Cỏc yờu cầu và nguyờn tắc tớnh toỏn:
Yờu cầu tớnh toỏn
Sau khi căn cứ vào cỏc quy định và chỉ dẫn ở Chương 2 để đưa ra cỏc phương ỏn cấu tạo kết cấu nền ỏo đường thỡ yờu cầu của việc tớnh toỏn là kiểm tra xem cỏc phương ỏn, cấu tạo đú cú đủ cường độ khụng, đồng thời tớnh toỏn xỏc định loại bề dày cần thiết của mỗi lớp kết cấu và cú thể phải điều chỉnh lại bề dày của mỗi lớp theo kết quả tớnh toỏn.
Kết cấu nền ỏo đường mềm được xem là đủ cường độ nếu như trong suốt thời hạn thiết kế quy định ở mục 1.3.2 dưới tỏc dụng của ụ tụ nặng nhất và của toàn bộ dũng xe trong bất kỳ lớp nào (kể cả nền đất) cũng khụng phỏt sinh biến dạng dẻo, tớnh liờn tục của cỏc lớp liền khối khụng bị phỏ vỡ và độ vừng đàn hồi của kết cấu khụng vượt quỏ trị số cho phộp.
Cỏc tiờu chuẩn cường độ
Theo yờu cầu nờu trờn, nội dung tớnh toỏn chớnh là tớnh toỏn kiểm tra 3 tiờu chuẩn cường độ dưới đõy:
Kiểm toỏn ứng suất cắt ở trong nền đất và cỏc lớp vật liệu chịu cắt trượt kộm so với trị số giới hạn cho phộp để đảm bảo trong chỳng khụng xảy ra biến dạng dẻo (hoặc hạn chế sự phỏt sinh biến dạng dẻo);
Kiểm toỏn ứng suất kộo uốn phỏt sinh ở đỏy cỏc lớp vật liệu liền khối nhằm hạn chế sự phỏt sinh nứt dẫn đến phỏ hoại cỏc lớp đú;
Kiểm toỏn độ vừng đàn hồi thụng qua khả năng chống biến dạng biểu thị bằng trị số mụ đun đàn hồi Ech của cả kết cấu nền ỏo đường so với trị số mụ đun đàn hồi yờu cầu Eyc. Tiờu chuẩn này nhằm đảm bảo hạn chế được sự phỏt triển của hiện tượng mỏi trong vật liệu cỏc lớp kết cấu dưới tỏc dụng trựng phục của xe cộ, do đú bảo đảm duy trỡ được khả năng phục vụ của cả kết cấu đến hết thời hạn thiết kế.
Cơ sở của phương phỏp tớnh toỏn:
Cơ sở của phương phỏp tớnh toỏn theo 3 tiờu chuẩn giới hạn nờu trờn là lời giải của bài toỏn hệ bỏn khụng gian đàn hồi nhiều lớp cú điều kiện tiếp xỳc giữa cỏc lớp là hoàn toàn liờn tục dưới tỏc dụng của tải trọng bỏnh xe (được mụ hỡnh hoỏ là tải trọng phõn bố đều hỡnh trũn tương đương với diện tớch tiếp xỳc của bỏnh xe trờn mặt đường), đồng thời kết hợp với kinh nghiệm sử dụng và khai thỏc đường trong nhiều năm để đưa ra cỏc quy định về cỏc tiờu chuẩn giới hạn cho phộp.
Về yờu cầu tớnh toỏn theo 3 điều kiện giới hạn
Đối với kết cấu ỏo đường cấp cao A1 và A2 đều phải tớnh toỏn kiểm tra theo 3 tiờu chuẩn cường độ nờu ở 3.1.2.
Về thứ tự tớnh toỏn, nờn bắt đầu tớnh theo tiờu chuẩn độ vừng đàn hồi, sau đú kiểm toỏn theo điều kiện cõn bằng trượt và khả năng chịu kộo uốn.
Đối với ỏo đường cấp thấp B1 và B2 khụng yờu cầu kiểm tra theo tiờu chuẩn chịu kộo uốn và điều kiện trượt.
Khi tớnh toỏn kết cấu ỏo đường chịu tải trọng rất nặng (tải trọng trục trờn 120 kN ở đường cụng nghiệp hoặc đường chuyờn dụng) thỡ cần tớnh trước theo điều kiện chịu cắt trượt và điều kiện chịu kộo uốn, sau đú quy đổi tất cả cỏc trục xe chạy trờn đường về xe tiờu chuẩn 120 kN để tớnh theo độ vừng đàn hồi.
Khi tớnh toỏn kết cấu ỏo lề cú gia cố thỡ phải tớnh theo cỏc tiờu chuẩn như đối với kết cấu ỏo đường của phần xe chạy liền kề.
Cỏc thụng số tớnh toỏn cường độ và bề dày ỏo đường mềm
Cần phải xỏc định được cỏc thụng số tớnh toỏn dưới đõy tương ứng với thời kỳ bất lợi nhất về chế độ thuỷ nhiệt (tức là thời kỳ nền đất và cường độ vật liệu của cỏc lớp ỏo đường yếu nhất):
- Tải trọng trục tớnh toỏn và số trục xe tớnh toỏn (cỏch xỏc định xem ở Khoản 3.2);
- Trị số tớnh toỏn của mụ đun đàn hồi Eo, lực dớnh C và gúc nội ma sỏt ϕ tương đương với độ ẩm tớnh toỏn bất lợi nhất của nền đất. Độ ẩm tớnh toỏn bất lợi nhất được xỏc định tuỳ theo loại hỡnh gõy ẩm của kết cấu nền ỏo đường như chỉ dẫn ở Phụ lục B;
- Trị số tớnh toỏn của mụ đun đàn hồi E, lực dớnh C và gúc nội ma sỏt ϕ của cỏc loại vật liệu làm ỏo đường; cường độ chịu kộo uốn của lớp vật liệu (xem hướng dẫn ở Phụ lục C).
Xột đến cỏc điều kiện nhiệt ẩm, mựa hố là thời kỳ bất lợi vỡ mưa nhiều và nhiệt độ tầng mặt cao. Do vậy khi tớnh toỏn cường độ theo tiờu chuẩn độ lỳn đàn hồi, chỉ tiờu của bờ tụng nhựa và cỏc loại hỗn hợp đỏ nhựa được lấy tương ứng với nhiệt độ tớnh toỏn là 300C. Tuy nhiờn, tớnh toỏn theo tiờu chuẩn chịu kộo uốn thỡ tỡnh trạng bất lợi nhất đối với bờ tụng nhựa và hỗn hợp đỏ dăm nhựa lại là mựa lạnh (lỳc đú cỏc vật liệu này cú độ cứng lớn), do vậy lỳc này lại phải lấy trị số mụ đun đàn hồi tớnh toỏn của chỳng tương đương với nhiệt độ 10 – 150C. Khi tớnh toỏn theo điều kiện cõn bằng trượt thỡ nhiệt độ tớnh toỏn của bờ tụng nhựa và cỏc loại hỗn hợp đỏ nhựa nằm phớa dưới vẫn lấy bằng 300C, riờng với lớp nằm trờn cựng lấy bằng 600C.
Tải trọng trục tớnh toỏn và cỏch quy đổi số trục xe khỏc về số tải trọng trục tớnh toỏn
Tải trọng trục tớnh toỏn tiờu chuẩn:
Khi tớnh toỏn cường độ của kết cấu nền ỏo đường theo 3 tiờu chuẩn nờu ở mục 3.1.2, tải trọng trục tớnh toỏn tiờu chuẩn được quy định là trục đơn của ụ tụ cú trọng lượng 100 kN đối với tất
cả cỏc loại ỏo đường mềm trờn đường cao tốc, trờn đường ụ tụ cỏc cấp thuộc mạng lưới chung và cả trờn cỏc đường đụ thị từ cấp khu vực trở xuống. Riờng đối với kết cấu ỏo đường trờn cỏc đường trục chớnh đụ thị và một số đường cao tốc hoặc đường ụ tụ thuộc mạng lưới chung cú điều kiện xe chạy đề cập ở mục 3.2.2 dưới đõy thỡ tải trọng trục tớnh toỏn tiờu chuẩn được quy định là trục đơn trọng lượng 120 kN. Cỏc tải trọng tớnh toỏn này được tiờu chuẩn hoỏ như ở Bảng 3.1.
Bảng 3.1: Cỏc đặc trưng của tải trọng trục tớnh toỏn tiờu chuẩn Tải trọng trục tớnh toỏn
tiờu chuẩn, P (kN) ỏp lực tớnh toỏn lờn mặtđường, p (Mpa) Đường kớnh vệt bỏnh xe, D(cm)
100 0.6 33
120 0.6 36 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tải trọng trục tớnh toỏn trờn đường cú nhiều xe nặng lưu thụng
Trờn những đường cú lưu thụng cỏc loại trục xe nặng khỏc biệt nhiều so với loại trục tiờu chuẩn ở Bảng 3.1 (như cỏc đường vựng mỏ, đường cụng nghiệp chuyờn dụng…) thỡ kết cấu ỏo đường phải được tớnh với tải trọng trục đơn nặng nhất cú thể cú trong dũng xe. Trong trường hợp này tư vấn thiết kế phải tự điều tra thụng qua chứng chỉ xuất xưởng của xe hoặc cõn đo để xỏc định được cỏc đặc trưng p và D tương ứng với trục đơn nặng nhất đú để dựng làm thụng số tớnh toỏn. Cỏch cõn đo xỏc định p và D cú thể tham khảo thực hiện theo mục 2.1.5 Quy trỡnh 22 TCN 251- 98. Đối với cỏc xe cú nhiều trục thỡ việc xỏc định ra tải trọng trục nặng nhất tớnh toỏn cú thể tham khảo ở Phụ lục A. Nếu tải trọng trục đơn của xe nặng nhất khụng vượt quỏ 20% trị số tải trọng trục tớnh toỏn tiờu chuẩn ở Bảng 3.1 và số lượng cỏc trục này chiếm dưới 5% tổng số trục xe tải và xe buýt cỏc loại chạy trờn đường thỡ vẫn cho phộp tớnh toỏn theo tải trọng trục tiờu chuẩn tức là cho phộp quy đổi cỏc trục đơn nặng đú về trục xe tiờu chuẩn để tớnh toỏn; ngược lại thỡ phải tớnh với tải trọng trục đơn nặng nhất theo chỉ dẫn ở điểm 4 mục 3.1.4. Trờn cỏc đường cao tốc hoặc đường ụ tụ cỏc cấp cú lưu thụng cỏc trục đơn của xe nặng vượt quỏ 120 kN thoả món cỏc điều kiện để cập ở điểm 2 nờu trờn thỡ được dựng tải trọng trục tớnh toỏn tiờu chuẩn là 120 kN (tức là nếu trờn đường cú cỏc trục đơn nặng trờn 120 kN và dưới 144 kN với số lượng chiếm dưới 5% tổng số trục xe tải và xe buýt chạy trờn đường thỡ lỳc đú được chọn tải trọng trục tớnh toỏn là 120 kN).
Quy đổi số tải trọng trục xe khỏc về số tải trọng trục tớnh toỏn tiờu chuẩn (hoặc quy đổi về tải trọng tớnh toỏn của xe nặng nhất)
Mục tiờu quy đổi ở đõy là quy đổi số lần thụng qua của cỏc loại tải trọng trục i về số lần thụng qua của tải trọng trục tớnh toỏn trờn cơ sở tương đương về tỏc dụng phỏ hoại đối với kết cấu ỏo đường:
Việc quy đổi phải được thực hiện đối với từng cụm trục trước và cụm trục sau của mỗi loại xe khi nú chở đầy hàng với cỏc quy định sau:
- Cụm trục cú thể gồm m trục cú trọng lượng mỗi trục như nhau với cỏc cụm bỏnh đơn hoặc cụm bỏnh đụi (m =1, 2, 3 );
- Chỉ cần xột đến (tức là chỉ cần quy đổi) cỏc trục cú trọng lượng trục từ 25 kN trở lờn;
- Bất kể loại xe gỡ khi khoảng cỏch giữa cỏc trục ≥ 3,0m thỡ việc quy đổi được thực hiện riờng rẽ đối với từng trục;
- Khi khoảng cỏch giữa cỏc trục < 3,0m (giữa cỏc trục của cụm trục) thỡ quy đổi gộp m trục cú trọng lượng bằng nhau như một trục với việc xột đến hệ số trục C1 như ở biểu thức (3.1) và (3.2).
Theo cỏc quy định trờn, việc quy đổi được thực hiện theo biểu thức sau:
N = 2 4,4 1 1. . .( ) tt I i k i P P n C C ∑ = ; (3.1) trong đú:
N là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khỏc nhau về trục xe tớnh toỏn sẽ thụng qua đoạn đường thiết kế trong một ngày đờm trờn cả 2 chiều (trục/ngày đờm);
ni là số lần tỏc dụng của loại tải trọng trục i cú trọng lượng trục pi cần được quy đổi về tải trọng trục tớnh toỏn Ptt (trục tiờu chuẩn hoặc trục nặng nhất). Trong tớnh toỏn quy đổi thường lấy ni bằng số lần của mỗi loại xe i sẽ thụng qua mặt cắt ngang điển hỡnh của đoạn đường thiết kế trong một ngày đờm cho cả 2 chiều xe chạy;
C1 là hệ số số trục được xỏc định theo biểu thức (3-2):
C1=1+1,2 (m-1); (3-2) Với m là số trục của cụm trục i (xem điểm 1 của mục 3.2.3);
C2 là hệ số xột đến tỏc dụng của số bỏnh xe trong 1 cụm bỏnh: với cỏc cụm bỏnh chỉ cú 1 bỏnh thỡ lấy C2=6,4; với cỏc cụm bỏnh đụi (1 cụm bỏnh gồm 2 bỏnh) thỡ lấy C2=1,0; với cụm bỏnh cú 4 bỏnh thỡ lấy C2=0,38.
Số trục xe tớnh toỏn trờn một làn xe và trờn kết cấu ỏo lề cú gia cố
Định nghĩa
Số trục xe tớnh toỏn Ntt là tổng số trục xe đó được quy đổi về trục xe tớnh toỏn tiờu chuẩn (hoặc trục xe nặng nhất tớnh toỏn nờu ở mục 3.2.2) sẽ thụng qua mặt cắt ngang đoạn đường thiết kế trong một ngày đờm trờn làn xe chịu đựng lớn nhất vào thời kỳ bất lợi nhất ở cuối thời hạn thiết kế quy định tại mục 1.2.3 tuỳ thuộc loại tầng mặt dự kiến lựa chọn cho kết cấu ỏo đường. Xỏc định Ntt theo biểu thức (3-3):
Ntt = Ntk . fl (trục/làn.ngày đờm); (3-3) trong đú:
Ntk: là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khỏc nhau về trục xe tớnh toỏn trong một ngày đờm trờn cả 2 chiều xe chạy ở năm cuối của thời hạn thiết kế. Trị số Ntk được xỏc định theo biểu thức (3-1) nhưng ni của mỗi loại tải trọng trục i đều được lấy số liệu ở năm cuối của thời hạn thiết kế và được lấy bằng số trục i trung bỡnh ngày đờm trong khoảng thời gian mựa mưa hoặc trung bỡnh ngày đờm trong cả năm (nếu ni trung bỡnh cả năm lớn hơn ni trung bỡnh trong mựa mưa) ;
fl: là hệ số phõn phối số trục xe tớnh toỏn trờn mỗi làn xe được xỏc định như ở mục 3.3.2 và 3.3.3.
Hệ số fl của cỏc làn xe trờn phần xe chạy:
Trờn phần xe chạy chỉ cú 1 làn xe thỡ lấy fl = 1,0;
Trờn phần xe chạy cú 2 làn xe hoặc 3 làn nhưng khụng cú dải phõn cỏch thỡ lấy fl =0,55; Trờn phần xe chạy cú 4 làn xe và cú dải phõn cỏch giữa thỡ lấy fl =0,35;
Ở cỏc chỗ nỳt giao nhau và chỗ vào nỳt, kết cấu ỏo đường trong phạm vi chuyển làn phải được tớnh với hệ số fl = 0,5 của tổng số trục xe quy đổi sẽ qua nỳt.
Số trục xe tớnh toỏn trờn kết cấu lề cú gia cố:
Số trục xe tớnh toỏn Ntt để thiết kế kết cấu ỏo lề gia cố trong trường hợp giữa phần xe chạy chớnh và lề khụng cú dải phõn cỏch bờn được lấy bằng 35 ữ 50% số trục xe tớnh toỏn của làn xe cơ giới liền kề tuỳ thuộc việc bố trớ phần xe chạy chớnh.
Trường hợp phần xe chạy chỉ cú 2 làn xe trở xuống thỡ nờn lấy trị số lớn trong phạm vi quy định nờu trờn; cũn trường hợp phần xe chạy cú 4 làn xe trở lờn và cú dải phõn cỏch giữa thỡ lấy trị số nhỏ.
Tớnh toỏn cường độ kết cấu nền ỏo đường và kết cấu ỏo lề cú gia cố theo tiờu chuẩn độ vừng đàn hồi cho phộp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Điều kiện tớnh toỏn
Theo tiờu chuẩn này kết cấu được xem là đủ cường độ khi trị số mụ đun đàn hồi chung của cả kết cấu nền ỏo đường (hoặc của kết cấu ỏo lề cú gia cố) Ech lớn hơn hoặc bằng trị số mụ đun đàn hồi yờu cầu Eyc nhõn thờm với một hệ số dự trữ cường độ về độ vừng Kdv
cd được xỏc định tuỳ theo độ tin cậy mong muốn
Ech ≥ Kdvcd . Eyc ; (3.4) Xỏc định hệ số cường độ và chọn độ tin cậy mong muốn
Hệ số cường độ về độ vừng Kdv
cd trong (3.4) được chọn tuỳ thuộc vào độ tin cậy thiết kế như ở Bảng 3-2.
Bảng 3-2: Xỏc định hệ số cường độ về độ vừng phụ thuộc độ tin cậy
Độ tin cậy 0,98 0,95 0,90 0,85 0,80
Hệ số cường độ Kdv
cd 1,29 1,17 1,10 1,06 1,02
Cú thể chọn độ tin cậy thiết kế đối với cỏc loại đường và cấp hạng đường như ở Bảng 3-3 theo nguyờn tắc đường cú tốc độ thiết kế càng cao, thời hạn thiết kế càng dài thỡ chọn độ tin cậy càng cao nhưng khụng được nhỏ hơn trị số nhỏ nhất ở Bảng 3-3. Ngoài ra, chủ đầu tư cú thể căn cứ vào yờu cầu sử dụng để tự lựa chọn độ tin cậy muốn cú cho cụng trỡnh.
Bảng 3-3 : Lựa chọn độ tin cậy thiết kế tuỳ theo loại và cấp hạng đường
(ỏp dụng cho cả kết cấu ỏo đường và kết cấu ỏo cú lề gia cố)
Loại, cấp hạng đường Độ tin cậy thiết kế
1. Đường cao tốc 0,90 , 0,95 , 0,98 2. Đường ụ tụ - Cấp I, II - Cấp III, cấp IV - Cấp V, VI 0,90 , 0,95 , 0,98 0,85 , 0,90 , 0,95 0,80 , 0,85 , 0,90 3. Đường đụ thị - Cao tốc và trục chớnh đụ thị - Cỏc đường đụ thị khỏc 0,90 , 0,95 , 0,98 0,85 , 0,90 , 0,95 4. Đường chuyờn dụng 0,80 , 0,85 , 0,90
Cỏc đoạn đường nờu ở điểm 4 Khoản 1.4 khi thiết kế kết cấu ỏo đường cần chọn độ tin cậy cao hơn so với cỏc đoạn thụng thường ớt nhất là 1 cấp.
Xỏc định trị số mụ đun đàn hồi yờu cầu Eyc
Trị số mụ đun đàn hồi yờu cầu được xỏc định theo Bảng 3-4 tuỳ thuộc số trục xe tớnh toỏn Ntt xỏc định theo biểu thức (3.4) và tuỳ thuộc loại tầng mặt của kết cấu ỏo đường thiết kế. Số trục xe tớnh toỏn đối với ỏo lề cú gia cố phải tuõn theo quy định ở mục 3.3.3
Bảng 3.4: Trị số mụ đun đàn hồi yờu cầu Loại tải trọng trục tiờu chuẩn Loại tầng mặt
Trị số mụ đun đàn hồi yờu cầu Eyc (MPa), tương ứng với số trục xe tớnh toỏn (xe/ngày đờm/làn) 10 20 50 100 200 500 100 0 200 0 500 0 700 0 10 Cấp cao A1 133 147 160 178 192 207 224 235 Cấp cao A2 91 110 122 135 153 Cấp thấp B1 64 82 94 12 Cấp cao A1 127 146 161 173 190 204 218 235 253