5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.1.2 Tần số tải thí nghiệm
Sự thay đổi tốc độ đặt tải tác dụng có ảnh hưởng tương tự như thay đổi nhiệt độ của vật chất. Theo mô hình xác định tần số tải nêu tại [34] thì tần số tải được tính cho mặt dưới của lớp bê tông asphalt.
Tần số được xác định thông qua vận tốc và chiều dài vùng phân bố tải tác dụng của lốp xe tại đáy lớp bê tông asphalt (b), thể hiện tại Bảng 2.2.
Chiều dài b được tính theo mô hình thể hiện tại Hình 2.2.
Trong đó: Hình 2.2 Mô hình xác định tần số tải [34]
a : chiều dài vùng tiếp xúc của lốp xe, a = 10 ÷ 40 (cm) [34] h : bề dày lớp bê tông asphalt, h = 5 ÷ 40 (cm) [34]
θ° : góc phân bố tải, o
= 30÷ 75 (độ) [34]
Bảng 2.2 Xác định tần số tải thông qua vận tốc và chiều dài vùng phân bố tải
Vận tốc (km/h)
Chiều dài vùng phân bố tải tác dụng tại đáy lớp bê tông asphalt, b (cm) b = 15 b = 30 b = 60 b = 120 b = 240 b = 480 Tần số (Hz) 5 1,47 0,74 0,37 0,18 0,09 0,05 10 2,95 1,47 0,74 0,37 0,18 0,09 30 8,84 4,42 2,21 1,11 0,55 0,28 60 17,68 8,84 4,42 2,21 1,11 0,55 h a b
Vận tốc (km/h)
Chiều dài vùng phân bố tải tác dụng tại đáy lớp bê tông asphalt, b (cm) b = 15 b = 30 b = 60 b = 120 b = 240 b = 480
Tần số (Hz)
100 29,47 14,73 7,37 3,68 1,84 0,92
120 35,36 17,68 8,84 4,42 2,21 1,11
Theo đề xuất của Shell (1978) [34] thời gian đặt tải 0,02s là đại diện cho phạm vi một chiếc xe chạy với tốc độ 48 ÷ 64 km/h, tương ứng với tần số là 8 Hz.
Huang (1993) [34] đã đề xuất mô đun độ cứng của bi tum có thể được xác định bằng thí nghiệm từ biến với một thời gian đặt tải tương ứng hoặc là thí nghiệm động ứng với một tần số tương ứng. Van Der Poel (1954) [34] đã đề xuất mô đun độ cứng được thí nghiệm bằng tải trọng tác dụng có thời gian đặt tải t quan hệ với tần số f theo công thức (2.1).
(2.1) Xem xét tất cả các vấn đề và những hạn chế của thiết bị thí nghiệm, tần số tải được đặt trong phạm vi từ 2,5 Hz ÷ 20 Hz. Trong đó 2 tần số trung gian là 5 Hz và 10 Hz được sử dụng phổ biến hơn trong các thí nghiệm mỏi bê tông asphalt.
Phần mềm thí nghiệm 4PB của hãng Cooper có tải trọng được thiết lập sẵn với dạng hình sin liên tục (Hình 2.3).
Hình 2.3 Biểu đồ dạng hình sin tải tác dụng và độ võng của dầm
Áp dụng mô hình xác định tần số tải được nêu tại Hình 2.2, Bảng 2.2 vào điều kiện thiết kế kết cấu áo đường thông thường tại VN: chiều dày lớp mặt bê tông asphalt 6cm ÷ 8cm, lốp xe có a = 33cm, thì với vận tốc xe chạy từ 40km/h ÷
80km/h, giá trị tần số tải xác định được trong khoảng 4,4Hz ÷ 9,0Hz. Tham khảo thêm các khuyến cáo về tần số tải thí nghiệm mỏi được áp dụng trên thế giới và những hạn chế về khả năng làm thí nghiệm của đề tài, hai mức tần số tải quy ước được lựa chọn dùng cho nghiên cứu này là 5 Hz và 10 Hz. Hình 2.4, Hình 2.5 minh họa biểu đồ lực tác dụng (F) dạng hình sin và độ võng tại đáy giữa dầm (Z) khi thí nghiệm uốn dầm 4 điểm ở tần số 5 Hz và 10 Hz được thực hiện trong luận án.
Hình 2.4 Biểu đồ lực và độ võng dạng hình sin thí nghiệm ở tần số 5 Hz
Hình 2.5 Biểu đồ lực và độ võng dạng hình sin thí nghiệm ở tần số 10 Hz