Xuất kiểm toán mỏi lớp bê tông asphalt trong kết cấu áo đường mềm

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

4.1 xuất kiểm toán mỏi lớp bê tông asphalt trong kết cấu áo đường mềm

4.1.1 Cơ sở lý thuyết

Từ những năm 1970, nhiều tác giả trên thế giới đã đề xuất việc tính kết cấu áo đường mềm theo trạng thái giới hạn nứt hoặc theo biến dạng giới hạn. Korsunskiy M.B. có vai trò quan trọng trong việc hoàn thiện lý thuyết tính toán kết cấu áo đường mềm, ông đã đề xuất tính kết cấu áo đường mềm theo biến dạng giới hạn ở bề mặt chịu kéo [2]. Với giá trị biến dạng giới hạn này, trong quá trình mặt đường chịu tác dụng của tải trọng lặp do xe chạy gây ra, vật liệu mặt đường không tích lũy biến dạng dư. Theo đó, Korsunskiy M.B. [49] đề xuất biểu thức (4.1):

 ≤ gh (4.1)

Trong đó:

gh biến dạng giới hạn của vật liệu làm mặt đường, xác định bằng thực nghiệm, gh phụ thuộc vào thành phần và tính chất của vật liệu mặt đường, nhiệt độ, điều kiện chịu lực

 biến dạng (đàn hồi tương đối) lớn nhất ở bề mặt chịu kéo Biến dạng lớn nhất () có thể được xác định theo biểu thức (4.2):

(

) (4.2)

Trong đó: ( ) (4.3)

 độ lún đàn hồi tỷ đối của mặt đường theo trục của lực tác dụng

Eo mô đun đàn hồi của nửa không gian nằm dưới lớp mặt đường, trường hợp nửa không gian nhiều lớp sẽ được quy đổi về nửa không gian đồng nhất tương đương.

kd hệ số kể đến tác dụng của lực động xe chạy, kd = 1,15

kH hệ số an toàn kể đến sự không đồng nhất trong điều kiện làm việc của mặt đường, kH = 1,1 ÷ 1,2

Theo Kucera, K. (1964) và Bohn, A. (1968) [2] có thể xác định bề dày của lớp mặt đường sao cho không xuất hiện vết nứt ở vùng chịu kéo. Phương pháp tính mặt đường mềm theo biến dạng cho phép giúp chúng ta có biện pháp để kiểm tra mặt đường cấp cao theo trạng thái giới hạn nứt (Ivanov, N.N).

Korsunskiy M.B. đã thiết lập biểu thức thể hiện mối tương quan giữa bán kính cong của phần mặt đường bị biến dạng dưới tác dụng của bánh xe và biến dạng (đàn hồi tương đối) của kết cấu áo đường tại một độ sâu bất kỳ tính từ bề mặt đường theo biểu thức (4.4) (nêu tại [48]):

(4.4)

Trong đó:

Rd bán kính mặt cong phía dưới vị trí mặt đường bị biến dạng

 hệ số đặc trưng cho khoảng cách tính từ giữa lớp vật liệu đến bề mặt kết cấu áo đường (tra bảng [48])

 . hd khoảng cách từ mặt phẳng giữa lớp vật liệu đến bề mặt kết cấu áo đường

bị biến dạng dưới tác dụng của bánh xe như là một tiêu chí để đánh giá cường độ của kết cấu áo đường mềm. Từ kết quả thí nghiệm, Osadchaya L.M. đã xây dựng công thức (4.5) xác định giá trị bán kính cong này ở thời kỳ bất lợi trong quá trình khai thác đường [50].

( )

(4.5)

Trong đó: lo độ võng đàn hồi tại tâm của vệt bánh xe (mm) r

e

bán kính của vệt bánh xe (mm)

cơ số của logarit, b - bậc của cơ số e.

Ngoài ra, trong tài liệu [47], giáo sư Ivanov N.N. có giới thiệu công thức (4.6) xác định bán kính cong của phần mặt đường bị biến dạng dưới tác dụng của bánh xe do tác giả người Đức Odemark đề xuất.

(4.6)

Trong đó:

E1 mô đun đàn hồi chung các lớp phía trên (có chất kết dính bi tum) p áp lực tính toán (MPa) r bán kính vệt bánh xe (mm) FR được xác định theo Hình 4.1, phụ thuộc vào tỷ số E1/E2 và h/r E2 mô đun đàn hồi chung các lớp phía dưới (không có chất kết dính bi tum).

Hình 4.1 Toán đồ xác định giá trị Ro tại điểm C bất kỳ (theo Odemark) Theo hướng dẫn kỹ thuật thiết kế mặt đường của Pháp (tài liệu [1]) thì biến

dạng cho phép ở đáy lớp bê tông asphalt được xác định thông qua biểu thức (4.7):

( ) (4.7)

Trong đó:

( ): biến dạng khi đạt được sự phá hoại uốn quy ước trên mẫu sau Ne chu kỳ với xác suất 50% ở nhiệt độ tương đương eqvà tần số f đặc trưng cho các ứng suất mà lớp đang xét phải chịu

Quy luật mỏi của bê tông asphalt được biểu thị thông qua biểu thức (4.8):

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.8)

Với kết cấu ở vùng khí hậu điều hòa và ở nhiệt độ dương, khi thiếu các số liệu thí nghiệm thì thường xem ảnh hưởng của nhiệt độ tới tình hình mỏi theo quan hệ:

( ) ( ) (4.9)

Quy luật mỏi thường được thiết lập bằng thực nghiệm ở nhiệt độ 10oC và tần số 10 Hz. Với các lớp móng người ta thường xem tần số đặc trưng các ứng suất vào khoảng 10 Hz và có thể bỏ qua việc điều chỉnh với trị số của 6 khi tần số giữa 10 Hz và 25 Hz ở nhiệt độ trung bình.

6 biến dạng tương ứng của mẫu thí nghiệm mỏi chịu được 106 chu kỳ tải trọng lặp thì phá hoại

kr hệ số hiệu chỉnh trị số biến dạng cho phép theo độ rủi ro tính toán

(4.10)

u biến số tập trung giảm nhỏ ứng với độ rủi ro r b độ dốc đường đặc trưng mỏi

 độ lệch chuẩn của sự phân bố logN

( ) (4.11)

đường, h, (lg = logo – c h). Với các kết cấu thông thường thì c vào khoảng 0,02 cm-1.

kc hệ số điều chỉnh nhằm hiệu chỉnh kết quả của mô hình tính với tình hình làm việc quan sát trên các mặt đường cùng loại (tra bảng tại tài liệu [44]), với mặt đường bê tông asphalt kc = 1,1

ks hệ số giảm nhỏ xét tới tác dụng không đồng nhất cục bộ của sức chịu tải cho lớp có độ cứng nhỏ nằm dưới các lớp liên kết (tra bảng tại tài liệu [44]), với E  120 MPa thì ks = 1

Ne số lượng tương đương các trục bánh thiết kế ứng với lượng giao thông của xe nặng tích lũy trong thời hạn tính toán ban đầu

Ne = N × CAM (4.12)

N CAM

số tích lũy các xe nặng trong thời kỳ tính toán

hệ số phá hoại trung bình của xe nặng so với trục bánh tính toán Từ những phân tích trên, việc tính toán lớp bê tông asphalt theo điều kiện biến dạng cho phép được lựa chọn. Biến dạng giới hạn sẽ được xác định thông qua kết quả thí nghiệm mỏi của nghiên cứu.