BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ MÔN TĐH THIẾT KẾ CẦU ĐƯỜNG SINH VIÊN PHAN XUÂN LINH MÃ SV 151100913 LỚP TĐHTKCĐ K56 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM I CÁC CHỈ TIÊU K[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ MÔN TĐH THIẾT KẾ CẦU ĐƯỜNG - - SINH VIÊN : PHAN XUÂN LINH MÃ SV : 151100913 LỚP : TĐHTKCĐ-K56 TÍNH TỐN THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM I CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN ĐƯỜNG - Cấp quản lý : Cấp IV - Địa hình : đồi - Số xe : 02 - Loại đường : đường ô tô - Tải trọng tiêu chuẩn : Xe tải trục 10T có : Đường kính vệt bánh xe : D = 33 cm Áp lực bánh xe xuống đường: p = 0,6 Mpa Chọn áo đường thiết kế áo đường mềm, thiết kế dựa tiêu chuẩn 22TCN 211- 06 II XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN Số trục xe tính tốn xe kết cấu áo lề có gia cố (N tt) Xác định Ntt theo biểu thức: Ntt = Ntk *f L (trục/làn.ngày đêm) Trong đó: Ntk : Tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác trục xe tính tốn ngày đêm hai chiều xe chạy năm cuối thời hạn thiết kế f L : Hệ số phân phối số trục xe tính tốn xe Theo công thức : Ntk : tổng số trục xe quy đổi từ k loại xe khác trục xe tính tốn ni : số lần tác dụng loại tải trọng trục i có trọng lượng p i cần quy đổi tải trọng trục tính tốn P tt.Trong tính tốn quy đổi thường lấy n i bằng số lần loại xe i thơng qua mặt cắt ngang điển hình đoạn đường thiết kế ngày đêm cho chiều xe chạy C1 : hệ số trục tính theo biểu thức: C1 = 1+1*2(m-1) (với m số trục xe cụm trục i) C2 : hệ số xét đến tác dụng số bánh xe cụm bánh Với cụm bánh có bánh lấy C2 = 6,4; với cụm bánh đơi lấy C 2 = 1; với cụm bánh có bánh lấy C2 = 0,38 Ta có bảng sau: Loại xe Xe tải 2x9T Tải trọng trục Pi (kN) C1 C2 ni C1.C2.ni.(Pi/100)4,4 45,4 6,4 15 2,973 90 2,2 15 20,557 Trục trước 23,1 6,4 15 0,152 Trục sau 73,2 15 7,602 56 6,4 20 9,982 Trục sau 95,8 1 20 16,559 Trục trước 48,2 6,4 17 4,385 Trục sau 100 1 17 17 Trục trước 25,8 6,4 80 1,319 Trục sau 69,6 1 80 16,239 Trục trước 18 6,4 75 0,2537 Trục sau 56 1 75 5,849 Trục trước 26,4 6,4 93 1,697 Trục sau 45,2 1 93 2,825 Trục trước Trục sau Xe tải 2x7,32T Xe buýt lớn Xe tải 10T Xe tải 6,96T `Xe tải 5,6T Xe buýt nhỏ Trục trước Tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác trục xe nh toán ngày đêm hai chiều xe chạy năm đầu thời hạn thiết kế (vì lưu lượng xe thay cho năm tại) : = 107,3927 (trục/ngày đêm.2 chiều) Với số nh toán f L = 0,55 Vậy N1 thực nh : f L N1 = 107,3927.0,55= 59,0659 Tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác trục xe nh toán ngày đêm hai chiều xe chạy năm cuối thời hạn thiết kế Ntk = N1.(1+q)t-1 = 107,3927.(1 + 0,07) 15-1 = 276,9157 (trục/ngđ.2 chiều) Vì đường thiết kế có xe khơng có dải phân cách nên theo 3.3.2 22TCN 211 – 06 ta chọn f L = 0,55 =>> Ntt = Ntk f L Ntt = 276.9157*0,55= 152,3 (trục/làn.ngđ) Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy thời hạn thiết kế (N e) Theo biểu thức (A-3) Phụ lục A tiêu chuẩn 22TCN 211 - 06 tính được: ¿> N e= ( + 0.07)15−1 [ ( +q )t −1 ] 365 N = 0.382*106 (trục) N = e 15 −1 t − 0.07 ( 1+ 0.07 ) q ( +q ) Với : + q : quy luật tăng trưởng xe trung bình năm (q = 7%) + t : Năm dự báo tương lai (15 năm) III LỰA CHỌN VÀ KIỂM TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG Lựa chọn kết cấu áo đường *) Lựa chọn kết cấu tầng mặt Dựa vào bảng 2.1, bảng 2.2 bảng 2.4 TCN 211-06 ta có: - Chọn loại tầng mặt cấp cao A1 - Chọn tầng mặt gồm lớp: +) Bê tông nhựa chặt loại I (hạt nhỏ) có độ dày: 4cm +) Bê tơng nhựa chặt loại II (hạt thơ) có độ dày: 8cm *) Lựa chọn kết cấu tầng móng Dựa vào bảng 2.3 mục 2.3 TCN 211-06 ta có: -Chọn tầng móng gồm lớp: +) Móng trên: Cấp phối đá dăm nghiền loại I có độ dày: 18cm +) Móng dưới: Cấp phối đá dăm nghiền loại II có độ dày: 24 cm *) Dựa vào bảng C-1 , bảng C-2 thơng số chọn trên, ta có bảng sau: Mô đun đàn hồi E (Mpa) Vật liệu Đất sét Bề dày (cm) Tính võng (30oC) 42 Tính trượt Tính kéo uốn (60oC) Rku C Mpa Mpa (độ) 0,032 24 (15oC) CPĐD loại 24 250 250 250 CPĐD loại 18 300 300 300 Bê tông nhựa hạt trung 350 250 1600 1,6 Bê tông nhựa hạt mịn 420 300 1800 2,8 Kiểm toán kết cấu áo đường chọn Với kết cấu áo đường mềm cấp A1 kiểm toán theo tiêu chuẩn cường độ : + Độ võng đàn hồi + Khả chịu cắt trượt + Khả chịu kéo uốn 2.1 Kiểm toán kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi Điều kiện: - : Hệ số cường độ độ võng phụ thuộc vào độ tin cậy (tra bảng 3.2 22TCN 211-06), Với đường cấp IV chọn độ tin cậy 0,85 nên K cddv = 1,06 - Eyc : Mô đun đàn hồi yêu cầu tra bảng 3.4 3.5 (22TCN 211-06) - Ech : mô đun đàn hồi chung kết cấu áo đường Tính Ech Việc đổi tầng lớp từ lên thực theo biểu thức : Với : K= t= Kết xem bảng tính sau : Lớp kết cấu Ei (Mpa) CPĐD loại 250 CPĐD loại 300 BTN hạt trung BTN hạt mịn 350 420 h (cm) 250 Có Etbdc = 350 271 Xét đến hệ số điều chỉnh Tra bảng 3-6 ta 300 420 282 - 24 = 1,2 18 18 24 = Htb (cm) E'tb (Mpa) 24 250 42 271 50 282 54 291 0,75 = 1,29 42 = 0,19 = 1,49 50 = 0,08 = f(H/D) : với H/D = 54/33 = 1,6 = 1,18 E’tb = 1,18 291 = 343,38 (Mpa) 42 Từ tỷ số sau : = 1,6 Tra toán đồ 3.1 ta = 343.38 = 0,12 = 0,49 Ech = 343,38 0,49 = 168.25 (Mpa) Tính Eyc *) Mô đun đàn hồi yêu cầu Với lưu lượng xe tính tốn Ntt = 152.3 trục/làn.ngàyđêm, tra mơ đun đàn hồi yêu cầu theo bảng (nội suy), ta : ( 100 200 147 160 MPa) =>> Nội suy ta được: Eyc = 147+ ( 160−147 )∗( 152.3 −100 ) = 153.799(MPa) 200 −100 *) Mô đun đàn hồi tối thiểu Theo quy định bảng 3.5, 22TCN 211- 06 mơ đun đàn hồi u cầu tuyến đường có trị số tối thiểu : Eycmin = 130 Mpa *) Mô đun đàn hồi chọn Echọn = max (Eyc, Emin) Do vậy, ta chọn : Eyc = 153.799 MPa Vậy: Ech ≥ Eyc = 1,06.153.799 = 163,02 (Mpa) → Kết cấu đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép 2.2 Kiểm toán kết cấu theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt đất Điều kiện kiểm toán: Tax + Tav ≤ Tax : Ứng suất cắt hoạt động lớn tải trọng bánh xe tính tốn gây đất lớp vật liệu dính (Mpa) Tav : Ứng suất cắt hoạt động trọng lượng thân lớp vật liệu nằm gây điểm xét (Mpa) : Hệ số cường độ chịu cắt chọn tùy thuộc vào độ tin cậy thiết kế Bảng 3.7 Bước : Tính E tb của lớp kết cấu theo bảng sau : Lớp kết cấu Ei (Mpa) h (cm) Htb (cm) E'tb (Mpa) CPĐD loại 250 CPĐD loại 300 BTN hạt trung 250 BTN hạt mịn 300 24 = 1,2 18 = 1,084 300 250 250 271 300 275 Xét đến hệ số điều chỉnh : Tra bảng 3.6 ta - = 1,09 = f( ) ; = 1,18; Etb = với 18 24 42 50 24 250 = 0,75 42 271 = 0,19 50 275 = 0,08 54 277 = 1,6 E’tb = 1,18 277 = 326,86 (Mpa) Bước : Xác định ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính tốn gây đất Tax : 326,86 = 1,82 ; = = 42 = 7,78 Tra tốn đồ hình 3.2 22TCN 211-06, với góc nội ma sát đất = 24 0 ta =0,014; áp lực mặt đường bánh xe tiêu chuẩn tính tốn p = 0,6 Mpa nên ta có : Tax = 0,6*0,014 = 0,0084 Mpa Bước : Xác định ứng suất cắt hoạt động trọng lượng thân lớp kết cấu áo đường gây đất T av Dựa vào tổng chiều dày kết cấu H = 54 cm 211-06 ta : = 24 tra toán đồ hình 3.4 22TCN Tav = -0,0011 Mpa Bước 4 : Xác định trị số lực dính tính tốn theo cơng thức : Ctt = C.k 1.k 2.k 3 (Mpa) C : lực dính đất 0,032 Mpa k 1: hệ số xét đến khả suy giảm sức chống cắt trượt đất vật liệu dính, chịu tải trọng động gây dao động k 1 =0,6 tính với kết cấu áo đường phần xe chạy k 2 : hệ số xét đến yếu tố tạo làm việc không đồng kết cấu, yếu tố gây ảnh hưởng nhiều lưu lượng xe chạy lớn, k 2 được xác định tùy thuộc số trục xe quy đổi mà kết cấu phải chịu đựng ngày đêm k 2 = 0,8 (do N tt = 152, 3( trục)) Bảng 3.8 22TCN 211-06 k 3 : hệ số xét đến gia tăng sức chống cắt trượt đất vật liệu dính điều kiện chúng làm việc kết cấu khác với mẫu thử Đối với đất dính loại sét ta lấy k 3=1,5 Thay vào ta : C tt =0,032*0,6*0,8*1,5 = 0,02304 (Mpa) Bước 5: Kiểm tốn lại điều kiện tính tốn cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt đất Với đường cấp IV độ tin cậy 0,95 tra bảng ta : K cdtr = 0,9 bảng 3.7 22TCN 211-06 0,02304 = 0,9 = 0,0256 Mpa ; Tax + Tav = 0,0084 - 0,0011 = 0,0073 Mpa < 0,0256 Mpa => Kết cấu đảm bảo cắt trượt 2.3 Kiểm toán kết cấu theo tiêu chuẩn kéo uốn lớp bê tông nhựa Theo tiêu chuẩn kết cấu xem đủ cường độ thỏa mãn điều kiện: Trong đó: + : Ứng suất chịu kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp vật liệu liền khối tác dụng tải trọng bánh xe + R ttku : Cường độ chịu kéo uốn tính tốn vất liệu liền khối + K cđku : Hệ số cường độ chịu kéo uốn (Tra bảng 3-7 trang 137 ta có K cđku = 0,9 ) Với lớp bê tơng nhựa lớp : Tính tốn ứng suất kéo uốn đáy lớp bê tông nhựa : Ta có h 1=12 cm E1 ' Trị số Etb 1600∗7 + 1800∗5 7+5 = 1600∗8 + 1800∗4 12 = 1666,67 Mpa ' Etb = 271 Mpa có của hai lớp móng phía H’ = 24 + 18 = 42 cm , trị số phải xét đến hệ số điều chỉnh β theo (3.6): ' 42 45 H Với D = 33 33 = 1,27 tra bảng 3-6 nội suy ta β = 1.136 + ( 1.27−1.25 )∗( 1.178 −1.136 ) =1.139 1.5 −1.25 → β = 1,139 Vậy theo công thức (3-6) ta được: E tb = dc β. E = 1,139 271 = 308,67 Mpa ' tb Enền dc 42 Với →Ech =0,44 308,67 = 135,82 Mpa Ta tính Etb = Ec h m 42 308,67 307 = 0,136; tra tốn đồ hình 3-1 = 0,44 đáy lớp bê tông nhựa lớp cách tra tốn đồ hình 3.5 h1 E1 12 12 22TCN211-06 với : D = 33 33 = 0,36 ; Ech 1683,33 1666.67 = 135,06 135.82 Kết tra toán đồ → dc E tb δ ku = δ ku = Mpa với p = 0,6 ta có : p.k b = 2.0,6.0,85 = 1.02 Mpa = 12.2 Kb : hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất kết cấu áo đường tác dụng tải trọng tính tốn bánh đôi bánh đơn Trường hợp kiểm tra với cụm bánh đôi ta lấy k b = 0,85 Với bê tơng nhựa lớp : h = 4cm Tính Etb’ lớp theo bảng sau : Lớp Kết Cấu Ei (Mpa) CPĐD loại 250 CPĐD loại 300 BTN hạt trung 1600 ' H 52 Với D 33 h (cm) t = E2/E1 Htb (cm) E'tb (Mpa) 24 250 = 0,62 42 271 = 0,17 50 389 k = h2/h1 24 300 250 1600 271 18 = 1,2 = 5,9 18 29 47 50 = 33 = 1.52 tra bảng 3.6 nội suy ta β = 1.178+ ( 1.52−1.5 )∗(1.198−1.178 ) =1.1796 1.75− 1.5 Vậy theo toán đồ 3.6: E tb = dc Enền Với dc Etb Ta tính 42 β ' Etb = 1,1796 389 = 458.86 Mpa Ec h m 42 dc = 429 458.86 =0.09 ; tra toán đồ hình 3-1 E tb = 0,44 → Ech = 0,44.458,86 = 201,9 Mpa δ ku đáy lớp bê tơng nhựa lớp cách tra tốn đồ hình 3-5 h1 22TCN211-06 với : D = 33 = 0,15; E1 E1 E ch Ech 188,98 = 201,9 = 1800 1800 8,91 Kết tra toán đồ → δ ku = 2,1 Mpa với p = 0,6 , ta có : δ ku = p.k b = 2,1.0,6.0,85 = 1,07 Mpa Xác định cường độ chịu kéo uốn tính tốn bê tơng nhựa theo biểu thức : tt Rku = k 1.k 2.R ku (Mpa) - R ku : cường độ chịu kéo uốn giới hạn nhiệt độ tính tốn - k 2 : hệ số suy giảm cường độ theo thời gian so với tác nhân khí hậu thời tiết Với vật liệu bê tông nhựa xét lấy: (theo 3.6.3 22TCN 211-06) + Bê tông nhựa loại I: k2 = + Bê tông nhựa loại II: k2 = 0.8 - k 1: hệ số xét đến suy giảm cường độ vật liệu bị mỏi tác dụng tải trọng trùng phục, k 1 tính theo biểu thức : 11,11 0.22 N e k1 = 11,11 11,11 0.22 = (0.382∗10 ) 0.22 = N e 0,65 Với : Ne số trục xe tính tốn tích lũy trong thời hạn thiết kế (Ne = Vậy cường độ chịu kéo uốn tính tốn bê tông nhựa lớp : tt R ku = k1*k2* R ku = 0,65 * 1* = 1.3 (Mpa) Và cường độ chịu kéo uốn tính tốn bê tơng nhựa lớp : tt Rku = 0,65 *1*2,8 = 1,82 (Mpa) cd Kiểm toán với k ku = 0,9 ứng với độ tin cậy 0,85 1.3 Lớp : = 1.02 < = 0.9 0.382∗10 = 1.44 → lớp đảm bảo chịu kéo uốn trục) 1.82 Lớp : = 1.07 < = 0.9 = 2.02 → lớp đảm bảo chịu kéo uốn Kết luận chung Các kết kiểm tốn theo trình tự cho thấy kết cấu áo đường dự kiến bảo đảm điều kiện yêu cầu cường độ Ta định chọn kết cấu làm kết cấu áo đường thiết kế ... Số trục xe tính toán xe kết cấu áo lề có gia cố (N tt) Xác định Ntt theo biểu thức: Ntt = Ntk *f L (trục/ làn. ngày đêm) Trong đó: Ntk : Tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác trục xe tính. .. 1,697 Trục sau 45,2 1 93 2,825 Trục trước Trục sau Xe tải 2x7,32T Xe buýt lớn Xe tải 10T Xe tải 6,96T `Xe tải 5,6T Xe buýt nhỏ Trục trước Tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác trục xe nh... hai chiều xe chạy năm cuối thời hạn thiết kế f L : Hệ số phân phối số trục xe tính tốn xe Theo công thức : Ntk : tổng số trục xe quy đổi từ k loại xe khác trục xe tính tốn ni : số lần tác