Từ các thơng số đầu vào, phần mềm COMFAA cho phép xác định được một số thơng số liên quan tới mặt đường BTXM sân bay (bảng 2.7), trong đĩ cĩ ba yếu tố quan trọng là:
- Chiều dày yêu cầu tối thiểu của mặt đường theo thơng số tàu bay; - Hệ số nền cho trước (6D Thick);
- Chỉ số PCN.
Bảng 2.7. Kết quả tính tốn bằng COMFAA cho mặt đường BTXM sân bay
d. Trình tự tính tốn PCN
Trên cơ sở lý thuyết và lựa chọn sử dụng phần mềm, nghiên cứu sinh đã tính tốn PCN theo trình tự sau: Dữ liệu HWD Tính chỉ số mơ men nén uốn Mr Tính hệ số nền k Tính tốn giá trị đầu vào cho phần mềm COMFAA Tính chỉ số PCN P, di, T, Eb, En ỉ E ư Mr = 43.5ç b ÷ + 488.5 106 è ø E n = 26.k1.284
File tính COMFAA support 3.0
2.2.2. Xác định LTE
Như đã trình bày, số liệu đo đạc trực tiếp thơng qua thí nghiệm với thiết bị HWD là độ võng của mặt đường BTXM tại các đầu đo khi chịu tác dụng của tải trọng động, do máy gia tải. Từ độ võng, LTE được tính tốn theo nội dung đã được trình bày ở chương 1. Mơ hình tính LTE như sau:
Dữ liệu HWD Tính AREA (AREA5) Tính đặc trưng đàn hồi l theo AREA P, di, T F ỉ d1 d2 d3 ư ç ÷ AREA = = 6ç1 + 2 + 2 + ÷ d0 è d0 d0 d0 ø é ỉ A -AREAứD êlnç ÷ú B l = ê è ø ú C ê ú ê ú ë û Tính hệ số hiệu chỉnh R Tính LTEmes Tính LTEpred R =1- 6.285 +36661 l l2 ỉ D ư ç unloaded _ slab ÷ LTE = ç D 100% mes ÷ è loaded _ slab ø LTE
pred =R.LTEmes
2.2.3. Xác định các thơng số thuộc nhĩm thứ 2
a. Chiều cao vùng chịu nén của bê tơng ở tiết diện tính tốn x
Từ số liệu đo độ võng tấm BTXM bằng HWD, cho phép xác định x như sau: Dữ liệu HWD
Tính chiều cao làm việc của
tiết diện ho
Chiều cao vùng chịu nén x
P, di, tm, Eb h0 =h -hpr - d 2 x = (-q0 + q02 + 2q0 )h0 q0 =Es Y c µ E b Y b
Trong đĩ: x là chiều cao vùng chịu nén; P là tải trọng HWD; di là độ võng HWD tại sensor thứ i (µm); tm là nhiệt độ bề mặt tấm (oC); Eb là mơ đun đàn hồi ban đầu của bê tơng (MPa); h là chiều dày tấm (m); hpr là chiều dày lớp bảo vệ (m); ho là chiều cao làm việc của tiết diện (m); d là đường kính cốt thép (m); Es là mơ đun đàn hồi cốt thép (MPa); ψb là hệ số tính đến sự làm việc của bê tơng giữa các vệt nứt của vùng chịu kéo và lấy bằng 0,2 khi tính theo cường độ, lấy bằng 1 khi tính theo mở rộng vết nứt; ψc là hệ số tính đến sự phân bố khơng đều biến dạng vùng nén của tiết diện, phụ thuộc vào tỷ lệ khoảng cách đặt cốt thép ls và chiều dày tấm; μ là hệ số đặt cốt thép.
b. Mơ men uốn giới hạn ở tiết diện xem xét của tấm mặt đường mu
Dữ liệu HWD
Tính chiều cao làm việc của
tiết diện ho
Chiều cao vùng chịu nén x
Mơ men uốn giới hạn mu
P, di, tm, Eb h0 =h -hpr - d 2 x = (-q0 + q02 + 2q0 )h0 q 0 =Es Y c µ Eb Yb ỉ x ư m = g .A .R .ç h - ÷ 3 u c s s è 0 ø
Trong đĩ: mu là momen uốn giới hạn ở tiết diện xem xét của tấm mặt đường (kN.m/m); γc là hệ số điều kiện làm việc của mặt đường, lấy theo bảng 17 trong [44]; As là diện tích tiết diện cốt thép chịu kéo trên đơn vị chiều rộng tiết diện tấm (m2/m); Rs là cường độ tính tốn của cốt thép chịu kéo (MPa). Các đại lượng khác như chú thích tại mục a.
c. Ứng suất trong cốt thép chịu kéo σs
Theo các kết quả đo HWD, chiều cao vùng chịu nén x, ứng suất trong cốt thép chịu kéo được tính như sau:
Dữ liệu HWD
Tính chiều cao làm việc của
tiết diện ho
Chiều cao vùng chịu nén x
Mơ men uốn giới hạn mu
Bán kính độ cứng tương đối
Mơ men uốn tính tốn md
P, di, tm, Eb, Ks h0 =h -hpr - d 2 x = (-q0 + q02 + 2q0 )h0 q 0 =Es Y c µ Eb Yb ỉ x ư m = g .A .R .ç h - ÷ 3 u c s s è 0 ø l = 4 B Ks E .A ỉ x ư B = s s ç h - ÷(h -x) Y è 0 3 ø 0 b m d = m c,max .k.k N .k x( y) nk m c,max = m 1 + åmx( y)i i=2 m1 =Fd . f (a) m x( y)i = m x( y)i .F d F Fd = nn .kd .gf k fa =f . R l(e)
Ứng suất trong cốt thép chịu kéo R (e) = F d p. pa s s = md A ỉh - x ư ç ÷ 3 s è 0 ø
Trong đĩ: σs là trị số ứng suất trong cốt thép chịu kéo (MPa); md là momen uốn tính tốn ở tiết diện xem xét của tấm mặt đường (kN.m/m); mc.max là momen uốn tối đa khi đặt tải trọng ở giữa tấm (kN.m/m); m1 là momen uốn do tác dụng của bánh máy bay cĩ tâm vệt bánh trùng với tiết diện tính tốn (kN.m/m); mx(y)i là momen uốn do tác dụng của bánh máy bay i nằm ngồi tiết diện tính tốn của tấm, (kN.m/m); kN là hệ số tính đến tích luỹ biến dạng dư ở mĩng từ vật liệu khơng gia cố chất kết dính; kx(y) là hệ số tính đến phân bố nội lực ở tấm bất đẳng hướng với độ cứng khác nhau Bx và By hướng dọc và hướng ngang, các hệ số k, kN, kx(y) xác định theo [43]; Fd là tải trọng tính tốn trên bánh máy bay (kN); Fn là tải trọng tiêu chuẩn trên càng chính của máy bay tính tốn (kN); f (α) là hàm số momen do tác động của bánh xe chính với trị số lấy xác định theo [44]; kd và gf là hệ số động và hệ số giảm tải; Re là bán kính đường trịn cĩ diện tích bằng diện tích vệt bánh máy bay (m); pa là áp suất bánh hơi máy bay (MPa).
Các thơng số trên đều được tính tốn tại các giá trị nhiệt độ bề mặt tm khác nhau tại thời điểm thí nghiệm.
2.3. Kết luận chương 2
Dạng tổng quát của phương trình truyền nhiệt trong tấm BTXM sân bay được lựa chọn theo Fourier, kèm theo các giả thuyết chính: (i) Nhiệt độ bề mặt tấm thay đổi theo quy luật điều hịa; (ii) nhiệt được truyền trong mơi trường bán khơng gian đồng nhất.
Để xác định được phương trình này, cĩ thể áp dụng phương pháp giải bài tốn phân bố nhiệt theo chiều sâu, là phương pháp đã và đang được nhiều nhà khoa học
trong nước nghiên cứu, phát triển, phù hợp với việc sử dụng số liệu đo đạc thực tế trong điều kiện Việt Nam.
Các tham số cần phải hiệu chỉnh cho phương trình là:
- Tham số b trong phương trình điều kiện biên về nhiệt độ bề mặt; - Hệ số biểu thị ảnh hưởng của sự phân bố trường nhiệt độ dừng K;
Việc hiệu chỉnh này sẽ được thực hiện thơng qua số liệu quan trắc biến thiên nhiệt độ trong tấm BTXM ngồi thực tế.
Đối với các thơng số của mặt đường bê tơng xi măng khi đánh giá bằng HWD, độ võng và nhiệt độ tấm BTXM là các thơng số được xác định trực tiếp. Nếu như nhiệt độ bề mặt được sử dụng để tính ra nhiệt độ ở các chiều sâu khác nhau trong tấm nhờ phương trình truyền nhiệt thì độ võng là thơng số đầu vào quan trọng để xác định được các thơng số thuộc hai nhĩm bao gồm PCN, LTE, chiều cao vùng chịu nén…
Ngồi các tương quan tốn học để tính tốn trực tiếp các tham số trên thơng qua độ võng và các đặc trưng cơ lý khác, cĩ thể sử dụng phần mềm chuyên dụng COMFAA để tính tốn PCN cho sân bay.
Các nội dung lý thuyết này sẽ được áp dụng để tính tốn với số liệu thí nghiệm được trình bày chi tiết ở chương ba, bao gồm số liệu quan trắc nhiệt độ và số liệu đánh giá mặt đường BTXM bằng thiết bị HWD.
CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT BIẾN THIÊN NHIỆT ĐỘ VÀ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THƠNG SỐ CỦA
MẶT ĐƯỜNG BTXM BẰNG THIẾT BỊ HWD
Để hiệu chỉnh được phương trình truyền nhiệt cũng như xác định được độ võng và nhiệt độ bề mặt của mặt đường BTXM sân bay khi đánh giá bằng HWD, hai nội dung thí nghiệm chính đã được thực hiện ngồi thực tế:
- Thí nghiệm phục vụ khảo sát biến thiên nhiệt độ trong tấm BTXM trong thời gian lâu dài;
- Thí nghiệm đánh giá mặt đường BTXM sân bay bằng HWD. Nội dung chi tiết của các thí nghiệm như sau:
3.1. Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ trong tấm BTXM3.1.1. Mục tiêu thí nghiệm 3.1.1. Mục tiêu thí nghiệm
Thí nghiệm được thực hiện với hai mục tiêu chính:
- Khảo sát biến thiên nhiệt độ trong tấm BTXM ở các thời điểm khác nhau trong
năm;
- Thu thập số liệu nhiệt độ để phân tích, xác định điều kiên biên và tham số của phương trình truyền nhiệt;
3.1.2. Quy hoạch thí nghiệm
Hướng thí nghiệm là bố trí các đầu đo nhiệt độ theo chiều sâu của 1 tấm BTXM đặt ngồi trời tại Khu cơng nghiệp Phú Nghĩa – Chương Mỹ – Hà Nội; dùng các thiết bị đo đạc hiện đại để thu thập số liệu về nhiệt độ theo chiều sâu tấm trong thời gian 1 năm.
3.1.2.1. Vật liệu, kích thước kết cấu mặt đường
Sử dụng tấm BTXM M350 cĩ chiều dày tương ứng với chiều dày thơng thường của các kết cấu mặt đường BTXM sân bay hiện nay là 40cm, kích thước theo mặt bằng là 1,5mx1,5m. Tấm được đặt trên lớp bê tơng lĩt M100 dày 20cm, dưới là nền đất tự nhiên. Tấm BTXM khơng bị che nắng trong suốt quá trình đo.
Kích thước mặt bằng tấm được xác định theo các yếu tố sau: - Phù hợp với điều kiện thi cơng, quan trắc, chi phí của luận án;
- Giảm ảnh hưởng của sự truyền nhiệt theo phương ngang tấm tới nhiệt độ trong tấm. Theo các nghiên cứu hiện hành ở Việt Nam [20][22][24], chiều sâu tắt biên độ dao động nhiệt độ ngày đêm zmax=0,4m. Giá trị này được sử dụng để lựa chọn chiều dài, chiều rộng tấm sao cho khoảng cách từ đầu đo tới cạnh bên của tấm lớn hơn 0,4m để giảm ảnh hưởng của nhiệt truyền theo phương ngang, từ mặt bên của tấm.
Theo đĩ, kích thước tấm 1,5mx1,5m đã được lựa chọn. Với vị trí các đầu đo đặt
ở khu vực giữa tấm, khoảng cách từ đầu đo tới mặt bên là vào khoảng 0,75m. Các vật liệu được thiết kế theo tiêu chuẩn hiện hành tại phịng thí nghiệm LAS1797 (phụ lục 1).
3.1.2.2. Bố trí thiết bị thí nghiệm
Ba thiết bị được sử dụng song song trong quá trình đo nhiệt độ (hình 3.1, 3.2): - Thiết bị đo nhiệt kiểu tiếp xúc EXTECH SDL200 được sử dụng để thu thập số liệu trong suốt quá trình thí nghiệm;