Trường nhiệt độ trong tấm bê tông xi măng mặt đường và vấn đề xác định độ chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm bê tông xi măng

ThS. Phạm Đăng Nguyên Trường Cao đẳng Giao thông vận tải II       GS. TS. Phạm Huy Khang Trường Ðại học Giao thông vận tải Người phản biện: GS. TS. Nguyễn Xuân Đào TS. Nguyễn Trọng Hiệp

TÓM TẮT: Bài báo trình bày các cách tính toán độ chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt trên và dưới của tấm bê tông xi măng (BTXM), để xác định giá trị nhiệt độ chênh lệch giữa mặt trên, mặt dưới và các điểm ở độ sâu khác nhau trong tấm, từ đó làm cơ sở tính toán ứng suất trong tấm bê tông khi nhiệt độ thay đổi và phân bố không đều trong tấm, đồng thời kiến nghị một số giải pháp nhằm nâng cao độ chính xác khi tính toán, từng bước tối ưu hóa việc tính toán kiểm tra ứng suất trong tấm BTXM khi thiết kế mặt đường.

TỪ KHÓA: Độ chênh lệch nhiệt độ, tấm BTXM, kiểm tra ứng suất.

Abstract: This paper presents the calculation of the temperature difference between the upper and lower sides of the cement concrete slabs, to determine the value of the temperature difference between the surface and, the underside and the points at different depths in plate, which serve as a basis for calculating stress concrete  plate when the temperature changes, and distribute it in the plate, and propose some solutions to improve the precision of the calculations, the optimal step for calculating test and stresses in the plate of cement concrete pavement design.

Keywords: The difference in temperature, cement plate, the stress test.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong quá trình khai thác, tấm BTXM mặt đường ô tô bao giờ cũng tồn tại sự khác biệt giữa nhiệt độ bề mặt và đáy tấm bê tông và giữa các thời điểm khác nhau trong ngày. Sự tăng hoặc giảm nhiệt độ trung bình trong tấm gây nên hiện tượng dãn dài hoặc co ngắn tấm bê tông, còn khi nhiệt độ bề mặt và đáy tấm khác nhau sẽ gây nên hiện tượng uốn vồng tấm.

Khi sự biến dạng tấm bê tông bị cản trở do trường nhiệt độ phân bố không đều theo chiều sâu tấm hoặc bị cản trở sự chuyển dịch ngang do ma sát giữa đáy tấm và nền, trong tấm sẽ xuất hiện ứng suất nhiệt độ, giá trị ứng suất này sẽ gây bất lợi cho tấm bê tông trong quá trình khai thác, có thể tạo ra các hư hỏng làm giảm chất lượng khai thác mặt đường, giảm tuổi thọ công trình. Hiện nay, trong bối cảnh ngày càng có nhiều bất lợi của các yếu tố khí hậu thời tiết, nhất là hiện tượng biến đổi khí hậu trong những năm gần đây ngày càng tác động rõ nét làm ảnh hưởng rất nhiều đến trạng thái ứng suất - biến dạng của kết cấu mặt đường, do vậy việc xác định được trường nhiệt độ tính toán cho kết cấu mặt đường bê tông phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam là vấn đề khó nhưng lại rất cấp thiết.

Muốn vậy, bước đầu cần phải tìm được trường nhiệt độ tính toán bề mặt của tấm BTXM, phân bố nhiệt độ trong tấm bê tông. Kết quả xác định về sự phân bố nhiệt độ trong tấm BTXM khi được tính toán theo nhiệt độ bề mặt của tấm BTXM làm đường được gọi là trường nhiệt độ tính toán của mặt đường BTXM..

2. XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ LỚN NHẤT GIỮA MẶT TRÊN VÀ MẶT DƯỚI TẤM BTXM

 

 

 

 

 - Đặt các đầu đo nhiệt độ ở các độ sâu khác nhau trong mặt đường và tiến hành quan trắc;

- Giải bài toán phân bố nhiệt độ theo chiều sâu trong tấm BTXM với phương trình truyền nhiệt một chiều trong bán không gian vô hạn theo quy luật Fourie để tính trường nhiệt độ theo chiều sâu tấm.

2.1. Nghiên cứu xác định ∆T bằng phương pháp đặt các đầu đo

Bố trí các đầu đo nhiệt độ cố định ở các độ sâu khác nhau trong mặt đường BTXM bề dày H khác nhau và tổ chức quan trắc nhiệt độ tại đó theo chu kỳ ngày đêm (thường một ngày đêm đo 4 đến 6 thời điểm: 0h30, 6h30, 9h30, 12h30, 15h30, 18h30 và 21h30) và đo như vậy trong thời gian nhiều năm. Nếu thời gian quan trắc tương đương thời gian khai thác tấm bê tông mặt đường là tốt nhất. Khi quan trắc nhiệt độ tấm BTXM nên đồng thời  đo các yếu tố khí tượng khác như lượng bức xạ, nhiệt độ không khí, nhiệt độ bề mặt tấm bê tông, vận tốc gió... để từ đó lập các tương quan nhằm tạo điều kiện suy rộng ra các vùng khác không bố trí quan trắc được.

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 3.TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ  ∆T (HOẶC ) THEO CÁC CÔNG THỨC KHÁC NHAU VÀ KIỂM TRA CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG

Số liệu đầu vào: Khu vực miền Trung mà cụ thể  là TP. Đà Nẵng có nhiệt độ trung bình năm 25,8^oC, lượng mưa trung bình năm là 2.151mm và tốc độ gió trung bình năm là 5,4 km/h. Tấm bê tông mặt đường có chiều dày 25cm.

- Giá trị ∆T (hoặc ) tính ra theo các nhóm công thức khác nhau có sự chênh lệch lớn (sơ bộ tính toán như Bảng 3.1):

Bảng 3.1. Giá  trị∆T tính ra theo các nhóm công thức khác nhau

- Kiểm tra cho khu vực miền Trung (Bảng 3.2)

Bảng 3.2. Giá  trị ∆T tính ra cho khu vực miền Trung nước ta

 

4. KẾT LUẬN

 Qua quá trình tính toán xác định độ chênh lệch nhiệt độ cho tấm BTXM theo các phương pháp trên có thể nhận thấy:

- Có nhiều cách lựa chọn tính toán trường nhiệt độ cho tấm BTXM mặt đường;

- Các cách tính toán của một số nước cho kết quả chênh lệch nhau khá lớn;

- Khi tính toán theo các số liệu trên chưa xét toàn diện đến các yếu tố khí hậu thời tiết: Nhiệt độ không khí, lương bức xạ mặt trời, độ ẩm không khí, tốc gió, lượng mưa và chưa xét đến chế độ thủy nhiệt của lớp móng - nền.

- Tính toán ∆T (hoặc ) theo Quy định tạm thời về thiết kế mặt đường BTXM thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông với  = 0,86 ÷ 0,92 °C/cm, tương ứng cho 3 khu vực từ Bắc vào Nam. Vậy Trung bộ có:  = 0,89°C/cm). Trị số Tg () này là trị số gradien nhiệt độ lớn nhất có thể xảy ra 50 năm/lần) [7].

- Giá trị ∆T (hoặc ) tính ra theo các nhóm công thức khác nhau có sự chênh lệch lớn (sơ bộ tính toán như Bảng 3.1 và Bảng 3.2).

Nhận thấy rằng, để lựa chọn tính toán ∆T (hoặc ) cho tấm BTXM mặt đường cần có những quan trắc số liệu tương ứng với từng địa phương và cần lựa chọn lời giải có độ chính xác cao để thiết lập trường nhiệt độ tương ứng, đồng thời nên nghiên cứu lựa chọn nhóm công thức tính toán ∆T có xét toàn diện nhất các yếu tố về khí hậu thời tiết như: Sự thay đổi của nhiệt độ, vận tốc gió, lượng mưa...

Tài liệu tham khảo

[1]. Hiệp hội Đường bộ Mỹ (1986), AASHTO Hướng dẫn thiết kế mặt đường.

[2]. AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993.

[3]. AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1998.

[4]. Bộ GTVT (1995), Áo đường cứng đường ô tô - Tiêu chuẩn thiết kế -22TCN 223-95, NXB. GTVT,  Hà Nội, 2006

[5]. Bộ GTVT, Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT ngày 14/12/2012 về việc ban hành “Quy định tạm thời về thiết kế mặt đường BTXM thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông”.

[6].  PGS. Nguyễn Quang Chiêu, GS. TS. Dương Học Hải (2010), Thiết kế và tính toán các kết cấu mặt đường, NXB. Xây dựng.

[7]. Đường ô tô - Yêu cầu thiết kế TCVN 4054 - 2005, (2006), NXB. GTVT.

[8]. GS . TS. Dương Học Hải, GS. TS. Nguyễn Xuân Trục (1999), Thiết kế đường ô tô, tập 2, NXB. Giáo dục.

[9]. PGS. TS. Phạm Cao Thăng (2012), Tính toán thiết kế mặt đường sân bay và đường ô tô, NXB. Xây dựng.