỔNGHỢPCƠSỞLÝTHUYẾTPHỤCVỤHIỆUCHỈNHPHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN NHIỆT VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM BẰNG HWD 42 2.1 Phương trình truyền nhiệt mặt đường BTXM 42 2.1.1 Dạng tổng quát phương trình truyền nhiệt giả thuyết tương ứng 42 2.1.2 Một số phương pháp xác định phân bố nhiệt BTXM 43 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com iv 2.1.3 Lựa chọn phương pháp xác định biến thiên nhiệt độ BTXM tham số cần hiệu chỉnh 51 2.1.4 Hiệu chỉnh số thông số phương trình truyền nhiệt 52 2.2 Xác định thông số mặt đường BTXM từ kết đo HWD 56 2.2.1 Xác định PCN 56 2.2.2 Xác định LTE 64 2.2.3 Xác định thơng số thuộc nhóm thứ 64 2.3 Kết luận chương 67 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT BIẾN THIÊN NHIỆT ĐỘ VÀ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM BẰNG THIẾT BỊ HWD .69 3.1 Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ BTXM 69 3.1.1 Mục tiêu thí nghiệm 69 3.1.2 Quy hoạch thí nghiệm 69 3.1.3 Thực thí nghiệm 72 3.1.4 Đánh giá số liệu độ tin cậy thiết bị đo 74 3.1.5 Kết qủa thí nghiệm 74 3.2 Thí nghiệm đánh giá mặt đường BTXM sân bay HWD 78 3.2.1 Mục tiêu thực nghiệm 78 3.2.2 Quy hoạch thí nghiệm 79 3.2.3 Thực thí nghiệm 86 3.2.4 Đánh giá điều kiện số liệu thí nghiệm HWD 87 3.2.5 Kết thí nghiệm 88 3.3 Kết luận chương 91 CHƯƠNG 4: HIỆU CHỈNH PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN NHIỆT VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TỚI THÔNG SỐ CỦA TẤM BTXM SÂN BAY XÁC ĐỊNH BẰNG HWD 92 4.1 Kiểm nghiệm lại quy luật biến thiên nhiệt độ ngày 92 4.1.1 Biến thiên nhiệt độ 92 4.1.2 Biến thiên chênh lệch nhiệt độ 94 4.2 Xác định điều kiện biên tham số phương trình truyền nhiệt theo kết đo đạc nhiệt độ 97 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com v 4.2.1 Nhiệt độ trung bình mặt đường ngày, ttbmặt: 97 4.2.2 Biên độ dao động nhiệt lớn ngày, tnmax: 97 4.2.3 Hệ số truyền nhiệt độ a 97 4.2.4 Chiều sâu tắt biên độ dao động ngày đêm zmax 97 4.2.5 Thiết lập điều kiện biên cho phương trình truyền nhiệt 98 4.2.6 Xác định thơng số K phương trình truyền nhiệt 99 4.2.7 Đánh giá lại phương trình truyền nhiệt mặt đường BTXM hiệu chỉnh qua kết thí nghiệm 106 4.3 Xác định biến thiên nhiệt độ thông số BTXM mặt đường sân bay110 4.3.1 Biến thiên nhiệt độ 110 4.3.2 Các thông số mặt đường BTXM từ kết đo HWD 114 4.4 Phân tích ảnh hưởng nhiệt độ tới thông số mặt đường BTXM sân bay 117 4.4.1 Xác định phạm vi phân tích ảnh hưởng nhiệt độ thông số 117 4.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tới độ võng 118 4.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu truyền lực khe nối (LTE) 122 4.4.4 Phân tích ảnh hưởng nhiệt độ tới thơng số tính toán thiết kế mặt đường BTXM sân bay 123 4.4.5 Kiến nghị thời điểm thích hợp hiệu chỉnh kết đo HWD theo nhiệt độ 126 4.5 Kết luận chương 131 4.5.1 Đối với nội dung liên quan tới phương trình truyền nhiệt: 131 4.5.2 Về ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ tới thông số mặt đường BTXM đánh giá HWD 132 KẾT LUẬN 134 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO 138 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -133- có tương quan tốt với chênh lệch nhiệt độ Dt Trong đó, giá trị ứng suất cốt thép chịu kéo σs lại chịu ảnh hưởng yếu tố Dt Dựa vùng Dt cho phép thông số độ võng, PCN, LTE ổn định, khung thời gian ứng với điều kiện nhiệt độ có D≤1,50C đề xuất, coi thời điểm phù hợp để thực thí nghiệm HWD TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -134- KẾT LUẬN Những kết đạt luận án Tổng hợp kết nghiên cứu nước giới (Trung Quốc, Nhật Bản, Mĩ…) truyền nhiệt ảnh hưởng nhiệt độ tới thông số mặt đường BTXM đánh giá FWD, HWD: - Dạng phương trình vi phân bậc theo Fourier dùng phổ biến, với giả thiết nhiệt độ bề mặt BTXM biến động theo dạng điều hòa - Sự thay đổi chênh lệch nhiệt độ, nhiệt độ bề mặt, nhiệt độ trung bình có liên quan tới độ vồng, dãn dài hiệu ứng chèn móc (aggregate interlock) bề mặt cạnh vị trí khe nối Từ đó, có ảnh hưởng tới độ võng thông số xác định HWD Các tương quan tốn học tìm thấy nhiệt độ bề mặt độ võng cạnh tấm, góc tấm, LTE; chênh lệch nhiệt độ (thớ trên-thới dưới) độ võng BTXM đánh giá HWD Tổng hợp lý thuyết đề xuất phương pháp hiệu chỉnh phương trình truyền nhiệt (các điều kiện biên tham số cần hiệu chỉnh); Đề xuất nội dung tính tốn ngược phục vụ xác định tham số mặt đường BTXM sân bay từ kết đo độ võng thí nghiệm HWD Thông qua số liệu đo đạc nhiệt độ chiều sâu khác BTXM điều kiện ngồi trời thời gian năm, tìm quy luật biến thiên theo hàm cos nhiệt độ mặt tấm, đáy chênh lệch nhiệt độ hai bề mặt Mặc dù điều kiện thời tiết có nhiệt độ cao (mùa hè) thấp (mùa đông), chênh lệch nhiệt độ mặt mặt BTXM (ở điều kiện khảo sát) thay đổi từ -5,70C đến 90C Từ số liệu khảo sát nhiệt độ, xác định điều kiện biên, tham số K hoàn thiện phương trình truyền nhiệt BTXM Đã thực thí nghiệm HWD mặt đường BTXM sân bay Vân Đồn, sân bay xây dựng mới, chưa đưa vào khai thác; kết cấu điều kiện thí nghiệm thống Kết thí nghiệm thu trực tiếp độ võng mặt đường tâm tấm, cạnh nhiệt độ bề mặt đo Từ phương TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -135- trình truyền nhiệt số liệu nhiệt độ bề mặt đo thiết bị HWD, xác lập diễn biến nhiệt độ BTXM sân bay Vân Đồn, làm sở để phân tích ảnh hưởng nhiệt độ tới thơng số BTXM Phân tích ảnh hưởng nhiệt độ bề mặt chênh lệch nhiệt độ (mặt tấm-đáy tấm) tới độ võng, PCN, hiệu truyền lực số thông số thiết kế BTXM sân bay Vân Đồn Một số tương quan bậc yếu tố nhiệt độ thông số xác định sau: STT Tương quan Tương quan d= 1113-66,25 Tương quan d=198,2-11,47 Tương quan d=171,8+4,37 Tương quan PCN=101,1-0 Tương quan LTE=1,047-0, Tương quan LTE=0,9610+ Tương quan độ): l=1,374+0,006 Tương quan l=1,001+0,005 Kết nghiên cứu rằng, số thông số quan trọng độ võng, PCN, LTE, bán kính độ cứng tương đối bị thay đổi D