STT Thông số Nhiệt độ(*) 1 Độ võng Độ võng tại giữa tấm Dt Độ võng tại cạnh tấm tmặt, Dt 2 Thông số làm việc PCN Dt LTE tmặt, Dt 3 Thông số tính toán thiết kế
Chiều cao vùng chịu nén của bê tông Dt Momen uốn giới hạn Dt Bán kính độ cứng tương đối Dt Ứng suất trong cốt thép chịu kéo Dt
- 118 -
(*): các yếu tố nhiệt độ được đưa vào xem xét, phân tích tương quan ảnh hưởng.
Trong mỗi phân tích, ngoài tương quan toán học, vùng nhiệt độ mà ở đó các thông số ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ sẽ được chỉ ra để làm cơ sở đề xuất điều kiện thực hiện HWD khi đánh giá mặt đường BTXM sân bay.
Các phương trình tương quan dưới đây được xây dựng từ các số liệu đo đạc trong phạm vi vừa nêu, nhờ vào phần mềm excel.
4.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ võng
4.4.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt tới độ võng
Nội dung này chỉ đề cập tới độ võng d(µm) tại cạnh tấm. Nhiệt độ bề mặt tm (0C) có tương quan theo dạng bậc 2 với R2=82,9% (hình 4.19).
d=1113-66,25.tm +1,174.t2
m (4.5)
Hình 4.19. Tương quan độ võng tại cạnh tấm và nhiệt độ bề mặt tấm
Trong trường hợp này, xu hướng ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt tới độ võng cạnh tấm khác với trường hợp độ võng ở tâm tấm.
Trong vùng nhiệt độ từ 200C-270C, nhiệt độ thấp, tấm bị co ngót, hiệu ứng tiếp xúc bề mặt của hai cạnh tấm liên tiếp (aggreegate interlock) giảm, khả năng làm việc đồng thời của hai tấm tại khe nối giảm. Do vậy, độ võng của tấm lớn. Khi nhiệt độ tăng dần, hiệu ứng này tăng lên, độ võng giảm.
- 119 -
Từ ngưỡng 270C, nhiệt độ tăng, mặc dù hiệu ứng tiếp xúc ở trên tăng lên, nhưng độ võng vẫn tăng (với tốc độ chậm hơn so với khi nhiệt độ giảm). Điều này có thể giải thích qua việc tấm bị vồng xuống (xin xem chi tiết ở phần sau).
Độ võng tại cạnh tấm có xu hướng chịu ảnh hưởng của nhiệt độ nhiều hơn so với độ võng tại giữa tấm.
4.4.2.2. Ảnh hưởng của chênh lệch nhiệt độ tới độ võng
a. Độ võng tại tâm tấm
Liên hệ giữa chênh lệch nhiệt độ Dt (0C) (mặt trên, mặt dưới) và độ võng tại tâm tấm được trình bày trong hình 4.20. Giữa hai yếu tố này cũng có tương quan chặt, dạng phương trình bậc 2, với R2=83,4%:
d=171,8+4,377.Dt+0,5474. Dt2 (4.6)
Hình 4.20. Tương quan độ võng tại tâm tấm và Dt
Khi Dt<0 (nhiệt độ mặt trên thấp hơn đáy tấm), tấm có độ vồng âm (vồng xuống), đáy tấm tại vị trí giữa tấm vẫn tiếp xúc tốt với bề mặt lớp móng. Khi đó, độ võng tại giữa tấm ít chịu ảnh hưởng của Dt. Trên hình 4.20, có thể thấy khi Dt thay đổi từ -50C tới 1,50C, độ võng tại giữa tấm khá ổn định.
Khi Dt>1,50C, bắt đầu có sự vồng lên của tấm, giảm tiếp xúc giữa đáy tấm và bề mặt lớp móng. Độ võng tăng nhanh khi Dt tăng, đạt giá trị lớn nhất khoảng 245µm (hình 4.20).
- 120 -
b. Độ võng tại cạnh tấm
GiữaDt và độ võng tại cạnh tấm có quan hệ theo tương quan bậc 2 với R2=84,1% (hình 4.21):
d=198,2-11,47.Dt+1,539. Dt2 (4.7) Khi Dt thay đổi từ khoảng 1,50C đến 6,00C, độ võng tương đối ổn định. Giá trị độ võng tăng mạnh khi Dt nhỏ hơn 0 và có giá trị tuyệt đối tăng. Điều này được giải thích qua việc tấm bị uốn vồng xuống, đáy tấm BTXM ở vị trí cạnh tấm tiếp xúc không tốt với bề mặt lớp móng.
Khi Dt tiếp tục tăng, mặc dù tấm bị uốn vồng lên, đáy tấm ở khu vực cạnh tấm vẫn tiếp xúc với bề mặt lớp móng nhưng đã có sự xuất hiện khoảng trống ở khu vực lân cận (giữa đáy tấm và bề mặt lớp móng) (hình 4.22).
Do vậy, nếu Dt tiếp tục tăng, sức chịu tải tổng thể của hệ kết cấu móng - tấm BTXM giảm (do xuất hiện khoảng trống dưới đáy tấm), độ võng vì thế sẽ tăng theo. Tuy nhiên, mức độ thay đổi của độ võng khi đó không lớn.
- 121 -
Hình 4.22. Ảnh hưởng của chênh lệch nhiệt độ tới tiếp xúc đáy tấm (T1>T2)
4.4.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới chỉ số PCN
Từ kết quả đo độ võng và số liệu kết cấu mặt đường sân bay Vân Đồn (mục 3.2.2.2), chỉ số PCN được tính toán theo các mô hình toán (mục 2.2.1). Chỉ số PCN được tính toán với độ võng tại tâm tấm. Theo bảng 4.11, Dt được xem xét ảnh hưởng với PCN (hình 4.23).
Khi Dt nhỏ hơn 1,50C (bao gồm cả trường hợp Dt<0), số liệu ở hình 4.23 cho thấy giá trị của PCN tương đối ổn định.
Khi Dt bắt đầu tăng từ 1,50C trở lên, PCN giảm dần. Giá trị trung bình thay đổi từ khoảng 100 (Dt=2) xuống tới 85 (khi Dt đạt giá trị lớn nhất).
Hình 4.23. Tương quan chỉ số PCN và chênh nhiệt độ
Theo phân tích ở mục 4.1.2, mặc dù từ tháng 9/2020 đến tháng 8/2021 có những ngày nắng nóng với nhiệt độ bề mặt tăng cao nhưng biến thiên chênh lệch nhiệt độ
- 122 -
tháng trên 25%). Bản thân chênh lệch nhiệt độ trong tấm cũng thay đổi theo quy luật hàm cos (như đã phân tích ở mục 4.1.2).
Do vậy, khi nhiệt độ bề mặt tăng hay giảm, chưa thể kết luận ngay được về sự thay đổi của PCN, mà phải xét theo Dt. Bản thân sự thay đổi của PCN theo Dt cũng được giới hạn trong vùng giá trị của Dt như phân tích ở trên.
Ngoài ra, giữa PCN và Dt có tương quan bậc 2 nhưng chưa chặt chẽ (R2=52%). PCN=101,1-0,2694Dt-0,2363Dt2 (4.8)
4.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu quả truyền lực khe nối (LTE)
4.4.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt
Chỉ số LTE được đánh giá thông qua kết quả đo võng tại cạnh tấm. Khi nhiệt độ bề mặt tăng, chỉ số LTE có xu hướng tăng (hình 4.24):
Hình 4.24. Tương quan LTE và nhiệt độ bề mặt tấm Giữa nhiệt độ bề mặt và LTE có tương quan bậc 2 với R2=66,4%: Giữa nhiệt độ bề mặt và LTE có tương quan bậc 2 với R2=66,4%:
LTE=1,047-0,008174.tm+0,000192.tm2 (4.9)
4.4.3.2. Ảnh hưởng của chênh lệch nhiệt độ
- 123 -
Hình 4.25. Tương quan LTE và chênh nhiệt độ
Giữa LTE và chênh lệch nhiệt độ Dt (tại cạnh tấm) có tương quan bậc 2 với R2=66,2%:
LTE=0,9610+0,000933.Dt+0,000200.Dt2 (4.10) Khi Dt nhỏ hơn 1,50C và giảm dần về hướng chênh lệch nhiệt độ âm, tấm có xu hướng bị co ngót, kèm theo uốn vồng xuống. Tiếp xúc chèn móc (aggregate interlock) giảm. LTE vì thế cũng giảm theo. Tuy nhiên, sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới LTE khi
Dt<1,50C là không lớn.
Khi Dt bắt đầu tăng trên 1,50C (gần như nhiệt độ trung bình trong tấm cũng tăng theo), tấm bị dãn dài. Khi đó, LTE có xu hướng tăng.
4.4.4. Phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ tới các thông số tính toán thiết kế của mặt đường BTXM sân bay mặt đường BTXM sân bay
Tổng hợp số liệu tính toán các thông số thiết kế (từ kết quả đo HWD) được trình bày trong phụ lục 10. Theo [43] [44], các thông số này liên quan chủ yếu tới độ võng tại tâm tấm. Do vậy, chênh lệch nhiệt độ Dt giữa thớ trên và thớ dưới tấm BTXM là yếu tố chính được đưa vào xem xét, phân tích.
4.4.4.1. Ảnh hưởng tới chiều cao vùng chịu nén của bê tông x
- 124 -
(a) (b)
Hình 4.26. Tương quan chiều cao vùng chịu nén của bê tông và Dt a. Theo điều kiện cường độ; b. Theo điều kiện xuất hiện vết nứt a. Theo điều kiện cường độ; b. Theo điều kiện xuất hiện vết nứt
Quan sát tương quan chiều cao vùng chịu nén x tính theo HWD và theo vật liệu cấu tạo như trong [43] với t và Dt, nhận thấy: trong khi TCVN 10907:2015 [43] quy định 1 giá trị không đổi theo vật liệu để tính toán thiết kế thì thực tế, ở điều kiện làm việc, giá trị x có xu hướng thay đổi tăng dần theo Dt. Các giá trị thu được có mức độ phân tán lớn, không hình thành tương quan.
4.4.4.2. Ảnh hưởng của Dt tới mô men uốn giới hạn mu
Xu hướng quan sát được đối với mu cũng có diễn biến tương tự như đối với vùng chịu nén x của bê tông (hình 4.27).
- 125 -
4.4.4.3. Ảnh hưởng của Dt tới bán kính độ cứng tương đối của tấm l
Giữa bán kính độ cứng tương đối l của tấm và Dt có xuất hiện tương quan bậc 2. với R2 thay đổi từ 65% và 61% (theo điều kiện cường độ hoặc xuất hiện vết nứt) (hình 4.28).
(a) (b)
Hình 4.28. Tương quan bán kính độ cứng tương đối của tấm - Dt a. Theo điều kiện cường độ; b. Theo điều kiện xuất hiện vết nứt a. Theo điều kiện cường độ; b. Theo điều kiện xuất hiện vết nứt
Sự tăng mạnh của l quan sát được khi Dt tăng và dương (tấm bị uốn vồng). Khi
Dt nhỏ hơn 1,50C (bao gồm cả trường hợp Dt âm), giá trị l tương đối ổn định. Theo điều kiện cường độ:
l=1,374+0,006758.Dt+0,003336.Dt2 (4.11) Theo điều kiện xuất hiện vết nứt:
l=1,001+0,005797.Dt+0,002314.Dt2 (4.12)
4.4.4.4. Ảnh hưởng của Dt tới ứng suất trong cốt thép chịu kéo ss
Tính toán thiết kế theo [43] cho mặt đường BTXM cốt thép (tức là có 2 lớp cốt thép) thì ứng suất trong cốt thép chịu kéo được xác định là ứng suất trong lớp cốt thép đặt phía trên mặt tấm khi xem xét tới ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ.
- 126 -
Hình 4.29. Ảnh hưởng của chênh lệch nhiệt độ và ứng suất trong cốt thép chịu kéo
Dt nhỏ hơn 0, tấm bị uốn vồng xuống, ứng suất chịu kéo trong cốt thép (khi thực hiện đo, gia tải bằng HWD) giảm, đặc biệt là khi Dt<-2,50C. Khi Dt>0, sự thay đổi của ứng suất ss là không rõ ràng. Điều này có thể được giải thích như sau:
Mặc dù hiện tượng uốn vồng lên của tấm gây ra ứng suất chịu kéo trong cốt thép [38]. Tuy nhiên, khi gia tải để thực hiện thí nghiệm HWD, tải trọng thẳng đứng theo phương từ trên xuống sẽ có tác dụng ngược với tác dụng của nhiệt độ, tạo ra ứng suất nén ở khu vực thớ trên của tấm. Từ đó, góp phần cân bằng lại ứng suất kéo do hiện tượng uốn vồng gây ra.
4.4.5. Kiến nghị về thời điểm thích hợp và hiệu chỉnh kết quả đo HWD theo nhiệt độ
Các kết quả phân tích ở trên cho thấy, đối với độ võng tại giữa tấm, chỉ số PCN, bán kính độ cứng tương đối của tấm, sự ảnh hưởng của Dt là không lớn khi Dt nhỏ hơn 1,50C. Do vậy, bỏ qua cá yếu tố ngoài nhiệt độ, thời điểm đo các thông số vừa nêu sẽ là thích hợp nếu Dt thỏa mãn yêu cầu Dt≤1,50C.
Từ đó, dựa vào kết quả khảo sát, NCS đã thiết lập lại các thời điểm trong ngày, trong tháng và trong cả năm mà nhiệt độ trong tấm BTXM thỏa mãn yêu cầu trên.
Bảng 4.12 trình bày kết quả ví dụ cho tháng 9 và tháng 10 năm 2020. Các ô được được bôi đậm ứng với Dt≤1,50C. Thời điểm ứng với ô dạng này được coi là thời điểm hợp lý để thực hiện thí nghiệm HWD.
- 127 -
Từ số liệu nhiệt độ và số liệu HWD đã khảo sát, có thể tổng hợp và thiết lập được các thời điểm thuận lợi để tiến hành thí nghiệm HWD như bảng sau: