TÍNH TOÁN KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG

TÍNH TOÁN KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG
1.1 Số liệu đầu vào
- Cấp đường
IV
- Khu vực tuyến đi qua
Miền bắc
- Bề rộng xe chạy
Bm =
5.5
6%
- Suất tăng trưởng trung bình năm của các xe nặng gr =
- Thời hạn phục vụ thiết kế
t=
15 Năm
- Tải trọng trục tiêu chuẩn
Ps =
145 kN
- Trị số gradien nhiệt độ lớn nhất
Tg =
0.86 oC/cm
- Hệ số phân bố vệt bánh xe theo chiều ngang
η =
0.58
(Tra Bảng A.2 Hệ số phân bố ngang của vệt bánh xe η= 0,54-0,62 )
Trọng lượng
N
ADTT
kpi=
n
Loại xe
trục

(xe/3000
(xe/ngày. pi (%)
(Pi/Ps)^16
(trục)
Pi (kN)
xe)
2 chiều)
Trục 1
90
0.19
0
0.00
0
A
0
Trục 2
120
18.49
0
0.00
Trục 1
30
0.00
200
33.33
6
B Trục 2
200
60
0.00

200
33.33
Trục 3
60
0.00
200
33.33
Trục 1
90
0.19
0
0.00
Trục 2
120
18.49
0
0.00
0
C
0
Trục 3
140
217.80
0
0.00
Trục 4
140
217.80
0
0.00

Trục 1
90
0.19
0
0.00
Trục 2
120
18.49
0
0.00
D Trục 3
0
0
120
18.49
0
0.00
Trục 4
110
4.59
0
0.00
Trục 5
110
4.59
0
0.00
Trục 1
90
0.19

0
0.00
Trục 2
150
656.84
0
0.00
0
0
E Trục 3
120
18.49
0
0.00
Trục 4
110
4.59
0
0.00
Trục 5
110
4.59
0
0.00
200
600
6
100
 n 
N S1 = ADTT 


 3000 

Ne =

[

∑ (k

ni

.p i ) =

0.00
0.01
0.01
0.02

0.02 lần trục/ngày.làn

I

]

N S1 (1 + g r ) − 1 . 365
.η
gr
t

(ki.Pi)

=

1.04E+02 lần/làn

Trong đó:
n- tổng số trục đơn thông qua trong 3000 xe điều tra (loại xe có 2 trục, 6 bánh)
kpi là hệ số tính đổi các trục đơn Pi trong phổ trục xe nặng về trục đơn tính mỏi tiêu chuẩn Ps
pi - % số trục đơn có trọng lượng trục Pi trong phổ trục xe nặng điều tra
ADTT lưu lượng xe tải và xe khách loại nặng ngày đêm trung bình năm theo cả 2 chiều trong năm
đầu tiên đưa đường vào khai thác
+ Hệ số phân phối lượng giao thông cho 1 làn xe thiết kế
=
0.6250
+ Hệ số phân phối xe cho mỗi chiều xe chạy
=
0.50
+ ADTT
=
5.625 xe/ngày.làn


1.2 Dự kiến kết cấu mặt đường
- Dự kiến tầng mặt BTXM dầy
0.2 m
=
3.5 MPa
- Cường độ kéo uốn thiết kế f r
=
- Mô đun đàn hồi tính toán Ec

25 GPa
=
0.15
- hệ số poisson µc
=
- hệ số dãn nở nhiệt αc
1E-05 /°C
=
- Tấm BTXM dự kiến có kích thước B =
2.75 m; L=
5.00 m
- khe dọc có thanh liên kết
- khe ngang không bố trí thanh truyền lực
- Lớp móng trên bằng cấp phối sỏi suối hb:
0.2 m
- có mô đun đàn hồi lớp móng Eb
=
25 MPa
- Nền đất có mô đun đàn hồi Eo
=
40 MPa
1.3. Kiểm toán kết cấu dự kiến
Mô đun đàn hồi với lớp móng trên

∑ (h . E ) =
∑ h
n

E

x

=

2
i

1

i

n

1

2

i

h 12 . E 1
=
h 12

25 MPa

Tổng chiều dày các lớp vật liệu hạt
n

= hx

=

∑h

2
i

0.2 m

i =1

α = 0,86 + 0,26 lnhx =
0.442
Mô đun đàn hồi tương đương của các lớp móng và nền đất kể từ đáy tấm BTXM trở xuống
E
E t =  x
 Eo

α


 .E o


= 32.504 MPa

Độ cứng uốn cong tiết diện của tấm BTXM
Dc =

E c h c3

12 1 − µ c2

(

)=

bán kính độ cứng tương đối của tấm BTXM


σ ps = 1,47 .10 − 3.r 0,70 .hc− 2 .Ps0,94 

13
 Dc 


r = 1,21
 (8 − 6 );
E
 t 


E c h c3
Dc =

2

12 1 − µ c

(

16.3 (MN.m)

D 
r = 1 . 21  c 
 Et 

)

1/3

=

0.9613 m

+ Tính ứng suất do tải trọng xe với
Ps =
145 kN
σps =
1,47.10^(-3).0.9611^(0,7).0.20^(-2).145^(0,94) =
3.8455 Mpa
+ Tính ứng suất do tải trọng xe với Ps = Pmax =
145 kN
σps =
1,47.10^(-3).0.9611^(0,7).0.20^(-2).145^(0,94) =
3.8455 Mpa
Tính toán ứng suất kéo uốn gây mỏi do tải trọng xe chạy tại vị trí giữa canh dọc tấm σpr
σpr = kr . kf . kc . σps
trong đó kr =
1.00 (lề đất)
kc =

1.00 (Cấp đường IV)
0,057
kf = Ne
σpr =
1 x 1.303 x 1 x 3.845 =
5.0117
= 1.303
σpmax = kr . kc . σpm =
3.8455 Mpa
- Tính ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt gây mỏi giữa cạnh dọc tấm trong trường hợp tấm
BTXM một lớp trên nền đàn hồi
L
3 .r

t =
CL = 1 −

=

1.734

Sht . cos t + Cht . sin t
cos t . sin t + Sht .Cht

Sht =

e t − e −t
2

=

=

0.6896


B L = 1,77 .e − 4 , 48 .hc .C L − 0,131 (1 − C L )

Sht . cos t + Cht . sin t
CL = 1 −

cos t . sin t + Sht .Cht

L

t =

3r

e = 2.7183

2.743
Cht =

et + e −t
2

=

2.919

BL = 1,77.e −4 , 4 8.h c .CL − 0,131(1 − CL )
σ t max =

***

at =
kt =

***

at =
kt =

0.841
fr
σ t max

σ t max

2

bt =

 σ
 at  t max
  f r

0.871

fr

α c .h c .E c .T g





bt

bt =

 σ
 at  t max
  f r





bt

.B L

= 0.4575
=

0.010 Mpa

1.323

ct =


− ct  =


-20.51

1.287

ct =


− ct  =


-25.10

0.058

0.071

ứng suất nhiệt gây mỏi
σtr = kt. σmax =
-0.2018 Mpa
1.3.8. Kiểm toán các điều kiện giới hạn
Tuyến đường thiết kế thuộc cấp IV nên lấy độ tin cậy γr =
* Theo điều kiện (8-1)
γr (σpr + σtr) ≤ f r

=
5.00 MPa
* Theo điều kiện (8-2)
γr (σpmax + σtmax) ≤ f r
=
4.01 MPa

1.04
>

fr =

3.5 MPa

>

fr =

3.5 MPa


Bảng 9: Chọn độ tin cậy và hệ số độ tin cậy thiết kế γr
Cấp hạng đường

Đường
cao tốc

Yêu cầu an toàn
Thời hạn phục vụ thiết kế
yêu cầu (năm)

Độ tin cậy yêu cầu (%)
Hệ số độ tin cậy thiết kế γ r

Đường
cấp I, cấp
II

Đường
cấp III

Đường từ
cấp IV trở
xuống
Trung
bình

Rất cao

Cao

30

20

15 ÷ 10

85
1,08 ÷
1,13

80 ÷ 70
1,04 ÷
1,07

95
1,33 ÷
1,50

90
1,16 ÷
1,23

Bảng 11 Trị số mô đun đàn hồi tính toán của các loại BTXM
Cường độ kéo uốn (MPa)
Cường độ nén (MPa)
Mô đun đàn hồi (GPa)

1
5
10

1GPa = 1000 MPa

1.5
7
15

2
11
18

2.5
15
21

3
20
23

Đá silic

Sa thạch

Cuội sỏi

Granit

Đá vôi

12

12

11

10

7

Bảng 10: Hệ số dãn nở nhiệt αc của BTXM

Loại đá cốt liệu thô trong
BTXM
αc.(10-6/°C)

3.5
25
25