VÍ DỤ THIẾT KẾ ĐƯỜNG BTXM THEO QUY ĐỊNH 3230 - BỘ GTVT

1. ĐƯỜNG VÀNH ĐAI PHÍA TÂY
THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG
Người tính:Lý Hồng Lập
Kiểm toán kết cấu áo đường BTXM Kiểm tra: Mai Triệu Quang
Tiêu chuẩn áp dụng:
1. Số liệu đầu vào:
- Cấp đường: Đường cấp III
- Khu vực tuyến đi qua Miền Nam
- Bề rộng phần xe chạy: 7 m
- Suất tăng trưởng trung bình năm của các xe nặng: (g r ) 6 %
- Thời hạn phục vụ thiết kế: (t) 20 năm
- Tải trọng trục tiêu chuẩn: (P s) 100 kN
- Trị số gradien nhiệt độ lớn nhất (T g) 0.92
o
C/cm
TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG BTXM
Hạng mục:
CÔNG TRÌNH:
ĐỊA ĐIỂM:
Lý trình Toàn tuyến
QĐ SỐ 3230/QĐ-BGTVT NGÀY 14-12-2012
lyhonglap-pkt-ECC qt md btxm 3230/qd-bgtvt 14-12-2012 1
- Trị số gradien nhiệt độ lớn nhất (T g) 0.92
o
C/cm
- Hệ số phân bố vệch bánh xe theo chiều ngang ( η) 0.58
- Số lần trục xe quy đổi về trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế: (N e)
Trọng lượng
trục
Pi (kN)
kpi
= (Pi/Ps)
16
N
(xe/3000 xe)
n
(trục)
ADTT
(xe/ngày.
2 chiều)
pi
(%)
(ki . Pi)
Trục 1 90 0.19 0 0.00 0.000
Trục 2 180 12143.95 0 0.00 0.000
Trục 1 60 0.00 2900 31.52 0.000
Trục 2 120 18.49 2900 31.52 5.828
Trục 3 120 18.49 2900 31.52 5.828
Trục 1 90 0.19 0 0.00 0.000
Trục 2 180 12143.95 0 0.00 0.000
Trục 3 140 217.80 0 0.00 0.000
Trục 4 140 217.80 0 0.00 0.000
Trục 1 90 0.19 100 1.09 0.002
Trục 2 180 12143.95 100 1.09 131.999
Trục 3 120 18.49 100 1.09 0.201
Trục 4 110 4.59 100 1.09 0.050
Trục 5 110 4.59 100 1.09 0.050
Trục 1 90 0.19 0 0.00 0.000
Trục 2 150 656.84 0 0.00 0.000
Trục 3 120 18.49 0 0.00 0.000
Trục 4 110 4.59 0 0.00 0.000
Trục 5 110 4.59 0 0.00 0.000
3000 9200 18 100 143.96
C
D 6
Loại xe
A 0
B 12
0
0
2900
0
100
0
0
Tổng cộng
E
lyhonglap-pkt-ECC qt md btxm 3230/qd-bgtvt 14-12-2012 1

2. = 1.93E+07 (lần/làn) (A-3)
Với = 2.48E+03 (lần trục/ngày.làn) (A-2)
Trong đó:
- n : Tổng số trục đơn thông qua 3000 xe điều tra (loại xe có 2 trục, 6 bánh trở lên)
- pi: % số trục đơn có trọng lượng trục P i trong phổ trục xe nặng điều tra
- Kpi: Hệ số tính đổi các trục đơn Pi trong phổ trục xe nặng về trục xe tính mỏi tiêu chuẩn P s
- ADTT: Số xe nặng ngày đêm trung bình năm trên làn xe thiết kế ở năm đầu tiên đưa vào khai thác (xe/ngày.làn)
+ Hệ số phân phối lượng giao thông cho l àn xe thiết kế = 0.625
+ Hệ số phân phối xe cho mỗi chiều xe chạy = 0.5
+ ADTT = 5.625 (xe/ngày.làn)
* Số lần tác dụng quy đổi về trục xe tiêu chuẩn P s =100kN tích lũy là N e = 1.90E+07 (lần/làn)
=> Quy mô giao thông thuộc cấp Nặng
2. Dự kiến kết cấu mặt đường:
- Dự kiến tầng mặt BTXM dày hc = 0.26 m
- Cường độ kéo uốn thiết kế f r = 5 MPa
- Trị số mô đun đàn hồi tính toán E c = 31000 MPa
r
t
r
se
g
g
NN
]1)1[(
...365 1 
 


n
i
ipis pk
n
ADTTN
1
1
).().
3000
.(
lyhonglap-pkt-ECC qt md btxm 3230/qd-bgtvt 14-12-2012 2
- Trị số mô đun đàn hồi tính toán E c = 31000 MPa
- Bê tông dùng cốt liệu Granit có αc= 10 .10
-6
/
o
C
- Hệ số poisson của BTXM mc = 0.15
- Sử dụng tấm BTXM có kích thước rộng B = 3.5 m dài L = 4.8 m
- Lớp móng trên bằng Cấp phối đá dăm gia cố XM 5% dày hb = 0.2 m
Eb = 1300 MPa mb = 0.2
- Lớp móng dưới bằng Cấp phối đá dăm loại 1, Dmax25 dày hsb = 0.18 m
Mô đun đàn hồi Esb= 300 Mpa; msb = 0.35
- Đỉnh nền đường: Cấp phối đất đồi, K98
Eo = 45 Mpa; dày ho = 0.3 m
- Lề đường: Cùng kết cấu với phần xe chạy
3. Kiểm toán kết cấu dự kiến:
3.1. Tính mô đun đàn hồi chung E t của nền đất và móng dưới bằng vật liệu hạt:
+ Mô đun đàn hồi tương đương của các lớp vật liệu hạt E x:
300.00 MPa (8-8)
+ Tổng chiều dày các lớp vật liệu hạt h x:
0.18 m (8-10)
+ Hệ số hồi quy liên quan đến tổng chiều dày các lớp vật liệu hạt α:
0.41 (8-9)
+ Mô đun đàn hồi chung E t:
Mô đun đàn hồi ở 90 ngày tuổi
α = 0.86 + 0.26 * ln(hx) =
Ex= n
1(h
2
i*Ei)/n
1.h
2
i =
hx= n
1 hi =
r
t
r
se
g
g
NN
]1)1[(
...365 1 
 


n
i
ipis pk
n
ADTTN
1
1
).().
3000
.(
lyhonglap-pkt-ECC qt md btxm 3230/qd-bgtvt 14-12-2012 2

3. 98.73 MPa (8-7)
3.2. Tính độ cứng tương đối chung của cả kết cấu r g :
+ Độ cứng uốn cong tiết diện của tấm BTXM D c:
46.45 MN.m (8-6)
+ Độ cứng uốn của tiết diện lớp móng trên có gia cố chất liên kết D b:
0.90 MN.m (8-20)
+ Độ cứng tương đối chung của cả kết cấu r g:
0.95 m (8-20)
3.3. Tínhứng suất do tải trọng trục gây ra :
+Ứng suất kéo uốn σps do tải trọng xe, với Ps = 100 kN
0.00 MPa
1.54 MPa (8-20)
+Ứng suất kéo uốn σps do tải trọng xe, với Ps = Pmax = 180 kN
0.00 MPa
2.68 MPa (8-20)
+Ứng suất kéo uốn gây mỏi do tải trọng xe chạy tại vị trí giữa cạnh dọc tấm σpr:
3.66 MPa (8-5)
2.45 MPa (8-15)
Với kr = 0.87 ,kf = Ne
0.057
= 2.60 và kc = 1.05
σps =1.45*10
-3
* rg
0.65
* hc
-2
* Ps
0.94
/(1 + Db/Dc) =
σpm =1.47*10
-3
* rg
0.7
* hc
-2
* Ps
0.94
=
rg = 1,21. [(Db + Dc)/Et]
1/3
=
σps =1.47*10
-3
* rg
0.7
* hc
-2
* Ps
0.94
=
σpm =1.45*10
-3
* rg
0.65
* hc
-2
* Ps
0.94
/(1 + Db/Dc) =
σpr = kr * kf * kc * σps =
σpmax = kr * kc * σpm =
Et = (Ex/Eo)
α
* Eo=
Dc=Ec.h
3
c/[12*(1-µ 2
c)]=
Db=Eb.h
3
b/[12*(1-µ 2
b)] =





ChtShttt
tChttSht
CL
.sin.cos
sin.cos.
).
1
1
(1





ChtShttt
tChttSht
CL
.sin.cos
sin.cos.
1
lyhonglap-pkt-ECC qt md btxm 3230/qd-bgtvt 14-12-2012 3
Với kr = 0.87 ,kf = Ne
0.057
= 2.60 và kc = 1.05
3.4. Tínhứng suất kéo uốn do gradien nhiệt độ gây ra :
+ Độ cứng tiếp xúc theo chiều dọc giữa tầng mặt và tầng móng k n
3081.98 Mpa/m (8-23)
+ Hệ số xét đến trạng thái tiếp xúc giữa 2 lớp r β
0.13 m (8-23)
+ Hệ số liên quan đến kết cấu tấm 2 lớp ξ
0.14 (8-23)
+ Hệ số ứng suất uốn vồng C L
0.00
0.70 (8-23)
1.69 ; Sht = (e
t
- e
-t
)/2 ; Cht = (e
t
+ e
-t
)/2
+ Hệ số ứng suất nhiệt độ tổng hợp B L
0.35 (8-18)
+Ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt độ gây ra trong tấm tại giữa cạnh dọc tấm σtmax
1.28 Mpa (8-17)
+ Hệ số mỏi nhiệt k t
0.316 Mpa
Trường hợp: at = 0.841 bt = 1.323 ct = 0.058
Với t = L/(3. rg)=
BL = 1,77. e
-4,48.hc
.CL - 0,131.(1-CL) =
σtmax = αc. hc. Ec .Tg. BL/2=
kt = f r /σtmax. [at. (σtmax/f r )bt
- ct] =
kn = 1/2.(hc/Ec + hb/Eb)
-1
=
rβ = {Dc.Db / [(Dc + Db). kn]}
1/4
=
ξ = -{(kn. rg
4
- Dc). rβ
3
/ [(kn. rβ
4
- Dc).rg
3
]}=





ChtShttt
tChttSht
CL
.sin.cos
sin.cos.
).
1
1
(1





ChtShttt
tChttSht
CL
.sin.cos
sin.cos.
1
lyhonglap-pkt-ECC qt md btxm 3230/qd-bgtvt 14-12-2012 3

4. + Hệ số mỏi nhiệt k t
0.313 Mpa (8-19)
Trường hợp: at = 0.871 bt = 1.287 ct = 0.071
(at, bt, ct: là các hệ số quy hồi)
+Ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt gây mỏi giữa cạnh dọc tấm σtr
0.41 Mpa (8-16)
3.5. Kiểm toán điều kiện giới hạn :
+ Với Đường cấp III ta có hệ số độ tin cậy t. kế γr = 1.11
Ta có: 4.49 MPa < fr = 5 MPa; (8-1)
Và: 4.12 MPa < fr = 5 MPa; (8-2)
* Kết luận: Kết cấu đã chọn đảm bảo yêu cầu
* Kết cấu mặt đường BTXM được thiết kế là:
- Tấm BTXM có fr =5MPa, dày: Hc = 0.266 m
Trên lớp móng: - Cấp phối đá dăm gia cố XM 5% Hb = 0.2 m
- Cấp phối đá dăm loại 1, Dmax25 Hsb = 0.18 m
- Đỉnh nền đường: Cấp phối đất đồi, K98 Ho = 0.3 m
- Lề đường: Cùng kết cấu với phần xe chạy
σtr = kt
max
. σtmax =
kt = f r /σtmax. [at. (σtmax/f r )bt
- ct] =
γr. (σpr + σtr) =
γr. (σpmax + σtmax) =
lyhonglap-pkt-ECC qt md btxm 3230/qd-bgtvt 14-12-2012 4lyhonglap-pkt-ECC qt md btxm 3230/qd-bgtvt 14-12-2012 4