Luận án tiến sĩ: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới thông số mặt đường bê tông xi măng sân bay xác định bằng thiết bị HWD

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 11 tháng 5 năm 2022. Tác giả luận án Nguyễn Thị Ngân ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Hoàng Tùng, TS.

Ngô Việt Đức đã tận tình hướng dẫn nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị, thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận án và nâng cao năng lực khoa học cho tác giả. Tác giả xin chân thành cảm ơn GS. Dương Học Hải, PGS. Vũ Hoài Nam, PGS.

Nguyễn Quang Phúc đã có những định hướng và hỗ trợ quan trọng về chuyên môn. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các thầy Bộ môn Đường ô tô và đường đô thị trường Đại Học Xây dựng Hà Nội đã có nhiều giúp đỡ, góp ý xác đáng và quý báu cho tác giả trong quá trình hoàn thiện luận án; cảm ơn Khoa Cầu Đường, Khoa Đào tạo Sau đại học (nơi tác giả nghiên cứu và hoàn thành luận án) đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực hiện luận án. Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn tới những người thân trong gia đình đã hiểu thương, động viên và chia sẻ những khó khăn với tác giả trong quá trình thực hiện luận án. Với lòng biết ơn sâu sắc, tác giả tin rằng, nếu thiếu đi sự hỗ trợ của bất kỳ một người nào trên đây thì tác giả sẽ không thể hoàn thành nghiên cứu này.

Tác giả luận án Nguyễn Thị Ngân iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.ii MỤC LỤC.iii CÁC CHỮ VIẾT TẮT.vi CÁC KÝ HIỆU CƠ BẢN.vi DANH MỤC CÁC BẢNG. x DANH MỤC HÌNH VẼ.xii MỞ ĐẦU. 1 CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN. Mặt đường BTXM sân bay.

Cấu tạo chung. Quá trình truyền nhiệt và ảnh hưởng của nhiệt độ trong mặt đường BTXM. Các thông số nhiệt lý của vật liệu làm mặt đường. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới mặt đường BTXM.

Đánh giá mặt đường BTXM sân bay bằng HWD. Giới thiệu thiết bị gia tải động HWD. Các thông số của mặt đường BTXM đánh giá bằng HWD. Các nghiên cứu có liên quan.

Các nghiên cứu về truyềt nhiệt trong mặt đường BTXM. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ tới các thông số được đánh giá bằng HWD của tấm BTXM. Nhận xét chung về kết quả nghiên cứu tổng quan. TỔNG HỢP CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHỤC VỤ HIỆU CHỈNH PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN NHIỆT VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM BẰNG HWD.

Phương trình truyền nhiệt trong mặt đường BTXM. Dạng tổng quát của phương trình truyền nhiệt và các giả thuyết tương ứng 42 2. Một số phương pháp xác định phân bố nhiệt trong tấm BTXM. Lựa chọn phương pháp xác định biến thiên nhiệt độ trong tấm BTXM và các tham số cần hiệu chỉnh.

Hiệu chỉnh một số thông số của phương trình truyền nhiệt. Xác định thông số của mặt đường BTXM từ kết quả đo HWD. Xác định các thông số thuộc nhóm thứ 2. Kết luận chương 2.

67 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT BIẾN THIÊN NHIỆT ĐỘ VÀ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM BẰNG THIẾT BỊ HWD. Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ trong tấm BTXM. Mục tiêu thí nghiệm. Quy hoạch thí nghiệm.

Thực hiện thí nghiệm. Đánh giá về số liệu và độ tin cậy của thiết bị đo. Kết qủa thí nghiệm. Thí nghiệm đánh giá mặt đường BTXM sân bay bằng HWD.

Mục tiêu của thực nghiệm. Quy hoạch thí nghiệm. Thực hiện thí nghiệm. Đánh giá về điều kiện và số liệu thí nghiệm HWD.

Kết quả thí nghiệm. Kết luận chương 3. 91 CHƯƠNG 4: HIỆU CHỈNH PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN NHIỆT VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TỚI THÔNG SỐ CỦA TẤM BTXM SÂN BAY XÁC ĐỊNH BẰNG HWD. Kiểm nghiệm lại quy luật biến thiên của nhiệt độ trong ngày.

Biến thiên nhiệt độ. Biến thiên chênh lệch nhiệt độ. Xác định điều kiện biên và các tham số của phương trình truyền nhiệt theo kết quả đo đạc nhiệt độ. Nhiệt độ trung bình mặt đường trong ngày, ttbmặt:.

Biên độ dao động nhiệt lớn nhất trong ngày, tnmax:. Hệ số truyền nhiệt độ a. Chiều sâu tắt biên độ dao động ngày đêm zmax. Thiết lập điều kiện biên cho phương trình truyền nhiệt.

Xác định thông số K trong phương trình truyền nhiệt. Đánh giá lại phương trình truyền nhiệt trong mặt đường BTXM đã hiệu chỉnh qua kết quả thí nghiệm. Xác định biến thiên nhiệt độ và các thông số trong tấm BTXM mặt đường sân bay110 4. Biến thiên nhiệt độ.

Các thông số của mặt đường BTXM từ kết quả đo HWD. Phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ tới các thông số của mặt đường BTXM sân bay. Xác định phạm vi phân tích ảnh hưởng giữa nhiệt độ và các thông số. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ võng.

Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu quả truyền lực khe nối (LTE). Phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ tới các thông số tính toán thiết kế của mặt đường BTXM sân bay. Kiến nghị về thời điểm thích hợp và hiệu chỉnh kết quả đo HWD theo nhiệt độ. Kết luận chương 4.

Đối với nội dung liên quan tới phương trình truyền nhiệt:. Về ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ tới các thông số mặt đường BTXM đánh giá bằng HWD .134 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ.137 TÀI LIỆU THAM KHẢO .138 vi CÁC CHỮ VIẾT TẮT Hiệp hội những người làm đường và vận tải Hoa Kỳ (American AASHTO Association of State Highway and Transportation Officials) BTXM Bê tông xi măng CHC Cất hạ cánh FWD Phương pháp chùy rơi (Falling Weight Deflectometer) HPPE Màng chống thấm (Hight Polypropylenne) HWD High Weight Deflectometer Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế (International Civil ICAO Aviation Organization) LTE Khả năng truyền lực NDT Thí nghiệm không phá hủy (Nondestructive Deflection Test) PCN Chỉ số phân loại mặt đường (Pavement Classification Number) TCN Tiêu chuẩn ngành TCXD Tiêu chuẩn xây dựng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam CÁC KÝ HIỆU CƠ BẢN r Bán kính vệt bánh xe (inches) AREA Hệ số tính đổi từ độ võng xác định theo các đầu đo của FWD a Hệ số truyền nhiệt, (m2/h) B Độ cứng tiết diện tấm bê tông mặt đường (kN.m2/m) BL Hệ số ứng suất nhiệt độ tổng hợp b Bán kính vệt bánh máy bay C Nhiệt dung riêng cv Nhiệt dung riêng theo thể tích (calo/cm3.0C) cg Nhiệt dung riêng theo khối lượng (calo/g.0C) vii di Độ võng tại sensor thứ i dr * Hệ số độ võng không đơn vị của khoảng cách hướng tâm r Ebt Mô đun đàn hồi của tấm BTXM En Mô đun đàn hồi của đất nền móng Esug Mô đun đàn hồi lớp móng, (psi) Etd Mô đun đàn hồi tổng thể hệ kết cấu F Diện tích vùng chậu võng fr Cường độ kéo khi uốn của BTXM (MPa) h Chiều dày tấm K Thông số biểu thị phân bố trường nhiệt độ dừng, (oC/cm) Ki Hệ số điều chỉnh thực nghiệm k Mô đun phản lực nền Mô đun phản lực nền có được từ kết quả tính ngược theo phương kest pháp AREA kt Hệ số gây ứng suất kéo uốn gây mỏi nhiệt ku Hệ số tính đến số lần trùng phùng tải trọng LTEmes Hệ số truyền lực đo bằng FWD LTEpred Hệ số truyền lực dự báo LTED Hệ số truyền lực về mặt độ võng LTEs Hệ số truyền lực về mặt ứng suất l Bán kính độ cứng tương đối của hệ tấm BTXM Độ cứng tương đối của tấm từ kết quả tính ngược theo phương lest pháp AREA li Khoảng cách từ tâm tải trọng đến vị trí đầu đo n Số lần đo nhiệt trong ngày P Tải trọng tác dụng Q Nhiệt lượng (kCal) ! q Véc tơ mật độ dòng nhiệt viii R Hệ số hiệu chỉnh khả năng truyền tải Rbtb, Rbtb.ser cường độ tính toán của bê tông chịu kéo khi uốn (MPa) Rku Cường độ chịu kéo khi uốn Rs cường độ tính toán của cốt thép chịu kéo (MPa) R2 Hệ số tương quan Se Sai số chuẩn của ước tính Sy Độ lệch chuẩn T Thời gian Gadien nhiệt độ lớn nhất tuỳ thuộc vùng xây dựng mặt đường Tg BTXM, (oC/m) t Nhiệt độ tm Nhiệt độ bề mặt tmax Nhiệt độ lớn nhất tmin Nhiệt độ nhỏ nhất tnmax Biên độ dao động nhiệt độ lớn nhất trong ngày ttb.mat Nhiệt độ trung bình bề mặt tấm BTXM tL Nhiệt độ của lưu chất (chất lỏng hoặc khí), (oC) tT Nhiệt độ của vật thể, (oC) tz Nhiệt độ tại độ sâu z Thông số mặt Thông số mặt đường BTXM được đo đạc trực tiếp hoặc qua tính đường BTXM toán khi đánh giá bằng HWD y Modun đo lường động y’ Modun đo lường thuộc tính y Giá trị trung bình của modun đo lường động z Chiều sâu tấm BTXM V Thể tích v Số lượng biến độc lập trong mô hình W Tải trọng gây ra ứng suất sc (KG) ix zmax Chiều sâu tắt biên độ dao động ngày đêm α Hệ số cấp nhiệt ac Hệ số dãn nở một chiều của BTXM, (1/oC) b Hệ số nhiệt độ D loaded _ slab Độ võng của tấm chịu tải (µm) D unloaded _ slab Độ võng của tấm không chịu tải (µm) Dt Chênh lệch nhiệt độ lớn nhất giữa mặt trên và mặt dưới tấm Dt * Chênh lệch nhiệt độ tính từ phương trình và thực tế Gradien nhiệt độ lớn nhất tính trung bình cho 1cm bề dày tấm Dt BTXM (oC/cm) g Hệ số Euler γc Hệ số điều kiện làm việc của mặt đường BTXM l Hệ số dẫn nhiệt, [W/moC] µ Hệ số poisson của nền r Khối lượng riêng sc ứng suất kéo uốn cho phép của bê tông (KG/cm2) s loaded _ slab Ứng suất trong tấm chịu tải (psi) s unloaded _ slab Ứng suất trong tấm không chịu tải (psi) Ứng suất kéo khi uốn gây mỏi do gradient nhiệt lớn nhất tại vị trí s t max dễ bị phá hoại mặc định; (MPa) Ứng suất kéo khi uốn gây mỏi do tác dụng của nhiệt độ tại vị trí s tr dễ bị phá hoại mặc định (MPa) x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Hệ số truyền nhiệt của một số vật liệu thường sử dụng. Các mã mặt đường để thông báo PCN.

Tham số của phương trình tương quan giữa nhiệt độ bề mặt tới độ võng tại góc và cạnh tấm [87]. Số liệu về bức xạ mặt trời và nhiệt độ không khí [39][40][11] .