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:
Bảng 4.12. Thời gian có thể thực hiện HWD tại tâm tấm trong từng tháng STT Tháng trong năm Thời gian có thể thực hiện HWD tại STT Tháng trong năm Thời gian có thể thực hiện HWD tại
tâm tấm
Tổng số giờ/ngày 1 Tháng 9 Sau 20h30 và trước 10h 13.5 giờ 2 Tháng 10 Sau 20h và trước 10h30 14.5 giờ 3 Tháng 11 Sau 17h30 và trước 10h30 17.0 giờ 4 Tháng 12 Sau 21h và trước 11h30 14.5 giờ 5 Tháng 1 Sau 20h30 và trước 11h 14.5 giờ 6 Tháng 2 Sau 22h và trước 9h30 11.5 giờ 7 Tháng 3 Sau 22h và trước 10h 12.0 giờ 8 Tháng 4 Sau 19h30 và trước 9h30 14.0 giờ 9 Tháng 5 Sau 22h và trước 8h30 10.5 giờ 10 Tháng 6 Sau 23h và trước 7h30 8.5 giờ 11 Tháng 7 Sau 21h và trước 7h30 10.5 giờ 12 Tháng 8 Sau 21h30 và trước 8h30 11.0 giờ
Ngoài ra, có thể thấy rằng, khi Dt=00C, các hiện tượng uốn vồng, kể cả dãn dài cũng ít xảy ra, giảm tối thiểu ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự làm việc của tấm BTXM. Do vậy, trước mắt, kiến nghị Dt=00C là điều kiện chuẩn.
Ở các thời điểm khác, số liệu sẽ được hiệu chỉnh về thời điểm tiêu chuẩn này thông qua phương trình tương quan của từng thông số với Dt (Bảng 4.14 đến 4.16). Chi tiết được trình bày trong phụ lục 11.
- 128 -
- 129 -
Bảng 4.14. Hiệu chỉnh độ võng về điều kiện chuẩn
- 130 -
- 131 -
4.5. Kết luận chương 4
4.5.1. Đối với nội dung liên quan tới phương trình truyền nhiệt:
Số liệu thực nghiệm thu được trong thời gian 1 năm đã được đánh giá, đủ điều kiện về mức độ chính xác, cho phép phân tích để tìm ra quy luật biến thiên và hiệu chỉnh phương trình truyền nhiệt trong tấm BTXM.
Nhiệt độ bề mặt, nhiệt độ đáy tấm BTXM có cùng quy luật biến thiên theo hàm cos nhưng hiệt độ đáy tấm bị trễ pha so với nhiệt độ bề mặt tấm (đạt giá trị lớn nhất chậm hơn khoảng 2 giờ). Tuy nhiên, có thể thấy là nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ đáy tấm đều có xu hướng cùng tăng, hoặc cùng giảm.
Chênh lệch nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất không cố định theo thời gian, có quy
luật theo hàm cos và nằm trong khoảng từ -5,70C đến 90C.
Qua các kết quả thí nghiệm, điều kiện biên của phương trình truyền nhiệt b với
biến thiên nhiệt độ tại từng độ sâu z=1.5cm (b3), z=20cm (b2), z=40cm (b1) đã được
đề xuất như sau:
Với R2 = (0.77 đến 0.80), đạt mức độ tốt theo bảng 2.2.
Cũng từ kết quả thí nghiệm, tác giả đã bước đầu đánh giá và tìm ra được một tham số cụ thể cho phương trình truyền nhiệt như thông số K – là tham số chịu ảnh hưởng nhiều của điều kiện môi trường. Với các số liệu đo cụ thể ở từng vị trí chiều sâu mặt đường, tại các thời điểm khác nhau trong ngày của cả năm khảo sát, tác giả đã xác định được tương quan của các thông này đến các yếu tố môi trường trong điều kiện thí nghiệm cụ thể. Từ đó đưa ra các đề xuất để hiệu chỉnh thông số K theo hướng hoàn thiện phương trình, đưa kết quả tính gần hơn với điều kiện khí hậu thực tế của
miền Bắc. Kiến nghị sử dụng Kt = f(z,t) theo từng tháng trong năm, lần lượt với
z=20cm và z=40cm. 2 . . 3 0.7350 0.1004*ttbmat 0.001603*ttbmat b = + - 2 . . 2 0.0495 0.1479*ttbmat 0.002937*ttbmat b = - + - 2 . . 1 0.349 0.2485*ttbmat 0.005369*ttbmat b =- + -
- 132 - z=20cm Tháng 1 2 3 4 5 6 Ktháng 1.48 -0.69 -0.33 -0.57 -2.07 -3.18 Tháng 7 8 9 10 11 12 Ktháng -4.07 -4.69 -2.12 1.18 0.25 1.31 z=40cm Tháng 1 2 3 4 5 6 Ktháng 1.45 -0.75 -0.31 -0.43 -2.49 -3.33 Tháng 7 8 9 10 11 12 Ktháng -3.60 -3.95 -1.44 0.98 0.19 1.33 Từ các đề xuất trên, điều chỉnh điều kiện biên và các tham số, phương trình truyền nhiệt được viết lại có dạng như sau:
4.5.2. Về ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ tới các thông số mặt đường BTXM đánh giá bằng HWD BTXM đánh giá bằng HWD
Ở giữa tấm, chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm có ảnh hưởng tới các đặc khi đánh giá bằng HWD, trong đó phải kể đến là độ võng, chỉ số PCN, bán kính độ cứng tương đối. Các phương trình tương quan dạng bậc 2 đã được thiết
lập, với giá trị R2 đủ lớn. Riêng đối với PCN, tương quan này chưa thực sự chặt chẽ,
khi R2 chỉ nằm ở khoảng lân cận 50%. Sự ảnh hưởng và các tương quan vừa nêu được
thấy rõ khi Dt>1,50C. Khi Dt≤1,50C, sự ảnh hưởng của Dt tới các thông số không lớn.
Ở cạnh tấm, độ võng cũng chịu ảnh hưởng của Dt và nhiệt độ bề mặt (với tương
quan chặt). Hệ số truyền lực LTE tăng khi Dt tăng, và ổn định Dt≤1,50C.
Ảnh hưởng của Dt tới các thông số tính toán, thiết kế cũng đã được xem xét.
- 133 -
có tương quan tốt với chênh lệch nhiệt độ Dt. Trong khi đó, giá trị ứng suất trong cốt
thép chịu kéo σs lại ít chịu ảnh hưởng hơn bởi yếu tố Dt.
Dựa trên vùng Dt cho phép các thông số độ võng, PCN, LTE ổn định, khung
thời gian ứng với điều kiện nhiệt độ có D≤1,50C đã được đề xuất, được coi là các thời
- 134 -
KẾT LUẬN Những kết quả đạt được của luận án
1. Tổng hợp được kết quả nghiên cứu trong nước và trên thế giới (Trung Quốc,
Nhật Bản, Mĩ…) về sự truyền nhiệt và ảnh hưởng của nhiệt độ tới các thông số của mặt đường BTXM đánh giá bằng FWD, HWD:
- Dạng phương trình vi phân bậc 2 theo Fourier vẫn được dùng phổ biến, với giả thiết nhiệt độ bề mặt tấm BTXM biến động theo dạng điều hòa.
- Sự thay đổi chênh lệch nhiệt độ, nhiệt độ bề mặt, nhiệt độ trung bình trong tấm có liên quan tới độ vồng, sự dãn dài và hiệu ứng chèn móc (aggregate interlock) trên bề mặt cạnh tấm ở vị trí khe nối. Từ đó, có ảnh hưởng tới độ võng và các thông số xác định bằng HWD. Các tương quan toán học đã được tìm thấy giữa nhiệt độ bề mặt và độ võng tại cạnh tấm, góc tấm, LTE; giữa chênh lệch nhiệt độ (thớ trên-thới dưới) và độ võng tại giữa tấm BTXM khi đánh giá bằng HWD.
2. Tổng hợp được lý thuyết và đề xuất phương pháp hiệu chỉnh phương trình
truyền nhiệt (các điều kiện biên và tham số cần hiệu chỉnh); Đề xuất được nội dung tính toán ngược phục vụ xác định các tham số của mặt đường BTXM sân bay từ kết quả đo độ võng bằng thí nghiệm HWD.
3. Thông qua số liệu đo đạc nhiệt độ ở các chiều sâu khác nhau của tấm BTXM
ở điều kiện ngoài trời trong thời gian 1 năm, tìm được quy luật biến thiên theo hàm cos đối với nhiệt độ mặt tấm, đáy tấm cũng như chênh lệch nhiệt độ giữa hai bề mặt của tấm. Mặc dù điều kiện thời tiết có nhiệt độ rất cao (mùa hè) hoặc thấp (mùa đông), chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm BTXM (ở điều kiện khảo sát) chỉ
thay đổi từ -5,70C đến 90C.
4. Từ số liệu khảo sát nhiệt độ, đã xác định được điều kiện biên, tham số K và
hoàn thiện được phương trình truyền nhiệt trong tấm BTXM.
5. Đã thực hiện được thí nghiệm HWD đối với mặt đường BTXM sân bay Vân
Đồn, là sân bay được xây dựng mới, chưa đưa vào khai thác; kết cấu và điều kiện thí nghiệm đối với các tấm là khá thống nhất. Kết quả thí nghiệm thu được trực tiếp là độ võng mặt đường tại tâm tấm, cạnh tấm và nhiệt độ bề mặt tấm khi đo. Từ phương
- 135 -
trình truyền nhiệt và số liệu nhiệt độ bề mặt đo được bằng thiết bị HWD, xác lập được diễn biến nhiệt độ trong tấm BTXM sân bay Vân Đồn, làm cơ sở để phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ tới các thông số tấm BTXM.
6. Phân tích được ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt và chênh lệch nhiệt độ (mặt
tấm-đáy tấm) tới độ võng, PCN, hiệu quả truyền lực và một số thông số thiết kế tấm BTXM sân bay Vân Đồn. Một số tương quan bậc 2 giữa yếu tố nhiệt độ và thông số đã được xác định như sau:
STT Tương quan
1 Tương quan giữa độ võng tại cạnh tấm nhiệt độ bề mặt tấm: d= 1113-66,25.tm + 1,174.t
m2
2 Tương quan giữa độ võng tại cạnh tấm và Dt
d=198,2-11,47.Dt+1,539. Dt2
3 Tương quan giữa độ võng tại giữa tấm và Dt
d=171,8+4,377.Dt+0,5474. Dt2
4 Tương quan giữa PCN và Dt:
PCN=101,1-0,2694Dt-0,2363Dt2
5 Tương quan giữa LTE và nhiệt độ bề mặt: LTE=1,047-0,008174.t
m+0,000192.tm2
6 Tương quan giữa LTE và Dt (tại cạnh tấm):
LTE=0,9610+0,000933.Dt+0,000200.Dt2
7 Tương quan giữa bán kính độ cứng tương đối và Dt (cường
độ):
l=1,374+0,006758.Dt+0,003336.Dt2
8 Tương quan giữa bán kính độ cứng tương đối và Dt (nứt):
l=1,001+0,005797.Dt+0,002314.Dt2
7. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra được rằng, một số thông số quan trọng như
độ võng, PCN, LTE, bán kính độ cứng tương đối ít bị thay đổi khi D<1,50C. Từ đó,
đề xuất được thời điểm thích hợp để tiến hành thí nghiệm HWD cũng như hiệu chỉnh kết quả đo về điều kiện tiêu chuẩn.
Trong các nội dung trên, việc khảo sát chuỗi số liệu về nhiệt độ trong vòng 1 năm, kết quả đánh giá mặt đường BTXM sân bay bằng HWD, ảnh hưởng của nhiệt độ tới kết quả đánh giá vừa nêu là những kết quả quan trọng, có tính mới của luận án. Các kiến nghị về phương trình tương quan cũng như thời điểm thí nghiệm HWD mặc
- 136 -
dù còn phải chấp nhận nhiều điều kiện “biên”, chưa thể áp dụng rộng rãi, nhưng có tính định hướng tốt trong nghiên cứu và sát xuất thực tiễn.
Hạn chế của luận án
1. Phạm vi khảo sát nhiệt độ còn hạn chế, chưa mang tính đại diện cho một khu
vực, với duy nhất một dạng kết cấu mặt đường BTXM không có cốt thép (chưa tương đồng với kết cấu mặt đường BTXM sân bay Vân Đồn).
2. Thí nghiệm HWD mới chỉ thực hiện tại 1 sân bay (Vân Đồn), vào thời điểm
tháng 11 năm 2018, chưa có các thời điểm nhiệt độ cao ứng với điều kiện mùa hè ở Việt Nam;
3. Ngoài yếu tố nhiệt độ, chưa xét được ảnh hưởng của các yếu tố khác tới kết
quả đánh giá thông số mặt đường BTXM bằng HWD như độ ẩm, lượng mưa, cường độ nền đường.
4. Chưa xác định được chính xác độ vồng âm, dương của tấm theo thay đổi của
chênh lệch nhiệt độ và nhiệt độ bề mặt. Tương tự, sự tiếp xúc của móng với đáy tấm BTXM khi nhiệt độ thay đổi chưa được xác định một cách định lượng mà mới chỉ dừng ở mức định tính.
5. Kết quả nghiên cứu đối với phương trình truyền nhiệt chưa được đánh giá so
sánh rộng rãi với các nghiên cứu đã có (hiện mới chỉ so sánh với các nghiên cứu của [21][22]).
Hướng nghiên cứu tiếp theo
• Tiếp tục hướng nghiên cứu đối với các địa bàn và kết cấu mặt đường BTXM
khác nhau;
• Triển khai các thí nghiệm HWD trong các điều kiện thời tiết khác nhau, đặc
biệt là khí hậu nắng nóng theo điều kiện Việt Nam;
• Xem xét ảnh hưởng của các yếu tố độ ẩm, thời tiết, cường độ nền đường tới
- 137 -
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
1. Ngô Việt Đức, Hồ Anh Cương, Nguyễn Thị Ngân (2017), Xác định các thông số
cường độ của nền dưới tấm BTXM mặt đường bằng thiết bị gia tải động FWD Primax 1500, Tạp chí Cầu đường, số tháng 10/2017, trang 31 – 34, ISSN 1859- 459X.
2. Nguyễn Thị Ngân, Ngô Việt Đức, Hoàng Tùng (2019), Kết hợp lý thuyết tính
ngược và việc sử dụng thiết bị gia tải động FWD để đánh giá khả năng làm việc của mặt đường bê tông xi măng, Tạp chí Giao thông Vận tải, số tháng 7/2019, trang 49 – 52, ISSN 2354-0818.
3. Nguyễn Thị Ngân, Ngô Việt Đức, Hoàng Tùng (2020), Khảo sát sự biến thiên
của nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường ở điều kiện miền Bắc, Tạp chí Giao thông Vận tải, số tháng 12/2020, trang 97 – 101, ISSN 2354-0818.
4. Hoàng Tùng, Nguyễn Thanh Hoài, Nguyễn Thị Ngân, Phạm Hồng Phước, Phạm
Tiến Tới, Bùi Văn Dưỡng (2021), Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu các lớp phân cách và lớp móng trên tới lực tiếp xúc tại đáy tấm BTXM mặt đường ô tô, Tạp chí KHCN Xây dựng tháng 3/2021 (tập 15 số 1V), trang 29 – 36, p-ISSN 2615-9058, e-ISSN 2734-9489.
- 138 -
TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
1. Bộ Giao thông vận tải (2012), Quyết định số 1951/QĐ BGTVT, Quy định
tạm thời về kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt đường BTXM trong xây dựng công trình giao thông, Hà Nội.
2. Lã Văn Chăm (2003), Đo đạc sóng bề mặt để đánh giá môđun đàn hồi của
kết cấu mặt đường BTXM, Tạp chí khoa học GTVT số 4, Hà Nội.
3. Lã Văn Chăm (2003), Một số vấn đề về đánh giá mặt đường BTXM bằng
dynatets 8000, Tạp chí khoa học GTVT số 5, Hà Nội.
4. Lã Văn Chăm (2010), Cơ sở lý thuyết và ứng dụng các phương pháp đo động
để xác định một số đặc trưng cơ học của mặt đường, Tạp chí Giao thông Vận tải.
5. Lã Văn Chăm và cộng sự (2016), Xây dựng đường ô tô, NXB Giao thông Vận tải.
6. Nguyễn Quang Chiêu (2001), Phương pháp ACN-PCN.
7. Nguyễn Quang Chiêu (2004), Mặt đường bê tông xi măng, NXB Giao thông
Vận tải, Hà Nội.
8. Lương Xuân Chiểu (2009), Nghiên cứu thực nghiệm một số thông số thông
số của mặt đường cứng bằng phương pháp động, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Đại học