CHƯƠNG 1 : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.4. Các nghiên cứu có liên quan
1.4.1. Các nghiên cứu về truyềt nhiệt trong mặt đường BTXM
Về ảnh hưởng của nhiệt độ đối với thiết kế và khai thác mặt đường BTXM, đã có các nghiên cứu trong và ngoài nước:
1.4.1.1. Các nghiên cứu trong nước
a. Nghiên cứu [21] [22][23][24][25]
Theo [21] [22][23][24][25], dạng phương trình theo Fourier đã được sử dụng để mô phỏng quá trình truyền nhiệt trong tấm BTXM với các giả thiết:
- Đây là quá trình truyền nhiệt chiều trong tấm bán không gian đồng nhất; - Nhiệt độ bề mặt tấm BTXM biến động theo dạng giao động điều hòa.
Dạng phương trình truyền nhiệt chi tiết đã thiết lập được ở các nghiên cứu trên:
(1.8) Các hệ số trong phương trình được thiết lập theo điều kiện đo đạc thực tế, phụ thuộc vào thời điểm và khu vực đo đạc, thông số vật liệu…
Các hệ số này, vì thế cần được hiệu chỉnh và thiết lập lại theo thời gian để tăng thêm tính phù hợp với điều kiện thực tế.
b. Nghiên cứu [39][40][42]
Theo [39][40][42], việc phân tích sự truyền nhiệt trong tấm BTXM theo hai
phương pháp:
- Phương pháp xây dựng phương trình truyền nhiệt (theo Fourier); - Phương pháp số (dùng phần tử hữu hạn);
Kết quả phân tích cũng đều chỉ ra rằng:
- Việc sử dụng phương trình theo Fourier với các giả thuyết tương tự như các nghiên cứu [21] [22][23][24][25] đề cập ở trên cho kết quả khá tương đồng với số liệu đo đạc nhiệt độ ở ngoài thực tế.
(Các số liệu thu thập thực tế của nghiên cứu [9] cũng phản ảnh được xu hướng phù hợp khi sử dụng phương trình này).
÷÷ ø ö çç è æ - ÷÷ ø ö çç è æ - + + = a z T a z t z K t T z t tbmat n 2 . cos . 2 . exp . . ) , ( . .max w w w
- 25 -
- Nhiệt độ không truyền theo dạng tuyến tính theo chiều sâu của tấm;
c. Nghiên cứu [16]
Trong nghiên cứu này đã đề cập tới một số nội dung: xây dựng bài toán truyền nhiệt một chiều theo chiều sâu để nghiên cứu tính toán và xác định trường nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường sân bay; sử dụng phương pháp nguyên lý cực trị Gauss để giải bài toán tính tấm ba chiều chịu tác động đồng thời của tải trọng và nhiệt độ.
1.4.1.2. Nghiên cứu của Mỹ
Quan điểm truyền thống từ năm 1926 [87] cho rằng, trong mặt đường BTXM, nhiệt độ được truyền theo quy luật tuyến tính.
Tuy nhiên, hiện nay, với các kết quả đo đạc trực tiếp tại hiện trường, nhiều học giả đã chỉ ra rằng nhiệt độ không phân bố tuyến tính theo chiều dày tấm BTXM.
Nghiên cứu [71] [57] thực hiện trên tuyến đường liên bang 70 (1-70). Tấm BTXM có chiều dài 5m, dày 30cm, đặt trên tầng móng bằng vật liệu cấp phối đá dăm gia cố vôi. Ở mỗi vị trí, có 5 đầu đo được bố trí ở bề mặt tấm, các vị trí cách mặt tấm lần lượt 75mm, 150mm, 225mm và 300 mm (đáy tấm). Số liệu được thu thập 10 phút một lần. Kết quả được trình bày trong hình 1.16, với sự phân bố không tuyến tính của nhiệt độ theo cả chiều dày tấm.
Hình 1.16. Phân bố nhiệt độ theo chiều sâu tấm BTXM theo giờ trong ngày Tuy nhiên, quy luật phân bố ở vùng nửa trên của tấm (từ độ sâu -150mm lên Tuy nhiên, quy luật phân bố ở vùng nửa trên của tấm (từ độ sâu -150mm lên đến bề mặt tấm) và ở vùng nửa dưới của tấm cũng không giống nhau.
- 26 -
Phần phía nửa dưới của tấm, có thể thấy các đường cong có độ dốc tương đối giống nhau, thể hiện sự phân bố tuyến tính, ít thay đổi của nhiệt độ theo chiều sâu. Trong khi đó, ở phần nửa chiều dày phía trên, hình thành hai xu hướng rõ rệt. Các đường biểu diễn chênh lệch nhiệt độ nhỏ hơn 0 (nhiệt độ bề mặt thấp hơn ở giữa tấm, đáy tấm) có độ dốc lớn hơn các đường biểu diễn chênh lệch nhiệt độ lớn hơn 0 (nhiệt độ bề mặt cao hơn phần phía dưới).
Chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm BTXM thay đổi phổ biến từ -50C đến 100C.
Kết quả cũng cho thấy càng xuống sâu thì nhiệt độ trong tấm càng ổn định, ít biến thiên theo thời gian.
1.4.1.3. Nghiên cứu của Braxin
Trong điều kiện thời tiết nóng ẩm (gần với điều kiện Việt Nam), các tác giả Braxin [65][77] đã thực hiện đo đạc trên 15 tấm BTXM ở hiện trường (chiều dày tấm 25cm). Vào mùa hè, với nhiệt độ trung bình trong không khí là 320C, số giờ nắng trung bình trong ngày là 7 giờ, giá trị trung bình của chênh lệch nhiệt độ lớn nhất trong ngày giữa thớ trên và thới dưới của tấm BTXM thu được là 150C vào ban ngày. Sự chênh lệch này giảm xuống còn 100C vào mùa đông (nhiệt độ không khí khoảng 110C, 3 giờ nắng/ngày). Sự phân bố nhiệt độ trong tấm bê tông xi măng không tuyến tính.
Cũng tại Braxin, nghiên cứu [84] đã thiết lập được diễn biến nhiệt độ theo chiều sâu trong tấm BTXM ở các thời điểm khác nhau trong năm và trong ngày (hình 1.17). Diễn biến của nhiệt độ theo thời gian trong chiều dày tấm khá tương đồng với các nghiên cứu của Mĩ [71] [57].
- 27 -
Hình 1.17. Nhiệt độ theo chiều sâu trong tấm BTXM [84] a. Diễn biến ở cùng giờ theo tháng; b. Diễn biến theo giờ trong ngày
(h.S: giờ sáng, h.C: giờ chiều)
Các diễn biến đều cho thấy, nhiệt độ không phân bố theo quy luật tuyến tính theo chiều sâu của tấm BTXM. Dạng đồ thị phân bố nhiệt độ tương đồng với dạng thu được ở các nghiên cứu của Mĩ.
1.4.1.4. Nghiên cứu của Nhật bản
Năm 2017, các nghiên cứu trình bày trong [82][81] sử dụng phương trình truyền nhiệt theo Fourier để phân tích trường nhiệt độ trong tấm BTXM sân bay ở 10 địa điểm khác nhau tại Nhật Bản. Cùng với đó, số liệu đã được so sánh, đối chiếu với kết quả đo đạc thực tế.
Kết quả thu được cho thấy, nhiệt độ đo đạc trực tiếp trong tấm BTXM vào tháng 4 (hình 1.18a) và tháng 8 (hình 1.18b) có quy luật khá tương đồng với các nghiên cứu của Mĩ, Braxin ở trên. Ngoài ra, Các số liệu đo đạc phân bố sát với quy luật của phương trình Fourier.
- 28 -
Hình 1.18. Nhiệt độ trong tấm bê tông xi măng sân bay [82][81]