Tài liệu THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU CầU ĐƯỜNG - chương 13 pptx

d d D Hình 13-1: Vệt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường TRỈÅÌNG ÂẢI HC BẠCH KHOA ÂN ---  --- BÄÜ MÄN ÂỈÅÌNG – KHOA XDCÂ CHƯƠNG 13 : TÍNH TỐN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 13.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY TÁC DỤNG LÊN MẶT ĐƯỜNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NĨ ĐẾN CƠ CẤU LÀM VIỆC CỦA KCAĐ . 1.1 Đặc điểm của tải trọng xe chạy tác dụng lên mặt đường  Độ lớn của tải trọng tác dụng lên mặt đường phụ thuộc vào hai yếu tố: + Độ lớn của tải trọng trục Q (T). Các xe tải thường có trọng lượng trục sau chiếm 3/4 trọng lượng của tồn bộ xe. Do đó độ lớn của tải trọng phụ thuộc vào trọng lượng của trục sau ơtơ + Diện tích vệt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường (cm 2 ) phụ thuộc vào kích thước và độ cứng của lốp xe (áp lực hơi). Diện tiếp xúc của bánh xe với mặt đường được xác định như sau: Ap lực truyền xuống mặt đường (kG/cm 2 ) p = α.p 0 (13-1) Trong đó: α: Hệ số kể đến độ cứng của lốp α=0,9÷1,3 khi tính tốn lấy α=1,1 P 0 : Ap lực hơi trong xăm. Như vậy D có thể tính: . F.4 D π = ta có : p = F P => p P 08,1 p. P.4 D ≈ π = (cm) (13-2) P: 1/2 tải trọng trục sau của xe D : Đường kính của vệt bánh xe tương đương p : áp lực của bánh xe tác dụng lên mặt đường. Theo 22TCN 211-06 tải trọng tính tốn tiêu chuẩn như sau : Loại đường Tải trọng trục (daN) Ap lực tính tốn lên mặt đường ( daN/cm 2 ) Đường kính vệt bánh xe (cm) V Âỉïc Hong Giạo ạn : Thiãút Kãú Âỉåìng ä tä Trang :  1 TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N --- --- Bĩ MN ặèNG KHOA XDC +ng ụ tụ thuc mng li chung, ng cao tc, ng ụ th cp khu vc tr xung 10000 6 33 +Trc chớnh ụ th, mt s ng cao tc, ng khu cụng nghip 12000 6 36 = > c im ti trng xe tỏc dng lờn mt ng : - Ti trng ng - Ti trng trựng phc hin tng mi - Ti trng tỏc dng t ngt v tc thi. 1.2 Anh hng ca ti trng n c ch lm vic ca KCA Bin dng ca KCA v nn ng ph thuc: - Thi gian tỏc dng ca ti trng Bin dng t l thun vi thi gian tỏc dng : nu cựng ti trng tỏc dng nh nhau thỡ thi gian tỏc dng cỏc lõu sinh ra bin dng cng ln - Ti trng tỏc dng P Bin dng t l thun vi ti trng : nu cựng thi gian tỏc dng nh nhau thỡ ti trng tỏc dng cỏc ln sinh ra bin dng cng ln - Tc gia ti Bin dng t l nghch vi tc gia ti : tc gia ti cng chm thỡ bin dng do nú gõy ra cng ln. Voợ ổùc Hoaỡng Giaùo aùn : Thióỳt Kóỳ ổồỡng ọ tọ Trang : 2 TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N --- --- Bĩ MN ặèNG KHOA XDC 12.2 CC HIN TNG PH HOI KCA MM, NGUYấN Lí TNH TON CNG O NG MM 2.1 Cỏc hin tng phỏ hoi KCA mm l D D o Nén Kéo Cắt Kéo Lún Trồi á p lực truyền lên đất (đất bị nén) Hình 13-2. Các hiện tựơng phá hoại áo đừơng mềm ở trạng thái giới hạn dứơi tác dụng của tải trọng xe chạy - Ngay di mt tip xỳc ca bỏnh xe , mt ng s b lỳn (ng sut nộn) - Xung quanh ch tip xỳc s phỏt sinh trt do (ng sut ct) - Trờn mt ng xut hin cỏc ng nt hng tõm bao trũn, xa hn 1 chỳt vt liu b y tri, mt ng cú th b góy v v phn ỏy ca ỏo ng b nt (ng sut kộo) 2.2 Nguyờn lý tớnh toỏn kt cu ỏo ng mm. 2.2.1 Tớnh toỏn theo vừng n hi: vừng n hi ca c KCA di tỏc dng ca ti trng xe gõy ra khụng c vt qua vừng n hi cho phộp. õv cd K . l h l gh (13-3) l h : vừng n hi ca c KCA di tỏc dng ca ti trng xe gõy ra (cm) l gh : vừng n hi cho phộp xut hin trong KCA (cm) õv cd K : H s cng v vừng, ph thuc vo tin cy thit k ( ly theo bng 3-2 v bng 3-3 ca 22 TCN 211-06) (12-3) E ch õv cd K .E yc (13-4) Voợ ổùc Hoaỡng Giaùo aùn : Thióỳt Kóỳ ổồỡng ọ tọ Trang : 3 TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N --- --- Bĩ MN ặèNG KHOA XDC E yc : mụuyn n hi yờu cu ca KCA [daN/cm 2 ] E yc = gh l Dp )1.(. 2 à (13-5) Trong ú : p : ỏp lc ca bỏnh xe tỏc dng lờn mt ng D : ng kớnh vt bỏnh xe tng ng L gh : vừng gii hn cho phộp à : hh s poisson E ch : mụuyn n hi chung ca c kt cu [daN/cm 2 ] 2.2.2 Tớnh toỏn theo ng sut ct : ng sut ct ti mi im trong KCA v trong nn t do ti trng xe chy v trng lng bn thõn ca cỏc lp vt liu gõy ra khụng c quỏ ng sut ct gii hn trong nn t v trong cỏc lp vt liu KCAD tr cd K ( ax + av ) C tt (13-6) ax : ng sut ct hot ng ln nht xut hin trong nn t hoc trong cỏc lp vt liu kộm dớnh do ti trng xe chy gõy ra (daN/cm 2 ) av : sut ct hot ng xut hin trong nn t hoc trong cỏc lp vt liu kộm dớnh do trng lng bn thõn ca cỏc lp vt liu phớa trờn gõy ra (daN/cm 2 ) tr cd K : H s cng v chu ct ( trt), ph thuc vo tin cy thit k ( ly theo bng 3-7 ca 22 TCN 211-06) C tt : lc dớnh tớnh toỏn ca nn t hoc ca cỏc lp vt liu kộm dớnh trng thỏi m v cht tớnh toỏn (daN/cm 2 ) C tt = C.K 1 .K 2 .K 3 (13-8) C : Lc dớnh ca t hoc ca lp vt liu kộm dớnh. K 1 : K 2 : K 3 : 2.2.3 Tớnh toỏn theo ng sut kộo un : ng sut kộo un xut hin ỏy cỏc lp vt liờu ton khi do ti trng xe chy gõy ra khụng c quỏ ng sut kộo un cho phộp ca cỏc lp vt liu ú. Cụng thc tớnh toỏn nh sau : Voợ ổùc Hoaỡng Giaùo aùn : Thióỳt Kóỳ ổồỡng ọ tọ Trang : 4 TRỈÅÌNG ÂẢI HC BẠCH KHOA ÂN ---  --- BÄÜ MÄN ÂỈÅÌNG – KHOA XDCÂ σ ku ≤ R ku (13-9) σ ku : ứng suất kéo uốn lớn nhất xuất hiện trong các lớp vật liệu tồn khối do tải trọng xe chạy gây ra (daN/cm 2 ) R ku : cường độ chịu kéo uốn cho phép của vật liệu (daN/cm 2 ) 12.3 TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ CỦA KẾT CẤU ÁO MỀM THEO TIÊU CHUẨN ĐỘ VÕNG ĐÀN HỒI 3.1 Ngun lý tính tốn. E ch ≥ E yc (13-10) 3.2 Tính tốn : 3.2.1 Tính E ch : a. Đối với hệ 2 lớp : * Xác định E ch khi biết chiều dày h như sau : - Xét tỉ số : 1 1 0 E E E E D h ch ưKogantratoạnâä  →        => E ch *.Bài tốn ngược : tìm h 1 khi biết E yc - Xét tỉ số : D h E E E E E E ưKogantratoạnâä yc ch  →        = 11 1 0 => h V Âỉïc Hong Giạo ạn : Thiãút Kãú Âỉåìng ä tä Trang :  5 Hình 13- 3 S¬ ®ơ tÝnh h 2 lp E ch p D E 0 E 1 h TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N --- --- Bĩ MN ặèNG KHOA XDC b. i vi h 3 lp : - i lp 1 v lp 2 thnh 1 lp tng ng + T quan h : 3 3/1 2 12 1 1 + + = k kt EE tb (13-11) Trong ú : k= 2 1 h h t= 2 1 E E (13-12) : H s quy i t phng phỏp tớnh toỏn gn ỳng v phng phỏp tớnh toỏn chớnh xỏc (h s hiu chnh) 12,0 D H 114,1 = (13-13) ( hoc tra bng 3-6 22TCN 211-93) H = h 1 + h 2 - S dng h 2 lp tớnh toỏn E ch nh bi toỏn h 2 lp. c.i vi h nhiu lp ( > 3 lp) : Phng phỏp chung l chuyn h nhiu lp v h 2 lp , theo cỏc cỏnh sau : *.Chỳ ý : Ch a h s vo ln tớnh mụ un n hi trung bỡnh ln cui cựng Voợ ổùc Hoaỡng Giaùo aùn : Thióỳt Kóỳ ổồỡng ọ tọ Trang : 6 Hỡnh 13 - 4 S tớnh h 3 lp E ch p D D p E ch h 1 E 1 E 0 h 2 E 2 E 0 E TB H=h 1 +h 2 Hỡnh 13-5 S tớnh h 4 lp E 2 h 2 E 0 E 1 h 1 E ch p D h 3 E 3 D p E ch h 1 E 1 E 0 H ' = h 2 + h 3 E 0 E ch p D E' TB E TB H = h 1 + h 2 + h 3 E tb 12 E tb 123 TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N --- --- Bĩ MN ặèNG KHOA XDC 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.1 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.10 0.05 h/D 0.150.15 0.05 0.10 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.80 E 0 E 1 1.61.51.41.3 1.1 1.21.00.9 0.80.70.60.50.4 0.3 0.2 0.1 0 1.7 1.8 1.9 2.0 E 1 E ch =0.9 0 . 8 0 . 7 0 . 6 0 . 5 0 . 4 0 . 2 0.1 0 . 3 h E 1 E 0 D p E ch Hỡnh 13-6 Toỏn KoGan 3.2.1 Xỏc nh mụuyn n hi yờu cu ( E yc ) : E yc = max{ E yc min , E yc llxc } E yc min : Mụuyn n hi yờu cu ti thiu E yc llxc : Mụuyn n hi yờu cu theo lu lng xe tớnh toỏn . a.Xỏc nh E yc min : Mụuyn n hi yờu cu ti thiu ph thuc cp ng v cp ỏo ng, c xỏc nh theo bng sau : Voợ ổùc Hoaỡng Giaùo aùn : Thióỳt Kóỳ ổồỡng ọ tọ Trang : 7 TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N --- --- Bĩ MN ặèNG KHOA XDC Cp ng min yc E (daN/cm 2 ) A 1 A 2 B 1 * i vi ng ụtụ - ng cp I - ng cp II - ng cp III - ng cp IV - ng cp V - ng cp VI 1780 1570 1400 1270 Khụng quy nh Khụng quy nh 1280 1150 980 770 Khụng q. nh 720 550 Khụng q.nh * i vi ng ụ th - ng cao tc v trc chớnh ton thnh - ng chớnh khu vc - ng ph - ng khu cụng nghip v kho tng - ng xe p v ngừ 1910 1530 1190 1530 980 1270 940 1270 720 680 1020 470 b. Xỏc nh E yc llxc Ti trng trc tớnh toỏn E yc llxc ph thuc vo : Cp ỏo ng ( A 1 , A 2 , B 1 ) Lu lng xe tớnh toỏn N tt Lu lng xe tớnh toỏn (N tt ) l s ụ tụ c quy i v loi ụ tụ cú ti trng trc tinh toỏn tiờu chun thụng qua mt ct ngang ng trong mt ngy ờm trờn ln xe chu ng ln nht cui thi k khai thỏc tớnh toỏn . Cụng thc xỏc nh : N tt = n 1 ii aN (trc xe tt/ngy ờm/ln) (13-14) N tt : Lu lng xe tớnh toỏn N i : Lu lng ca loi xe i theo c 2 chiu cui thi k khai thỏc tớnh toỏn n : s loi xe chy trờn ng. a i : H s quy i ti trng trc ca loi xe i v trc xe tớnh toỏn. Bng h s quy i xe ra xe tớnh toỏn Bng ? -? Voợ ổùc Hoaỡng Giaùo aùn : Thióỳt Kóỳ ổồỡng ọ tọ Trang : 8 TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N --- --- Bĩ MN ặèNG KHOA XDC Loi ti trng tiờu chun Tr s h s quy i a i khi ti trng trc ca xe cn i l (T) 4 6 7 8 9,5 10 11 12 Trc 10 tn Trc 12 tn Trc 9,5 tn 0.02 0.01 0.03 0.10 0.05 0.15 0.36 0.18 0.55 0.43 0.22 0.65 0.68 0.35 1.00 1.0 0.5 0.8 1.0 : H sụ xột n s phõn b xe chy trờn cỏc ln xe. Trng hp tớnh toỏn H s - ng ch cú 1 ln xe. - ng cú t 2ữ3 ln khụng cú dói phõn cỏch gia. - ng 4 v nhiu ln xe cú dói phõn cỏch gia. 1.00 0.55 0.35 *. T lu lng xe tớnh toỏn , Ti trng trc tớnh toỏn v cp ỏo ng ta xỏc nh c E yc llxc => E yc . 12.4 TNH TON CNG CA KCA MM THEO TIấU CHUN CN BNG GII HN TRT TRONG NN T V TRONG CC LP VT LIU KẫM DNH 4.1 Nguyờn lý tớnh toỏn : ng sut gõy trt ln nht trong nn t v trong cỏc lp vt liu kộm dớnh khụng c vt quỏ ng sut ct cho phộp trong nn t v trong cỏc lp vt liu kộm dớnh iu kin kim tra : cp (13-15) ax + av K.C (13-16) ax : l ng sut ct hot ng ln nht do ti trng xe chy gõy ra trong nn t hoc trong cỏc lp VL kộm dớnh (daN/cm 2 ). av : ng sut ct ch ng do trng lng bn thõn cỏc lp vt liu phớa trờn gõy ra ti im tớnh toỏn (daN/cm 2 ). 4.2 Tớnh toỏn: 4.2.1 Xỏc nh ax , av trong nn t v trong cỏc lp vt liu kộm dớnh : xỏc nh ax , v av ta chuyn h tớnh toỏn bt k ( 3 lp ) v h 2 lp tớnh toỏn a . Xỏc nh ax : p ax f( , D H , chm tb E E ) Trong ú : : gúc ni ma sỏt ca lp vt liu cn tớnh toỏn. Voợ ổùc Hoaỡng Giaùo aùn : Thióỳt Kóỳ ổồỡng ọ tọ Trang : 9 TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N --- --- Bĩ MN ặèNG KHOA XDC H : tng chiu dy ca cỏc lp ỏo ng tớnh n v trớ tớnh toỏn . E chm : mụuyn n hi chung ca nn t v cỏc lp vt liu phớa di v trớ tớnh toỏn E tb : mụuyn n hi trung bỡnh ca cỏc lp ỏo ng phớa trờn v trớ tớnh toỏn . T ( , D H , chm tb E E ) tra cỏc toỏn Hỡnh 11-12a hoc Hỡnh 11-12b p ax ax + Toỏn hỡnh 11-12a dựng xỏc nh ax do bỏnh xe gõy ra lp di ca h 2 lp khi lp trờn v lp di cú dớnh kt tt . + Toỏn hỡnh 11-12b dựng xỏc nh ax do bỏnh xe gõy ra lp di ca h 2 lp khi lp trờn v lp di khụng cú dớnh kt . *.Nguyờn lý chung khi chuyn h tớnh toỏn bt k ( 3 lp ) v h 2 lp : - Khi tớnh toỏn i vi nn t thỡ quy i cỏc lp phớa trờn nn t v lp tng ng - i vi cỏc lp vt liu kộm dớnh: Quy i cỏc lp vt liu phớa trờn v trớ tớnh toỏn v 1 lp tng ng, quy i lp tớnh toỏn , cỏc lp phớa di v nn ng v 1 bỏn khụng gian n hi cú mụuyn n hi chung E chm no ú . b . Xỏc nh av : [ ] ab H Tra toỏn hỡnh 11-14 xỏc nh c av 4.2.2 Xỏc nh ax , av trong cỏc lp BTN : xỏc nh ax , v av ta chuyn h tớnh toỏn bt k ( 3 lp ) v h 2 lp tớnh toỏn : a . Xỏc nh ax : p ax f( D H , chm tb E E ) trong ú : H : tng chiu dy ca cỏc lp BTN . D : ng kớnh ca vt bỏnh xe tng ng. E chm : mụuyn n hi chung ca nn t v cỏc lp vt liu phớa di v trớ tớnh toỏn E tb : mụuyn n hi trung bỡnh ca cỏc lp BTN . T f( D H , chm tb E E ) Tra toỏn Hỡnh 11-13 p ax ax b . Xỏc nh av : Voợ ổùc Hoaỡng Giaùo aùn : Thióỳt Kóỳ ổồỡng ọ tọ Trang : 10 [...]...TRỈÅÌNG ÂẢI HC BẠCH KHOA ÂN - - BÄÜ MÄN ÂỈÅÌNG – KHOA XDCÂ - Đối với lớp BTN do chiều dày của các lớp BTN nhỏ nên ta bỏ qua ứng suất cắt do trọng lượng bản thân gây ra (τav . Hình 1 3-1 : Vệt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường TRỈÅÌNG ÂẢI HC BẠCH KHOA ÂN -- -  -- - BÄÜ MÄN ÂỈÅÌNG – KHOA XDCÂ CHƯƠNG 13 : TÍNH TỐN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG. KHOA N -- - -- - Bĩ MN ặèNG KHOA XDC Cp ng min yc E (daN/cm 2 ) A 1 A 2 B 1 * i vi ng ụtụ - ng cp I - ng cp II - ng cp III - ng cp IV - ng cp V - ng cp