Nghiên cứu ứng xử của thanh truyền lực trong mặt đường bê tông xi măng bằng phương pháp phần tử hữu hạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA      PHAN NGỌC TƯỜNG VY NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA THANH TRUYỀN LỰC TRONG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ NGÀNH : 60 58 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA      PHAN NGỌC TƯỜNG VY NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA THANH TRUYỀN LỰC TRONG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ NGÀNH : 60 58 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn : TS NGÔ TRẦN TRỌNG LỄ Cán hướng dẫn : TS NGUYỄN MẠNH TUẤN Cán chấm nhận xét : TS NGUYỄN DUY CHÍ Cán chấm nhận xét : TS NGUYỄN CẢNH TUẤN Luận văn thạc sĩ bảo vệ hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ trường Đại học Bách Khoa TP HCM, ngày 16 tháng 01 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập Tự Do Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 16 tháng 01 năm 2016 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHAN NGỌC TƯỜNG VY Phái: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 02/09/1988 Nơi sinh: Bình Thuận Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô đường thành phố MSHV: 12010343 Tên đề tài: Nghiên cứu ứng xử truyền lực mặt đường bê tông xi măng phương pháp phần tử hữu hạn Nhiệm vụ nội dung Chương Mở đầu Chương Giới thiệu mặt đường bê tông xi măng phương pháp tính tốn Chương Tính tốn mặt đường bê tơng xi măng có khe nối sử dụng truyền lực Chương Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến làm việc mặt đường bê tông xi măng có khe nối Kết luận, kiến nghị Ngày giao nhiệm vụ: 19/01/2015 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 01/01/2015 Họ tên cán hướng dẫn: TS Ngô Trần Trọng Lễ TS Nguyễn Mạnh Tuấn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS Ngô Trần Trọng Lễ TS Nguyễn Mạnh Tuấn KHOA QL CHUYÊN NGÀNH CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TS Lê Bá Khánh LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn này, trước hết tơi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tất quý Thầy Cô khoa Kỹ Thuật Xây Dựng trường ĐH Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, truyền đạt cho kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt thời gian học tập trường Bằng tất lịng, tơi xin gửi đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp lời cám ơn tình cảm chân thành nhất, khuyến khích, hỗ trợ, động viên, tạo điều kiện cho tơi hồn thành chương trình học tập trường Xin gởi lời cám ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Nguyễn Mạnh Tuấn Tiến sĩ Ngô Trần Trọng Lễ, người thầy tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện cho tơi suốt trình thực luận văn Cũng xin gửi lời cảm ơn đến tập thể Khoa Xây dựng – Trường đại học Xây dựng Miền Tây động viên, tạo điều kiện thời gian để tơi thực luận văn đặc biệt Ths Đặng Ngọc Lợi hỗ trợ tài liệu hữu ích trình thực luận văn Mặc dù cố gắng hoàn thành luận văn, thời gian kiến thức có hạn nên chắn luận văn cịn thiếu sót định Kính mong q Thầy, Cơ, q anh chị đóng góp ý kiến để khắc phục nâng cao kiến thức Xin chân thành cám ơn! TP Vĩnh Long, ngày 28 tháng 12 năm 2015 Tác giả Phan Ngọc Tường Vy TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngày nay, ứng dụng áo đường cứng ngày sử dụng rộng rãi xây dựng cơng trình giao thơng, nhiên ứng xử loại mặt đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố tải trọng trục tác dụng, chênh lệch nhiệt độ mặt mặt dưới, kích thước kết cấu loại móng bên Trong luận văn tác giả sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cụ thể ứng dụng phần mềm Abaqus để khảo sát ứng xử loại mặt đường bê tơng xi măng thơng thường có khe nối sử dụng phần mềm EverFE để so sánh kết Kết phân tích cho thấy sử dụng truyền lực làm tăng hiệu truyền tải trọng kết hợp với lựa chọn kích thước hợp lý làm cho mặt đường có độ êm thuận Đồng thời cho thấy Abaqus công cụ hỗ trợ mạnh mẽ phân tích kết cấu áo đường cứng ABSTRACT Today, concrete pavement is widely used in construction traffic, but the behavior of this type of pavements dependent on many factors such as axle load effect, the different temperature between on the top and bottom surface, the size and structural type of foundation In this thesis, the author used finite element analysis specifically Abaqus software to examine the behavior of the joint plain concrete and EverFE is used to check the rusult The analytical results show that dowel bar is used to increase the load transfer efficiency combined with siutable size of concrete pavement to make the smoothly surface of road will be better And Abaqus, a tool is very strong in analysis of concrete pavement LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Phan Ngọc Tường Vy tác giả đề tài “Nghiên cứu ứng xử truyền lực mặt đường bê tông xi măng phương pháp phần tử hữu hạn”, xin cam đoan nội dung luận văn tài liệu tham khảo thật mang tính khoa học trình bày Tác giả Phan Ngọc Tường Vy ─I─ MỤC LỤC CHƢƠNG MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 1.3 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.4.1 Về lý thuyết 1.4.2 Về áp dụng 1.5 BỐ CỤC LUẬN VĂN CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN 2.1 GIỚI THIỆU VỀ MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 2.1.1 Giới thiệu chung 2.1.2 Các loại mặt đường bê tông xi măng 13 2.1.3 Các dạng hư hỏng thường gặp mặt đường bê tông xi măng 15 2.2 KHE NỐI TRONG MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 17 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 Khe co ngang 17 Khe dọc 20 Khe thi công 21 Khe giãn 22 2.3 ĐẶC ĐIỂM THANH TRUYỀN LỰC 22 2.3.1 Cấu tạo truyền lực 23 2.3.2 Đặc điểm làm việc 24 2.3.3 Phương pháp tính tốn truyền lực 25 2.4 LÝ THUYẾT TÍNH TỐN MẶT ĐƢỜNG BÊ TƠNG XI MĂNG 28 2.4.1 Tính tốn theo AASHTO 29 2.4.2 Tính tốn theo tiêu chuẩn Việt Nam 33 2.4.3 Mô đun đàn hồi chung đường 38 2.5 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TÍNH TOÁN 39 2.5.1 Sơ lược bước giải toán sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn 40 2.5.2 Phần mềm EverFE 44 2.5.3 Phần mềm Abaqus 45 ─ II ─ CHƢƠNG TÍNH TỐN MẶT ĐƢỜNG BÊ TƠNG XI MĂNG CĨ KHE NỐI SỬ DỤNG THANH TRUYỀN LỰC 55 3.1 BÀI TOÁN KIỂM TRA 55 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 Thông số đầu vào 56 Phần tử sử dụng 56 Kết mơ hình 57 Nhận xét kết 59 3.2 PHƢƠNG PHÁP GIẢI TÍCH 60 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 Thơng số tính tốn 60 Ứng suất uốn vồng bê tông xi măng 61 Tấm BTXM chịu tác dụng tải trọng trục xe 62 Mặt đường BTXM thông thường có khe nối sử dụng truyền lực 63 3.3 PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 67 3.3.1 Tấm BTXM chênh lệch nhiệt độ 67 3.3.2 Tấm BTXM chịu tác dụng tải trọng trục xe 69 3.3.3 Mặt đường BTXM thơng thường có khe nối sử dụng truyền lực 72 CHƢƠNG KHẢO SÁT YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC MẶT ĐƢỜNG BÊ TƠNG XI MĂNG CĨ KHE NỐI 74 4.1 HIỆU QUẢ TRUYỀN TẢI TRỌNG CỦA THANH TRUYỀN LỰC 75 4.2 KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC THANH TRUYỀN LỰC 78 4.3 KÍCH THƢỚC TẤM BÊ TÔNG XI MĂNG 81 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 Tấm bê tông xi măng chịu tác dụng tải trọng chênh lệch nhiệt độ 82 Tấm bê tông xi măng chịu tác dụng tải trọng xe 85 Ảnh hưởng chiều dày đến ứng suất 89 Ảnh hưởng cấu tạo móng bên đến ứng suất 90 4.4 ẢNH HƢỞNG SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI GIỮA CÁC TẤM TRONG BÀI TOÁN ỨNG SUẤT NHIỆT 92 4.4.1 Khi xét đơn 92 4.4.2 Khi xét có truyền lực 93 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 96 ─ III ─ DANH MỤC HÌNH Hình 1-1 Nội dung thực luận văn Hình 2-1 Mặt đường BTXM sử dụng đường ô tô sân bay 10 Hình 2-2 Sơ đồ cấu tạo mặt đường bê tơng xi măng thơng thường có khe nối 13 Hình 2-3 Hư hỏng phồng (Blowup) mặt đường bê tơng xi măng 16 Hình 2-4 Mặt đường bê tơng bị hư hỏng góc nứt gãy 16 Hình 2-5 Cấu tạo khe thi công dọc 21 Hình 2-6 Cấu tạo khe giãn 22 Hình 2-7 Kết cấu mặt đường BTXM thông thường sử dụng truyền lực 25 Hình 2-8 Bố trí truyền lực điển hình taị khe nối ngang 25 Hình 2-9 Biến dạng truyền lực tác dụng tải trọng 26 Hình 2-10 Sự truyền tải trọng qua nhóm truyền lực 27 Hình 2-11 Hiện tượng uốn vồng chênh lệch nhiệt độ 29 Hình 2-12 Nhiệt độ thực đo theo chiều dày 30 Hình 2-13 Toán đồ xác định hệ số Cx Cy 31 Hình 2-14 Sự chia lưới thành phần tử hữu hạn 41 Hình 2-15 Giao diện khai báo truyền lực EverFE 2.25 45 Hình 2-16 Quan hệ ứng suất, biến dạng chịu nén trục bê tông [20] 48 Hình 2-17 Quan hệ ứng suất – biến dạng chịu kéo bê tông [17] 48 Hình 2-18 Quan hệ ứng suất biến dạng khái quát hóa thép Quan hệ ứng suất – biến dạng thép Abaqus 49 Hình 2-19 Phần tử Abaqus để mô bê tông 53 Hình 2-20 Dạng phần tử dùng để mô bê tông xi măng 54 Hình 3-1 Quy đổi nhiều lớp qua hệ số mơ hình phần tử hữu hạn 56 Hình 3-2 Mơ hình BTXM có khe nối phần mềm Abaqus 57 Hình 3-3 Kết mô BTXM phần mềm Abaqus 57 Hình 3-4 Kết tính tốn BTXM phần mềm EverFE 58 Hình 3-5 Biểu đồ nội lực lớn truyền lực 58 ... đường bê tông xi măng, khuôn khổ luận văn cao học, học viên mạnh dạn chọn đề tài ? ?Nghiên cứu ứng xử truyền lực mặt đường bê tông xi măng phương pháp phần tử hữu hạn? ?? 1.2 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG. ..  PHAN NGỌC TƯỜNG VY NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA THANH TRUYỀN LỰC TRONG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ NGÀNH... dựng đường tơ đường thành phố MSHV: 12010343 Tên đề tài: Nghiên cứu ứng xử truyền lực mặt đường bê tông xi măng phương pháp phần tử hữu hạn Nhiệm vụ nội dung Chương Mở đầu Chương Giới thiệu mặt đường