(Đề tài NCKH) tính toán áo đường mềm tiêu chuẩn 22TCN 211 06

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN TÍNH TỐN ÁO ĐƯỜNG MỀM TIÊU CHUẨN 22TCN 211-06 MÃ SỐ:SV2018-82 SKC006970 Tp Hồ Chí Minh, 2019 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Tổng quan đề tài Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài Phương pháp nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Cơ sở thiết kế 1.1.1 Cấu tạo 1.1.2 Các yêu cầu 1.1.3 Các thông số dùng thiết kế kết cấu áo đường 1.2 Số liệu thiết kế 1.2.1 Số liệu chung 1.2.2 Nền đường 1.2.3 Tải trọng tính tốn: 1.3 Xác định số trục xe tính tốn năm thiết kế 1.3.1 Thành phần thông số xe chạy năm cuối t 1.3.2 Tổng số trục xe quy đổi tải trọng trục tính tốn 1.3.3 Số trục xe tính tốn xe kết cấu áo 1.3.4 Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy xe t 1.4 Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường lề gia cố 1.5 Tính tốn thiết kế kết cấu áo đường 1.5.1 Tính tốn cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn độ võ 1.5.1.1 Điều kiện tính tốn 1.5.1.2 Hệ số cường độ độ võng 1.5.1.3 Trị số môđun đàn hồi yêu cầu 1.5.2 Giải tốn móng kinh tế 1.5.2.1 Tính tốn chiều dày lớp tầng móng 1.5.2.2 Kiểm tra cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt đất lớp vật liệu dính kết 1.5.2.2.1 Điều kiện tính tố 1.5.2.2.2 Kiểm tra cắt trượt 1.5.3 Kiểm tra cắt trượt lớp cấp phối thiên nhiên 1.5.4 khối Kiểm tra cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu 25 1.5.4.1 Điều kiện tính tốn 1.5.4.2 Kiểm tra kéo uốn đáy lớp mặt BTNC CHƯƠNG KẾT QUẢ TÍNH TỐN 2.1 Giao diện phần mềm 2.2 Bảng diễn giải khối lượng tính tốn CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TỐN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Các đặc trưng tải trọng trục tính tốn tiêu chuẩn Bảng 3.2 Xác định hệ số cường độ độ võng phụ thuộc độ tin cậy Bảng 3.3 Lựa chọn độ tin cậy thiết kế tuỳ theo loại cấp hạng đường Bảng 3.4 Trị số mô đun đàn hồi yêu cầu (MPa) Bảng 3.5 Trị số tối thiểu mô đun đàn hồi yêu cầu (MPa) Bảng 3.7 Chọn hệ số cường độ cắt trượt kéo uốn tùy thuộc độ tin cậy Bảng 3.8 Trị số K2 tùy thuộc vào số trục xe tính tốn Hình 3.1 Toản đồ để xác định modun đàn hồi chung hệ lớp Ech Hình 3.2 Toản đồ để xác ứng suất trượt từ tải trọng bánh xeở lớp hệ lớp Hình 3.3 Toản đồ để xác ứng suất trượt từ tải trọng bánh xeở lớp hệ lớp Hình 3.4 Toản đồ tìm ứng suất hoạt động Tavơ trọng lượng than mặt đường Hình 3.5 Toản đồ xác định ứng suất kéo đơn vị lớp tầng mặt - AD BTNC CKAD CPDD CPTN TCVN TCN TTTX BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thơng tin chung: - Tên đề tài: Tính Tốn Áo Đường Mềm Tiêu Chuẩn 22TCN 211-06 - SV thực hiện: Nguyễn Trọng Hiếu Mã số SV: 15127054 Phan Văn Đức 15127047 - Lớp: 151271B Khoa: Xây dựng Số năm đào tạo: năm - Năm thứ: Người hướng dẫn: ThS Lê Phương Bình Mục tiêu đề tài: - Tính tốn kiểm tra độ võng, cắt trược, kéo uốn mặt đường mềm Tính sáng tạo: - Ứng dụng tính tốn kết cấu áo đường mềm phần mềm thay tính thủ cơng In thuyết minh kết tính tốn Kết nghiên cứu: - Phần mềm kết hợp excel visual basic kiểm tra ba trạng thái cường độ đường : độ võng,cắt trượt,kéo uốn Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: - Tiết kiệm thời gian tối ưu cho người sữ dụng phần mềm - Độ xác cao,có thể kiểm tra lại cơng thức bước phần mềm dễ dàng - Phục vụ nhiều đồi tượng (sinh viên,kỹ sư, ) Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài - Chưa cơng bố thức Ngày 20 tháng năm 2018 SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Xác nhận Trường (kí tên đóng dấu) MỞ ĐẦU Tổng quan đề tài Hiện nay, công tác thiết kế, thi công kết cấu áo đường khu dân cư địa bàn thành phố hầu hết sử dụng dạng kết cấu áo đường mềm (mặt bê tông nhựa với lớp móng cấp phối đá dăm khơng gia cố) Đây loại kết cấu áo đường phổ biến, sử dụng nhiều nơi tận dụng nguồn vật liệu địa phương, giá thành tương đối thấp điều kiện thi công thuận lợi, thời gian thi công ngắn Tuy nhiên việc tính tốn thiết kế lớp kết cấu áo đường đơn vị Tư vấn cịn nhiều bất cập dẫn đến đơn vị tính toán theo kiểu khác nhau, lập luận phương pháp tính cịn nhiều hạn chế Cụ thể: để đơn giản cách tính kết cấu tác dụng tải trọng loại xe khác nhau, thông thường nhà nghiên cứu chuyển loại xe loại xe tiêu chuẩn cách áp dụng hệ số quy đổi cho loại xe Có nhiều phương pháp khác để nghiên cứu hệ số quy đổi nhiên phương pháp cho hệ số quy đổi khác áp dụng hệ số quy đổi để tính tốn lưu lượng dịng xe khơng có thống khơng hồn tồn thuyết phục lưu lượng xe tính tốn cho năm thiết kế khác dẫn đến chiều dày lớp kết cấu áo đường tính khác Hay tính tốn kiểm tra theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép, tuỳ theo cách chọn hệ số độ tin cậy thiết kế mà hệ số Kcd có giá trị khác làm ảnh hưởng đến kết tính Vì vậy, việc đề xuất định hình hố kết cấu áo đường tuyến đường khu dân cư chấm dứt việc chưa thống việc chọn số liệu đầu vào phương pháp tính đơn vị Tư vấn thiết kế tính tốn thiết kế kết cấu áo đường mềm làm giảm giá thành, thời gian thực khâu thiết kế, thẩm định áp dụng kết cấu định hình Lý chọn đề tài Việc đưa vào sử dụng phần mềm AD-SPK15 để hỗ trợ cơng tác tính tốn kết cấu áo đường mềm mang lại hiệu rõ rệt Trước đây, để hồn thành bảng tính tốn kết cấu áo đường mềm, cá nhân bình thường phải từ 4-5h Với việc ứng dụng ADM 06 vào sản xuất làm giảm thời gian tính tốn xuống cịn khoảng 30 phút cho bảng tính Tuy nhiên, chương trình có số nhược điểm định chưa đề cập tới áo đường cấp thấp B1, B2 Và trường hợp thiết kế đường thiết kế đưa chưa phong phú, chưa phản ánh hết trường hợp thực tiễn Trước đây, công tác tính tốn kết cấu áo đường mềm, việc tính tốn thực bảng tính excel Việc lập bảng tính excel có ưu điểm trực quan, dễ sử dụng tổ chức, đặc biệt sử dụng bảng tính làm bảng thuyết minh tính toán Các bước lựa chọn kết cấu áo đường kiểm tốn kết cấu áo đường có mối quan hệ với chặt chẽ, cho phép người dùng thực lựa chọn lại kết cấu kết kiểm tốn khơng đạt đảm bảo yêu cầu kiểm toán Cho phép người dùng biết kết tính tốn trung gian q trình xử lý kết quả; trường hợp nhập sai chưa đúng, người dùng dễ dàng kiểm sốt sai bước Bên cạnh đó, giao diện chương trình trực quan, thân thiện với người dùng, bước nhập, tính tốn kết bố trí hợp lý Hỗ trợ xuất bảng tính Phần mềm AD-SPK15 hỗ trợ mạnh việc thiết kế áo đường mềm trường hợp thiết kế mới, cải tạo đường Mục tiêu đề tài AD-SPK15 chương trình tính tốn kiểm tra cường độ chung cường độ lớp kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn quy định 22TCN 211-06 AD-SPK15 viết ngơn ngữ lập trình excel có chức hỗ trợ thiết kế kết cấu áo đường mềm, tính toán, kiểm tra cường độ bề dày kết cấu áo đường, hỗ trợ xuất kết thuyết minh in ấn Phương pháp nghiên cứu Phương pháp tư lập luận logic dựa kiến thức học môn Thiết Kế Đường số liệu thực tế để lập trình bảng tính nhanh cho phần tính kiểm tra kết cấu áo đường Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu kết cấu áo đường mềm kiểm tra kiểm toán độ võng, lực cắt ,kéo uốn tính tốn thiết kế áo đường cho tuyến đường Phạm vi nghiên cứu phạm vi cơng trình hạ tầng giao thơng , nhũng tuyến đường CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Cơ sở thiết kế 1.1.1 Cấu tạo Cấu tạo áo đường mềm hồn chỉnh gồm có tầng mặt tầng móng, tầng có nhiều lớp Tầng mặt chịu tác dụng trực tiếp xe (lực thẳng đứng lực ngang) tác dụng nhân tố tự nhiên (nắng, mưa, nhiệt độ, ) Tầng mặt phải đủ bền suốt thời kỳ sử dụng, phải phẳng, có đủ độ nhám, chống thấm nước, chống biến dạng dẻo nhiệt độ cao, chống nứt, chống thấm bơng bật, phải có khả chịu bào mòn tốt đảm bảo yêu cầu vệ sinh 1.1.2 Các yêu cầu Kết cấu áo đường sử dụng vừa phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, vừa phải đảm bảo yêu cầu kinh tế đầu tư lẫn trình khai thác Vật liệu sử dụng tầng mặt loại vật liệu đắt tiền nên tính tốn phải thiết kế cho chiều dày lớp nhỏ mà đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Đối với tầng móng, bố trí nhiều lớp khác với loại có cường độ thấp Ta tận dụng vật liệu có sẵn địa phương 1.1.3 Các thông số dùng thiết kế kết cấu áo đường mềm Tải trọng trục tính tốn số trục xe tính tốn Trị số tính tốn mơđun đàn hồi E, lực dính c góc nội ma sát φ loại vật liệu làm áo đường, cường độ chịu kéo uốn lớp vật liệu (phụ lục C 22TCN 211-06) Trị số tính tốn mơđun đàn hồi E0, lực dính C góc nội ma sát φ tương ứng với độ ẩm tính tốn bất lợi đất (độ ẩm tính tốn bất lợi xác định tùy theo loại hình gây ẩm kết cấu áo đường (theo phụ lục B 22TCN 211-06) 1.2 Số liệu thiết kế 1.2.1 Số liệu chung Đối tượng tính tốn: Áo đường áo lề gia cố, thiết kế theo 22TCN 211-06 Cấp hạng đường: Đường ôtô cấp I,II,III,IV miền núi CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TỐN Kết tính tốn phần mềm: Ưu điểm : - Với khối lượng cơng việc nhiều tính tốn kết cấu áo đường người dùng tính tốn cách nhanh gọn xác Giúp ta hệ thống đặc điểm tính chất đối tượng kết cấu áo đường - Ta kiểm toán lại số liệu mà người khác thiết kế qua phần mềm mà khơng cần phải tính tay , phải nhiều thời gian để kiểm tra lại - ứng dụng công việc thiết kế , làm đồ án sinh viên Nhược điểm : -Phần mềm thiết kế chưa có tính bảo mật cao , giao diện chưa đẹp - Phần tra biểu đồ chưa tự động phần tra toản đồ 41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Với phần mềm hiểu tính tốn nhanh gọn xác kết cấu áo đường phục vụ công việc thiết kế tuyến đường , làm đồ án cho sinh viên làm đồ án thiết kế đường Trong năm gần với hướng phát triển đô thị thành phố lớn đòi hỏi hệ thống hạ tầng giao thông phát triển việc tuyến đường rộng cần thiết Vì có nhiều dự án tuyến đường cần thiết kế , hiểu khó khan người thiết kế chũng em viết phần mềm nhằm đóng góp cơng sức cho người thiết kế , để họ thiết kế nhanh xác , giảm nhũng sai sót thiết kế Cũng sinh viên việc làm đồ án Dựa vào kết đạt phần mềm tính tốn chúng em mong muốn phần mềm ứng dụng rộng rãi việc thiết kế tuyến đường Và với hạn chế phần mềm chúng em mong muốn phần mềm hoàn thiện so với phiên , kính mong hỗ trợ đóng góp ý kiến người để phần mềm tốt Hướng phát triển phần mềm tới hoàn thiện phần tra toản đồ tự động nhằm làm cho phần mềm hoàn thiện phục vụ rộng rãi 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Nguyễn Đình Huân – Nguyễn Văn Mùi, Cơng trình giao thơng phần 1- Thiết kế đường ô tô, Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, 2007 - Tiêu chuẩn nghành 22TCN211-06 Áo đường mềm – Các yêu cầu dẫn thiết kế lũ, Bộ giao thông vận tải, 2006 - Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4054 : 2005 Đường ô tô – Yêu cầu thiết kế, xuất lần 3, Bộ Giao thông vận tải, Hà Nội, 2005 - Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8859:2011 Lớp móng cấp phối đá dăm kết cấu đường ô tô – Yêu cầu thi công nghiệm thu, xuất lần 1, Bộ Giao thông Vận tải, Hà Nội, 2011 - Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8819:2011 Mặt đường bê tơng nhựa nóng – Yêu cầu thi công nghiệm thu, xuất lần 1, Bộ Giao thông Vận tải , Hà Nội, 2011 43 PHỤ LỤC Bảng tra C1: hệ số số trục xe C1 = 1+1,2*(m-1) Với m: số trục xe cụm trục C2: hệ số xét đến tác dụng số bánh xe cụm bánh xe Hệ số xe fl: Số xe đường vị trí đặc biệt Tỷsố H/D Bảng 3.1: Các đặc trưng tải trọng trục tính tốn tiêu chuẩn Tải trọng trục tính tốn tiêu chuẩn Bảng 3.2: Xác định hệ số cường độ độ võng phụ thuộc độ tin cậy Độ tin cậy dv Hệ số cường độ K cd dv Hệ số cường độ K cd 44 Bảng 3-3: Lựa chọn độ tin cậy thiết kế tuỳ theo loại cấp hạng đường (áp dụng cho kết cấu áo đường kết cấu áo có lề gia cố) Loại, cấp hạng đường Đường cao tốc Đường ô tô Cấp I, II Cấp III, cấp IV Cấp V, VI Đường thị Cao tốc trục thị Các đường đô thị khác Đường chuyên dụng Bảng 3.4:Trị số mô đun đàn hồi yêucầu (MPa) Loại tải trọng trục tiêu chuẩn 100 120 45 Bảng 3-5: Trị số tối thiểu mô đun đàn hồi yêu cầu (MPa) Loại đường cấp đường 1.Đường ô tô - Đường cao tốc cấp I - Đường cấp II - Đường cấp III - Đường cấp IV - Đường cấp V - Đường cấp VI Đường đô thị - Đường cao tốc trục - Đường khu vực - Đường phố - Đường công nghiệp kho tàng - Đường xe đạp, ngõ Bảng 3-7: Chọn hệ số cường độ cắt trượt kéo uốn tùy thuộc độ tin cậy Độ tin cậy Hệ số K Hệ số K Bảng 3-8: Trị số K2 tùy thuộc vào số trục xe tính tốn Số trục xe tính tốn (trục/ngày đêm/làn) Hệ số K2 Hệ số K2 46 Trị số K3 Đối với loại đất dính (sét, sét, cát …) K3 = 1,5; Đối với loại đất cát nhỏ Đối với loại đất cát trung Đối với loại đất cát thô caVliumktcucúchiudyhnmtrờnnú() Bng tra Tav 47 Ton Hình 3-1: Toán đồ để xác định mô đun đàn hồi chung hệ lớp Ech (Trị số ghi đờng cong tỷ số ) 48 Hình 3-2: Toán đồ xác định ứng suất trợt từ tải trọng bánh xe ë líp díi cđa hƯ hai líp (H/D = 0¸2,0) Hình 3-3: Toán đồ để xác định ứng suất trợt từ tải trọng bánh xe lớp dới hệ hai lớp (H/D = 0á4,0) 49 Hình 3-4: Toán đồ tìm ứng suất cắt hoạt động Tavơ trọng lợng thân mặt đờng (ở toán đồ Tav đợc tÝnh b»ng MPa) + Ta v 0.003 0.002 0.001 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 Ta v ( MPa ) 50 Hình 3-5: Toán đồ xác định ứng suất kéo uốn đơn vị lớp tầng mặt (số đờng cong tỉ số E1/Ech, mãng) 51 52 ... Bình Mục tiêu đề tài: - Tính tốn kiểm tra độ võng, cắt trược, kéo uốn mặt đường mềm Tính sáng tạo: - Ứng dụng tính tốn kết cấu áo đường mềm phần mềm thay tính thủ cơng In thuyết minh kết tính tốn... kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn quy định 22TCN 211- 06 AD-SPK15 viết ngôn ngữ lập trình excel có chức hỗ trợ thiết kế kết cấu áo đường mềm, tính tốn, kiểm tra cường độ bề dày kết cấu áo đường, ... Loại đường cấp đường 1 .Đường ô tô - Đường cao tốc cấp I - Đường cấp II - Đường cấp III - Đường cấp IV - Đường cấp V - Đường cấp VI Đường đô thị - Đường cao tốc trục - Đường khu vực E - Đường