THIẾT KẾ TỐI ƯU MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA

THIẾT KẾ TỐI ƯU MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA

thiết kế tối u mặt đờng bê tông nhựaI/ Đặt vấn đề:Hiện nay kết cấu mặt đờng bê tông nhựa đang đợc sử dụng rộng rãi trong các tuyến đờng quốc lộ, đô thị và tỉnh lộ của nớc ta. Kết cấu mặt đờng bê tông nhựa có nhiều u điểm về thời gian sử dụng, cờng độ mặt đờng, độ êm thuận trong khai thác.Cấu tạo chung của mặt đờng bê tông nhựa bao gồm một đến 2 lớp bê tông nhựa trên một hay hai lớp móng cấp phối đá dăm. Trong các lớp kết cấu trên thì bê tông nhựa có giá thành cao nhất và chiếm tỷ trong lớn trong một m2 kết cấu mặt đờng mềm.Với điều kiện thông thờng hiện nay chúng ta đang thiết kế mặt đờng bê tông nhựa theo điều kiện về cờng độ. Trong phạm vi bài tập thiết kế tối u này ngoài yếu tố đảm bảo cờng độ còn xét đến yếu tố về kinh tế, cụ thể hơn đó là tính toán chiều dày tối u của lớp kết cấu mà vẫn đảm bảo điều kiện cờng độ sẽ dẫn đến chi phí xây dựng cho 1 m2 thấp nhất.Bài tóan cụ thể hay gặp trong thực tế là thiết kế mặt đờng bê tông nhựa 1 lớp trên móng đờng gồm 2 lớp móng cấp phối đá dăm (Lớp móng trên là cấp phối loại I, lớp móng dới là móng cấp phối loại II)II/ xác định hàm mục tiêu và các điều kiện ràng buộc:1. Các tham số tính tóanCác tham số tính toán bao gồm: Chiều dày lớp bê tông nhựa là h1, lớp móng cấp phối trên là h2, lớp móng cấp phối dới là h3 Mô đun đàn hồi của đất nền và các thông số liên quan Mô đun đàn hồi của các lớp vật liệu nh bê tông nhựa, cấp phối đá dăm và các thông số cờng độ vật liệu liên quan Tải trọng thiết kế và các thông số liên quan Lu lợng xe chạy thiết kế và mô đun đàn hồi yêu cầu2. Các điều kiện ràng buộc Kiểm tra kết cấu áo đờng theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồiChuyển hệ nhiều lớp về hệ hai lớp bằng cách đổi các lớp kết cấu áo đờng lần l-ợt hai lớp một từ dới lên trên theo công thức:Etb E11h2E2E113h1+1h2h1+3:= E11 Từ Etb kết cấu và E nền tiến hành đổi về một lớp chung bằng cách sử dụng toán đồ, sau đó so sánh với E yêu cầu. Điều kiện: Etb kết cấu > E yêu cầu Kiểm tra nền đất theo tiêu chuẩn đảm bảo không trợtTừ Etb tính đợc ở trên, với các thông số tính tóan của tải trọng bánh xe, của đất nền tra tóan đồ xác định đợc ax và av.ứng suất cắt hoạt động trong đất đợc tính = ax + avĐiều kiện: < cho phép Kiểm tra các lớp vật liệu tòan khối theo điều kiện chịu kéo khi uốn- Kiểm tra lớp bê tông nhựaXác định Echm trên lớp mặt cấp phối (dới lớp bê tông nhựa) sau đó sử dụng tóan đồ để xác định đợc ứng suất kéo uốn xuất hiện dới đáy lớp bê tông nhựa. Điều kiện: ứng suất kéo uốn dới đáy lớp bê tông nhựa < ứng suất kéo uốn cho phép của bê tông nhựa- Kiểm tra lớp móng cấp phốiXác định Echm trên lớp mặt cấp phối, sau đó đổi cùng lớp BTN thành 1 lớp kết cấu sau đó sử dụng tóan đồ để xác định đợc ứng suất kéo uốn xuất hiện dới đáy lớp móng cấp phối. Điều kiện: ứng suất kéo uốn dới đáy lớp móng cấp phối < ứng suất kéo uốn cho phép của lớp móng cấp phối3. Dạng của hàm mục tiêu:Chi phí chung của 1 m2 kết cấu mặt đờng bao gồm:CP = CP 1m2 BTN + CP 1m2 móng cấp phối lớp trên + CP 1m2 móng cấp phối lớp dới + CP đào đất khuôn (Căn cứ vào chiều dày tối u của các lớp).III/ Ph ơng h ớng giải bài toán Đây là bài toán nhiều cực trị, vì vậy ta phải tìm tối u toàn miền theo các điều kiện ràng buộc cho toàn miền biến thiên của các giá trị chiều dày các lớp vật liệu tạo nên kết cấu áo đờng. Trớc hết ta phải tìm ra điểm tối u cục bộ bằng các thử nghiệm độc lập, liên tục với mức độ thay đổi của các giá trị chiều dày của các lớp vật liệu tạo nên kết cấu áo đờng là thô. Nghĩa là ta chia toàn bộ miền giá trị của các giá trị chiều dày của các lớp vật liệu tạo nên kết cấu áo đờng thành các ô, sau đó tiến hành xét các ô đó theo nhiều giai đoạn, với nguyên tắc tìm kiếm trong giai đoạn sau bám xung quanh kết quả của giai đoạn trớc. Với đặc trng của kết cấu trên ta có thể thấy rằng chiều dày kết cấu nên chọn h1<h2 và h3 tơng ứng với giá thành lớp vật liệu. Ngòai các điều kiện ràng buộc về cờng độ nh trên, chiều dày các lớp kết cấu còn phải đảm bảo thuận lợi cho thi công, chiều dày lớp bê tông nhựa không có giá trị bất thờng, nghĩa là phạm vi của h1: 3< h1< 10 cm; phạm vi của h2: 10< h2 <50 cm; phạm vi của h3: 10<h3<50 cm. Đây là những giá trị theo kinh nghiệm.Quá trình xác định trên đợc diễn giải nh sau:- Trong miền giá trị của h1 ta chọn mức thay đổi của chúng tơng đối lớn (Ví dụ bớc thay đổi là 2 hoặc 3 cm).2 - Sau đó cho giá trị h2 và h3 thay đổi trong phạm vi miền giá trị xác định để xác định đợc giá trị tối u. Lúc này ta có thể cho bớc thay đổi của h2 và h3 khá lớn (ví dụ 5 cm hoặc 10 cm) để xác định đợc vùng mà hàm CP có thể đạt giá trị tối u. Sau khi tìm đợc vùng trên, ta tiến hành thu hẹp phạm vi tìm kiếm và thu nhỏ mức độ thay đổi của các giá trị h1, h2, h3 để tính giá trị Min mới của hàm mục tiêu CP.- Coi bớc trên là khu vực có triển vọng của hàm mục tiêu CP, ta tiếp tục thu hẹp vùng tìm kiếm và thu nhỏ mức thay đổi của các giá trị h1, h2, h3 cho tới khi mức thay đổi phù hợp với độ chính xác mong muốn của các giá trị chiều dày các lớp vật liệu của kết cấu áo đờng mà vẫn đảm bảo phù hợp với thực tế và có tính khả thi cao. Mức độ thay đổi của các giá trị chiều dày càng nhỏ (Tìm kiếm mịn) thì càng tốt vì nó đảm bảo không bỏ sót giá trị CP Min. III/ Sơ đồ khối của thuật toán:3 BEGINKhởi tạo giá trị Max, minvà bước của h1, h2, h3Lần lượt choH1=const, H2 =Const, H3 thay đốiThay đổi giá trịH = H - hTính tóan các ứngsuất, mô đunKiểm tra 3 điều kiện ổnđịnh của kết cấuXác định được tập hợph1min, h2min , h3 minmà CP đạt giá trị tối ưuKết quảENDsơ đồ khối4 . thiết kế tối u mặt đờng bê tông nhựaI/ Đặt vấn đề:Hiện nay kết cấu mặt đờng bê tông nhựa đang đợc sử dụng rộng rãi trong. ta. Kết cấu mặt đờng bê tông nhựa có nhiều u điểm về thời gian sử dụng, cờng độ mặt đờng, độ êm thuận trong khai thác.Cấu tạo chung của mặt đờng bê tông nhựa