Nghiên cứu góp phần hoàn thiện phương pháp thiết kế mặt đường mềm sân bay ở việt nam tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGHIÊN CỨU GÓP PHẦN HOÀN THIỆN
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG MỀM SÂN BAY
Ở VIỆT NAM

Chuyên ngành: Xây dựng đường ôtô và đường thành phố
Mã ngành: 62.58.02.05

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2018


Công trình được hoàn thành tại:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Người hướng dẫn khoa học:
GS. TS Phạm Huy Khang
GS. TS Vũ Đình Phụng
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sỹ cấp
trường, họp tại Trường đại học Giao thông vận tải.
Vào hồi........giờ........ngày.........tháng........năm 2018

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia

- Thư viện Trường đại học Giao thông vận tải


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Việc sử dụng kết cấu mặt đường bê tông nhựa (BTN) đang là một xu thế
trên thế giới và Việt Nam với những ưu điểm trong việc sử dụng nguồn vật
liệu, thời gian thi công nhanh, giá thành rẻ và thuận lợi cho công tác duy tu bảo
dưỡng, sửa chữa và nâng cấp. Việc nghiên cứu lựa chọn phương pháp thiết kế
mặt đường mềm sân bay phù hợp với điều kiện khai thác thực tế tại các cảng
hàng không, sân bay ở nước ta là rất cần thiết nhưng hiện nay chưa có sự đầu tư
nghiên cứu tương xứng, tiêu chuẩn TCVN 10907:2015 được ban hành trên cơ
sở biên dịch từ tiêu chuẩn CHИП của Nga vẫn còn một số tồn tại. Do đó, việc
nghiên cứu góp phần hoàn thiện tiêu chuẩn thiết kế TCVN 10907:2015 áp dụng
trong giai đoạn trước mắt và đề xuất thêm phương pháp thiết kế mới đảm bảo
khai thác các dòng tàu bay thương mại có tần suất, tải trọng lớn đang được các
Hãng hàng không khai thác tại các cảng hàng không, sân bay trong nước là vấn
đề có ý nghĩa khoa học, có tính thời sự và cấp thiết hiện nay.
2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các phương pháp thiết kế mặt đường mềm sân bay trên thế
giới và Việt Nam. Khảo sát hiện trạng kết cấu, điều kiện khai thác tại các sân bay;
Ứng dụng phần mềm Abaqus tính ứng suất, biến dạng hệ kết cấu nhiều
lớp của mặt đường mềm sân bay và tính toán chiều dày các lớp kết cấu.
Nghiên cứu góp phần hoàn thiện tiêu chuẩn TCVN 10907:2015 và định
hướng áp dụng tiêu chuẩn AC 150/5320-6 (2016) tại Việt Nam.
3. Cấu trúc của luận án
Gồm có mở đầu, 4 chương, phần kết luận và kiến nghị, danh mục các
công trình của tác giả đã công bố, danh mục tài liệu tham khảo và phụ lục

4. Những đóng góp mới của đề tài
- Xây dựng mô hình tính ứng suất, biến dạng, ứng dụng phần mềm
Abaqus tính ứng suất, biến dạng và khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến ứng
suất, biến dạng của hệ kết cấu nhiều lớp mặt đường mềm sân bay;
- Xây dựng toán đồ xác định chiều sâu ảnh hưởng của tải trọng, các công
thức hồi quy tính toán độ võng tương đối khi tải trọng vượt ngoài các toán đồ,
xây dựng thuật toán và viết phần mềm thiết kế góp phần hoàn thiện tiêu chuẩn
TCVN 10907:2015;
- Ứng dụng phần mềm Abaqus tính toán chiều dày các lớp kết cấu mặt
đường mềm sân bay;
- Nghiên cứu định hướng áp dụng tiêu chuẩn AC 150/5320-6 (2016) để
thiết kế và đánh giá tuổi thọ kết cấu mặt đường sân bay tại Việt Nam.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Luận án có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, lần đầu tiên có sự nghiên cứu
tổng quan các phương pháp thiết kế, ảnh hưởng của tải trọng tàu bay, vật liệu,
nền đất, hoạt động khai thác,... đến điều kiện làm việc của mặt đường mềm sân
bay, xem xét những hạn chế của tiêu chuẩn thiết kế TCVN 10907:2015, kết quả
nghiên cứu góp phần hoàn thiện tiêu chuẩn thiết kế để áp dụng trong giai đoạn


2

trước mắt, về lâu dài khi có đủ những nghiên cứu, đánh giá, kiến nghị áp dụng
tiêu chuẩn AC 150/5320-6 (2016) khi thiết kế và đánh giá tuổi thọ kết cấu mặt
đường tại các cảng hàng không, sân bay đáp ứng yêu cầu thực tế khai thác và
quản lý cơ sở hạ tầng tại cảng hàng không, sân bay của nước ta.
Luận án là tài liệu tham khảo rất hữu ích cho các nhà quản lý, khai thác,
thiết kế cảng hàng không, sân bay ở nước ta.
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ

MẶT ĐƯỜNG MỀM SÂN BAY
1.1. Tổng quan mặt đường mềm sân bay
1.1.1. Tổng quan về mặt đường sân bay
Kết cấu mặt đường sân bay được thiết kế và xây dựng đủ cường độ chịu
được tác động của tải trọng tàu bay, đảm bảo độ ổn định, êm thuận, chịu được
lực cắt xoay trượt, với điều kiện thời tiết bất lợi, không bị nứt vỡ hoặc không bị
bong bật cốt liệu do tác động cánh quạt và khí phụt của động cơ tàu bay.
1.1.2. Cấu tạo chung mặt đường mềm sân bay
Mặt đường mềm sân bay là một kết cấu nhiều lớp, vật liệu có cường độ và
độ bền giảm dần từ trên xuống dưới theo chiều sâu tác dụng của tải trọng.

Hình 1.1. Cấu tạo mặt đường mềm sân bay [65]
1.1.3. Các yêu cầu đối với mặt đường mềm sân bay
Mặt đường đảm bảo chịu được tác dụng của tải trọng của tàu bay, bền, ổn
định, độ bằng phẳng, độ nhám cao và sự toàn vẹn trong mọi điều kiện thời tiết.
1.1.4. Quy định về sức chịu tải kết cấu mặt đường
Sức chịu tải của kết cấu mặt đường sân bay được xác định theo chỉ số
phân cấp kết cấu PCN (Pavement Classification Number) phụ thuộc vào CBR
của nền đất.
Tải trọng tàu bay và sức chịu tải của nền đất ảnh hưởng rất lớn đến chỉ số
ACN (Aircraft Classification Number) của tàu bay, khi thiết kế kết cấu mặt
đường yêu cầu PCN phải lớn hơn giá trị ACN, chỉ số ACN của tàu bay phụ
thuộc vào các cấp chịu lực của nền đất tính theo CBR như hình 1.2.
Nhận xét: Khi khai thác các loại tầu bay B777, B787, A350, yêu cầu sức
chịu tải (PCN) của kết cấu mặt đường là lớn nhất và thường sẽ là các loại tàu
bay được sử dụng để tính toán chiều dày kết cấu mặt đường.


3

Hình 1.2a. Mối quan hệ giữa sức chịu tải của nền đất với
ACN yêu cầu của tàu bay Boeing [36]-[41].

Hình 1.2b. Mối quan hệ giữa sức chịu tải của nền đất với
ACN yêu cầu của tàu bay Airbus [30]-[34].
1.1.5. Điều kiện khai thác tại các Cảng hàng không (CHK) ở nước ta
1.1.5.3. Điều kiện khai thác thực tế
Từ năm 2010, khi các loại tàu bay mới A321, A330, A340, A350, B777,
B747, B787… có tải trọng và áp suất bánh hơi lớn hơn so với tiêu chuẩn tính
toán được khai thác với tần suất lớn tại các CHK ở nước ta, tuổi thọ kết cấu mặt
đường giảm xuống nhanh chóng, xuất hiện nhiều hư hỏng.
1.2. Cơ sở lý thuyết tính toán
1.2.1. Cơ chế phá hoại kết cấu mặt đường mềm
Dưới tác dụng của tải trọng tàu bay, sự biến dạng của mặt đường là kết
quả của một loạt các quá trình xẩy ra đồng thời hoặc kế tiếp nhau (hình 1.4).
P
KÐo
NÐn
kÐo

C¾t

VÕt nøt

Tråi lª n
nÐn
®Ê t

Hình 1.4. Cơ chế phá hoại mặt đường [4], [7], [9], [75]

4

1.2.2. Tải trọng tàu bay tác động lên từng khu vực đường cất hạ cánh,
đường lăn, sân đỗ
Tải trọng tàu bay tác động lên đường cất hạ cánh, đường lăn, sân đỗ tàu
bay, dải hãm phanh đầu được xác định theo công thức sau:
(1.1)
Ptt  Pcc max  k tt
Trong đó: Ptt là tải trọng tính toán (KN); Pcc max là tải trọng cất cánh lớn
nhất của tàu bay tính toán (KN); ktt là hệ số vượt tải xét đến ảnh hưởng của tải
trọng tàu bay theo từng khu vực kết cấu;
1.3. Các phương pháp thiết kế
1.3.1. Phương pháp lý thuyết
1.3.1.1. Phương pháp thiết kế theo độ võng đàn hồi giới hạn cho phép
Mặt đường mềm sân bay có mật độ tàu bay khai thác ít nên tính theo giai
đoạn bền vững quy ước, bằng thực nghiệm xác định được độ võng tương đối
giới hạn ∆th [4], [74].
 th 


h
 a .a rctg
D
D

2 ,5

E1
E0

(1.2)

Độ võng mặt đường dưới tác dụng của tải trọng máy bay [4], [74]:


pD n K n   
nh 
1 
  1  3,5  a.arctg  K h

E0
D
2  n 

(1.3)

Trong đó: Kn là hệ số xét đến đặc điểm chuyển động của tàu bay trên mặt
đường; αn là hệ số giảm cường độ mặt đường do trượt bên trong và hiện tượng
bắt đầu phá vỡ tính nguyên khối của mặt đường và nền đất; Kh là hệ số xét đến
ảnh hưởng của bánh xe khác trong càng nhiều bánh; p là áp suất bánh tàu bay
tác dụng lên mặt đường.
1.3.1.2. Phương pháp thiết kế của Nga theo tiêu chuẩn CHИП 2.05.08.85
Kết cấu mặt đường được tính toán theo tiêu chuẩn độ võng tương đối giới
hạn và điều kiện chịu kéo uốn của lớp mặt BTN [72], [73].
- Tính theo điều kiện độ võng tương đối giới hạn:
(1.6)
d   c .u
Trong đó: d là độ võng tương đối tính toán của mặt đường do tải trọng
gây ra; c là hệ số điều kiện làm việc lấy theo các khu vực A, B, C, D của mặt

đường sân bay; u là độ võng tương đối giới hạn của mặt đường.
- Tính theo điều kiện chịu kéo uốn của lớp mặt BTN:
(1.7)
 r   c .Rd

Trong đó: r là ứng suất kéo uốn lớn nhất trong lớp BTN do tải trọng máy
bay gây ra, MPa; Rd là cường độ kéo uốn tính toán của BTN, MPa.
1.3.1.3. Các phương pháp số
Từ có sở phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử hữu hạn,
phương pháp phần tử biên, phương pháp nguyên lý cực trị Gauss,... xây dựng


5

thành các phần mềm để tính toán kết cấu mặt đường như: phần mềm ALIZE3,
ALIZE5, BISAR, Abaqus,...
1.3.2. Các phương pháp thực nghiệm
1.3.2.1. Phương pháp thiết kế của Công binh Mỹ (Phương pháp CBR)
Nghiên cứu năm 1956 đã chỉ ra mối liên hệ giữa chiều dày kết cấu mặt
đường với tải trọng tàu bay và áp suất bánh hơi như sau [14], [46]:
 1
1 
(1.8)

h P

 8,1CBR


p 

Xét đến tác dụng trùng phục đưa vào một hệ số C:
 23,1log C  14, 4  P  1  1 
h
100


 8,1CBR


p 

(1.9)

Tính cho các loại tàu bay tải trọng nặng:






CBR 
CBR 
CBR 
h   i  A  0,0481  1,1562  log
 0,6414  log
  0, 4730  log

pe 
pe 

pe 





2

3

 

 

(1.10)

Trong đó: αi là hệ số xét đến tác dụng lặp lại nhiều lần của tàu bay; A là
diện tích tiếp xúc của một bánh tàu bay in 2; pe là áp suất trong bánh tàu bay ở
chiều dày h tính theo càng bánh đơn tương tương (ESWL) (psi).
Để tiện lợi trong thiết kế, Ngành công binh Mỹ đã đưa ra các toán đồ tính
toán chiều dày kết cấu mặt đường (xem phụ lục 1.1).
1.3.2.2. Phương pháp thiết kế của ICAO [51], [63]
Cơ sở lý thuyết của phương pháp thiết kế này dựa trên mô hình giả thuyết
các lớp đàn hồi đặt trên nền bán không gian đàn hồi tuyến tính. Các toán đồ
thiết kế được lập sẵn dựa trên cơ sở thực nghiệm xác định được tổng chiều dày
kết cấu mặt đường (lớp mặt, lớp móng trên, lớp móng dưới). Chiều dày tối
thiểu của các lớp được quy định ở bảng riêng.
1.3.2.3. Phương pháp thiết kế của Pháp [5]
Phương pháp thiết kế mặt đường mềm sân bay của Pháp được tiến hành
theo tài liệu "Thiết kế mặt đường sân bay" của Sở kỹ thuật căn cứ hàng không

(STBA) và Sở các căn cứ hàng không (SBA) và được lập thành toán đồ (xem
phục lục 1.3).
1.3.2.4. Phương pháp thiết kế của Anh [5]
Phương pháp của Cục môi trường Vương quốc Anh ban hành. Các tham
số thiết kế mặt đường mềm gồm có chất lượng của vật liệu mặt đường, cường
độ nền đường, ACN thiết kế, tần suất vận chuyển, tuổi thọ thiết kế 20 năm, ...
Tính chiều dày mặt đường theo toán đồ thiết kế (xem phụ lục 1.4).
1.3.2.5. Phương pháp thiết kế của hãng sản xuất máy bay Boeing, Airbus
Thực chất là phương pháp thiết kế CBR hoặc phương pháp thiết kế theo
chỉ số phân cấp tải trọng LCN (Load Classification Number) được xây dựng
thành các toán đồ thiết kế cho từng loại máy bay, chiều dày kết cấu phụ thuộc
vào sức chịu tải của nền đất, tải trọng máy bay, tần suất hoạt động, áp suất bánh
hơi và kích thước bánh máy bay.


6

1.3.3. Phương pháp nửa lý thuyết, nửa thực nghiệm
1.3.3.1. Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn AC 150/5320-6 [65]
Dựa trên cơ sở lý thuyết đàn hồi xem kết cấu áo đường mềm là hệ đàn hồi
nhiều lớp, dưới tác dụng của tải trọng tàu bay, xây dựng thành một phần mềm
thiết kế mặt đường sân bay FAARFIELD. Tính toán sức chịu tải mặt đường
mềm sân bay theo tiêu chuẩn biến dạng thẳng đứng lớn nhất nền đường εv và
biến dạng ngang lớn nhất dưới đáy lớp mặt bê tông nhựa εh phụ thuộc vào tần
suất khai thác và tuổi thọ mặt đường.
1.3.3.2. Phương pháp của Viện bêtông Asphalt Mỹ [14], [60], [61]
Dưới tác dụng của tải trọng tàu bay trong mặt đường hình thành biến dạng
kéo theo phương ngang εh ở đáy lớp BTN và biến dạng thẳng đứng εc tại đỉnh
nền đường theo trục đối xứng của diện tích tiếp xúc giữa bánh tàu bay và mặt
đường, được xây dựng thành các toán đồ (xem phụ lục 1.5).

1.3.4. Đánh giá ưu, nhược điểm các phương pháp và khả năng áp dụng vào
Việt Nam
1.3.4.1. Phương pháp lý thuyết
Ưu điểm của phương pháp là trình bày cơ sở lý thuyết rõ ràng, tương đối
chặt chẽ, tính toán được kết quả cụ thể và có thể áp dụng được tại nhiều nước;
Nhược điểm không sát với thực tế vì dựa trên các giả thiết bỏ qua nhiều
nhân tố tác dụng đồng thời và việc cập nhật các thông số tàu bay khó khăn;
1.3.4.2. Phương pháp thực nghiệm
Ưu điểm là xét được mọi yếu tố đồng thời ảnh hưởng đến kết cấu mặt
đường nhưng về lý thuyết chưa thấy có lời giải rõ ràng, có căn cứ khoa học về
sự ảnh hưởng đó, việc áp dụng trong thiết kế đơn giản, nhanh chóng.
Nhược điểm là mang tính cục bộ địa phương, khi những điều kiện khác
biệt thì kết quả thiết kế sẽ có những sai số..
1.3.4.3. Phương pháp nửa lý thuyết, nửa thực nghiệm
Là phương pháp đã kết hợp được ưu điểm và hạn chế được một số nhược
điểm của phương pháp lý thuyết và phương pháp thực nghiệm, cơ sở lý thuyết
chặt chẽ, dựa vào mô hình thực nghiệm để xây dựng các chỉ tiêu thiết kế gắn
với các yếu tố đồng thời ảnh hưởng đến chiều dày kết cấu mặt đường.
1.3.4.4. Đánh giá khả năng áp dụng vào Việt Nam
Phương pháp nửa lý thuyết, nửa thực nghiệm theo tiêu chuẩn AC
150/5320-6 là phương pháp hiện đại và mới được ban hành 11/10/2016 được
ICAO khuyến cáo áp dụng, với xu thế hội nhập và đồng bộ tiêu chuẩn của
ICAO, việc xem xét áp dụng tiêu chuẩn này đã bắt đầu được Cục Hàng không
Việt Nam nghiên cứu và xây dựng lộ trình áp dụng.
1.4. Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 10907:2015 [24]
1.4.1. Tính toán theo tiêu chuẩn độ võng tương đối giới hạn
Khi tính mặt đường mềm sân bay theo độ võng tương đối giới hạn,
toàn bộ kết cấu phải thỏa mãn tiêu chuẩn:
(1.15)
d   c .u

7

Trong đó: d là độ võng tương đối tính toán của mặt đường do tải
trọng gây ra; c là hệ số điều kiện làm việc lấy theo các khu vực mặt đường sân
bay; A-1; B và C - 1,05; D - 1,1 (xem hình 1.6); u là độ võng tương đối giới
hạn của mặt đường, xác định theo toán đồ hình 1.10.
1.4.2. Tính toán theo tiêu chuẩn cường độ chịu kéo uốn của các lớp BTN
Cường độ của các lớp bê tông nhựa của mặt đường mềm sân bay phải
thỏa mãn tiêu chuẩn:
(1.25)
 r   c .Rd

Trong đó: r là ứng suất kéo uốn lớn nhất trong lớp tính toán do tải trọng
tính toán gây ra, MPa; Rd là cường độ kéo uốn tính toán của BTN, MPa.
1.4.3. Đánh giá những tồn tại của tiêu chuẩn thiết kế TCVN 10907:2015
1.4.3.1. Tải trọng thiết kế
Thực tế khai thác với các dòng tàu bay B787-8/9, B777-300/200, B747400/800, A350-900, A340, A330, A321,… đều có tải trọng hoặc áp suất bánh
hơi lớn hơn so với tiêu chuẩn.
1.4.3.2. Chiều sâu tác dụng của tải trọng tàu bay
Chiều sâu tác dụng thực tế của tải trọng sẽ lớn hơn 6m phụ thuộc vào nền
đất, cần xác định cụ thể chiều sâu này để xem xét các biện pháp xử lý, cải thiện
sức chịu tải của nền đất trong phạm vi ảnh hưởng của tải trọng.
1.4.3.3. Tính toán độ võng tương đối do tải trọng tàu bay gây ra d
Thực tế tính toán kết cấu cho các dòng tàu bay mới với mô đun đàn hồi
nền đất nhỏ hơn 45MPa, tỉ số ttot/D thường lớn hơn 2, nằm ngoài toán đồ hình
1.13, không thể xác định được Eed và độ võng tương đối tính toán d.
1.4.3.4. Tính toán độ võng tương đối giới hạn u
Với áp suất bánh hơi các dòng máy bay khai thác thực tế pa >1,5MPa và

tần suất cất cánh Nr > 100 lượt/ngày thì không thể xác định được u, không thể
tính toán được chiều dày các lớp kết cấu.
1.5. Các nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam
1.5.1. Nghiên cứu về phương pháp thiết kế
Trên thế giới, Nga và Mỹ là 2 nước có những đầu tư nghiên cứu về
phương pháp thiết kế.
Các nghiên cứu đề xuất công thức gần đúng tính mô đun đàn hồi chung
của hệ bán không gian đàn hồi 2 lớp:
- Công thức tính Ech theo tiêu chuẩn 22TCN211-06 [20]:
(1.28)
1, 05.E0
E ch 

1  E 0 / E1  /

1  4  H / D  .  E 0 / E1 
2



 0,67

 E 0 / E1



- Công thức tính Ech theo đề nghị của GS.TS Phạm Cao Thăng [15]:
1, 05  0,1h / Dqd 1 


E ch 
0, 71 3 E 2, ch

E 2, ch / E1  E1


/ E1 arctg 1, 35 htd / Dqd    E1 / E 2  arctg  Dqd / htd 
2
3

(1.29)


8

Trong đó: E1 là mô đun đàn hồi lớp trên; E2,ch là mô đun đàn hồi tương
đương các lớp dưới (hoặc mô đun đàn hồi chung); h là chiều dày lớp trên; Dqd
là đường kính hình tròn vệt áp lực bánh xe quy đổi; htd là chiều dày "lớp tương
đương" có mô đun E2,ch.
Nhận xét: Áp dụng công thức (1.28) và (1.29) tính Ech khi tỉ số H/D < 2
cho kết quả sai lệch với toán đồ 1.13 trung bình từ 6% đến 10%.
1.5.2. Nghiên cứu của FAA về ảnh hưởng của tần suất, áp suất bánh hơi và
nhiệt độ cao đến sự hình thành vệt lún mặt đường BTN sân bay [51]
FAA đã cải tiến thiết bị thí nghiệm APA tăng áp suất bánh hơi phù hợp
với tải trọng và áp suất bánh hơi của dòng tàu bay A350-900, B787-8/9, B777X có áp suất bánh hơi từ 250 psi (1,72 MPa) đến 260 psi (1,79 MPa).

Nhận xét: Dưới tác dụng cùng điều kiện tải trọng, nhiệt độ mặt đường
tăng từ 210C lên 600C, vệt lún bánh tàu bay tăng 4 lần; Trong điều kiện nhiệt độ
không thay đổi 600C, áp suất bánh hơi tác dụng lên mặt đường tăng từ 100 psi
(0,69 MPa) đến 250 psi (1,72 MPa), vệt lún bánh tàu bay tăng 2,5 lần;

1.6. Kết luận Chương 1
- Các phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường mềm sân bay được chia
làm 3 nhóm chính (nhóm phương pháp thực nghiệm, nhóm phương pháp lý
thuyết và nhóm phương pháp nửa lý thuyết, nửa thực nghiệm). Cơ sở lý thuyết


9

của các phương pháp đều dựa trên mô hình nhiều lớp kết cấu đàn hồi đặt trên
nền đất bán không gian đàn hồi đồng nhất vô hạn, việc tính toán chiều dày lớp
kết cấu dựa trên việc tính cụ thể ứng suất, biến dạng trong các lớp kết cấu.
- Việc áp dụng phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 10907:2015
còn còn một số bất cập như đã nêu trong mục 1.4.3 và không phù hợp với điều
kiện khai thác thực tế tại các sân bay, không thể áp dụng để tính toán kết cấu vì
chỉ tiêu tính toán theo độ võng tương đối (chỉ tiêu quan trọng nhất trong thiết kế
chiều dày kết cấu) không xác định được khi các giá trị nằm ngoài toán đồ.
- Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn AC 150/5320-6 của FAA được
ICAO khuyến cáo sử dụng khi thiết kế kết cấu mặt đường sân bay, phù hợp với
tần suất và tải trọng khai thác của các loại tàu bay thương mại hiện nay nhưng
vẫn chưa có nghiên cứu để từng bước áp dụng ở nước ta.
Chương 2
ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG TRONG KẾT CẤU
MẶT ĐƯỜNG MỀM SÂN BAY
2.1. Mô hình tính ứng suất, biến dạng hệ nhiều lớp trong kết cấu mặt
đường mềm sân bay
2.1.1. Mô hình tính toán
a

a

q (t)
h 1, E1 (E t )  1
h 2, E2 2

MÆ
t ph©n c¸ ch 1
MÆ
t ph©n c¸ ch 2

h 3, E3 3

h n, En n

MÆ
t ph©n c¸ ch n

t

tz
 zt

z

rz

rt tr

 zr

r

Hình 2.1. Mô hình tính ứng suất, biến dạng
2.1.2. Các giả thiết cơ bản [68]
Mỗi lớp là một loại vật liệu đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi được đặc
trưng bởi môdun đàn hồi E và hệ số nở hông ν; Lớp dưới cùng là lớp bán không
gian đàn hồi vô hạn, các lớp phía trên có bề dày nhất định hi; Tại mặt phân giới
giữa các lớp, ứng suất, chuyển vị là hoàn toàn liên tục; Tại độ sâu vô hạn ở lớp
dưới cùng, ứng suất và chuyển vị bằng không.
2.1.3. Mô hình hóa tính nhớt đàn hồi của lớp vật liệu bê tông nhựa
Mô hình hóa tính nhớt đàn hồi của lớp vật liệu bê tông nhựa tính ứng
suất, biến dạng mặt đường chịu tác dụng của tải trọng tàu bay theo đường cong
đồng từ biến tại các thời điểm khác nhau D(t) và mô đun đàn hồi theo thời gian
E(t) [8], [68], được xác định như sau:
 (t )
(2.1)
D (t ) 


 (t ) biến dạng phụ thuộc thời gian dưới một ứng suất không đổi.


E (t ) 

 (t )


10

(2.2)

2.1.4. Mô hình tác dụng của tải trọng động [68]
Cường độ tác động của tải trọng tuân theo quy luật hình sin.
  t 
q  t   q sin 2   
2 d 

(2.6)

2.2. Ứng dụng phần mềm Abaqus tính ứng suất, biến dạng trong các lớp
kết cấu mặt đường mềm sân bay
2.2.1. Tổng quan về phần mềm Abaqus
2.2.1.1. Giới thiệu chung
Abaqus là phần mềm được lập trình trên cơ sở phương pháp PTHH, giải
quyết được nhiều vấn đề về ứng suất, chuyển vị trong kết cấu, về sự làm việc
của nền và mặt đường dưới tác dụng khác nhau của tải trọng.
2.2.1.2. Cơ sở lý thuyết tính toán [42]
Phương trình cân bằng được xây dựng dựa trên sự bảo toàn năng lượng
tuân theo định luật nhiệt động học thứ nhất[42].
d 1

(2.8)
 v.v  U dV  v.tdS  f .vdV

dt V  2








S

V

Trong đó: ρ là trọng lượng riêng; v là trường véc tơ vận tốc; U là năng
lượng bên trong của một đơn vị khối lượng; t là véc tơ lực tác dụng trên bề mặt;
f là véc tơ lực thể tích; n là véc tơ chỉ phương trên mặt phẳng S.
2.2.1.3. Phương trình cơ sở xác định ma trận độ cứng Jacobian [42]
Từ phương trình cân bằng trạng thái công ảo:
(2.25)
 c :  dV 0  tT . vdS  f T  vdV





V0



S

V

Công thức tính ma trận độ cứng Jacobian là:
K MN 



M

V0

: H :  N dV 0    c :  N  M dV 0   N MT .QNS dS   N MT .QNT dV
V0

S

(2.34)

V

2.2.1.4. Phân tích mô hình chịu tác dụng của tải trọng động [42]
Chỉ xét đến trường hợp tải trọng tác dụng là hàm phụ thuộc vào thời gian.
Biên độ dao động là độ lớn của tải trọng và thay đổi theo thời gian.
f
(2.35)
q  C q   2 q   f   f 
t


 



t 

t t

t

Trong đó: α, β là chỉ số biên độ dao động; Cβα là ma trận xét đến tính nhớt
của vật liệu (làm giảm dần ứng suất, biến dạng); (ft)β là biên độ dao động của
tải trọng; Δf là sự thay đổi của tải trọng theo thời gian Δt; qβ biên độ dao động.
2.2.2. Các loại phần tử sử dụng trong tính toán [42]
Sử dụng phần tử tam giác, tứ diện, nêm, hình vuông và lập phương.
2.2.3. Đơn vị sử dụng thống nhất trong Abaqus
Trước khi xây dựng các mô hình tính toán, cần xác định hệ đơn vị đo
lường sử dụng vì trong Abaqus không quy định hệ đơn vị đo lường cụ thể.
2.2.4. Ứng dụng phần mềm Abaqus tính ứng suất, độ võng mặt đường
2.2.4.3. Tính ứng suất, độ võng hệ kết cấu nhiều lớp chịu tác dụng của tải
trọng tĩnh


11

Hình 2.20. Mô hình bài toán hệ kết cấu nhiều lớp
Kết quả tính toán:

Hình 2.21. Độ võng U (mm)

Hình 2.22. Ứng suất cắt S12 (MPa)

Hình 2.25. Độ võng trên mặt các lớp kết cấu
2.2.4.4. Tính ứng suất, độ võng mặt đường dưới tác dụng của tải trọng
động
Cường độ tác động của tải trọng theo quy luật hình sin. Kết quả tính toán
như sau:

12

Hình 2.27. Độ võng U (mm)

Hình 2.28. Ứng suất cắt S12 (MPa)

Hình 2.29. Các chu kỳ độ võng
mặt đường

Hình 2.30. Các chu kỳ ứng suất S12

2.2.4.5. Tính ứng suất, độ võng mặt đường khi xét lớp BTN là vật liệu nhớt
đàn hồi
Mô hình hóa đặc tính nhớt đàn hồi của lớp BTN theo đường cong đồng từ
biến tại các thời điểm khác nhau D(t) và mô đun đàn hồi theo thời gian E(t).
Các thông số tính toán được thể hiển trong bảng 2.2. Kết quả tính toán như sau:

Hình 2.31. Độ võng U (mm)

Hình 2.32. Ứng suất cắt S12
trong lớp BTN (MPa)


13

Hình 2.33. Chu kỳ độ võng mặt đường U (mm)

Hình 2.35. Chu kỳ ứng suất cắt S12 (MPa)

Bảng 2.5. So sánh độ võng và ứng suất cắt (vật liệu đàn hồi)
Tải trọng tác dụng
Giá trị so sánh
Sai số
Tải trọng tĩnh
Tải trọng động
Độ võng (mm)
3,531
3,476
1,58%
-1
S12 (10 MPa)
6,355
6,144
3,43%
Bảng 2.6. So sánh độ võng và ứng suất cắt (BTN là vật liệu nhớt đàn hồi)
Giá trị so sánh
Độ võng (mm)
S12 (10-1MPa)

Ứng xử của vật liệu BTN
Nhớt đàn hồi
3,392
6,000

Đàn hồi
3,476
6,144

Sai số

2,48%
2,40%

Nhận xét: Giá trị chuyển vị, ứng suất kéo lớn nhất ở đáy lớp BTN và lớp
móng đá GCXM của mặt đường lớn nhất tại tâm đường tròn tải trọng tác dụng;
Tiêu chuẩn CHИП và TCVN 10907 tính độ võng mặt đường dưới tác dụng của
tải trọng tĩnh ứng với Eđàn hồi tĩnh sẽ cho tổng chiều dày các lớp kết cấu lớn hơn
khi tính với tải trọng động ứng với Eđàn hồi động theo tiêu chuẩn AC 150/5320-6 vì
giá trị Eđàn hồi động thường lớn hơn 2-3 lần Eđàn hồi tĩnh.
2.3. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất, biến dạng trong kết
cấu mặt đường mềm sân sân bay


14

Mối quan hệ giữa áp suất bánh hơi tàu bay từ 1,0MPa đến 1,75MPa và độ
võng mặt đường cùng một điều kiện về kết cấu, nền đất tuân theo quy luật
tuyến tính được xác định theo công thức.
U = 2,194pa + 0,138, (mm)
(2.36)
Mối quan hệ giữa độ võng mặt đường với số lượng bánh với áp suất bánh
hơi và đường kính vệt bánh không đổi được xác định theo công thức.
(2.37)
U = -0,026n 2  0,782n  2, 045 , (mm)
Mối quan hệ giữa độ võng mặt đường với sức chịu tải của nền đất (mô
đun đàn hồi) khi cùng điều kiện kết cấu được xác định theo công thức.
U = -1,12lnEnền+8,224, (mm)
(2.38)
Mối quan hệ giữa độ võng mặt đường với cường độ lớp BTN khi cùng
điều kiện về nền đất và các lớp móng được xác định theo công thức.

(2.39)
U = 14,04E btn0,24 , (mm)
Mối quan hệ giữa ứng suất kéo dưới đáy lớp BTN mặt đường với sức chịu
tải của nền đất khi cùng điều kiện kết cấu được xác định theo công thức.
(2.40)
σ ku =0,12.103 .E 2btn  0,025E btn  3,186 , (MPa)
2.4. Kết luận Chương 2
- Để xác định giá trị ứng suất, biến dạng trong hệ kết cấu đàn hồi nhiều
lớp đặt trên nền đất bán không gian đàn hồi vô hạn, có nhiều phương pháp giải
gần đúng được ứng dụng để tính toán, trong đó phương pháp PTHH được sử
dụng nhiều nhất.
- Phần mềm Abaqus hoàn toàn đủ độ tin cậy sử dụng để tính toán ứng
suất, biến dạng mô hình hệ kết cấu nhiều lớp đàn hồi đặt trên nền đất bán không
gian đàn hồi vô hạn chịu tác dụng của tải trọng tĩnh, tải trọng động.
- Giá trị ứng suất, biến dạng của mặt đường khi tính với trường hợp tải
trọng tĩnh ứng với Eđàn hồi tĩnh lớp mặt BTN lớn hơn khi tính với trường hợp tải
trọng động ứng với Eđàn hồi động và trường hợp lớp BTN là vật liệu nhớt đàn hồi.
- Ứng dụng phần mềm Abaqus khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến ứng
suất, biến dạng trong các lớp kết cấu mặt đường mềm sân bay giúp cho chúng
ta có cái nhìn tổng quan hơn về những yếu tố có ảnh hưởng lớn cần chú ý trong
quá trình thiết kế, thi công và khai thác.
Chương 3
KIẾN NGHỊ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
MẶT ĐƯỜNG MỀM SÂN BAY Ở VIỆT NAM
3.1. Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 10907:2015
Trong điều kiện khai thác thực tế tại các sân bay, nhiều trường hợp không
thể áp dụng tiêu chuẩn TCVN 10907:2015 để thiết kế vì lý do sau:
- Tỉ số tổng chiều dày kết cấu / đường kính vệt bánh tương đương lớn hơn
2 lần, vượt ra ngoài toán đồ tính toán hình 1.13.
- Áp suất bánh hơi và tần suất khai thác của tàu bay tính toán vượt ngoài

toán đồ tính toán hình 1.10.
Để phù hợp với điều kiện khai thác thực tế tại các sân bay, khi áp dụng
tiêu chuẩn TCVN 10907:2015 cần nghiên cứu, bổ sung một số nội dung sau:


15

3.1.1. Xác định chiều sâu nền đất bị nén dưới tác dụng của tải trọng tàu bay
Ứng dụng phương pháp PTHH bằng phần mềm Abaqus để tính toán chiều
sâu tác dụng của các loại tàu bay Airbus, Boeing và sức chịu tải của nền đất
(mô đun đàn hồi) thay đổi từ 28MPa - 100MPa. Kết quả tính toán được lập
thành toán đồ hình 3.1 và 3.2.

Hình 3.1. Chiều sâu tác dụng xuống nền đất của các loại tàu bay Boeing

Hình 3.2. Chiều sâu tác dụng xuống nền đất của các loại tàu bay Airbus
3.1.2. Tính độ võng tương đối tính toán khi tải trọng ngoài toán đồ
Khi tính toán cho các loại tàu bay có tải trọng lớn, sức chịu tải của nền đất
kém, tỉ số ttot / De  2 và E / Emt  0,1 , sử dụng công thức thực nghiệm (3.3)[70]:
k 

1  E / Emt  /

1  4  ttot / De   E / Emt 
1,05 E / Emt
2

2/3

 E / Emt

(3.3)

Trong đó: Emt là môđun đàn hồi trung bình của kết cấu nhiều lớp vật liệu
(MPa); ttot là tổng chiều dày các lớp kết cấu (cm); E là môđun đàn hồi của đất
nền tự nhiên (MPa); De là đường kính vòng tròn (m) diện tích vệt bánh tương
đương của tải trọng bánh đơn tương đương xác định theo công thức (1.19) [24].
Hoặc áp dụng phần mềm Abaqus tính độ võng w của mặt đường, xác định
độ võng tương đối tính toán theo công thức (3.2).
Kết quả tính toán độ võng tương đối d theo phương pháp tra toán đồ,
phần mềm Abaqus và công thức thực nghiệm (3.3) cho các giá trị xấp xỉ như


16

nhau (sai số nhỏ hơn 0,6%) và đủ độ tin cậy khi sử dụng trong quá trình thiết kế
kết cấu mặt đường mềm sân bay.
3.1.3. Tính độ võng tương đối giới hạn khi tải trọng ngoài toán đồ
Khi áp suất bánh hơi pa > 1,5MPa và số lần cất cánh quy đổi Nr > 100
lần/ngày, để xác định giá trị u ngoài toán đồ, mô phỏng toán đồ hình 1.10 [24]
theo hàm số toán học, trong đó u = f(Nr, pa).
Xây dựng Hàm hồi quy xác định độ võng tương đối giới hạn theo quy luật
hàm số mũ trên phần mềm Matlab (mã code xây dựng hàm hồi quy u được
trình bày trong phụ lục 3.15)
- Nền đất á sét, sét, á cát (gồm có đất sỏi sạn), xác định theo công thức:
 3,165   0, 8395 p a2  3, 208 p a  0, 3722  

  10 3
u 
0,1313

Nr

(3.7)

 3,163   0, 9266 p a2  3,133 p a  0, 0255  

  10 3
u 
0,1023
Nr

- Nền cát bụi, xác định theo công thức:

1,889  0, 0702 pa2  1, 793 pa  0, 7897 
  10 3
u  
0,1125
Nr

(3.8)

- Nền cát hạt trung, to và mịn, xác định theo công thức:

(3.9)

- Sai số tính theo công thức hồi quy và toán đồ ∆u≤ 1,79% kiến nghị lựa
chọn công thức (3.7), (3.8), (3.9) tính u khi áp suất bánh hơi và tần suất ngoài
giới hạn toán đồ.
3.1.4. Xây dựng phần mềm tính toán theo tiêu chuẩn TCVN 10907:2015

Hình 3.5a. Giao diện chương trình thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 10907:2015
Phần mềm tính toán kết cấu mặt đường theo tiêu chuẩn TCVN
10907:2015 được viết bằng ngôn ngữ Microsoft Visual Studio 2005, mã nguồn
được trình bày trong phụ lục 3.16 và Excel.


17

3.2. Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn AC 150/5320-6F [65]
3.2.2. Mô hình tính toán
Mô hình tính toán được dựa trên cơ sở lý thuyết đàn hồi xem kết cấu mặt
đường mềm là hệ đàn hồi nhiều lớp, đặt trên nền đất bán không gian đàn hồi vô
hạn, chịu tác dụng của tải trọng tàu bay và tính bằng phương pháp PTHH sử
dụng phần tử không gian 3D, được xây dựng thành một phần mềm thiết kế mặt
đường sân bay FAARFIELD (Flexible Iterative Elastic Layer Design Program).
Tính toán sức chịu tải mặt đường mềm sân bay theo tiêu chuẩn biến dạng thẳng
đứng lớn nhất của nền đường εv và biến dạng ngang lớn nhất dưới đáy lớp mặt
bê tông nhựa εh.
3.2.3. Hệ số phá hủy tích lũy CDF (Cumulative Damage Factor)
Khái niệm tàu bay thiết kế được thay thế bằng khái niệm thiết kế theo phá
hoại mỏi thể hiện qua các giá trị hệ số phá hủy CDFi từng tàu bay tích lũy theo
quy luật Miner. CDF là tổng giá trị độ bền mỏi theo tuổi thọ thiết kế của một
kết cấu mặt đường đạt đến giới hạn, thể hiện tỉ số giữa tải trọng lặp tác dụng
thực tế với tải trọng lặp cho phép khi phá hủy.
Bảng 3.3. Xác định tuổi thọ của kết cấu dựa trên giá trị CDF
Giá trị CDF
Tuổi thọ kết cấu
1,0
Kết cấu đạt đến giới hạn mỏi (kết cấu vừa đạt đến giới hạn
tuổi thọ khai thác).

< 1,0
Kết cấu chưa khai thác đến giới hạn mỏi, giá trị CDF phản
ánh giá trị đã khai thác, sử dụng
> 1,0
Kết cấu khai thác vượt quá giới hạn mỏi, kết cấu sẽ bị phá
hủy.
3.2.4. Phần mềm thiết kế FAARFIELD

Hình 3.9. Giao diện phần mềm FAARFIELD
Phần mềm tính toán kết cấu mặt đường FAARFIELD theo tiêu chuẩn AC
150-5320-6 (2016) được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic 2005.


18

3.2.6. Những vấn đề đặt ra khi áp dụng tại Việt Nam
- Phương pháp này được xây dựng dựa theo các điều kiện tự nhiên, vật
liệu, công nghệ thi công của nước Mỹ cần có những nghiên cứu, đánh giá, hiệu
chỉnh khi áp dụng tại Việt Nam vì những khác biệt về địa lý, điều kiện tự nhiên,
vật liệu xây dựng, công nghệ thi công.
- Cần tiến hành khảo sát các nguồn vật liệu, thí nghiệm và đánh giá cường
độ so với quy định trong tiêu chuẩn để có hiệu chỉnh cho phù hợp.
- Những vấn đề còn tồn tại trong tính toán: Không tính toán được cụ thể
ứng suất, biến dạng của các lớp kết cấu mặt đường; Không tính toán được ứng
suất tiếp lớn nhất gây trượt, xô vật liệu bê tông nhựa khi nhiệt độ môi trường
tăng cao dưới tác dụng của tải trọng để xem xét điều kiện đảm bảo khả năng
chống trượt của lớp BTN.
3.3. Ứng dụng phần mềm Abaqus thiết kế kết cấu mặt đường mềm sân bay
3.3.1. Mô hình và các chỉ tiêu tính toán
Khi tính với tàu bay có hệ càng 1 bánh, sử dụng mô hình đối xứng trục,

với hệ càng nhiều bánh, sử dụng mô hình không gian 3D.

Hình 3.13. Mô hình đối xứng trục
Hình 3.14. Mô hình không gian 3D
- Tính toán theo chỉ tiêu độ võng giới hạn cho phép:
w ≤ [w]
(3.18)
Nền đất á sét, sét, á cát (gồm có đất sỏi sạn), xác định theo công thức:

 2, 657 p
w  

 10,1533 pa  1,178  10 3

2
a

 2,9308 p
w  

N

0,1313
r

 9, 9097 pa  0, 0807  10 3

Nền cát bụi, xác định theo công thức:
2
a

 0,1326 p


 De

N

0,1023
r

 3, 387 pa  1, 4917   10 3

 De

(3.19)

(3.20)

Nền cát hạt trung, to và mịn, xác định theo công thức:

w 

2
a

N

0,1125
r

 De

(3.21)


19

Trong đó: pa là áp suất bánh hơi, MPa; Nr là tần suất hoạt động, cất
cánh/ngày; De là đường kính vệt bánh tương đương của tàu bay tính toán, m.
(3.22)
- Tính toán theo chỉ tiêu cường độ chịu kéo uốn:  max   

- Tính toán theo chỉ tiêu cường độ chịu cắt:  max   
(3.23)
Khi tính toán các chỉ tiêu dưới tác dụng của tải trọng động, cường độ tác
dụng của tải trọng tuân theo quy luật hình sin và tính theo công thức (2.19).
3.4. Kết luận Chương 3
1. Tiêu chuẩn TCVN 10907: 2015 cần được bổ sung một số nội dung sau:
- Chiều sâu tác dụng của tải trọng từ 5m - 7m phụ thuộc vào tải trọng tàu
bay khai thác và sức chịu tải của nền đất.
- Áp dụng công thức (3.3) [70] hoặc phần mềm Abaqus tính toán độ võng
tương đối do tải trọng tàu bay gây ra ngoài toán đồ.
- Áp dụng công thức (3.7), (3.8), (3.9) tính độ võng giới hạn tương đối u
khi áp suất bánh hơi pa > 1,5MPa và tần suất Nr >100 lượt/ngày.
- Áp dụng phần mềm tính toán kết cấu mặt đường đã được nghiên cứu bổ
sung những nội dung trên khi thiết kế kết cấu mặt đường mềm sân bay ở nước ta.
2. Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn AC 150/5320-6 (2016) dựa trên
kết quả nghiên cứu thực nghiệm và cơ sở lý thuyết đàn hồi, được xây dựng
thành phần mềm thiết kế FAARFIELD, rất thuận lợi khi áp dụng trong thiết kế

mặt đường sân bay ở Việt Nam.
3. Phần mềm Abaqus hoàn toàn đủ độ tin cậy để ứng dụng thiết kế tính
toán chiều dày các lớp kết cấu mặt đường sân bay, các giá trị ứng suất – biến
dạng trong từng lớp được tính toán cụ thể và có thể tính toán trong môi trường
vật liệu đàn hồi hoặc nhớt đàn hồi với tác dụng của tải trọng động,...
Chương 4
ÁP DỤNG THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ TUỔI THỌ
KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỘT SỐ CẢNG HÀNG KHÔNG
4.1. Một số ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận án vào thực tế
4.1.1. Ứng dụng kết quả nghiên cứu sửa chữa đường cất hạ cánh 1A - Cảng
hàng không quốc tế (HKQT) Nội Bài
Đường cất hạ cánh (CHC) 1A - Cảng HKQT Nội Bài có kích thước
3200mx45m, năm 2013 được cải tạo và nâng cấp bằng kết cấu BTN. Sau khi
đưa vào khai thác được 1 năm với kết cấu nâng cấp bằng bê tông nhựa, khu vực
đường lăn S7 đầu 11L xuất hiện hư hỏng lún vệt bánh tàu bay. Qua kết quả
khoan mẫu tại hiện trường, lớp BTN C19 phía dưới có hiện tượng xô, trượt.
Phân tích ứng suất, biến dạng của mặt đường bằng phần mềm Abaqus, các chỉ
tiêu về độ võng, ứng suất kéo uốn đều đảm bảo, riêng về lực cắt do tải trọng tàu
bay gây lớp nhất xẩy ra tại lớp BTN C19
Tác giả đã kiến nghị Đơn vị quản lý cho phép thi công thử nghiệm kết cấu
BTN Polymer và BTN C19 sử dụng phụ gia SBS có chiều dày 14cm (chia 2 lớp
thi công) khu vực hư hỏng đường lăn S7 theo đúng vệt lăn của bánh tàu bay.


20

Khu vực thi công

Hình 4.3. Lún vệt bánh tàu bay
Hình 4.4. Khu vực thi công

tại đường lăn S7
thử nghiệm trên đường lăn S7
Quan sát từ tháng 5/2015 đến nay, không còn có hiện tượng lún vệt bánh
tàu bay như trước. Với những kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm tại
đường lăn S7 Nội Bài, Đơn vị quản lý đã chấp thuận phương án sửa chữa hư
hỏng như trên tại một số Cảng HKQT Tân Sơn Nhất, Phú Quốc, Cần Thơ,
Vinh, Liên Khương, Buôn Ma Thuật trong năm 2016 và 2017.
4.1.2. Thiết kế kết cấu đường cất hạ cánh mới - Cảng HKQT Cát Bi
4.1.2.1. Giới thiệu về quy hoạch Cảng HKQT Cát Bi

Hình 4.5. Mặt bằng quy hoạch tổng thể Cảng HKQT Cát Bi
4.1.2.4. Tính toán chiều dày các lớp kết cấu mặt đường
Khu vực kết cấu BTN
Khu vực kết cấu BTXM

Hình 4.6. Quy mô đầu tư khu bay giai đoạn 1 - Cảng HKQT Cát Bi


21

Quy đổi các loại tàu bay khác về tàu bay thiết kế là A350-900 với tần suất
Nr = 75 lần cất cánh/ngày, áp suất bánh hơi pa = 16,9 kG/cm2 (1,69 MPa).
Bảng 4.3. Tổng hợp kết quả tính toán chiều dày các lớp kết cấu
Phương pháp tính toán
Các lớp kết cấu
Theo tác
Abaqus AC 150/5320
TCVN 10907
giả
23 cm

23 cm
23 cm
Bê tông nhựa
Không tính
được chiều
BTXM M150/25
25cm
25cm
25cm
dày
các
lớp
CPĐD gia cố XM
40 cm
40 cm
30 cm
kết cấu
CPĐD loại 2
40 cm
40 cm
42 cm
Tổng chiều dày
128 cm
128 cm
120 cm
Dựa vào kết quả tính toán theo 3 phương pháp, thiên về an toàn chọn
chiều dày kết cấu tính toán theo các công thức do tác giả đề xuất để xây dựng
đường cất hạ cánh mới và hoàn thành đưa vào khai thác từ tháng 5/2016.
4.2. Áp dụng thiết kế kết cấu khu bay giai đoạn 1 - Cảng HKQT Long Thành
4.2.1. Giới thiệu về quy hoạch Cảng HKQT Long Thành

Quy hoạch Cảng HKQT Long Thành được Thủ tướng Chính phủ phê
duyệt tại Quyết định số 909/QĐ-TTg ngày 14/6/2011.

Hình 4.11. Mặt bằng quy hoạch Cảng HKQT Long Thành
4.2.4. Tính toán chiều dày các lớp kết cấu mặt đường
Dựa vào tải trọng các loại tàu bay dự báo, xác định tàu bay thiết kế là tàu
bay A350-900 do có yêu cầu chiều dày kết cấu lớn nhất. Quy đổi các loại tàu
bay khác về tàu bay thiết kế là A350-900 với tần suất cất cánh Nr = 354
lần/ngày, áp suất bánh hơi pa = 16,9 kG/cm2 (1,69 MPa).
Bảng 4.4. Tổng hợp kết quả tính toán chiều dày các lớp kết cấu
Phương pháp tính toán
Các lớp kết cấu
Theo tác
Abaqus
AC 150/5320
TCVN 10907
giả
Bê tông nhựa
Không tính
23 cm
23 cm
23 cm
được chiều
BTXM M250/30
30 cm
30 cm
30 cm
dày các lớp
CPĐD gia cố XM
40 cm

40 cm
38 cm
kết cấu
CPĐD loại 2
40 cm
40 cm
41 cm
Tổng chiều dày
133 cm
133 cm
132 cm


22

Với các dòng máy bay khai thác hiện nay, chiều dày kết cấu không thể
tính được theo tiêu chuẩn TCVN 10907:2015. Chiều dày kết cấu tính theo các
công thức đề xuất của tác giả, tính theo phần mềm Abaqus và tiêu chuẩn AC
150/5320-6 cho kết quả xấp xỉ bằng nhau.
4.3. Đánh giá tuổi thọ mặt đường tại một số Cảng hàng không đang khai thác
4.3.1. Cơ sở tính toán tuổi thọ mặt đường
Cơ sở lý thuyết sử dụng để đánh giá tuổi thọ kết cấu mặt đường mà thực
chất là quá trình đảo ngược của các thủ tục thiết kế, từ các số liệu đầu vào là giá
trị CBR hoặc giá trị mô đun đàn hồi của nền đường, độ dày và cường độ của
các lớp theo thí nghiệm thực tế, các loại tàu bay và tần suất khai thác hàng năm
dựa trên hệ số phá hủy tích lũy CDF theo bảng 3.3.
4.3.2. Tính toán tuổi thọ kết cấu đường cất hạ cánh - Cảng HK Vinh
Kết cấu đường cất hạ cánh - Cảng HK Vinh được xây dựng và đưa vào từ
năm 2005 với tần suất khai thác tàu bay A321-200 là 30 chuyến/ngày, A320200 là 20 chuyến/ngày.

Tuổi thọ
mặt
đường
1,8 năm

Hình 4.18. Tuổi thọ kết cấu đường cất hạ cánh (Vinh)
4.3.3. Tính toán tuổi thọ kết cấu đường cất hạ cánh - Cảng HKQT Phú Quốc
Đường cất hạ cánh - Cảng HKQT Phú Quốc được xây dựng và đưa vào
khai thác từ năm 2012, với tuổi thọ thiết kế 20 năm theo tiêu chuẩn AC
150/5320-6 (1979), tàu bay khai thác A320, A321, B777-200 và A330-200.

Hình 4.19. Mặt bằng quy hoạch Cảng HKQT Phú Quốc


23

Tuổi thọ
mặt
đường
10,1 năm

Hình 4.20. Tuổi thọ kết cấu đường cất hạ cánh (Phú Quốc)
Việc đánh giá và xác định tuổi thọ thực tế khai thác giúp đơn vị quản lý
Cảng hàng không biết được mốc thời gian cần tiến hành cải tạo, nâng cấp kết
cấu mặt đường để đảm bảo khai thác an toàn, hiệu quả.
4.4. Kết luận Chương 4
Các công thức do tác giả kiến nghị bổ sung cho tiêu chuẩn TCVN
10907:2015 tính toán được chiều dày các lớp kết cấu mặt đường đáp ứng được
yêu cầu khai thác thực tế tại các Cảng HK, sân bay hiện nay. Kết quả tính toán
chiều dày kết cấu mặt đường theo các công thức do tác giả kiến nghị với

phương pháp PTHH bằng phần mềm Abaqus và phần mềm FAARFIELD theo
tiêu chuẩn AC 150/5320-6 cho kết quả xấp xỉ như nhau, hoàn toàn đủ độ tin
cậy sử dụng trong thực tế.
Phần mềm FAARFIELD đánh giá được tuổi thọ khai thác của kết cấu mặt
đường hiện hữu rất thuận lợi, sẽ giúp cho nhà quản lý cảng hàng không lập kế
hoạch sửa chữa, cải tạo nâng cấp kết cấu mặt đường hiện hữu khi tần suất và
các chủng loại tàu bay khai thác thực tế có sự khác biệt so với dự báo ban đầu.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
1.1. Đã nghiên cứu, khảo sát mô hình, cơ sở lý thuyết và thuật toán giải hệ
kết cấu mặt đường mềm sân bay nhiều lớp bằng phần mềm Abaqus, tính toán
ứng suất, độ võng của kết cấu mặt đường mềm sân bay chịu tác dụng của tải
trọng, xác định cụ thể giá trị ứng suất, biến dạng bất lợi trong các lớp kết cấu.
1.2. Ứng dụng phần mềm Abaqus khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến
ứng suất, biến dạng trong các lớp kết cấu mặt đường và xây dựng biểu đồ quan
hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến độ võng và ứng suất, giúp cho chúng ta có
cái nhìn tổng quan hơn về những yếu tố có ảnh hưởng lớn cần chú ý trong quá
trình thiết kế, thi công và khai thác mặt đường mềm sân bay.
1.3. Phương pháp thiết kế mặt đường mềm sân bay theo tiêu chuẩn TCVN
10907:2015 không phù hợp với thực tế khai thác tại một số sân bay hiện nay và
không thể tính toán được chiều dày các lớp kết cấu mặt đường. Để tiếp tục áp
dụng, tác giả đề nghị bổ sung như sau: