Giữa LTE và chênh lệch nhiệt độ Dt (tại cạnh tấm) cĩ 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 cĩ xu hướng bị co ngĩt, kèm theo uốn vồng xuống. Tiếp xúc chèn mĩc (aggregate interlock) giảm. LTE vì thế cũng giảm theo. Tuy nhiên, sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới LTE khi Dt<1,50C là khơng 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 đĩ, LTE cĩ xu hướng tăng.
4.4.4. Phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ tới các thơng số tính tốn thiết kế của mặt đường BTXM sân bay mặt đường BTXM sân bay
Tổng hợp số liệu tính tốn các thơng số thiết kế (từ kết quả đo HWD) được trình bày trong phụ lục 10. Theo [43] [44], các thơng 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 tơng x
(a) (b)
Hình 4.26. Tương quan chiều cao vùng chịu nén của bê tơng và Dt 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 khơng đổi theo vật liệu để tính tốn thiết kế thì thực tế, ở điều kiện làm việc, giá trị x cĩ xu hướng thay đổi tăng dần theo Dt. Các giá trị thu được cĩ mức độ phân tán lớn, khơng hình thành tương quan.
4.4.4.2. Ảnh hưởng của Dt tới mơ men uốn giới hạn mu
Xu hướng quan sát được đối với mu cũng cĩ diễn biến tương tự như đối với vùng chịu nén x của bê tơng (hình 4.27).
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 cĩ 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). (4.12)
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 Theo điều kiện xuất hiện vết nứt:
l=1,001+0,005797.Dt+0,002314. Dt2
4.4.4.4. Ảnh hưởng của Dt tới ứng suất trong cốt thép chịu kéo ss
Tính tốn thiết kế theo [43] cho mặt đường BTXM cốt thép (tức là cĩ 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.
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 khơng rõ ràng. Điều này cĩ 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 cĩ tác dụng ngược với tác dụng của nhiệt độ, tạo ra ứng suất nén ở khu vực thớ trên của tấm. Từ đĩ, gĩp 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 khơng lớn khi Dt nhỏ hơn 1,50C. Do vậy, bỏ qua cá yếu tố ngồi nhiệt độ, thời điểm đo các thơng số vừa nêu sẽ là thích hợp nếu Dt thỏa mãn yêu cầu Dt≤1,50C.
Từ đĩ, 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 ơ được được bơi đậm ứng với Dt≤1,50C. Thời điểm ứng với ơ dạng này được coi là thời điểm hợp lý để thực hiện thí nghiệm HWD.
Từ số liệu nhiệt độ và số liệu HWD đã khảo sát, cĩ 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 cĩ thể thực hiện HWD tại tâm tấm trong từng thángSTT Tháng trong năm Thời gian cĩ thể thực hiện HWD tại Tổng số STT Tháng trong năm Thời gian cĩ thể thực hiện HWD tại Tổng số
tâm tấm 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
Ngồi ra, cĩ 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 thơng qua phương trình tương quan của từng thơng số với Dt (Bảng 4.14 đến 4.16). Chi tiết được trình bày trong phụ lục 11.
Bảng 4.14. Hiệu chỉnh độ võng về điều kiện chuẩn
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 cĩ 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, cĩ thể thấy là nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ đáy tấm đều cĩ xu hướng cùng tăng, hoặc cùng giảm.
Chênh lệch nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất khơng cố định theo thời gian, cĩ 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:
b3 = 0.7350 + 0.1004 * ttb.mat - 0.001603 * ttb2.mat
b2 = -0.0495 + 0.1479 * ttb.mat - 0.002937 * ttb2.mat
b1 = -0.349 + 0.2485 * ttb.mat - 0.005369 * ttb2.mat
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 thơng số K – là tham số chịu ảnh hưởng nhiều của điều kiện mơi 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 thơng này đến các yếu tố mơi trường trong điều kiện thí nghiệm cụ thể. Từ đĩ đưa ra các đề xuất để hiệu chỉnh thơng số K theo hướng hồn 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.
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 cĩ dạng như sau:
4.5.2. Về ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ tới các thơng 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 cĩ ảnh hưởng tới các đặc khi đánh giá bằng HWD, trong đĩ 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 thơng số khơng 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 thơng số tính tốn, thiết kế cũng đã được xem xét. Trong số đĩ, bán kính độ võng tương đối là thơng số cĩ chịu ảnh hưởng khá rõ ràng,
cĩ tương quan tốt với chênh lệch nhiệt độ Dt. Trong khi đĩ, 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 thơng số độ võng, PCN, LTE ổn định, khung thời gian ứng với điều kiện nhiệt độ cĩ D≤1,50C đã được đề xuất, được coi là các thời điểm phù hợp để thực hiện thí nghiệm HWD.
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 thơng 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 hịa.
- Sự thay đổi chênh lệch nhiệt độ, nhiệt độ bề mặt, nhiệt độ trung bình trong tấm cĩ liên quan tới độ vồng, sự dãn dài và hiệu ứng chèn mĩc (aggregate interlock) trên bề mặt cạnh tấm ở vị trí khe nối. Từ đĩ, cĩ ảnh hưởng tới độ võng và các thơng số xác định bằng HWD. Các tương quan tốn học đã được tìm thấy giữa nhiệt độ bề mặt và độ võng tại cạnh tấm, gĩc 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 tốn 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. Thơng qua số liệu đo đạc nhiệt độ ở các chiều sâu khác nhau của tấm BTXM
ở điều kiện ngồi 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 cĩ nhiệt độ rất cao (mùa hè) hoặc thấp (mùa đơng), 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 hồn 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
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 thơng 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 thơng số thiết kế tấm BTXM sân bay Vân Đồn. Một số tương quan bậc 2 giữa yếu tố nhiệt độ và thơng 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.tm2
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.tm+0,000192.tm2 6 Tương quan giữa LTE và Dt (tại cạnh tấm):
LTE=0,9610+0,000933.Dt+0,000200. Dt2
Tương quan giữa bán kính độ cứng tương đối và Dt (cường 7 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 thơng số quan trọng như độ võng, PCN, LTE, bán kính độ cứng tương đối ít bị thay đổi khi D<1,50C. Từ đĩ, 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 vịng 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, cĩ tính mới của luận án. Các kiến nghị về phương trình tương quan cũng như thời điểm thí nghiệm HWD mặc
dù cịn phải chấp nhận nhiều điều kiện “biên”, chưa thể áp dụng rộng rãi, nhưng cĩ tính định hướng tốt trong nghiên cứu và sát xuất thực tiễn.
Hạn chế của luận án
1. Phạm vi khảo sát nhiệt độ cịn hạn chế, chưa mang tính đại diện cho một khu vực, với duy nhất một dạng kết cấu mặt đường BTXM khơng cĩ 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 cĩ các thời điểm nhiệt độ cao ứng với điều kiện mùa hè ở Việt Nam;
3. Ngồi yếu tố nhiệt độ, chưa xét được ảnh hưởng của các yếu tố khác tới kết quả đánh giá thơng 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 mĩng 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 cĩ (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