Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu góp phần hoàn thiện phương pháp thiết kế mặt đường mềm sân bay ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI NGUYỄN ĐÌNH CHUNG ận Lu án NGHIÊN CỨU GĨP PHẦN HỒN THIỆN n tiế PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG MỀM SÂN BAY sĩ Ở VIỆT NAM Kĩ t uậ th LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI NGUYỄN ĐÌNH CHUNG Lu ận NGHIÊN CỨU GĨP PHẦN HỒN THIỆN án PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG MỀM SÂN BAY Ở VIỆT NAM n tiế : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô đường thành phố Mã ngành : 62580205 sĩ Ngành Kĩ t uậ th LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS TS Phạm Huy Khang GS TS Vũ Đình Phụng HÀ NỘI, 2018 i LỜI CẢM ƠN Luận án thực hướng dẫn trực tiếp GS TS Phạm Huy Khang GS TS Vũ Đình Phụng Tơi xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn dẫn tận tình, góp ý định hướng khoa học có giá trị cho nội dung nghiên cứu để giúp thực luận án Tôi xin cảm ơn quý thầy, cô Bộ môn Đường Bộ, Bộ môn Đường ô tô sân bay - Trường Đại học Giao thông vận tải động viên, nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình làm luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Phòng Đào tạo sau đại học - Trường Đại học Giao thông vận tải tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập Trường Lu Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Cơng trình - án cứu ận Trường Đại học giao thông vận tải tạo điều kiện để học tập nghiên Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo Công ty TNHH MTV Thiết kế tiế Tư vấn xây dựng cơng trình hàng khơng ADCC / Qn chủng Phịng khơng - n Không quân, Cục Hàng không Việt Nam, Tổng Công ty cảng hàng không Việt Nam sĩ Cảng hàng không, sân bay Kĩ tạo điều kiện giúp đỡ trình học tập, khảo sát, nghiên cứu th t uậ Cuối cùng, xin bày tỏ cảm ơn đồng nghiệp, gia đình người thân giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2018 Tác giả Nguyễn Đình Chung ii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, chưa cơng bố cơng trình khác không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án ận Lu án Nguyễn Đình Chung n tiế sĩ Kĩ t uậ th iii MỤC LỤC Lời cảm ơn i Lời cam đoan ii Mục lục iii Danh mục bảng viii Danh mục hình vẽ, đồ thị ix Danh mục chữ viết tắt, kí hiệu xii Mở đầu Chương TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG Lu MỀM SÂN BAY ận 1.1 Tổng quan mặt đường mềm sân bay 1.1.1 Tổng quan mặt đường sân bay án 1.1.2 Cấu tạo chung mặt đường mềm sân bay tiế 1.1.3 Các yêu cầu mặt đường mềm sân bay n 1.1.4 Quy định sức chịu tải kết cấu mặt đường sĩ 1.1.5 Điều kiện khai thác Cảng hàng không nước ta Kĩ 1.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn 12 th 1.2.1 Hiện tượng phá hoại kết cấu mặt đường mềm 12 t uậ 1.2.2 Tải trọng tàu bay tác động lên khu vực đường cất hạ cánh, đường lăn, sân đỗ 13 1.3 Các phương pháp thiết kế 15 1.3.1 Phương pháp lý thuyết 15 1.3.1.1 Phương pháp thiết kế theo độ võng đàn hồi giới hạn cho phép 15 1.3.1.2 Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn CHИП 2.05.08.85 16 1.3.1.3 Các phương pháp số 17 1.3.2 Các phương pháp thực nghiệm 17 1.3.2.1 Phương pháp thiết kế Công binh Mỹ (Phương pháp CBR) 17 1.3.2.2 Phương pháp thiết kế ICAO 18 1.3.2.3 Phương pháp thiết kế Pháp 19 iv 1.3.2.4 Phương pháp thiết kế Anh 20 1.3.2.5 Phương pháp thiết kế hãng sản xuất máy bay Boeing, Airbus 21 1.3.3 Phương pháp nửa lý thuyết, nửa thực nghiệm 22 1.3.3.1 Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn AC 150/5320-6 22 1.3.3.2 Phương pháp thiết kế Viện bêtông Asphalt Mỹ 23 1.3.4 Đánh giá ưu nhược điểm phương pháp khả áp dụng vào Việt Nam 24 1.4 Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 10907:2015 25 1.4.1 Tính toán theo tiêu chuẩn độ võng tương đối giới hạn 25 1.4.2 Tính tốn theo tiêu chuẩn cường độ chịu kéo uốn lớp BTN 28 Lu 1.4.3 Đánh giá tồn tiêu chuẩn thiết kế TCVN 10907:2015 31 ận 1.4.3.1 Tải trọng thiết kế 31 1.4.3.2 Chiều sâu tác dụng tải trọng tàu bay 32 án 1.4.3.3 Tính tốn độ võng tương đối tải trọng tàu bay gây d 32 tiế 1.4.3.4 Tính tốn độ võng tương đối giới hạn u 32 n 1.4.3.5 Quy trình thi cơng, nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa sân bay 33 sĩ 1.5 Các nghiên cứu giới Việt Nam 33 Kĩ 1.5.1 Nghiên cứu phương pháp thiết kế 33 th 1.5.2 Nghiên cứu FAA ảnh hưởng tần suất, áp suất bánh nhiệt t uậ độ cao đến hình thành vệt lún mặt đường BTN sân bay 35 1.6 Kết luận Chương 38 1.6.1 Kết luận Chương 38 1.6.2 Nội dung nghiên cứu 39 Chương ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM SÂN BAY 40 2.1 Mơ hình tính ứng suất, biến dạng hệ nhiều lớp kết cấu mặt đường mềm sân bay 40 2.2.1 Mơ hình tính toán 40 2.2.2 Các giả thiết 40 2.2.3 Mơ hình hóa tính nhớt đàn hồi lớp vật liệu bê tông nhựa 40 v 2.2.4 Mơ hình tác dụng tải trọng động 42 2.2 Ứng dụng phần mềm Abaqus tính ứng suất, biến dạng lớp kết cấu mặt đường mềm sân bay 43 2.2.1 Tổng quan phần mềm Abaqus 43 2.2.1.1 Giới thiệu chung 43 2.2.1.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn 43 2.2.1.3 Phương trình sở xác định ma trận độ cứng Jacobian 47 2.2.1.4 Phân tích mơ hình chịu tác dụng tải trọng động 50 2.2.2 Các loại phần tử sử dụng tính toán 50 2.2.3 Đơn vị sử dụng thống Abaqus 51 Lu 2.2.4 Ứng dụng phần mềm Abaqus tính ứng suất, độ võng mặt đường 52 ận 2.2.4.1 Tính ứng suất, độ võng hệ kết cấu lớp 52 án 2.2.4.2 Tính ứng suất, độ võng hệ kết cấu lớp 55 2.2.5.3 Tính ứng suất, độ võng hệ kết cấu nhiều lớp chịu tác dụng tải trọng tiế tĩnh 56 n sĩ 2.2.5.4 Tính ứng suất, độ võng mặt đường tác dụng tải trọng động 58 Kĩ 2.2.5.5 Tính ứng suất, độ võng mặt đường xét lớp BTN vật liệu nhớt đàn th hồi 60 t uậ 2.3 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất, biến dạng kết cấu mặt đường mềm sân sân bay 62 2.3.1 Lựa chọn mơ hình tốn 62 2.3.2 So sánh mơ hình tính tốn 62 2.3.3 Ảnh hưởng áp suất bánh đến độ võng mặt đường 63 2.3.4 Ảnh hưởng số lượng bánh đến độ võng mặt đường 65 2.3.5 Ảnh hưởng cường độ đất (CBR mô đun đàn hồi) đến độ võng mặt đường 66 2.3.6 Ảnh hưởng mô đun đàn hồi lớp BTN đến độ võng mặt đường 68 2.3.7 Ảnh hưởng cường độ đất đến ứng suất kéo đáy lớp BTN 69 2.4 Kết luận Chương 70 vi Chương KIẾN NGHỊ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG MỀM SÂN BAY Ở VIỆT NAM 73 3.1 Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 10907:2015 73 3.1.1 Xác định chiều sâu đất bị nén tác dụng tải trọng tàu bay 73 3.1.2 Tính độ võng tương đối tính tốn tải trọng ngồi tốn đồ 73 3.1.3 Tính độ võng tương đối giới hạn tải trọng ngồi tốn đồ 79 3.1.4 Xây dựng phần mềm tính tốn theo tiêu chuẩn TCVN 10907:2015 81 3.2 Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn AC 150/5320-6F 83 3.2.1 Phạm vi áp dụng tiêu chuẩn phạm vi nghiên cứu 83 3.2.2 Mơ hình tính toán 83 Lu 3.2.3 Hệ số phá hủy tích lũy CDF (Cumulative Damage Factor) 85 ận 3.2.4 Phần mềm thiết kế FAARFIELD 87 án 3.2.4.1 Tổng quan phầm mềm FAARFIELD 87 3.2.4.2 Sơ đồ thuật tốn giải chương trình 89 tiế 3.2.4.3 Các bước thiết kế kết cấu mặt đường theo FAARFIELD 89 n 3.2.4.4 Thông số tàu bay thiết kế 90 sĩ 3.2.4.5 Tỷ lệ qua so với mức độ cho phép (P/C - Pass to Coverage Ratio) 90 Kĩ 3.2.4.6 Thông số vật liệu FAARFIELD 91 th 3.2.4.7 Chiều dày tối thiểu lớp kết cấu 92 t uậ 3.2.5 Thiết kế kết cấu mặt đường 94 3.2.5.1 Lớp mặt đường BTN 94 3.2.5.2 Lớp móng 94 3.2.5.2 Lớp móng 95 3.2.5.3 Nền đường 95 3.2.6 Những vấn đề đặt áp dụng Việt Nam 96 3.3 Ứng dụng phần mềm Abaqus thiết kế kết cấu mặt đường mềm sân bay 97 3.3.1 Mơ hình tính tốn 97 3.3.2 Các giả thiết 99 3.3.3 Các modul sử dụng tính tốn 99 3.3.4 Các bước thiết kế kết cấu mặt đường theo phần mềm Abaqus 100 vii 3.4 Kết luận Chương 101 Chương ÁP DỤNG THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ TUỔI THỌ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỘT SỐ CẢNG HÀNG KHÔNG 104 4.1 Một số ứng dụng kết nghiên cứu luận án vào thực tế 104 4.1.1 Ứng dụng kết nghiên cứu sửa chữa đường cất hạ cánh 1A - Cảng hàng không quốc tế (HKQT) Nội Bài 104 4.1.2 Thiết kế kết cấu đường cất hạ cánh - Cảng HKQT Cát Bi 106 4.1.2.1 Giới thiệu quy hoạch Cảng HKQT Cát Bi 106 4.1.2.2 Dự báo nhu cầu vận chuyển loại tàu bay khai thác 107 4.1.2.3 Số liệu địa chất khu vực xây dựng 108 Lu 4.1.2.4 Tính tốn chiều dày lớp kết cấu mặt đường 109 ận 4.2 Áp dụng thiết kế kết cấu khu bay giai đoạn - Cảng HKQT Long Thành 114 4.2.1 Giới thiệu quy hoạch Cảng HKQT Long Thành 114 án 4.2.2 Dự báo nhu cầu vận chuyển loại tàu bay khai thác 116 tiế 4.2.3 Số liệu địa chất khu vực xây dựng 118 n 4.2.4 Tính toán chiều dày lớp kết cấu mặt đường 118 sĩ 4.3 Đánh giá tuổi thọ mặt đường số Cảng hàng không khai thác 121 Kĩ 4.3.1 Cơ sở tính tốn tuổi thọ mặt đường 121 th 4.3.2 Tính tốn tuổi thọ kết cấu đường cất hạ cánh - Cảng HK Vinh 122 t uậ 4.3.3 Tính tốn tuổi thọ kết cấu đường cất hạ cánh - Cảng HKQT Phú Quốc 123 4.4 Kết luận Chương 126 Kết luận kiến nghị 127 Danh mục công trình khoa học cơng bố Tài liệu tham khảo Phụ lục viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Quy định cấp chịu lực đất Bảng 1.2 Kết cấu trạng số Cảng hàng không Bảng 1.3 Nhiệt độ mặt đường số sân bay 10 Bảng 1.4 Hệ số quy đổi tương đương vật liệu gia cố 20 Bảng 1.5 So sánh tải trọng tàu bay khai thác với tải trọng tiêu chuẩn 31 Bảng 2.1 Các thông số vật liệu nhớt đàn hồi 39 Bảng 2.2 Hệ đơn vị sử dụng Abaqus 48 Bảng 2.3 So sánh kết tính toán độ võng 51 Lu Bảng 2.4 So sánh kết tính tốn phương pháp 53 ận Bảng 2.5 So sánh độ võng ứng suất cắt (vật liệu đàn hồi tuyến tính) 58 án Bảng 2.6 So sánh độ võng ứng suất cắt (BTN vật liệu nhớt đàn hồi) 58 tiế Bảng 2.7 So sánh kết tính độ võng mặt đường 60 n Bảng 2.8 Các điều kiện thí nghiệm 68 sĩ Bảng 3.1 So sánh kết tính tốn độ võng tương đối 77 Kĩ Bảng 3.2 So sánh kết tính tốn độ võng tương đối ngồi toán đồ 79 t uậ th Bảng 3.3 Xác định tuổi thọ kết cấu dựa giá trị CDF 85 Bảng 3.4 Giá trị modun hệ số Poisson vật liệu 92 Bảng 3.5 Chiều dày tối thiểu lớp kết cấu 93 Bảng 4.1 Tổng hợp dự báo lượng hành khách giai đoạn 108 Bảng 4.2 Tổng hợp dự báo loại tàu bay tần suất khai thác (Cát Bi) 108 Bảng 4.3 Tổng hợp kết tính tốn chiều dày lớp kết cấu (Cát Bi) 113 Bảng 4.4 Tổng hợp dự báo loại tàu bay tần suất khai thác (Long Thành) 117 Bảng 4.5 Tổng hợp kết tính tốn chiều dày lớp kết cấu (Long Thành) 121 Bảng 4.6 Tần suất tàu bay khai thác Cảng HKQT Phú Quốc 120 122 tần suất khai thác mặt đường hàng năm Phần mềm FAARFIELD tính tốn số lần tác dụng tải trọng kết cấu mặt đường bị phá hủy xác định số năm khai thác cịn lại mặt đường theo mơ hình phá hoại biến dạng thẳng đứng đỉnh đường mơ hình phá hoại biến dạng ngang đáy lớp bê tông nhựa [43], [65] (chi tiết xem mục 3.2.2), tuổi thọ kết cấu xác định dựa hệ số phá hủy tích lũy CDF theo bảng 3.3 sau: Xác định tuổi thọ kết cấu dựa giá trị CDF Giá trị CDF Tuổi thọ kết cấu 1,0 Kết cấu đạt đến giới hạn mỏi (kết cấu vừa đạt đến giới hạn tuổi thọ khai thác) Kết cấu chưa khai thác đến giới hạn mỏi, giá trị CDF phản ánh giá Lu < 1,0 Kết cấu khai thác vượt giới hạn mỏi, kết cấu bị phá hủy án > 1,0 ận trị khai thác, sử dụng tiế 4.3.2 Tính tốn tuổi thọ kết cấu đường cất hạ cánh - Cảng HK Vinh Kết cấu đường cất hạ cánh - Cảng HK Vinh xây dựng đưa vào từ n sĩ năm 2005 với kết cấu: Kĩ - Lớp mặt bê tông nhựa C12,5 dày 7cm, hai lớp bê tông nhựa C19 dày 8cm; th - Lớp móng cấp phối đá dăm loại 1, dày 30cm; - Nền đất cát, mô đun đàn hồi 70 MPa t uậ - Lớp móng cấp phối sỏi đồi, dày 30cm; Tần suất tàu bay khai thác: - Tàu bay A321-200 30 chuyến/ngày; - Tàu bay A320-200 20 chuyến/ngày Hình 4.17 Mặt trạng Cảng HK Vinh 123 Tuổi thọ mặt đường 1,8 năm Lu Hình 4.18 Tuổi thọ kết cấu đường cất hạ cánh (Vinh) ận Ghi chú: Modun đàn hồi lớp mặt bê tông nhựa trung bình 420 MPa (được án khoan lấy mẫu ngồi trường tiến hành thí nghiệm) Các vật liệu khác lấy tiế theo quy định AC 150/5320-6 n Đường cất hạ cánh Vinh thiết kế khai thác loại tàu bay A320, A321 sĩ với tần suất hoạt động trung bình 50 lượt/ngày, tuổi thọ thiết kế 10 năm Thực tế Kĩ khai thác từ năm 2005 đến năm 2013, tần suất khai thác đường cất hạ cánh đạt th trung bình 30 lượt/ngày Từ năm 2014, nhà ga hành khách đưa vào t uậ khai thác, lưu lượng vận chuyển Cảng HK Vinh tăng lên đến năm 2016 đạt 2,6 triệu hành khách/năm với tần suất hoạt động cất hạ cánh trung bình 60 lượt/ngày, kết cấu mặt đường bắt đầu xuất hư hỏng cục kết khảo sát, đánh giá tuổi thọ lại đường cất hạ cánh 1,8 năm Kiến nghị quan quản lý Cảng HK Vinh cần sửa chữa, nâng cấp thời gian tới để đảm bảo khai thác an tồn 4.3.3 Tính tốn tuổi thọ kết cấu đường cất hạ cánh - Cảng HKQT Phú Quốc Đường cất hạ cánh, đường lăn - Cảng HKQT Phú Quốc xây dựng đưa vào khai thác từ năm 2012 với kết cấu: - Lớp mặt BTN polymer C12,5 dày 7cm, hai lớp BTN C19 dày 8cm; - Lớp móng cấp phối đá dăm cố xi măng, dày 38cm (2 lớp); 124 - Lớp móng cấp phối sỏi sạn gia cố xi măng, dày 20cm; - Nền đất cát, 50cm đầm chặt K98, phía đầm chặt K95 Tàu bay thiết kế lựa chọn B747-400, tần suất hoạt động trung bình 20 lần/ngày, với tuổi thọ thiết kế 20 năm theo tiêu chuẩn AC 150/5320-6C (1979), nhiên thực tế khai thác tuyến đường bay nội địa chủ yếu tàu bay A320, A321, tuyến đường bay quốc tế chủ yếu tàu bay B777-200 A330-200 Tần suất tàu bay khai thác thống kê bảng 4.3 Theo số liệu dự báo hồ sơ quy hoạch Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quyết định số 1608/QĐ-TTg ngày 10/11/2008, đến năm 2020, Cảng HKQT Phú Quốc khai thác 2,6 triệu hành khách/năm Tuy nhiên, thực tế năm 2016, Lu Cảng HKQT Phú Quốc khai thác 2,5 triệu hành khách/năm dự kiến kế hoạch ận năm 2017 đạt 3,0 triệu hành khách/năm Như vậy, sản lượng khai thác Cảng án HK vượt số liệu dự báo, tần suất tàu bay khai thác tăng vượt dự báo số lượng tải trọng loại tàu bay khai thác lớn so với thiết kế Cần đánh tiế giá tuổi thọ khai thác thực tế kết cấu đường cất hạ cánh, đường lăn để đơn vị n quản lý Cảng hàng khơng có kết hoạch tu, sửa chữa thời gian tới sĩ Do khơng có số liệu khảo sát thí nghiệm cường độ lớp kết cấu thực tế Kĩ nay, tính tốn tuổi thọ đường cất hạ cánh đường lăn, số liệu t uậ th cường độ vật liệu lấy kết cấu làm theo số liệu quy định tiêu chuẩn AC 150/5320-6F (2016) Bảng 4.6 Tần suất tàu bay khai thác Cảng HKQT Phú Quốc STT Tàu bay tính tốn Số chuyến bay/ ngày Số lần cất hạ cánh/ năm A320-200 10 650 A321-200 20 200 A330-200 190 B737-800 190 B777-200 730 44 16 060 Tổng cộng 125 ận Lu án Hình 4.19 Mặt quy hoạch Cảng HKQT Phú Quốc n tiế sĩ Kĩ t uậ th Tuổi thọ mặt đường 10,1 năm Hình 4.20 Tuổi thọ kết cấu đường cất hạ cánh (Phú Quốc) Nhận xét: sản lượng khai thác tăng lên vượt giá trị dự báo, tần suất, chủng loại tải trọng loại tàu bay khai thác tăng lên so với số liệu thiết kế ban đầu, tuổi thọ mặt đường giảm đi, từ 20 năm xuống 10,1 năm, việc đánh giá xác định tuổi thọ thực tế khai thác giúp đơn vị quản lý Cảng hàng 126 mốc thời gian cần tiến hành cải tạo, nâng cấp kết cấu mặt đường để đảm bảo khai thác an toàn, hiệu 4.4 Kết luận Chương Tiêu chuẩn TCVN 10907:2015 áp dụng để tính tốn chiều dày lớp kết cấu mặt đường với Cảng HK, sân bay có tần suất khai thác thấp Cảng HKQT Cát Bi Hãng hàng không khai thác dòng tàu bay thương mại A321, A350, B787, Áp dụng công thức tác giả kiến nghị bổ sung cho tiêu chuẩn TCVN 10907:2015 hồn tồn tính toán chiều dày lớp kết cấu mặt đường đáp ứng yêu cầu khai thác thực tế Cảng HK, sân bay Kết tính toán Lu chiều dày kết cấu mặt đường theo công thức tác giả kiến nghị với phương ận pháp PTHH phần mềm Abaqus phần mềm FAARFIELD theo tiêu chuẩn thực tế án AC 150/5320-6 cho kết xấp xỉ nhau, hoàn toàn đủ độ tin cậy sử dụng tiế Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn AC 150/5320-6F có nhiều ưu điểm n sở lý thuyết tính tốn FAA nghiên cứu từ năm 1940, xây dựng sĩ mô hình thực nghiệm để kiểm tốn phù hợp với điệu kiện khai thác thực tế Kĩ cảng hàng không xây dựng thành phần mềm thiết kế FAARFIELD, thuận t uậ th lợi công tác thiết kế việc thí nghiệm xác định tiêu vật liệu theo tiêu chuẩn ASTM phù hợp với quy định FAA cần có thời gian nghiên cứu áp dụng Tuổi thọ khai thác thực tế mặt đường sân bay phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tần suất chủng loại tàu bay khai thác có ảnh hưởng định đến tuổi thọ mặt đường, tần xuất tải trọng tàu bay khai thác tăng lên làm giảm nhanh chóng tuổi thọ mặt đường ngược lại tần suất tải trọng tàu bay khai thác giảm xuống làm tăng tuổi thọ mặt đường Áp dụng phần mềm FAARFIELD đánh giá tuổi thọ khai thác kết cấu mặt đường hữu thuận lợi, giúp cho nhà quản lý cảng hàng không lập kế hoạch sửa chữa, cải tạo nâng cấp kết cấu mặt đường hữu tần suất chủng loại tàu bay khai thác thực tế có khác biệt so với dự báo ban đầu 127 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 1.1 Đã nghiên cứu, khảo sát mơ hình, sở lý thuyết thuật toán giải hệ kết cấu mặt đường mềm sân bay nhiều lớp phần mềm Abaqus, tính tốn ứng suất, độ võng kết cấu mặt đường mềm sân bay chịu tác dụng tải trọng tĩnh, tải trọng động với trường hợp lớp bê tơng nhựa vật liệu đàn hồi tuyến tính vật liệu nhớt đàn hồi, xác định cụ thể giá trị ứng suất, biến dạng bất lợi lớp kết cấu 1.2 Ứng dụng phương pháp PTHH phần mềm Abaqus khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất, biến dạng lớp kết cấu mặt đường mềm sân bay như: ảnh hưởng áp suất bánh hơi, số lượng bánh càng, cường độ Lu đất, cường độ lớp bê tông nhựa đến độ võng mặt đường; ảnh hưởng cường độ ận đất đến ứng suất kéo uốn đáy lớp bê tông nhựa, xây dựng biểu đồ quan hệ án yếu tố ảnh hưởng đến độ võng ứng suất, giúp cho có nhìn tổng quan yếu tố có ảnh hưởng lớn cần ý trình tiế thiết kế, thi công khai thác mặt đường mềm sân bay n 1.3 Phương pháp thiết kế mặt đường mềm sân bay theo tiêu chuẩn TCVN sĩ 10907:2015 không phù hợp với thực tế khai thác số sân bay Kĩ khơng thể tính tốn chiều dày lớp kết cấu mặt đường Để tiếp tục áp dụng, th phù hợp với điều kiện khai thác thực tế sân bay, tác giả đề nghị bổ sung t uậ sau: - Biểu đồ quan hệ chiều sâu tác dụng tải trọng tàu bay sức chịu tải đất, hình 3.1, 3.2; - Cơng thức (3.3) tính tốn độ võng tương đối tải trọng tàu bay gây toán đồ [70] k  1  E / Emt  /   ttot / De   E / Emt  1, 05 E / Emt 2/3  E / Emt (3.3) - Áp dụng phần mềm Abaqus tính độ võng tương đối tải trọng tàu bay gây ngồi tốn đồ - Áp dụng cơng thức hồi quy (3.7), (3.8), (3.9) tính độ võng giới hạn tương đối u áp suất bánh pa  1, 5MPa tần suất cất cánh tàu bay tính tốn Nr >100 lượt/ngày 128 Nền đất sét, sét, cát (gồm có đất sỏi sạn), xác định theo công thức (3.7): 3,165  0,8395 pa2  3, 208 pa  0,3722    103 u   N r0,1313 Nền cát bụi, xác định theo công thức (3.8): 3,163  0, 9266 pa2  3,133 pa  0, 0255     10 3 u   0,1023 Nr Nền cát hạt trung, to mịn, xác định theo công thức (3.9): 1,889  0, 0702 pa2  1, 793 pa  0, 7897    10 3 u   N r0,1125 Các công thức (3.7), (3.8), (3.9) xây dựng lại từ toán đồ, áp dụng Lu với dịng tàu bay có áp suất bánh pa  1, 75 MPa tần suất cất cánh Nr  ận 150 lượt/ngày đêm, tần suất cất cánh Nr  150 lượt/ngày đêm cần tính tốn theo án tiêu chuẩn FAA tiêu chuẩn khác để đối chiếu, so sánh lựa chọn tiế chiều dày kết cấu thiên an toàn n 1.4 Xây dựng phần mềm thiết kế kết cấu mặt đường theo tiêu chuẩn TCVN sĩ 10907:2015 bổ sung số nội dung theo kết nghiên cứu tác giả th đường mềm sân bay nước Kĩ viết ngôn ngữ Microsoft Visual Studio 2005 thiết kế kết cấu mặt t uậ 1.5 Áp dụng phần mềm Abaqus thiết kế kết cấu mặt đường mềm sân bay, với hệ bánh bánh, sử dụng mô hình đối xứng trục, với hệ nhiều bánh, sử dụng mơ hình 3D để tính tốn Các tiêu tính tốn sau: - Tính tốn theo tiêu độ võng giới hạn cho phép, theo công thức (3.18): w ≤ [w] - Tính tốn theo tiêu cường độ chịu kéo uốn, theo công thức (3.22):  max    - Tính tốn theo tiêu cường độ chịu cắt, theo công thức (3.23):  max    1.6 Việc xác định tuổi thọ kết cấu mặt đường trạng sân bay theo tần suất, loại tàu bay khai thác thực tế dựa hệ số phá hủy tích lũy CDF 129 giúp cho đơn vị quản lý cảng hàng không lập kế hoạch sửa chữa, cải tạo nâng cấp kết cấu đường cất hạ cánh, đường lăn, sân đỗ đảm bảo khai thác an toàn hiệu Kiến nghị 2.1 Về lâu dài, kiến nghị áp dụng tiêu chuẩn AC 150/5320-6 để thiết kế kết cấu mặt đường cho cảng hàng không, sân bay nước ta, tiêu chuẩn Tổ chức hàng không dân dụng giới ICAO khuyến cáo áp dụng nhiều nước giới áp dụng Trong giai đoạn trước mắt, sử dụng song song tiêu chuẩn TCVN 10907:2015 có bổ sung số nghiên cứu tác giả AC 150/5320-6 thiết kế kết cấu mặt đường sân bay để so sánh, kiểm chứng lựa chọn Lu kết cấu có chiều dày lớn thiên an tồn Sau có đầy đủ nghiên cứu, ận phân tích, đánh giá, ban hành thành tiêu chuẩn TCVN để thống áp dụng án 2.2 Kiến nghị Cục Hàng không Việt Nam sớm nghiên cứu, ban hành tiêu chuẩn AC 150/5320-6 thành tiêu chuẩn sở để áp dụng có nghiên cứu tiế bổ sung, hiệu chỉnh phù hợp với điều kiện nước ta, ban hành thành tiêu chuẩn Quốc n gia phục vụ công tác thiết kế, đánh giá chất lượng mặt đường sân bay sĩ 2.3 Áp dụng phần mềm FAARFIELD đánh giá tuổi thọ kết cấu mặt đường Kĩ trạng sân bay nước theo điều kiện thực tế khai thác t uậ th 2.4 Khảo sát nguồn vật liệu, thiết kế lựa chọn cấp phối bê tông nhựa chịu ảnh hưởng nhiệt độ cao 600C, tần suất Nr >100 lượt/ngày áp suất bánh đến 1,75MPa xây dựng sân bay nước ta thời gian tới 2.5 Nghiên cứu, biên soạn tiêu chuẩn thí nghiệm, thi cơng nghiệm thu mặt đường sân bay theo AC150/5370-10 (2014) Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu sân bay để áp dụng đồng Việt Nam Hiện nay, nước ta chưa có tiêu chuẩn riêng thí nghiệm, thi cơng nghiệm thu lớp kết cấu mặt đường sân bay mà dùng theo tiêu chuẩn đường TK-1 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Các phương pháp thiết kế mặt đường mềm sân bay, Tạp chí khoa học Giao thơng vận tải số 17, 4/2007, trang 35-40 Các phương pháp quy hoạch hệ thống cảng hàng khơng, Tạp chí khoa học Giao thơng vận tải số 17, 4/2007, trang 178-180 Giải pháp kỹ thuật nâng cấp đường cất hạ cánh 1A Cảng hàng khơng quốc tế Nội Bài, Tạp chí Giao thông vận tải số 9/2015, trang 32-34 Hiện trạng hằn lún vệt bánh tàu bay số sân bay, nguyên nhân giải Lu pháp khắc phục, Tạp chí Giao thơng vận tải số 3/2016, trang 57-59 ận Ảnh hưởng áp suất bánh nhiệt độ cao đến hằn lún vệt bánh tàu bay, án Tạp chí Giao thơng vận tải số 4/2016, trang 57-59 tiế Thiết kế mặt đường mềm sân bay theo tiêu chuẩn AC 150/5320-6E n vấn đề đặt áp dụng Việt Nam, Tạp chí Giao thông vận tải số 7/2016, sĩ trang 62-65 Kĩ Ứng dụng phần mềm Abaqus tính ứng suất, biến dạng kết cấu mặt đường mềm th sân bay, Tạp chí Giao thông vận tải số 1+2/2017, trang 37-39 t uậ Chủ nhiệm đề tài "Nghiên cứu lập tiêu chuẩn sở thiết kế sân bay thủy phi điều kiện Việt Nam", 7/2011 TK-2 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] GS.TS Nguyễn Hữu Anh, Nguyễn Thị Ngọc Mai (2000), Microsoft Visual Basic 6.0 & Lập trình sở liệu, Nxb Lao động & Xã hội [2] Bộ Giao thông vận tải (2009), Quy hoạch phát triển GTVT Hàng không giai đoạn đến 2020 định hướng đến 2030, Cục Hàng không Việt Nam [3] Bộ Giao thông vận tải (2014), "hướng dẫn áp dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế thi cơng mặt đường bê tơng nhựa nóng tuyến đường tơ có quy mơ giao thơng lớn", Quyết định số 858/QĐ-BGTVT ngày 26/3, Vụ Khoa học cơng nghệ [4] Bộ mơn cầu đường, Khoa cơng trình quân (1987), Khảo sát thiết kế sân Lu bay, Đại học Kỹ thuật quân Nguyễn Quang Chiêu (2001), Thiết kế xây dựng mặt đường sân bay, Nxb [6] án Giáo dục ận [5] PGS.TS Trần Thị Kim Đăng (2010), Độ bền khai thác Tuổi thọ kết cấu mặt TS Trần Ngọc Huy (2018), Nghiên cứu phương pháp tính tốn thiết kế kết n [7] tiế đường bê tông nhựa, Nxb Giao thông vận tải sĩ cấu mặt đường mềm nước giới đề xuất hướng áp dụng phù Kĩ hợp điều kiện Việt Nam, Viện Khoa học Công nghệ GTVT PGS.TS Phạm Huy Khang (2007), Thiết kế công nghệ xây dựng mặt [9] t uậ đường ôtô, Đại học Giao thông vận tải th [8] PGS.TS Phạm Huy Khang (2008), Thiết kế mặt đường bê tông xi măng đường ô tô mặt đường sân bay, Nxb Giao thông vận tải [10] Nguyễn Đức Khuông (1990), Sân bay Cảng hàng không dân dụng, Nxb Xây dựng [11] GS.TS Vũ Đình Lai (2000), Lý thuyết đàn hồi, Đại học Giao thông vận tải [12] Nguyễn Xuân Lựu (2000), Phương pháp phần tử hữu hạn, Đại học Giao thông vận tải [13] TS Nguyễn Quang Phúc (2016), "Chương Nghiên cứu xây dựng phân vùng lựa chọn mác nhựa đường PG phù hợp với điều kiện Việt Nam", Lựa chọn loại nhựa đường phù hợp thiết kế bê tông nhựa, Trường đại học Giao thông vận tải TK-3 [14] PGS.TS Vũ Đình Phụng (2003), Quy hoạch, thiết kế khảo sát sân bay, Nxb Xây dựng [15] PGS.TS Phạm Cao Thăng (2007), Tính tốn thiết kế mặt đường sân bay đường ô tô, Nxb Xây dựng [16] Nguyễn Hữu Tình, Lê Tấn Hùng, Phạm Thị Ngọc Yến, Nguyễn Thị Lan Hương (2001), Cơ sở Matlab ứng dụng, Nxb Khoa học kỹ thuật [17] GS.TS Nguyễn Viết Trung, TS Hoàng Hà, KS Lê Quang Hanh (2004), Tính tốn kỹ thuật xây dựng Excel, Nxb Xây dựng [18] PGS.TS Nguyễn Xuân Vinh (2008), Tính toán - Thiết kế kết cấu kết cấu gia cường mặt đường sân bay, Nxb Xây dựng Lu [19] Tiêu chuẩn sở TCCS 02 (2009), Quy trình thiết kế mặt đường sân bay dân ận dụng Việt Nam, Cục Hàng không Việt Nam án [20] Tiêu chuẩn ngành 22 TCN 211 (2006), Áo đường mềm - Các yêu cầu dẫn thiết kế, Bộ Giao thông vận tải tiế [21] Tiêu chuẩn ngành 22TCN 356 (2006), Quy trình thi cơng nghiệm thu mặt n đường bê tông nhựa đường Polymer, Bộ Giao thông vận tải sĩ [22] Tiêu chuẩn TCVN 8753 (2011), Sân bay dân dụng - Yêu cầu chung thiết kế Kĩ khai thác, Bộ Khoa học Công nghệ th [23] Tiêu chuẩn TCVN 8819 (2011), Mặt đường bê tông nhựa nóng - u cầu thi t uậ cơng nghiệm thu, Bộ Khoa học Công nghệ [24] Tiêu chuẩn TCVN 10709 (2015), Sân bay dân dụng - Mặt đường sân bay Yêu cầu thiết kế, Bộ Khoa học Cơng nghệ [25] Thủ tướng Chính phủ (2009), "Quy hoạch phát triển giao thông vận tải hàng không, giai đoạn đến năm 2020 định hướng đến năm 2030", Quyết định số 21/QĐ-TTg ngày 08/1, Văn phịng Chính phủ [26] Ban Khai thác cảng, Hồ sơ khai thác cảng hàng không, sân bay, Tổng công ty Cảng hàng không Việt Nam - CTCP [27] Ban Khai thác cảng, Số liệu khí tượng phục vụ khai thác (từ 2012 đến 8/2017), Tổng công ty Cảng hàng không Việt Nam - CTCP [28] Hồ sơ Quy hoạch Cảng hàng không quốc tế Cát Bi, thành phố Hải Phịng (2012), Cơng ty ADCC/QC-PKKQ TK-4 [29] Hồ sơ Quy hoạch Cảng hàng không quốc tế Long Thành, tỉnh Đồng Nai (2011), Công ty Tư vấn sân bay Nhật Bản (JAC) Tiếng Anh: [30] Airbus S.A.S (2011), "Airbus A321-200", Airplane Characteristics for Airport Planning, Airbus Industrie, France [31] Airbus S.A.S (2014), "Airbus A330-300", Airplane Characteristics for Airport Planning, Airbus Industrie, France [32] Airbus S.A.S (2014), "Airbus A340-300", Airplane Characteristics for Airport Planning, Airbus Industrie, France [33] Airbus S.A.S (2015), "Airbus A350-900", Airplane Characteristics for Airport Lu Planning, Airbus Industrie, France ận [34] Airbus S.A.S (2014), "Airbus A380-800", Airplane Characteristics for Airport Planning, Airbus Industrie, France án [35] A F Stock, B Sc, M Phil (1979), Flexible Pavement Design, University of Commercial Airplanes n [36] Boeing tiế Nottingham, England (2011), "Boeing 747-400", Airplane sĩ Characteristics for Airport Planning, United Aircraft Corporation, USA Commercial Airplanes (2002), Kĩ [37] Boeing "Boeing 757-300", Airplane Commercial Airplanes (2011), "Boeing 767-300", t uậ [38] Boeing th Characteristics for Airport Planning, United Aircraft Corporation, USA Airplane Characteristics for Airport Planning, United Aircraft Corporation, USA [39] Boeing Commercial Airplanes (2015), "Boeing 777-200LR", Airplane Characteristics for Airport Planning, United Aircraft Corporation, USA [40] Boeing Commercial Airplanes (2011), "Boeing 777-300ER", Airplane Characteristics for Airport Planning, United Aircraft Corporation, USA [41] Boeing Commercial Airplanes (2014), "Boeing 787-8/9", Airplane Characteristics for Airport Planning, United Aircraft Corporation, USA [42] Dassault Systemes Simulia Corp (2012), Abaqus 6.12 – Theory Manual, Providence RI, USA [43] Dassault Systemes Simulia Corp (2012), Abaqus 6.12 – Abaqus/CAE User’s Manual, Providence RI, USA TK-5 [44] Dassault Systemes Simulia Corp (2012), Abaqus 6.12 – Getting Started with Abaqus, Providence RI, USA [45] David R Brill (2011), FAARFIELD 1.3 Hands on Training, Ferderal Aviation Administration [46] EJ Yoder and MW.Witczak (1975), Principles of Pavement Design, John Wiley & Sons INS, USA [47] European Asphalt Pavement Association (2003), Airfield Uses of Alphalt, AD Breukelen, The Netherlands [48] Francisco.E.J, Evandro.P.J, Jorge.B.S (2005), Viscoelastic and Elastic Structural Analysis of Flexible Pavement, Department of Transportation Lu Engineering, Federal University of Ceará-UFC, Brazil [49] Injun Song & Navneet Garg (2010), "High tire pressure and Temperature ận effects on hot mix asphalt concrete permanent deformation using customized án Asphat Pavement Analyzer (APA) (2010)", Presented for the 2010 FAA Jersey, USA n tiế Worldwide Airport Technology Transfer Conference Atlantic City, New [50] International Civil Aviation Organization - ICAO (2016), "ANNEX 14, sĩ Kĩ Volume - Aerodrome Design and Operation", International Standards and Recommended Practices, Montreal, Quebec, Canada th t uậ [51] International Civil Aviation Organization - ICAO (1983), "Part Pavement", Aerodrome Design Manual (Doc 9157-AN/901), 1000 Sherbrooke Street West, Suite 400, Montreal, Quebec, Canada [52] J.Ciambella, M.Destrade, R.W.Ogden (2009), On the Abaqus FEA Model of Finite Viscoelasticity, University of Glasgow, G12 8QW, United Kingdom [53] J.Ciambella, M.Destrade, R.W.Ogden (2013), On the Abaqus FEA Model of Finite Viscoelasticity, University of Glasgow, G12 8QW, United Kingdom [54] J.Yoshimura, S.Ushio, T.Sugawara (1972), Stresses in Multi Layered Systems, Hokkaido University, Japan [55] Zocher et al (1997), Three-Dimensional Finite Element Formjkulation for Thermoviscoelastic Orthotropic Media, Journal of Numerical Methods in Engineering, USA TK-6 [56] Lee H.J & Kim Y.R (1998), Viscoelasticity Constitutive Model for Asphalt Concrete under Cyclic Loading, Journal of Engineering Mechanics [57] M Wensel, A Shalaby, M Thiessen, V Mah (2002), Investigation of Asphalt Pavement Rutting at two Canadian Airfields, Department of Civil Engineering, University of Manitoba, Canada [58] O.C Zienkiewicz and R.L Taylor (2000), The Finite Element Method - Fifth edition, Butterworth-Heinemann, England; [59] Richard de Neufville & Amedeo R Odoni (2013), "Planning, Design, and Management", Airport Systems, McGraw-Hill, Inc, USA [60] Robert Horonjeff & FrancisX (1994), Planning & Design of Airports - Fourth Lu Edition, McGraw-Hill, Inc, USA [61] Robert Horonjeff, FrancisX MC Kelvey, William J Sproule, Seth B Young ận (2010), Planning & Design of Airports -Fifth Edition, McGraw-Hill, Inc, án USA tiế [62] Seth B Young & Alexander T.Wells (2011), Airport Planning and Management - Sixfth Edition, McGraw-Hill, Inc, USA n sĩ [63] U.S Department of Transportation (1979), "Airport Pavement Design and th Administration Kĩ Evaluation", Advisory Circular - AC No 150/5320-6D, Ferderal Aviation t uậ [64] U.S Department of Transportation (2009), "Airport Pavement Design and Evaluation", Advisory Circular - AC No 150/5320-6E, Ferderal Aviation Administration [65] U.S Department of Transportation (2016), "Airport Pavement Design and Evaluation", Advisory Circular - AC No 150/5320-6F, Ferderal Aviation Administration [66] U.S Department of Transportation (2011), "Standardized Method of Airport Pavement Strength - PCN", Advisory Circular - AC No 150/5335-5B, Ferderal Aviation Administration [67] U.S Department of Transportation (2014), "Standards for Specifying Construction of Airports", Advisory Circular - AC 150/5370-10G, Ferderal Aviation Administration TK-7 [68] Yang H.Huang (2004), Pavement Analysis and Design, Pearson Prentice Hall, USA; [69] Zhang Qi-sen, Chen Yu-Liang, Li Xue-Lian (2009), Rutting in Asphalt Pavement under Heavy Load and High Temperature, Changsha University of Science and Technology, China Tiếng Nga: [70] В.А Кульчицкий, B.A Mакагонов АЗРОДРОИМНЫЕ (2002), ПОКРЫТИЯ СОВРЕМЕННЫЙ ВЗГЛЯД, Физматлпт, МоскВа [71] Минстрой России (1996), CTPOИTEЉHЫE HOPMЫ И ИPABИЛA POCCИЙCKOЙ ФEДEPAЦИИ-AЭРОДРОМЫ CHИП 32-03, TpaнсПopТ, Москва Lu [72] Минстрой России (2012), CTPOИTEЉHЫE HOPMЫ И ПPABИЛA án Москва ận POCCИЙCKOЙ ФEДEPAЦИИ-AЭРОДРОМЫ CHИП 32-03, TpaнсПopТ, [73] Госстрой СССР (1985), CTPOИTEЉHЫE HOPMЫ И ПPABИЛA ФEДEPAЦИИ (1992), ИЗЫСКАНИЯ sĩ [74] Γлyшков.Г.И AЭРОДРОМЫ - CHИП 2.05.08, n TpaнсПopТ, Москва tiế POCCИЙCKOЙ И ΠΡΟΕКТИРОВАНИЕ Kĩ АЗРОДРОМО, TpaнсПopТ, МоскВа (1994), ЖЕСТКИЕ ПОКРЫТИЯ th [75] Γлyшков.Г.И t uậ АВТОМОБИЛЬНЬІХ ДОРОГ, TpaнсПopТ, МоскВа АЗРОДРОМОВ И