Xây Dựng - Thiết Kế Đường ÔTô (Đường Cao Tốc) phần 4 docx

TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
h
p
D
E
2
,

c
,

E
1
S
ơ

đ
ồ

t
í
n
h

t
o
á
n
p

a

m
h/
D
1.
5
0.
15
0.
14
1.
4
0.
13
1.
3
0.
12
1.
2
0.
11
1.
1
0.
10
1.
0
0.
09
0.

9
0.
08
0.
8
0.
07
0.
7
0.
06
0.
6
0.
05
0.
5
0.
04
0.
4
0.
03
0.
3
0.
02
0.
2
0.

01
0.
1
0
0
4
8
0
4
4
0
4
2
0
4
0
0
3
8
0
3
6
0
3
4
0
3
2
0
3

0
0
=
2
E
2
E
1
5
1
0
2
0
3
0

Hỗnh 13 -14. Toaùn õọử xaùc õởnh ổùng suỏỳt cừt chuớ õọỹng
AM
cuớa lồùp dổồùi hóỷ 2 lồùp
khi chuyóứn vở tổỷ do ồớ mỷt tióỳp xuùc (duỡng cho vỏỷt lióỷu keùm dờnh)

TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 36
TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN BM ÂÆÅÌNG ÄTÄ - ÂÆÅÌNG TP
Chương 14 : THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG


§14.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG CỨNG.
14.1.1 Khái niệm: (Rigid pavement – Ciment concrete)
Áo đường cứng là kết cấu có độ cứng rất lớn, khả năng chống biến dạng (mô
đun đàn hồi) cao hơn hẳn so với nền đất và đặc biệt có khả năng chịu uốn lớn, do

đó làm việc theo nguyên lý tấm trên nền đàn hồi, diện phân bố áp lực của tải trọ
ng
xe chạy trên nền đất rộng.
Kết cấu AĐ cứng về mặt cấu tạo khác với KCAĐ mềm ở chỗ một trong các lớp
kết cấu của nó bằng bêtông ximăng có cường độ cao, có thể là lớp mặt hoặc lớp
móng.
14.1.2 Phân loại :
- Phân loại theo cấu tạo VL:
+ Bêtông thường – Ciment Concrete (CC)
+ Bêtông cốt thép – Jointed Reinforced Concrete Pavement (JRCP)
+ Bêtông cốt thép liên tục – Continuously Reinforced Concrete Pavement
(CRCP)
+ Bêtông cốt thép sợi - Fibre – Reinforced Concrete Pavement (FRCP)
+ Bêtông tự chặt - Roller Compacted Concrete Pavement (RCCP)
+ Bêtông c
ốt thép ứng suất trước.
- Theo phương pháp thi công :
+ Lắp ghép
+ Đổ tại chỗ.
- Theo kích thước tấm :
Tấm liên tục LxBxh ( L>>)
Tấm có kích thước hữu hạn LxBxh (thông qua độ mềm S)
14.1.3 Cấu tạo:
1.Tấm bêtông ximăng :
• Chiều dày : H
min
= 18cm, R
#
min
300 cho đường ôtô, R

#
200 cho GTNT, cấp
thấp V=20km/h.
• Chức năng : bộ phận chịu lực chủ yếu của mặt đường cứng




TS Phan Cao Thọ Thiết kế đường ôtô (Phần 2) Trang: 37
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP










100
100
100
100
100
30
30
l l ll
L
b/2

b/2
2. Lp m :
Vt liu : Cỏt, cỏt trn nha, giy du tm nha ng ( 1-3 lp )
360
ữ400
. Sơ đồ bố trí khe và phân tấm áo đừơng bêtông xi măng
1- khe dãn ; 2- khe co ; 3- khe dọc ; 4- thanh truyền lực (kích thứơc theo cm)
Hình 10-8
1
2
3
4
Hỡnh 14-1
Chc nng:
- Tng bng phng cho lp múng .
- To tip xỳc tt gia múng vi ỏy tm
- Gim h s ma sỏt, gim s phỏt sinh ng sut nhit do tm cú th dch
chuyn t do.
3.Cỏc lp múng:
Tng t
kt cu ỏo ng mm (Flexible Pav)
14.2 Cỏc loi khe ni :
1 - Khe co 3- Khe dc
2 - Khe dón
4- Thanh truyn lc
14.2.1 Khe dón (Expansion joint)
Tỏc dng : cho phộp tm bờtụng di chuyn t do trờn lp múng v gim
ng sut sinh ra trong tm khi tm bờtụng cú xu hng dón ra do nhit
mụi trng ln hn nhit khi thi cụng.
Cu to: 2 loi khe dón

- Khe dón cú thanh truyn lc
- Khe dón kiu ngm
p dng:
- Khe dón cú thanh truyn lc s dng khi bờtụng tng vt liờn tc, bng
mỏy.
- Khe dón kiu ngm s dng khi thi cụng bng th cụng, bờtụng thnh t
ng
tm riờng bit.
TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 38
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
14.2.2 Khe co:
Tỏc dng : gim ng sut khi bờtụng co ngút trong thi gian ụng cng v
khi tm bờtụng lm vic nhit thp.
Cu to: 2 loi khe co
- Khe co cú thanh truyn lc
- Khe co kiu ngm
p dng :
- Khe co cú thanh truyn lc ỏp dng khi bờtụng tng vt liờn tc, bng mỏy.
- Khe co kiu ngm ỏp dng khi thi cụng bng th cụng, bờtụng thnh tng
tm riờng bit.
14.2.3 Khe dc (khe un vng): L 1 dng ca khe co cú tỏc d
ng gim ng
sut khi bờtụng co ngút, khi nhit mt ng thp.
u, nhc im ca vic b trớ cỏc khe ni :
- Lm bng phng ca M khụng cao
- Cỏc khe ni l v trớ xung yu, nc thm xung cỏc lp múng (cng
múng gim -> cng ca kt cu gim i)
- Gim ng sut nhit, chng nt tm
14.2.3.4 . Thanh thộp truyn l
c :

Tr s trong ngoc ng vi trng hp tm BT t trờn lp múng gia c cht liờn
kt vụ c.















50
8
2,5
h/2
1
Quét nhựa
Matít
Gỗ đệm
Mạt c
ổa tẩm nhựa
Matít
Quét nhựa
1

h/2
50
h/4
0,8 ữ 1,2
2
Matít
= 1,5cm
Quét nhựa
h/2
1ữ5mm
4cm
4cm
a = 7 ữ 8cm
b = 6 ữ 8cm
c = 7
ữ 8cm
2
0,3 ữ 0,8
h/4
75
h/2
1
Quét nhựa chống
gỉ dài 30cm
Matít
h/2
h/2
Hình 10-9. Cấu tạo khe áo đừơng bê tông xi măng.
khe dãn ; b- khe co giả ; c- khe dọc kiểu ngàm ; d- khe dọc có thanh truyền lực
không quét nhựa để chống tấm di động ra phía lề ; 1- thanh truyền lực ;

2- đừơng nứt do giảm yếu tiết diện (kích thứơc tính bằng cm)
a)
b)
c)
d)
Hỡnh 14-2
a-
TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 39
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
14.3 Cỏc thụng s tớnh toỏn ca mt ng bờtụng ximng :
14.3.1 Ti trng thit k v h s xung kớch:
Ti trng trc tiờu
chun (daN)
Ti trng bỏnh xe
tiờu chun (daN)
H s xung kớch
Ti trng bỏnh xe
tớnh toỏn (daN)
10000
12000
9500
5000
6000
4750
1.2
1.15
1.2
6000
6900
5700

14.3.2 H s an ton v h s chit gim cng :
- H s xột n hin tng mi ca tm bờtụng do tỏc dng trựng phc v tỏc
dng ng ca ti trng gõy ra.
- H s an ton ph thuc vo t hp ti trng tớnh toỏn c ly nh sau :
T hp ti trng tớnh
toỏn
H s an ton (k) H s chit gim cng
(n=1/k )
-Tớnh vi ti trng thit
k
2 0.5
-Kim toỏn vi xe nng 1.7 - 1.53 0.59 - 0.83
- Kim toỏn vi xe xớch 1.54 0.65
-Tỏc dng ng thi ca
hot ti v ng sut
nhit

1.18 - 1.11

0.85 - 0.9

14.3.3 Cng v mụun n hi ca bờtụng:
14.4.1 u nhc im ca mt ng bờtụng ximng :
14.4.1.1 u im :
- Cú cng rt cao thớch hp vi cỏc loi xe k c xe bỏnh xớch.
- n nh cng khi chu tỏc dng ca nhit v m.
- H s bỏm cao v ớt thay i khi m t.
- Mt ng cú mu sỏng nờn d phõn bit phn m
t ng v l ng( an ton
xe chy cao.

- hao mũn mt ng ớt : 0.1(0.2mm/1nm
- Tui th rt cao : nu bo dng tt cú th s dng 30(40 nm.
- Cụng tỏc duy tu bo dng ớt.
- Cú th c gii hoỏ hon ton khi thi cụng v mựa thi cụng cú th kộo di (thi
cụng lp ghộp)
TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 40
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
14.4.1.2 Nhc im:
- Do cú h thng khe ni ( mt ng khụng bng phng( vn tc xe chy khụng
cao
- Giỏ thnh cao.
- Tn thi gian bo dng (28 ngy BTXM ti ch )








90

Khe dãn
1mm
Khe dãn
Hình 12-3. Bố trí chia tấm tại các chỗ giao nhau
Hỡnh 14-4.
TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 41
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
Đ14.2 TNH TON TM BTXM CHU TC DNG CA TI TRNG

XE CHY

14.2.1 Nguyờn lý tớnh toỏn v phng trỡnh vi phõn vừng:
12.2.1.1 Nguyờn lý tớnh toỏn:
- Tớnh toỏn theo nguyờn lý tm trờn nn n hi
- Theo nguyờn lý ny: Tớnh toỏn ni lc ca tm phi tỡm ra hm phn lc ca
lp múng tỏc dng lờn ỏy tm vi gi thit nh sau :
lỳn ca mt lp múng hon ton trựng vi vừng ca tm di tỏc
dng ca ti trng.
Tm BT l vt liu ng nht, ng hng .
12.2.1.2 Phng trỡnh vi phõn vừng :
- Gi
(x,y) l vừng ca tm ti to (x,y), gi s lc tỏc dng P(x,y)
v phn lc nn q(x,y).
- Phng trỡnh vi phõn vừng cú dng sau :










+


+

4
4
22
4
4
4
2
yyxx
L

=P(x,y) - q(x,y)
Trong ú :
L : cng chng un ca tm bờtụng ximng
L=
)1(12
hE
2
b
3
b
à

E
b
, à
b
: Mụuyn n hi v h s Poisson ca bờtụng, à
b
=0,15

h : chiu dy ca tm bờtụng ximng (cm)

12.3 Cỏc phng phỏp tớnh toỏn mt ng bờtụng ximng hin nay:
12.3.1 Phng phỏp Westergaard:
+ Cỏc gi thit
- Xem tm BTXM l 1 vt th n hi ng hng v tuõn theo gi thit tit
din thng.
- Tớnh toỏn tm BTXM vi 3 v trớ t ti trng :
Ti trng t gia tm
Ti trng t gúc tm
Ti trng t
cnh tm

TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 42
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
- Da trờn c s h s nn k (xem nn - múng nh 1 h thng lũ xo), h s
nn Wincle

I
D
Bánh xe
nặng p
D=2
II
III
1
2
bề dài tấm
1
2
bề rộng tấm
Hình 12-4. Các trừơng hợp tác dụng tải trọng điển
hình trên tấm bê tông xi măng (D=2
)
Hỡnh 14-4
a
xỏc nh k ta tin hnh thớ nghim t 1 tm ộp cng cú ng kớnh 76cm,
tỏc dng ti trng P.
Tng dn lc P n khi lỳn ca nn - múng l 1,27cm, c giỏ tr P.
H s nn : k
Tớnh toỏn cho 3 trng hp :
Khi ti trng t
gia tm :

I
=1,1(1+à
b

)
2
(lg 0.2673)
lP
h

+

Ti trng t cnh tm :

II
=2,116(1+0,54à
b
)
2
)08975.0(lg
h
Pl
+


Ti trng t gúc tm :

III
=3
2
6,0
2
1
h

P
l



















Trong ú :
: bỏn kớnh vt bỏnh xe tng ng.
P : lc tỏc dng
h : chiu dy tm BTXM
à
b
: h s Poisson ca bờtụng, à
b
=0,15

TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 43
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
l =
4
k
L

L : cng chng un ca tm bờtụng ximng
K : h s nn.
q = k (x,y)
So sỏnh kt qu trờn vi kt qu o ng sut thc t cho thy:
+ Trng hp I , II : nu >= 0.5h (2 =D) v múng tip xỳc hon ton vi
ỏy tm , thỡ kt qu gia tớnh toỏn v thc t l tng i phự hp ; nu múng tip
xỳc khụng tt vi ỏy tm , thỡ kt qu
ng sut o c ln hn lý thuyt khong
10% .
+ Trng hp III : ng sut o thc t > tớnh toỏn lý thuyt khong 30 - 50 %,
do ú phi hiu chnh li cụng thc xỏc nh
III
nh sau :

III
=3
2
12,0
h
P
l
2
1

Nhn xột v phng phỏp :
- PP ny ch tớnh c US ti v trớ t ti trng, khụng tớnh c US do ti
trng t lõn cn v trớ tớnh toỏn, do ú phn ỏnh khụng ỳng iu kin lm vic
ca tm BTXM cú kớch thc thụng thng (ph bin).

TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 44
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
14.3.2 Tớnh mt ng BTXM theo gi thit xem nn-múng l bỏn khụng
gian n hi (Phng phỏp Shekter & Gorbunov Pocadov).

- Di tỏc dng ca ti trng phõn b u trờn din tớch hỡnh trũn cú bỏn kớnh
, ti v trớ t ti xut hin mụmen tip tuyn v mụmen phỏp tuyn cú ln :
M
T
= M
F
=

à
a
PC
b
2
)1(.
+

0

P
M

T
M

F
a)
0
P
r
x
y
M
y
Mx
b)
Hình 12-5. Sơ đồ tính toán mômen uốn do tải trọng tập trung tác dụng
cách tiết diện tính toán một khoảng cách r sinh ra
a- trong toạ độ một cực ; b-trong toạ độ x, y
Hỡnh 14-5
- Di tỏc dng ca ti trng tp trung cỏch im tỏc dng ti trng mt
khong r , ti ú xut hin mụmem tip tuyn v mụmem phỏp tuyn cú
ln :

M
F
=(A + à
b
.B)P
M
T
=(B + à

b
.A)P
Trong ú :
P : ti trng tỏc dng
: bỏn kớnh vt bỏnh xe tng ng.
C : h s ph thuc vo tớch s (a. ) ( Tra bng 14-7 )
A, B : h s ph thuc tớch s (a.r) ( Tra bng 14-7 )
a : t trng n hi ca tm BTXM, xỏc nh nh sau :
a=
3
2
0
2
0
)1(
)1(6
1
à
à


b
b
E
E
h

E
0
, à

0
: mụuyn n hi v h s Poisson ca nn- múng
E
b
, à
b
: mụuyn n hi v h s Poisson ca bờ tụng
r : khong cỏch t v trớ tỏc dng ti trng n v trớ tớnh toỏn nụi lc
thun li cho vic tớnh toỏn - chuyn ni lc t h to cc sang h trc
to Decat vuụng gúc
TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 45
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
M
x
= M
F
. cos
2
+ M
T
. sin
2

M
y
= M
F
. sin
2
+ M

T
. cos
2

T ú tỡm c mụmen tng hp ln nht M ng sut kộo un xut hin
trong tm BTXM :

2
6
h
M

=

][


h
][
6



M

Nhn xột v phng phỏp :
2
A
B
C
D
b
r = a
Hình 12-6. Sơ đồ tính toán momen uốn khi có
xét đến ảnh hửơng của bánh xe bên cạnh
Hỡnh 14-6
- P.P ny khụng nhng tớnh c US ti v trớ t ti trng m cũn tớnh c
US do ti trng t cỏch v trớ tớnh toỏn mt khong r gõy ra .
- PP ny khụng tớnh c cho trng hp ti trng t cnh tm v gúc tm
.
Nh vy gii c hon chnh bi toỏn mt ng BTXM tỏc gi I.A
Mednicov gi nh ng sut xut hin khi t
i trng t gia tm ca 2 phng
phỏp trờn bng nhau t ú tỡm c quan h quy i gia h s nn k v mụ
un n hi ca nn - múng Eo , t ú tớnh c ng sut v chiu dy tm
trong trng hp ti trng t cnh tm v gúc tm nh sau (22TCN 223-95)
Khi ti trng t gia tm :
h
1

=
[]

P
1

Khi ti trng t cnh tm :
h
2
=
[]

P
2

Khi ti trng t gúc tm :
h
3
=
[]

P
3

TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 46
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
3
2
1

= F(
0
b
E
E
h

) tra bng 14-8 trong ú :
: bỏn kớnh vt bỏnh xe tng ng.
h : chiu dy tm BTXM
E
b
, à
b
: mụuyn n hi v h s Poisson ca bờ tụng
à
0
: h s Poisson ca nn- múng.
E
0
: mụuyn n hi ca nn- múng (mụuyn n hi chung ca cỏc
lp múng v nn ng di tm BTXM )
14.4 Tớnh toỏn mt ng bờtụng ximng lp ghộp (xem GT) :
14.5 Kim toỏn xe nng

A
1
2
3
2
3
6
5
4
5
6

r
Chịu
lực Q
0,7m
0,7m
2,60m
5,0m
Hình 12-7. Sơ đồ tính toán momen do
tải trọng của xe xích gây ra
Hỡnh 14-7

TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 47