Bài giảng Thiết kế đường ô tô - Chương 5 - Nguyễn Tấn Dương

tô 317
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.6 Thiết kế cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM
5.2.6.1 Cấu tạo tầng mặt BTXM thông thường
 Kích thước tấm BTXM
 Rộng B = 3.0~4.5m (k/cách khe dọc)
 Dài L = 4.0~5.0m (k/cách khe ngang)
 Tỷ số L/B < 1.35 lần
 Khu vực phía Nam nên dùng L=4,5m
 Bố trí khe dọc: phải căn cứ vào chiều rộng phần xe chạy, 
chiều rộng 1 làn xe, chiều rộng lề và chiều rộng 1 vệt máy
rải BTXM có thể rải được để bố trí khe dọc nhưng vị trí khe
dọc không được dưới vệt bánh xe.
 Chiều rộng của tấm BTXM ở làn xe ngoài cùng nơi tiếp giáp
lề đất nên mở rộng thêm 0.6m
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 318
10/5/20
107
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.6 Thiết kế cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM
5.2.6.1 Cấu tạo tầng mặt BTXM thông thường
 Chiều dày tấm BTXM: xác định thông qua tính toán, có thể
tham khảo theo bảng 2 để chọn sơ bộ chiều dày thiết kế
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 319
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.6 Thiết kế cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM
5.2.6.1 Cấu tạo tầng mặt BTXM thông thường
 Chỉ tiêu cơ lý BTXM – fr: cường độ kéo uốn thiết kế yêu cầu
 fr ≥ 5,0MPa: đường cao tốc, cấp I, cấpII, cấp quy mô nặng, 
rất nặng, cực nặng
 fr ≥ 4,5MPa: các cấp khác, cấp quy mô trung bình, cấp nhẹ
có xe nặng trục đơn >100kN thông qua
 fr ≥ 4,0MPa: quy mô giao thông cấp nhẹ không có xe nặng
trục đơn >100kN thông qua
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 320
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 321
10/5/20
108
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.6 Thiết kế cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM
5.2.6.2 Cấu tạo tầng móng
 Cả lớp móng trên và móng dưới phải có khả năng chống xói, 
có độ cứng thích hợp, chọn vật liệu lớp móng theo bảng 3
 Không dùng lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm cho kết cấu
mặt đường có quy mô giao thông từ cấp trung bình trở lên
Móng CPDD chỉ được dùng cho cấp quy mô giao thông nhẹ
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 322
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 323
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
 Sinh viên tự đọc: QT 3230/QĐ-BGTVT 
 Chiều dày lớp móng trên : mục 5.2.2/8
 Cấu tạo lớp đáy móng : Mục 5.3/10
 Cấu tạo lề gia cố : 5.4/10
 Yêu vầu đối với nền đường: 5.5/11
 Bố trí CT tăng cường:5.6/11
 Thiết kế khe nối: 6/14
 Cấu tạo, thiết kế hệ thống thoát nước: 7/20
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 324
10/5/20
109
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.7 Tính toán thiết kế mặt đường BTXM thông thường
5.2.7.1 Trình tự:
 Đưa ra cấu tạo kết cấu thiết kế sơ bộ( các tầng lớp, vật liệu, chiều 
dày mỗi lớp)
 Kiểm toán lại theo 2 trạng thái giới hạn.
5.2.7.2 Mô hình tính toán:
 Mô hình 1: tấm 1 lớp trên nền đàn hồi nhiều lớp, áp dụng khi tấm
BTXM đặt trên lớp móng bằng vật liệu hạt
 Mô hình 2: tấm 2 lớp tách rời trên nền đàn hồi nhiều lớp, áp dụng
khi tấm BTXM đặt trên lớp móng bằng BT nghèo, BT đầm lăn ,vật
liệu hạt gia cố chất liên kết vô cơ (xi măng) hoặc hữu cơ (bitum)
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 325
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.7 Tính toán thiết kế mặt đường BTXM thông thường
5.2.7.3 Các trạng thái giới hạn tính toán
gr : Hệ số độ tin cậy, xác định theo bảng 9
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 326
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.7 Tính toán thiết kế mặt đường BTXM thông thường
5.2.7.3 Các trạng thái giới hạn tính toán
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 327
10/5/20
110
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.7 Tính toán thiết kế mặt đường BTXM thông thường
5.2.7.3 Các trạng thái giới hạn tính toán
spr : ư/s kéo uốn gây mỏi do tác dụng xe tại vị trí phá hoại mặc định
str : ư/s kéo uốn gây mỏi do tác dụng gradien nhiệt độ tại vị trí phá
hoại mặc định
spmax : ư/s kéo uốn do tải trọng trục xe nặng nhất tại vị trí phá hoại
mặc định
stmax : ư/s kéo uốn lớn nhất gây ra tại vị trí phá hoại mặc định khi xuất
hiện gradien nhiệt độ lớn nhất
sbpr : ư/s kéo uốn gây mỏi do tải trọng xe gây ra trong tầng móng bằng
BT nghèo hoặc BT đầm lăn
fr : cường độ kéo uốn của tấm BTXM 
fbr : cường độ kéo uốn của BT tầng móng
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 328
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.7 Tính toán thiết kế mặt đường BTXM thông thường
5.2.7.4 Vị trí tấm BTXM dễ bị phá hoại mặc định:
 Là điểm giữa của mép cạnh khe dọc ( giữa cạnh dọc tấm)
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 329
Hình 5.2.5 –Các vị trí tính toán của bánh xe trên tấm bê tông
(1 – giữa tấm; 2 – cạnh tấm; 3 – góc tấm)
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.7 Tính toán thiết kế mặt đường BTXM thông thường
5.2.7.5 Tải trọng trục tiêu chuẩn:
 Tải trọng trục tiêu chuẩn tính mỏi: trục đơn bánh đôi 100kN
 Quy đổi các trục xe khác về trục tiêu chuẩn:
Ps: Tải trọng trục tính mỏi tiêu chuẩn, Ps=100kN;
Pi: Tải trọng trục I, nếu xe nhiều trục thì mỗi trục được tính riêng;
n: Số các loại trục khác nhau thông qua mặt đường;
Ni: Số lần tác dụng của tải trọng trục loại i;
Ns: Tổng số lần tác dụng tải trọng trục gây mỏi.
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 330
10/5/20
111
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.7 Tính toán thiết kế mặt đường BTXM thông thường
5.2.7.6 Tải trọng trục đơn nặng nhất:
 Tải trọng trục đơn năng nhất Pm xác định thông qua số liệu
khảo sát, điều tra dự báo giao thông. Có thể lấy Pm = 150kN, 
180kN, 240kN (thông thường không quá 240kN)
5.2.7.7 Trị số gradien nhiệt độ lớn nhất Tg
Tg = 86
oC/m cho khu vực miền Bắc
Tg = 92
oC/m cho khu vực miền Nam
Tg = 86~92
oC/m cho khu vực miền Trung
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 331
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.7.7 Tính toán ứng suất theo mô hình 1
a. Ứng suất kéo uốn gây mỏi do tải xe:
sps : ư/s kéo uốn tại vị trí giữa cạnh dọc tấm do tác dụng của tải trọng
trục đơn thiết kế trên tấm không có liên kết ở cả 4 cạnh, (Mpa), xác
định theo công thức (8-6)
kr: hệ số triết giảm ứng suất do khả năng truyền tải tại khe nối. Nếu
tầng mặt của kết cấu lề có chiều dày bằng với tầng mặt của phần xe
chạy thì áp dụng kr=0.87; Nếu tầng mặt lề mỏng hơn thì áp dụng trị số
kr=0.92; Nếu dùng kết cấu lề mềm (bê tông nhựa hoặc lề đất) thì áp
dụng kr=1.0; 
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 332
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
kc: hệ số tổng hợp xét đến ảnh hưởng của tác động và các yếu tố sai
khác giữa lý thuyết và thực tế chịu tải của tấm BTXM. Hệ số này xác
định tùy thuộc cấp đường:
Đường cao tốc : kc=1.15;
Đường cấp I, cấp II : kc=1.10;
Đường cấp III : kc=1.05;
Đường từ cấp IV trở xuống : kc=1.00;
kf: hệ số mỏi xác định theo công thức:
Ne: Tổng số lần tác dụng của tải trọng 100kN tích lũy trong suốt
thời hạn phục vụ thiết kế trên 1 làn xe
l=0.057 với mặt đường BTXM thông thường
l=0.065 với bê tông nghèo và bê tông đầm lăn làm móng trên
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 333
10/5/20
112
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.7.7 Tính toán ứng suất theo mô hình 1
b. Ứng suất kéo uốn sps
r: bán kính độ cứng tương đối của tấm BTXM (m)
Dc: độ cứng uốn cong tiết diện tấm BTXM (MN.m)
hc, Ec, mc: lần lượt là chiều dày tầng mặt BTXM (m), mô đàn hồi
(MPa) và hệ số Poisson của tầng mặt BTXM, có thể lấy mc =0.15 
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 334
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
Ps : trọng lượng tải trọng trục đơn thiết kế
Ps = 100kN khi kiểm toán theo biểu thức điều kiện (8-1)
Ps = Pm khi kiểm toán theo biểu thức điều kiện (8-2)
Et: Modun đàn hồi tương đương của các lớp móng và nền đất từ đáy tấm trở 
xuống
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 335
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
Eo : Mô đun đàn hồi chung đặc trưng cho cả phạm vi khu vực tác
dụng của nền đất;
: hệ số hồi quy liên quan đến tổng chiều dày các lớp vật liệu
hạt
Ex : Mô đun đàn tương đương của lớp vật liệu hạt;
hx : Tổng chiều dày các lớp vật liệu hạt;
n: Số lớp kết cấu bằng vật liệu hạt;
Ei, hi: Mô đun đàn hồi và chiều dày của lớp vật liệu hạt i
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 336
10/5/20
113
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.7.7 Tính toán ứng suất theo mô hình 1
c. Ứng suất kéo uốn do tải trọng trục lớn nhất Pm gây ra spmax
Trong đó
spm chính là sps khi chịu Pm, được tính theo công thức (8-6) 
trong đó thay Ps = Pm và thay sps bằng spm
kr, kc: cũng được xác định tương tự như mục tính spr
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 337
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
5.2.7.7 Tính toán ứng suất theo mô hình 1
d. Ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt gây mỏi str
hc: chiều dày tấm BTXM (m)
Ec: Mô d8un đàn hồi tấm BTXM (MPa)
ac : hệ số dãn nở một chiều của BTXM, lấy theo Bảng 10
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 338
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
BL: hệ số ứng suất nhiệt độ Tổng hợp
CL: hệ số ứng suất vòng do gradien nhiệt độ gây ra
L: khoảng cách giữa các khe ngang (tức là chiều dài tấm BTXM)
R: bán kính độ cứng, tính theo công thức (8-6)
Chú ý: Sh và Ch là sin hipecbolic và cos hipecbolic
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 339
10/5/20
114
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
kt: hệ số ứng suất kéo uốn gây mỏi nhiệt
Trong đó at, bt, ct là các hệ số hồi quy được xác định như sau:
at = 0.841; bt = 1.323; ct = 0.058;
hoặc at = 0.871; bt = 1.287; ct = 0.071;
Tính với 2 trường hợp at, bt, ct nói trên và lấy kt lớn hơn để đưa 
vào tính toán theo công thức (8-16)
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 340
5.2 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
Sau khi tính toán các ứng suất trong tấm BTXM (spr;str;spmax;stmax) 
thì tiến hành kiểm tra các trạng thái giới hạn theo công thức (8-1), 
(8-2) và (8-3). Nếu đạt thì chấp nhật kết cấu đã chọn, ngược lại
không đạt thì điều chỉnh kết cấu cho đến khi thỏa mãn các trạng
thái giới hạn
5.2.7.8 Tính toán ứng suất theo mô hình 2
 Đối với mô hình 2 là tấm 2 lớp tách rời trên nền đàn hồi nhiều
lớp, áp dụng khi tấm BTXM đặt trên lớp móng bằng BT nghèo, 
BT đầm lăn ,vật liệu hạt gia cố chất liên kết vô cơ (xi măng) 
hoặc hữu cơ (bitum).
 Việc kiểm tra các trạng thái giới hạn vẫn tiến hành theo các
công thức (8-1), (8-2) và (8-3) nhưng các trị số ứng suất tính
toán theo chỉ dẫn tại mục 8.4/33  Sinh viên tự đọc
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 341
10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 342
CHƯƠNG 6 
NÚT GIAO THÔNG