CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
2.3. ĐẶC ĐIỂM THANH TRUYỀN LỰC
2.3.3. Phương pháp tính toán thanh truyền lực
Theo các tiêu chuẩn Việt Nam, việc thiết kế thanh truyền lực chỉ bố trí cấu tạo, tra bảng theo giá trị chiều dày và cấu tạo lớp móng bên dưới như Bảng 2-1 [1] [2].
Lớp nền đặc trưng bởi "k"
Taám beâ toâng (E, h) Lớp móng (Ei, hi)
Taám beâ toâng (E, h)
HnH
Thanh truyền lực Tải trọng xe quy đổi
Hướng xe chạy
Hướng xe chạy đến Hướng xe chạy đi
Khe nối ngang Hướng xe chạy
Thanh truyền lực Mặt bằng tấm BTXM
Huang [10] trình bày các tính toán thanh truyền lực chủ yếu là kiểm tra khả năng làm việc của thanh. Khi tải trọng tác dụng gây ra ứng suất ép mặt giữa thanh thép và bê tông, cần kiểm tra ứng này không được vượt quá ứng suất chịu nén cho phép của bê tông.
A. Ứng suất ép mặt cho phép
Vì cường độ của thép lớn hơn nhiều so với bê tông nên kích thước và khoảng cách yêu cầu giữa các thanh truyền lực chịu ảnh hưởng vởi ứng suất ép mặt giữa thanh truyền lực và bê tông. Ứng suất cho phép có thể được xác định bằng công thức (2.1) (American Concrete Institute, 1956).
4 '
b 3 c
f d f (2.1)
Với: fb: ứng suất ép mặt cho phép giữa thanh truyền lực và bê tông d: đường kính thanh truyền lực
'
fc: cường độ chịu nén giới hạn của bê tông
Với bê tông làm đường yêu cầu cường độ chịu nén giới hạn: fc'300daN cm/ 2 [1]
B. Ứng suất ép mặt trên một thanh truyền lực
Hình 2-9. Biến dạng của thanh truyền lực dưới tác dụng tải trọng.
Nếu tải trọng tác dụng lên một thanh truyền lực được biết, ứng suất ép mặt lớn nhất có thể được xác định về mặt lý thuyết bằng cách giả thuyết thanh truyền lực là một dầm và bê tông là một nền Winkler. Sử dụng các lời giải của Timoshenko, Friberg (1940) chỉ ra rằng biến dạng lớn nhất của bê tông dưới thanh truyền lực y0
được thể hiện trong Hình 2-9 và được tính bằng công thức (2.2):
0 3
2 4
t
d d
P z
y E I
(2.2)
Với: Pt: tải trọng trên 1 thanh truyền lực
Thanh truyền lực
z : chiều rộng khe nối
Ed: mô đun đàn hồi của thép dùng làm thanh truyền lực Id: moment quán tính của thanh truyền lực
: độ cứng tương đối của thanh truyền lực nhúng vào bê tông 1 4
d 64
I d (2.3)
4
. 4 d d
K d
E I (2.4)
K: modulus of dowel support Từ đó tính được giá trị ứng suất ép mặt:
0 3
. 2
4
t b
d d
KP z
K y E I
(2.5)
C. Sự làm việc của nhóm thanh truyền lực
Hình 2-10. Sự truyền tải trọng qua nhóm thanh truyền lực.
Khi một tải trọng W tác dụng lên một tấm gần khe nối, một phần tải trọng sẽ được truyền qua tấm liền kề nhờ vào nhóm thanh truyền lực như được minh họa ở Hình 2-10. Nếu thanh truyền lực làm việc hiệu quả 100%, cả hai tấm sẽ chuyển vị một giá trị như nhau, phản lực dưới hai tấm cũng bằng nhau và bằng 0.5W, đây cũng chính là tổng lực cắt được truyền tải bởi nhóm thanh truyền lực. Nếu hiệu suất thanh truyền lực nhỏ hơn 100%, như trong trường hợp áo đường cũ, một vài thanh truyền lực trở nên lỏng lẻo, lúc này phản lực dưới tấm chịu tác dụng tải trọng sẽ lớn hơn 0.5W, trong khi dưới tấm không có tải tác dụng thì nhỏ hơn 0.5W. Kết quả là tổng lực cắt trên các thanh truyền lực thì nhỏ hơn 0.5W. Do đó, việc sử dụng giá trị 0.5W trong thiết kế thanh truyền lực thì an toàn hơn.
Dựa trên lời giải Westergaard, Friberg (1940) nhận thấy rằng trong cả hai trường hợp tải tác dụng trong tấm và tại biên tấm giá trị moment âm lớn nhất đạt được tại trí 1.8l từ vị trí tải tác dụng, với l là bán kính độ cứng tương đối được định nghĩa bằng công thức (2.6).
0.25 3
2
. 12 1 l E h
k
(2.6)
Với: E: mô đun đàn hồi bê tông h: chiều dày tấm bê tông
: hệ số poission của bê tông, = 0.15 k: mô đun phản lực đất nền
Khi giá trị moment đạt lớn nhất thì lực cắt bằng 0. Do đó, giả thuyết lực cắt trong mỗi thanh truyền lực giảm tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ thanh truyền lực đến vị trí tải tác dụng. Lực cắt đạt lớn nhất ngay tại vị trí tải tác dụng hoặc gần vị trí tải tác dụng nhất và bằng 0 tại vị trí 1.8l. Từ giá trị lớn nhất và nhỏ nhất, lập tỷ số xác định lực cắt trên mỗi thanh truyền lực cụ thể.