Bài giảng Thiết kế đường ô tô - Chương 7: Thiết kế áo đường cứng

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế đường ô tô - Chương 7: Thiết kế áo đường cứng

1. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ CHÖÔNG 7 THIEÁT KEÁ AÙO ÑÖÔØNG CÖÙNG 2.1 Ñaëc ñieåm vaø caáu taïo keát caáu aùo ñöôøng cöùng 2.1.1 Ñaëc ñieåm keát caáu aùo ñöôøng cöùng: - AÙo ñöôøng cöùng laø keát caáu aùo ñöôøng coù lôùp maët hoaëc lôùp moùng laøm baèng beâ toâng xi maêng – loaïi vaät lieäu coù ñoä cöùng raát cao. - Öu ñieåm chuû yeáu cuûa maët ñöôøng beâ toâng xi maêng laø coù cöôøng ñoä cao, thích hôïp vôùi xe taûi troïng naëng, coù ñoä baèng phaúng, ñoä nhaùm toát, oån ñònh nhieät toát hôn so vôùi maët ñöôøng nhöïa, nieân haïn söû duïng daøi (töø 30 – 40 naêm hoaëc laâu hôn). - Nhöôïc ñieåm chuû yeáu cuûa maët ñöôøng beâ toâng xi maêng laø phaûi laøm nhieàu khe, thi coâng phöùc taïp, deã bò thaám nöôùc vaø hö hoûng ôû vò trí khe, deã bò nöùt gaõy. - AÙo ñöôøng cöùng ñöôïc thieát keá döïa theo lyù thuyeát “taám treân neàn ñaøn hoài” ñoàng thôøi coù xeù tôùi söï thay ñoåi cuûa nhieät ñoä vaø cuûa caùc nhaân toá khaùc gaây ra ñoái vôùi taám beâ toâng. - Noäi dung thieát keá aùo ñöôøng cöùng bao goàm: + Thieát keá caáu taïo nhaèm choïn vaø boá trí hôïp lyù kích thöôùc taám, caùc khe vaø lieân keát giöõa caùc taám, choïn vaät lieäu taàng moùng, vaät lieäu cheøn khe. + Tính toaùn kieåm tra cöôøng ñoä (beà daøy) taám beâ toâng xi maêng vaø lôùp moùng döôùi taùc duïng cuûa taûi troïng vaø cuûa nhieät ñoä. 2.1.2 Caáu taïo keát caáu aùo ñöôøng cöùng: Keát caáu maët ñöôøng beâ toâng xi maêng ñoå taïi choã goàm caùc lôùp nhö hình 2.1. C B/2 b 1,5-2% 1 2 :m 1 3 d 4 Bm/2 Hình 2.1 Maët caét ngang aùo ñöôøng beâ toâng xi maêng ñoå taïi choã 1. Lôùp maët (taám beâ toâng); 2. Lôùp taïo phaúng; 3. Lôùp moùng; 4. Neàn ñaát B: beà roäng phaàn xe chaïy; b: daûi an toaøn hoaëc gia coá leà; C: Beà roäng leà; B m: beà roäng moùng; d: Beà roäng theâm cuûa lôùp moùng so vôùi lôùp maët. - Trong moïi tröôøng hôïp, 30cm neàn ñaát treân cuøng döôùi lôùp moùng phaûi ñöôïc ñaàm chaët ñaït ñoä chaët K = 0,98 – 1,00; tieáp döôùi 30cm naøy phaûi ñöôïc ñaàm chaët ñaït K = 0,95. Trang 1
2. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ - Beà roäng cuûa lôùp moùng B m neân roäng hôn lôùp maët B moãi beân töø 0,3 – 0,5m. - Lôùp moùng coù taùc duïng giaûm aùp löïc taûi troïng oâ toâ leân neàn ñaát, haïn cheá nöôùc ngaám qua khe xuoáng neàn ñaát, giaûm tích luõy bieán daïng ôû goùc vaø caïnh taám, ñaûm baûo ñoä baèng phaúng cho maët ñöôøng, ñaûm baûo oâ toâ vaø maùy raûi beâ toâng chaïy treân lôùp moùng trong thôøi gian thi coâng. - Lôùp moùng coù theå laøm baèng beâ toâng ngheøo, ñaù gia coá xi maêng, caùt gia coá xi maêng, ñaát gia coá xi maêng hoaëc voâi. Beà daøy lôùp moùng tuøy theo tính toaùn nhöng toái thieåu phaûi baèng 14cm neáu laø beâ toâng ngheøo, 15 – 16cm neáu baèng ñaát, caùt hoaëc ñaù gia coá vaø baèng 20cm neáu baèng caùt haït to hoaëc haït trung. - Lôùp taïo phaúng coù theå baèng giaáy daàu, caùt troän nhöïa daøy 2 – 3cm hoaëc caùt vaøng daøy 3 – 5cm. Lôùp naøy coù taùc duïng ñaûm baûo ñoä baèng phaúng cuûa lôùp moùng, ñaûm baûo taám dòch chuyeån deã daøng khi nhieät ñoä thay ñoåi. - Taám beâ toâng xi maêng coù theå coù hoaëc khoâng coù coát theùp. Chieàu daøy cuûa taám ñöôïc xaùc ñònh thoâng qua tính toaùn nhöng khoâng nhoû hôn caùc trò soá quy ñònh (xem baûng 2.1 Tr.43). - Caùc taám beâ toâng ñöôïc lieân keát vôùi nhau bôûi caùc khe: khe doïc vaø khe ngang, khe ngang coù hai loaïi: khe daõn vaø khe co. Muïc ñích cuûa vieäc boá trí khe nhaèm giaûm öùng suaát nhieät trong taám khi nhieät ñoä thay ñoåi. Caáu taïo cuûa caùc loaïi khe ñöôïc theå hieän nhö hình veõ 2.2 vaø 2.3. 1 2 3 3,5-3,75m l l Hình 2.2 Sô ñoà boá trí khe trong maët ñöôøng beâ toâng xi maêng 1. Khe daõn; 2. Khe co; 3. Khe doïc - Khe doïc thöôøng boá trí theo tim ñöôøng hoaëc song song vôùi tim ñöôøng. Khoaûng caùch giöõa caùc khe doïc khoâng vöôït quaù 4,5m, thöôøng baèng beà roäng moät laøn xe. - Khoaûng caùch giöõa caùc khe ngang (khe co vaø khe daõn) phuï thuoäc vaøo loaïi keát caáu maët ñöôøng, chieàu daøy taám beâ toâng vaø nhieät ñoä khoâng khí khi ñoå beâ toâng (xem baûng 2.5 Tr.46). Trang 2
3. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ - Vaät lieäu cheøn khe ñaûm baûo tính ñaøn hoài laâu daøi, coù theå dính baùm chaët vôùi beâ toâng, khoâng thaám nöôùc, khoâng doøn khi trôøi laïnh, trôøi noùng khoâng bò chaûy. a) b) 2,5 0,8-1,2 Queùt nhöïa Mattit Goã ñeäm Maïc cöa taåm nhöïa Queùt nhöïa Mattit 8 . h/4 h/2 h/2 50 50 c) Queùt nhöïa Mattit a 4 b c d Hình 2.3 Caùc loaïi khe a. Khe daõn coù thanh truyeàn löïc; b. Khe co giaû; c. Khe doïc kieåu ngaøm Ghi chuù: caùc kích thöôùc a, b, c, d phuï thuoäc chieàu daøy taám. 7.2 Caùc tham soá thieát keá aùo ñöôøng cöùng 7.2.1 Taûi troïng tính toaùn tieâu chuaån: ñoái vôùi keát caáu aùo ñöôøng cöùng ñöôïc quy ñònh thoáng nhaát nhö khi thieát keá aùo ñöôøng meàm nhöng khi tính toaùn taûi troïng baùnh xe ñöôïc nhaân theâm vôùi heä soá xung kích nhö baûng 2.1. Taûi troïng tính toaùn tieâu chuaån vaø heä soá xung kích Baûng 2.1 Taûi troïng truïc tieâu Taûi troïng baùnh xe Heä soá xung kích Taûi troïng baùnh xe chuaån, daN tieâu chuaån, daN tính toaùn, daN 10.000 5.000 1,2 6.000 12.000 6.000 1,15 6.900 9.500 4.750 1,2 5.700 7.2.2 Heä soá chieát giaûm cöôøng ñoä n: Khi tính toaùn cöôøng ñoä keát caáu aùo ñöôøng cöùng, cöôøng ñoä chòu keùo uoán cho pheùp cuûa beâ toâng xi maêng ñöôïc xaùc ñònh baèng cöôøng ñoä chòu uoán giôùi haïn nhaân vôùi heä soá chieát giaûm cöôøng ñoä n quy ñònh tuøy thuoäc toå hôïp taûi troïng tính toaùn nhö baûng 2.2. Heä soá chieát giaûm cöôøng ñoä n Baûng 2.2 Toå hôïp taûi troïng tính toaùn Heä soá chieát giaûm Heä soá an cöôøng ñoä n toaøn k = 1/n - Tính vôùi taûi troïng thieát keá 0,5 2,0 - Kieåm toaùn vôùi xe naëng 0,59-0,63 1,7-1,53 Trang 3
4. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ - Kieåm toaùn vôùi xe xích 0,65 1,54 - Taùc duïng ñoàng thôøi cuûa hoaït taûi vaø öùng 0,85-0,90 1,18-1,11 suaát nhieät 7.2.3 Cöôøng ñoä cuûa beâ toâng xi maêng: Caùc chæ tieâu veà cöôøng ñoä vaø moâ ñun ñaøn hoài cuûa beâ toâng ñöôïc quy ñònh nhö baûng 2.3. Baûng 2.3 Cöôøng ñoä giôùi haïn sau 28 ngaøy, daN/cm 2 Moâ ñun ñaøn hoài Caùc lôùp keát caáu Cöôøng ñoä chòu keùo uoán Cöôøng ñoä chòu neùn E, daN/cm 2 50 400 35.10 4 Lôùp maët 45 350 33.10 4 40 300 31,5.10 4 Lôùp moùng cuûa 35 250 29.10 4 maët ñöôøng beâ 30 200 26,5.10 4 toâng nhöïa 25 170 23.10 4 7.3. Tính toaùn beà daøy taám BTXM: 7.3.1. Caùc hieän töôïng phaù hoaïi cuûa maët ñöôøng BTXM: Döôùi taùc duïng cuûa taûi troïng xe chaïy, do söï thay ñoåi cuûa nhieät ñoä, maët ñöôøng BTXM coù theå gaëp nhöõng hö hoûng sau: + Taïi vò trí caùc khe noái, maët ñöôøng bò vôõ döôùi taùc duïng cuûa taûi troïng xe chaïy, do ñoù nöôùc seõ deã daøng thaám vaøo caùc khe hôû laøm cöôøng ñoä ñaát neàn giaûm xuoáng, ñieàu kieän tieáp xuùc giöõa taám BTXM vaø ñaát neàn khoâng toát. + Ñeå khaéc phuïc hieän töôïng naøy khi thieát keá chieàu daøy cuûa taám BTXM neáu chòu taùc duïng cuûa baùnh xe ñaët ôû giöõa taám thì coù theå choïn chieàu daøy nhoû hôn so vôùi tröôøng hôïp baùnh xe ñaët ôû caïnh taám. + Döôùi taùc duïng cuûa söï thay ñoåi nhieät ñoä, öùng suaát trong taám BTXM seõ ñoåi daáu lieân tuïc, söï cheânh leäch nhieät ñoä naøy coù theå laø theo muøa hoaëc theo chu kyø ngaøy ñeâm gaây neân hieän töôïng moûi do nhieät ñoä laøm taám deã bò phaù hoaïi. Nhö vaäy, taám BTXM ñöôïc xem laø phaù hoaïi khi trong suoát thôøi kyø khai thaùc, söû duïng taám bò nöùt, bò maát tính toaøn khoái ban ñaàu daãn ñeán naêng löïc chòu taûi giaûm xuoáng ñeán döôùi möùc caàn thieát. 7.3.2. Caùc tieâu chuaån tính toaùn veà cöôøng ñoä: 7.3.2.1. Tröôøng hôïp ñoái vôùi taám BTXM: σku≤n. R ku = [ σ ku ] (7 – 3) Trong ñoù: σku – öùng suaát keùo uoán do taûi troïng baùnh xe tính toaùn gaây ra. Rku – cöôøng ñoä chòu keùo uoán giôùi haïn cuûa BT. Trang 4
5. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ n – heä soá chieát giaûm veà cöôøng ñoä (heä soá döï tröõ veà cöôøng ñoä). Khi kieåm toaùn vôùi toå hôïp taûi troïng laø xe tieâu chuaån vaø söï thay ñoåi cuûa nhieät ñoä. Ñieàu kieän: σku=+≤ σ xe σ tn. R ku ( n = 0.85 ÷ 0.9 ) Neáu σxe=0.5R ku ⇒= σ t( 0.35 ÷ 0.4 ) R ku Nhö vaäy, ñaây laø ñieàu kieän khoáng cheá ñeå tính chieàu daøy cuûa taám BTXM. 7.3.2.2. Kieåm toaùn ñoái vôùi lôùp moùng cuûa maët ñöôøng BTXM: Lôùp moùng ñöôïc coi laø ñaûm baûo veà maët cöôøng ñoä khi taïi baát kyø ñieåm naøo trong neàn ñaát cuõng khoâng ñöôïc phaùt sinh bieán daïng deûo. Ñieàu kieän: τa= τ am + τ ab ≤ k. c Trong ñoù: τam – öùng suaát caét hoaït ñoäng lôùn nhaát do taûi troïng baùnh xe tính toaùn gaây ra trong neàn ñaát. τab – öùng suaát caét chuû ñoäng do troïng löôïng baûn thaân cuûa caùc lôùp phía treân goàm taám BTXM, lôùp moùng vaø lôùp ñaát ñeán ñoä saâu caàn kieåm tra. k – heä soá: k = k’.k 1 c – löïc dính tính toaùn cuûa ñaát neàn. 7.4 Tính toaùn chieàu daøy (cöôøng ñoä) taám beâ-toâng xi-maêng ñoå taïi choã 7.4.1. Nguyeân lyù tính toaùn: Kieåm toaùn keát caáu maët ñöôøng BTXM theo lyù thuyeát taám treân neàn ñaøn hoài. Vôùi giaû thieát khaùc nhau veà söï laøm vieäc cuûa neàn ñaøn hoài döôùi ñaùy taám, ñoù laø moâ hình neàn Winkler vaø moâ hình neàn baùn khoâng gian voâ haïn ñaøn hoài . 7.4.2. Tính toaùn theo phöông phaùp Westergard: Coâng thöùc ñaàu tieân söû duïng ñeå tính chieàu daøy taám BTXM maët ñöôøng do Oaùtstecgat tìm ra naêm 1926 luùc ñoù oâng söû duïng moâ hình heä soá neàn K ( Winkler ) vaø oâng tính ñöôïc öùng suaát keùo uoán lôùn nhaát cho 3 tröôøng hôïp taûi troïng taùc duïng taûi troïng ñieån hình coù theå xaûy ra treân maët ñöôøng BT ñoù laø vò trí ôû giöõa taám, ôû goùc taám vaø ôû caïnh taám. 1. Taûi troïng taùc duïng ôû giöõa taám: thì öùng suaát keùo uoán lôùn nhaát sinh ra ôû maët ñaùy cuûa taám ngay ôû vò trí taùc duïng taûi troïng, tính ñöôïc nhö sau: p E .h 3 σ = ,0 275.(1+ ). l g. max h 2 K .R 4 2. Taûi troïng taùc duïng ôû caïnh taám: thì öùng suaát keùo lôùn nhaát sinh ra ôû maët ñaùy cuûa taám ngay döôùi vò trí taùc duïng taûi troïng coù theå tính ñöôïc laø: p E .h 3 σ = ,0 529.(1+ ,0 54). .[l.g. − ,0 71] max h 2 K .R 4 Trang 5
6. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ 3. Taûi troïng taùc duïng ôû goùc taám: thì öùng suaát keùo lôùn nhaát sinh ra ôû maët treân cuûa taám vaø naèm treân ñöôøng phaân giaùc cuûa goùc ñoù coù trò soá sau ñaây: .3 p 12.(1− 2 ).K σ = 1{ − [ ].(R )2 5,0 } max h 2 E .h 3 Trong ñoù: P: Taûi troïng baùnh sau cuûa oâtoâ tính toaùn ñaõ nhaân vôùi heä soá xung kích roài. R: Baùn kính cuûa veät baùnh xe tính toùan (=D/2)cm h: chieàu daøy cuûa taám BT maët ñöôøng (cm) E: Moñuyn ñaøn hoài cuûa taám BT kg/cm 2. : Heä soá poisson cuûa BT maët ñöôøng thöôøng laáy = 0,15. K: Heä soá neàn cuûa neàn ñaát K ñöôïc ñònh nghóa: Ñoä luùn cuûa 1 ñieåm baát kyø naøo ñoù trong neàn ñaát thì chæ phuï thuoäc vaøo aùp löïc taùc duïng leân ñieåm ñoù vaø hoaøn toaøn khoâng lieân quan gì ñeán aùp löïc taùc duïng leân caùc ñieåm laân caän. Giaû thieát veà heäsoá neàn K nhö vaäy laø hoaøn toaøn khoâng phuø hôïp vôùi thöïc teá, thöïc teá thì neàn ñaát khoâng chæ bò luùn trongkhu vöïc chòu neùn maø xung quanh khu vöïc naøy 1phaïm vi nhaát ñònh cuõng seõ coù ñoä luùn. 7.4.3. Tính toaùn theo moâ hình neàn baùn voâ haïn: Töø nhaän xeùt treân ñaây taùc giaû Shekter ñaõ giaûi baøi toaùn taám treân neàn ñaøn hoài vaø ñaõ xem neàn ñaát laø baùn khoâng gian ñaøn hoài ñoàng nhaát ñaúng höôùng ñöôïc ñaëc tröng bôûi moduyn ñaøn hoài E o vaø heä soá poisson o maø khoâng söû duïng giaû thieát heä soá neàn nhö Westergard vôùi giaû thieát naøy oâng nghieân cöùu tình hình chòu uoán cuûa 1 taám hình troøn coù baùn kính voâ haïn ñaët treân neàn ñaøn hoài vaø oâng ñaõ tìm ra ñöôïc caùc coâng thöùc ñeå xaùc ñònh 2 thaønh phaàn momen: momen phaùp tuyeán M F vaø momen tieáp tuyeán M T treân 1 ñôn vò chieàu roäng cuûa taám döôùi taùc duïng cuûa taûi troïng phaân boá ñeàu vaø treân dieän tích hình troøn vaø döôùi taùc duïng cuûa taûi troïng taäp trung. Döôùi taùc duïng cuûa taûi troïng phaân boá ñeàu treân 1 dieän tích hình troøn ôû giöõa taám thì caùc trò soá momen phaùp tuyeán seõ baèng momen tieáp tuyeán vaø tính nhö sau: b) 1 a) P P .r 2 3 r1 r2 MF (6) M N 4 8 r8 α 7 r MT (6) Taám beâ toâng 5 7 r6 6 Hình 2.5 Sô ñoà xaùc ñònh moâ men uoán thieát keá trong taám beâ toâng Trang 6
7. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ a) Duøng caùc löïc taäp trung thay theá cho taûi troïng phaân boá ñeàu treân dieän tích; b) Aûnh höôûng cuûa baùnh xe keùp; - Moâmen uoán höôùng taâm vaø tieáp tuyeán do taûi troïng phaân boá ñeàu treân dieän tích voøng troøn veät baùnh töông ñöông R sinh ra ngay döôùi baùnh xe: CP (1 + ) M = M = tt (2-3) F T 2πaR - Moâmen höôùng taâm vaø tieáp tuyeán do taûi troïng taäp trung cuûa baùnh xe beân caïnh gaây ra: M F = (A + B)Ptt (2-4) M T = (B + A)Ptt (2-5) trong ñoù: MF – moâmen höôùng taâm, daN.cm. MT – moâmen tieáp tuyeán, daN.cm. Ptt – taûi troïng baùnh xe tính toaùn ñaõ nhaân vôùi heä soá xung kích, daN. - heä soá poaùt xoâng cuûa beâ toâng, = 0,15. A, B – caùc tham soá xaùc ñònh theo tích soá ar. C – tham soá xaùc ñònh theo aR. Caùc trò soá ar vaø aR tra baûng. r – khoaûng caùch giöõa ñieåm taùc duïng taûi troïng ñeán ñieåm caàn tìm moâmen, cm. a – heä soá coù lieân quan ñeán ñoä cöùng hình truï cuûa taám: m 2 6Ech (((1 −−− b ))) 3 a === 3 2 (2-6) Eh ((()(1 −−− m ))) Vôùi E – moâñun ñaøn hoài cuûa beâ toâng, daN/cm 2; m - moâñun ñaøn hoài chung treân maët lôùp moùng, daN/cm2; Ech b, m – heä soá poaùt xoâng cuûa beâ toâng vaø cuûa lôùp moùng, m = 0,3 – 0,4. Neáu caàn kieåm toaùn chieàu daøy taám döôùi taùc duïng cuûa taûi troïng xe xích, xe nhieàu baùnh, xe lu, thì duøng coâng thöùc sau ñeå tính moâmen neùn höôùng taâm vaø tieáp tuyeán do caùc löïc taäp trung gaây ra ñeå quyeát ñònh moâmen uoán duøng ñeå tính toaùn treân tieát dieän ñoù: 2 2 M x === M F cos α +++ M T sin α (2-7) 2 2 M y === M F sin α +++ M T cos α (2-8) Vôùi α laø goùc keïp giöõa löïc cuûa höôùng tìm moâmen vôùi ñöôøng noái lieàn ñieåm taùc duïng löïc vôùi ñieåm tìm moâmen. Nhö vaäy baèng phöôngphaùp cuûa Shekter cho pheùp ta coù theå tính toaùn ñöôïc khi taûi troïng taùc duïng laø baùnh xe xích hoaëc baùnh xe lu thì coù theå tính ñöôïc baèng phöông phaùp naøy. Trang 7
8. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Phöông phaùp cuûa Shekter chæ thích hôïp khi taûi troïng taùc duïng caùch meùp cuûa taám 1 ñoaïn ñuû xa coøn neáu taûi troïng taùc duïng ôû goùc taám vaø ôû caïnh taám thì khoâng söû duïng ñöôïc phöông phaùp naøy. Töø nhaän ñònh treân taùc giaû Mednicov ñaõ giaû ñònh momen uoán xaùc ñònh theo coâng thöùc cuûa Shekter seõ baèng momen uoán trong tröôøng hôïp taûi troïng taùc duïng ôû giöõa taám theo phöông phaùp cuûa Westergard töø ñoù oâng tìm ra ñöôïc quan heä giöõa heä soá neàn K vaø moñuyn ñaøn hoài E o (Ñaây chính laø tieâu chuaån thieát keá AÑC 22TCN 223-95) Theo tieâu chuaån naøy, chieàu daøy cuûa taám beâ toâng xi maêng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: α.P h = tt (2.1) []σ trong ñoù: Ptt – taûi troïng baùnh xe tính toaùn (ñaõ nhaân vôùi heä soá xung kích), daN (Baûng 2.1); [σ] – cöôøng ñoä chòu uoán cho pheùp cuûa beâ toâng xi maêng, daN/cm 2; α - heä soá coù trò soá thay ñoåi tuøy theo vò trí taùc duïng cuûa taûi troïng vaø caùc tæ E h soá m , ; Ech R Vôùi E – moâñun ñaøn hoài cuûa beâ toâng, daN/cm 2; m - moâñun ñaøn hoài chung treân maët lôùp moùng, daN/cm2; Ech R – Baùn kính cuûa dieän tích veät baùnh xe tính toaùn, cm. Khi tính toaùn chieàu daøy taám cho tröôøng hôïp taûi troïng taùc duïng ôû giöõa taám, caïnh taám vaø goùc taám (Hình 2.4) thì phaân bieät duøng caùc heä soá α1, α2, α3. Trong ba trò soá ñoù phaûi choïn trò soá lôùn nhaát ñeå tính chieàu daøy h theo (2-1). Caùc heä soá α1, α2, α3 ñöôïc tra baûng. Ñeå tính chieàu daøy taám beâ toâng theo coâng thöùc (2-1) caàn phaûi duøng phöông phaùp thöû daàn: ñaàu tieân giaû ñònh h, tìm h/R roài tra caùc heä soá α trong baûng treân roài thay vaøo coâng thöùc (2-1). Neáu trò soá h tìm ra khoâng phuø hôïp vôùi giaû ñònh thì phaûi giaû ñònh laïi chieàu daøy h roài tính laïi cho ñeán khi keát quaû tính toaùn vaø giaû ñònh gaàn hoaëc hoaøn toaøn phuø hôïp môùi thoâi. Trang 8
9. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ I 2R 2R 2R III II Hình 2.4 Caùc vò trí tính toaùn cuûa baùnh xe treân taám beâ toâng (I – giöõa taám; II – caïnh taám; III – goùc taám) * * Kieåm toaùn chieàu daøy taám beâ-toâng xi-maêng döôùi taùc duïng cuûa xe naëng caù bieät vaø öùng suaát nhieät. * Kieåm toaùn chieàu daøy taám beâ toâng döôùi taùc duïng cuûa xe naëng caù bieät Khi kieåm toaùn taùc duïng cuûa xe naëng caù bieät hoaëc cuûa caùc truïc xe nhieàu baùnh thì chieàu daøy taám beâ toâng maët ñöôøng ñöôïc tính theo coâng thöùc: 6 M h = ∑ (2-2) []σ trong ñoù: [σ] – cöôøng ñoä chòu keùo khi uoán cho pheùp cuûa beâ toâng, daN/cm 2; ΣM – toång moâmen uoán, daN.cm. Moâmen uoán ñöôïc xaùc ñònh theo caùc coâng thöùc sau (Hình 2.5): b) 1 a) P P .r 2 3 r1 r2 MF (6) M N 4 8 r8 α 7 r MT (6) Taám beâ toâng 5 7 r6 6 Hình 2.5 Sô ñoà xaùc ñònh moâ men uoán thieát keá trong taám beâ toâng a) Duøng caùc löïc taäp trung thay theá cho taûi troïng phaân boá ñeàu treân dieän tích; b) Aûnh höôûng cuûa baùnh xe keùp; - Moâmen uoán höôùng taâm vaø tieáp tuyeán do taûi troïng phaân boá ñeàu treân dieän tích voøng troøn veät baùnh töông ñöông R sinh ra ngay döôùi baùnh xe: Trang 9
10. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ CP (1 + ) M = M = tt (2-3) F T 2πaR - Moâmen höôùng taâm vaø tieáp tuyeán do taûi troïng taäp trung cuûa baùnh xe beân caïnh gaây ra: M F = (A + B)Ptt (2-4) M T = (B + A)Ptt (2-5) trong ñoù: MF – moâmen höôùng taâm, daN.cm. MT – moâmen tieáp tuyeán, daN.cm. Ptt – taûi troïng baùnh xe tính toaùn ñaõ nhaân vôùi heä soá xung kích, daN. - heä soá poaùt xoâng cuûa beâ toâng, = 0,15. A, B – caùc tham soá xaùc ñònh theo tích soá ar. C – tham soá xaùc ñònh theo aR. Caùc trò soá ar vaø aR tra baûng. r – khoaûng caùch giöõa ñieåm taùc duïng taûi troïng ñeán ñieåm caàn tìm moâmen, cm. a – heä soá coù lieân quan ñeán ñoä cöùng hình truï cuûa taám: m 2 6Ech (((1 −−− b ))) 3 a === 3 2 (2-6) Eh ((()(1 −−− m ))) Vôùi E – moâñun ñaøn hoài cuûa beâ toâng, daN/cm 2; m - moâñun ñaøn hoài chung treân maët lôùp moùng, daN/cm2; Ech b, m – heä soá poaùt xoâng cuûa beâ toâng vaø cuûa lôùp moùng, m = 0,3 – 0,4. Neáu caàn kieåm toaùn chieàu daøy taám döôùi taùc duïng cuûa taûi troïng xe xích, xe nhieàu baùnh, xe lu, thì duøng coâng thöùc sau ñeå tính moâmen neùn höôùng taâm vaø tieáp tuyeán do caùc löïc taäp trung gaây ra ñeå quyeát ñònh moâmen uoán duøng ñeå tính toaùn treân tieát dieän ñoù: 2 2 M x === M F cos α +++ M T sin α (2-7) 2 2 M y === M F sin α +++ M T cos α (2-8) Vôùi α laø goùc keïp giöõa löïc cuûa höôùng tìm moâmen vôùi ñöôøng noái lieàn ñieåm taùc duïng löïc vôùi ñieåm tìm moâmen. * Kieåm toaùn vôùi öùng suaát nhieät a. Tính chi ều daøi t ấm BTXM: Tính öùng suaát phaùt sinh trong taám khi nhieät ñoä trong taám taêng vaø giaûm ñeàu. Trang 10
11. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ L/2 L/2 S S B L Smax Giaû thieát khi coù söï thay ñoåi cuûa nhieät ñoä taám seõ dòch chuyeån töø giöõa taám ra 2 phía. Nhö vaäy, löïc ma saùt seõ lôùn nhaát ôû caïnh cuûa taám. Löïc ma saùt lôùn nhaát: Smax = ptg. ϕ + c (7 – 12) Vôùi p – aùp löïc cuûa taám truyeàn xuoáng neàn. Neáu coi bieåu ñoà phaân boá cuûa löïc ma saùt coù daïng parabol baäc 2 thì löïc choáng tröôït seõ laø: 2L 1 S= S B ≈ () ptgϕ + cBL (7 – 13) 3max 2 3 Vì löïc choáng tröôït xuaát hieän ôû phaàn ñaùy cuûa taám, do ñoù seõ gaây ra moät öùng h suaát ôû trong taám, löïc naøy coù ñoä leäch taâm e = 2 SMS e  4 S σ =±=1 + 6  = FWF h  F 4B . L 4 L σ=()p. tg ϕ += c() p . tg ϕ + c 3F 3 h 3 [σ ].h ⇒L = (7 – 14) 4()p . tgϕ + c Vôùi [σ ] =(0.35 ÷ 0.4 ) Rku b. Kieåm toaùn vôùi öùng suaát nhieät Khi nhieät ñoä ôû maët treân vaø maët döôùi cuûa taám beâ toâng cheânh nhau t ( oC) thì trong taám beâ toâng seõ sinh ra öùng suaát uoán voàng tính theo caùc coâng thöùc sau: E α σ = t (C + C )t (2-9) t 2()1− 2 x y Trang 11
12. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ E α σ = t (C + C )t (2-10) n 2()1− 2 y x E α σ = C t t (2-11) c x 2()1− 2 trong ñoù: 2 σt – öùng suaát uoán voàng theo höôùng doïc ôû giöõa taám, daN/cm 2 σn – öùng suaát uoán voàng theo höôùng ngang ôû giöõa taám, daN/cm 2 σc – öùng suaát uoán voàng theo höôùng doïc ôû caïnh taám, daN/cm t – cheânh leäch nhieät ñoä giöõa maët treân vaø maët döôùi taám beâ toâng, coù theå laáy t = 0,84h. - heä soá poaùt xoâng cuûa beâ toâng, = 0,15. Cx, C y – caùc heä soá coù trò soá thay ñoåi theo tæ soá L/l vaø B/l, tra baûng; L – chieàu daøi taám beâ toâng (töùc khoaûng caùch giöõa hai khe co); B – chieàu roäng taám beâ toâng; l – baùn kính ñoä cöùng cuûa taám beâ toâng xaùc ñònh theo coâng thöùc: E 3 l === 6,0 h m (2-12) Ech Khi kieåm toaùn taùc duïng phoái hôïp cuûa öùng suaát do nhieät ñoä vaø öùng suaát do taûi troïng xe chaïy, neáu öùng suaát toång hôïp lôùn hôn cöôøng ñoä chòu uoán cho pheùp cuûa beâ toâng thì phaûi giaûm bôùt chieàu daøi taám hoaëc taêng chieàu daøy giaû ñònh cuûa taám roài kieåm toaùn laïi vôùi öùng suaát toång hôïp. 7.5 THIEÁT KEÁ LÔÙP MOÙNG CUÛA AÙO ÑÖÔØNG CÖÙNG. Ñoái vôùi lôùp moùng ñöôïc xaây döïng döôùi maët ñöôøng BTXM laø ñeå giaûm nhoû ñöôïc aùp löïc cuûa hoaït taûi taùc duïng leân neàn ñaát. Taàng moùng phaûi oån ñònh vôùi nöôùc, khoâng tích luõy bieán daïng deûo, ngaên ñöôïc nöôùc thaám xuoáng neàn ñaát, tieáp xuùc toát vôùi taám BTXM vaø khoâng ñeå cho nöôùc coù theå bò keït laïi giöõa ñaùy taám vaø maët moùng, ñaëc bieät laø khoâng ñeå nöôùc keït laïi giöõa thaønh taám vaø leà ñöôøng, nhö vaäy môùi coù taùc duïng laøm cho taám BT ít bò hö hoûng taïi caùc khe noái. Kinh nghieäm khai thaùc ñöôøng BTXM cho thaáy caùc lôùp moùng laøm baèng vaät lieäu rôøi raïc nhö moùng caùt, caáp phoái, seõ khoâng ñuû ñeå chòu taùc duïng ñoái vôùi oâtoâ naëng, caù bieät. Vì vaäy hieän nay caùc lôùp moùng ñöôïc laøm baèng vaät lieäu coù caùc chaát lieân keát höõu cô hoaëc voâ cô. Moät trong nhöõng tieâu chuaån chuû yeáu ñeå ñaûm baûo cho maët ñöôøng BT chæ laøm vieäc trong giai ñoaïn bieán daïng ñaøn hoài nghóa laø khoâng cho pheùp xuaát hieän bieán daïng deûo trong neàn ñaát vaø trong lôùp moùng. Nhö vaäy chieàu daøy cuûa lôùp moùng döôùi maët ñöôøng BT seõ ñöôïc tính toaùn theo tieâu chuaån naøy. Trang 12
13. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Döôùi taùc duïng laëp cuûa taûi troïng, ñaát neàn ñöôøng coù theå bò bieán daïng deûo. Lôùp moùng döôùi maët ñöôøng BTXM phaûi ñaûm baûo cho neàn ñaát phía döôùi khoâng xuaát hieän bieán daïng deûo (khoâng tröôït) vôùi ñieàu kieän: τam + τab ≤ k C Trong ñoù: öùng suaát caét hoaït ñoäng lôùn nhaát do taûi troïng baùnh xe tính toaùn gaây ra trong neàn ñaát. τab – öùng suaát caét chuû ñoäng do troïng löôïng baûn thaân cuûa caùc lôùp phía treân goàm taám BTXM, lôùp moùng vaø lôùp ñaát ñeán ñoä saâu caàn kieåm tra. k – heä soá: k = k’.k 1 , v i k’ laø h s xeùt ñn nh h ưng c a t i tr ng l p, bng 4.8; k 1 laø h s xeùt ñn s laøm vi c khoâng ñng nh t c a m t ñưng c ng theo chi u daøi ñưng, b ng 4.7. c – löïc dính tính toaùn cuûa ñaát neàn. - τam : ñưc xaùc ñnh theo toaùn ñ hình 4.6: T z laø ñieåm cn ki m tra treân tung ñ, doùng ñưng ngang g p ñưng L, doùng th ng ñng g p ϕ, doùng ngang g p 2 P/L , doùng th ng ñng leân gp tr c hoaønh s ñưc τam c n tìm. Trong toaùn ñoà: L laø baùn kính ñoä cöùng cuûa taám beâ toâng, baèng 1/a, vôùi a laø heä soá m coù lieân quan ñeán ñoä cöùng hình truï cuûa taám, E o ñöôïc thay baèng E ch lôùp moùng. - τab : duøng toaùn ñoà hình 3.4 trong 22TCN 211-06 Trang 13
14. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ BAØI 6: THIEÁT KEÁ MAËT ÑÖÔØNG BTXM LAÉP GHEÙP. So vôùi maët ñöôøng ñoå taïi choã maët ñöôøng BTXM laép gheùp coù nhöõng öu ñieåm nhö sau: Coù theå cheá taïo ôû xí nghieäp vaø thi coâng laép gheùp quanh naêm. Coù theå thoâng xe ngay sau khi thi coâng. Coù theå boùc maët ñöôøng leân ñeå söõa chöõa hoaëc mang ñi laép gheùp ôû nôi khaùc. Caùc taám BTXM laép gheùp thöôøng coù daïng hình vuoâng vaø hình 6 caïnh vaø ñeå phaân bieät giöõa taám laép gheùp höõu haïn vaø taám ñoå taïi choã (voâ haïn) ngöôøi ta thoâng qua trò soá ñoä cöùng cuûa taám ñöôïc tính nhö sau: m 3 2 .3 Ech .d .(1− ) S = 3 2 .8 E.h .(1− m ) Trang 14
15. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ d (cm): ñöôøng kính voøng troøn noäi tieáp ôû trong taám BT. (ñöôøng kính cuûa taám troøn, hoaëc caïnh ngaén cuûa taám hình chöõ nhaät, hoaëc baèng hai caïnh cuûa taám 6 caïnh) Neáu S tính ñöôïc >10 thì taám ñoù ta goïi thuoäc loaïi meàm vaø tính toaùn gioáng nhö taám voâ haïn. 0,5 ≤ S ≤ 10 ta noùi taám coù ñoä cöùng höõu haïn. S < 0,5 taám tuyeät ñoái cöùng. • Ñoái vôùi taám coù ñoä cöùng höõu haïn thì momen uoán ôû giöõa taám do hoaït taûi gaây ra ñöôïc tính theo coâng thöùc: Mtt = P( M A + M B ) P: Taûi troïng tính toaùn (kG) D M , M : caùc trò soá ñöôïc thieát laäp thaønh baûng tra phuï thuoäc trò soá S vaø , A B d baûng 5.1, M A = f(S), M B = f(D/d). D: ñöôøng kính cuûa veät tieáp xuùc cuûa baùnh xe tính toaùn (cm) • Ñoái vôùi taám tuyeät ñoái cöùng: M d 2 .p Mtt = 4 D M : trò soá tra baûng phuï thuoäc , baûng 5.2. d p: aùp löïc cuûa baùnh xe tính toaùn, daN/cm 2. * Ngoaøi vieäc tính momen uoán do hoaït taûi gaây ra khi tính caùc taám laép gheùp caàn phaûi chuù yù tôùi aûnh höôûng cuûa caùc taám laân caän. Momen uoán ôû giöõa taám do aûnh höôûng cuûa löïc caét Q vaø neáu tính theo chu vi cuûa taám ta coù theå söû duïng coâng thöùc sau ñaây: d M = −M .Q. Q Q 2 M Q : trò soá tra baûng phuï thuoäc S, baûng 5.3. Nhö vaäy ñaàu tieân ta phaûi xaùc ñònh löïc caét Q do aûnh höôûng cuûa caùc taám laân caän, Q ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: P Q = Q. L1 d Q : trò soá xaùc ñònh theo baûng laäp saün phuï thuoäc , baûng 5.4. .2 L1 Trang 15
16. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ d 1 L1= .3 2 .2 S -Momen uoán toång coäng do taûi troïng tính toaùn vaø do taûi troïng cuûa caùc taám laân caän truyeàn sang ñöôïc tính nhö sau: M = M tt + M Q => chieàu daøy cuûa taám laép gheùp: h = .6 M []σ [σ ]: Cöôøng ñoä keùo uoán cho pheùp cuûa BT, kG/cm 2. Ta khoâng caàn phaûi kieåm tra öùng suaát nhieät trong taám laép gheùp laø vì trong caùc taám coù kích thöôùc nhoû öùng suaát nhieät seõ khoâng nguy hieåm nhöng ta caàn phaûi kieåm tra öùng suaát trong taám BT khi caåu taám ñeå laép gheùp hoaëc caåu ñeå vaän chuyeån khi ñoù taám ñöôïc xem nhö 1 daàm giaûn ñôn ñaët treân 2 goái töïa vaø chòu taûi troïng phaân boá cuûa troïng löôïng baûn thaân taám. Luùc ñoù momen uoán seõ ñöôïc tính theo coâng thöùc: q.l 2 Mcaåu = .K 8 d q: taûi troïng phaân boá ñeàu do troïng löôïng baûn thaân taám. h.F.γ q = l h: chieàu daøy cuûa taám (cm). F: dieän tích cuûa taám (cm 2). γ: dung troïng cuûa BT (kg/cm 3). l: chieàu daøi cuûa taám (cm) Kd: heä soá ñoäng (xung kích) thöôøng laáy K d= 1,5. Trang 16