Báo cáo khoa học: "ứng dụng kết quả thí nghiệm FWD tính toán mô đun đàn hồi lớp của vật liệu kết cấu áo đ-ờng mềm"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

128
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thí nghiệm không phá huỷ mặt đ-ờng FWD (Falling Weight Deflectometer) hiện nay đang đ-ợc sử dụng rộng rãi để đánh giá kết cấu áo đ-ờng. Khi thực hiện thí nghiệm, ng-ời ta sẽ biết đ-ợc độ võng, hình dạng chậu võng của mặt đ-ờng, từ đó suy ra mô đun đàn hồi thực tế của mặt đ-ờng và có thể căn cứ vào đó để đánh giá kết cấu áo đ-ờng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "ứng dụng kết quả thí nghiệm FWD tính toán mô đun đàn hồi lớp của vật liệu kết cấu áo đ-ờng mềm"

øng dông kÕt qu¶ thÝ nghiÖm FWD tÝnh to¸n m« ®un ®μn håi líp cña vËt liÖu kÕt cÊu ¸o ®−êng mÒm NCS. TrÇn thÞ kim ®¨ng Bé m«n §−êng bé Khoa C«ng tr×nh - Tr−êng §HGTVT Tãm t¾t: ThÝ nghiÖm kh«ng ph¸ huû mÆt ®−êng FWD (Falling Weight Deflectometer) hiÖn nay ®ang ®−îc sö dông réng r·i ®Ó ®¸nh gi¸ kÕt cÊu ¸o ®−êng. Khi thùc hiÖn thÝ nghiÖm, ng−êi ta sÏ biÕt ®−îc ®é vâng, h×nh d¹ng chËu vâng cña mÆt ®−êng, tõ ®ã suy ra m« ®un ®μn håi thùc tÕ cña mÆt ®−êng vμ cã thÓ c¨n cø vμo ®ã ®Ó ®¸nh gi¸ kÕt cÊu ¸o ®−êng. Tõ ®é vâng ®o ®−îc b»ng thÝ nghiÖm FWD cã thÓ tÝnh ®−îc gi¸ trÞ m« ®un líp kÕt cÊu ¸o ®−êng. ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm FWD vμ kh¶ n¨ng øng dông sè liÖu ®é vâng mÆt ®−êng ®o ®−îc b»ng thÝ nghiÖm FWD ®Ó tÝnh to¸n m« ®un líp vËt liÖu lμm kÕt cÊu ¸o ®−êng lμ néi dung chóng t«i muèn ®Ò cËp trong bμi b¸o nμy. KÕt qu¶ tÝnh to¸n cã thÓ cho gióp chóng ta cã ®−îc nh÷ng nhËn xÐt, ®¸nh gi¸ vÒ mÆt ®Þnh tÝnh gi¸ trÞ th«ng sè m« ®un ®μn håi khi tÝnh to¸n kÕt cÊu ¸o ®−êng mÒm xÐt ®Õn ®iÒu kiÖn chÞu t¶i träng thùc tÕ cña vËt liÖu. Summary: Non-destructive test herein FWD (Falling Weight Deflectometer) has been used widely to evaluate the structure adequacy of pavement. Surface deflections and deflection basin are major testing results that describe pavement strength and remaining life of existing pavement. The deflections also could be [used to determine the layer moduli through backcalculation. FWD equipment and ability of using deflection data from FWD is the main content of this particle. The backcalculation results will be basic to analysis reasonable value of layer elastic module to be used in pavement structure design by multi - layer elastic, homogeneous and isotropic system method. ho¹t ®éng trªn nguyªn t¾c bé chuyÓn ®æi vËn i. ThÝ nghiÖm FWD tèc. T¶i träng ®−îc ®iÒu chØnh theo chiÒu cao a. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng chung cña r¬i cña vËt nÆng vµ ®é vâng trªn bÒ mÆt thiÕt bÞ: T¶i träng va ®Ëp t¸c dông lªn mÆt ®−êng do vËt nÆng cã khèi l−îng nhÊt ®Þnh tõ ®é cao ®Þnh tr−íc xuèng hÖ thèng ®Öm cao su vµ truyÒn t¶i träng xuèng mÆt ®−êng trong kho¶ng thêi gian tõ 0.025 ®Õn 0.04 gi©y. §Çu ®o t¶i träng g¾n t¹i t©m truyÒn t¶i x¸c ®Þnh t¶i träng P t¸c dông xuèng mÆt ®−êng. ChuyÓn vÞ ®øng t¹i t©m tÊm truyÒn t¶i vµ t¹i c¸c ®iÓm c¸ch t©m truyÒn t¶i c¸c kho¶ng c¸ch nhÊt ®Þnh ®−îc ghi l¹i b»ng c¸c ®Çu ®o chuyÓn vÞ H×nh 1: ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm FWD
®−êng ®−îc tÝnh to¸n tõ sè liÖu ®Çu ra cña c¸c KÕt qu¶ hiÖn thÞ trªn mµn h×nh cña thÝ nghiÖm FWD víi c¸c ®é vâng vµ ®å thÞ m« ®un bé chuyÓn ®æi vËn tèc [1]. chung øng t¹i chiÒu s©u t−¬ng ®−¬ng c¸c ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm FWD (xem h×nh 1) kho¶ng c¸ch ®o ®é vâng ®−îc cho trong h×nh 4. bao gåm: R¬ mooc FWD, bé xö lý hÖ thèng 9000, m¸y tÝnh/m¸y in. S¬ ®å thÝ nghiÖm FWD vµ ph¹m vi vïng øng suÊt trong kÕt cÊu ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh 2 Sensor ®o ®é vâng tõ 1 ®Õn 7 1 2 3 4 5 6 7 Bª t«ng sphalt Mãng cÊp phèi ®¸ d¨m Ph¹m vi vïng øng suÊt trong kÕt cÊu H×nh 4. Mμn h×nh hiÓn thÞ cña thÝ nghiÖm FWD §Êt nÒn nÒn mÆt ®−êng C¨n cø vµo sè liÖu ®é vâng, cã thÓ vÏ H×nh 2. Vïng øng suÊt trong kÕt cÊu ¸o ®−êng d−íi ®−îc phÔu lón trªn mÆt ®−êng cho mçi vÞ trÝ t¸c dông cña t¶i träng FWD ®o vµ xö lý ®Ó cã ®−îc ®−êng cong phÔu lón C¸c sè liÖu cã ®−îc ®èi víi mçi ®iÓm ®o FWD[2]: cho mçi ®o¹n ®o. C¸c sè liÖu chung: lý tr×nh, thêi gian, ChËu vâng ®Æc tr−ng KM4-KM5 nhiÖt ®é... Kho¶ng c¸ch tõ c¸c ®Çu ®o ®Õn t©m t¶i träng (cm) 0 30 60 90 120 150 180 210 T¶i träng vµ ®é vâng t¹i c¸c ®Çu ®o c¶m biÕn 0 50 100 M« ®un ®é cøng mÆt ®−êng vµ t×nh tr¹ng 150 §é vâng (μm) 200 kÕt cÊu 250 300 350 BiÓu ®å m« ®un ®é cøng chung t¹i c¸c vÞ 400 450 trÝ kh¸c nhau theo chiÒu s©u. 500 Mét vÝ dô vÒ file sè liÖu ®Çu ra cña thÝ H×nh 5. H×nh d¹ng phÔu lón vÏ ®−îc tõ sè liÖu thÝ nghiÖm FWD cho trong h×nh 3. nghiÖm FWD 5301,0,0,2,3, Km 0 + 00 ', 0,1, 'Phai ',2001,12,25,08,22 II. Sö dông kÕt qu¶ ®o ®é vâng mÆt 5302,0,1,2,2,0,0,0,0, ®−êng ®Ó x¸c ®Þnh m« ®un líp vËt 5303,0, 18.0, 19.0, 20.0 liÖu 1, 536, 262, 172, 108, 76, 56, 43, 34 a. Nguyªn lý tÝnh to¸n 2, 542, 247, 167, 107, 76, 56, 43, 35 - TÝnh to¸n trªn c¬ së ph©n tÝch ph¹m vi 3, 543, 247, 167, 108, 77, 57, 45, 35 vïng øng suÊt trong kÕt cÊu ¸o ®−êng d−íi t¸c dông cña t¶i träng FWD. 4, 536, 240, 164, 108, 77, 57, 45, 35 XÐt h×nh 2, víi gi¶ thiÕt ®−êng nÐt ®øt lµ H×nh 3. File sè liÖu kÕt qu¶ thÝ nghiÖm FWD
ph¹m vi vïng øng suÊt. Do c¶m biÕn tõ vÞ trÝ 4 cÇn thiÕt kh¸c nh− t¶i träng t¸c dông, chiÒu trë ra n»m ngoµi ph¹m vi vïng øng suÊt chÞu dµy c¸c líp vµ hÖ sè Poisson ®Ó tÝnh to¸n c¸c ¶nh h−ëng cña líp bª t«ng asphalt vµ líp gi¸ trÞ ®é vâng t¹i c¸c vÞ trÝ t−¬ng øng víi c¸c mãng cÊp phèi, c¸c ®é vâng t¹i c¶m biÕn vÞ trÝ ®Æt c¶m biÕn ®o ®é vâng thùc tÕ. Sau ®ã 4,5,6,7 chØ phô thuéc vµo m« ®un cña ®Êt nÒn so s¸nh gi¸ trÞ ®é vâng tÝnh to¸n ®−îc víi ®é mµ kh«ng phô thuéc vµo m« ®un cña líp bª vâng thùc tÕ ®Ó t×m ra bé gi¸ trÞ m« ®un líp t«ng asphalt vµ líp cÊp phèi. Do vËy, cã thÓ cho sai sè n»m trong ph¹m vi dung sai x¸c gi¶ thiÕt m« ®un líp cho hçn hîp bª t«ng ®Þnh tr−íc hay bé gi¸ trÞ m« ®un líp cho sai sè asphalt vµ mãng cÊp phèi, thay ®æi m« ®un nhá nhÊt. Qu¸ tr×nh tÝnh lÆp ®−îc m« t¶ nh− cña ®Êt nÒn ®Ó tÝnh to¸n ®é vâng mÆt ®−êng trong h×nh 6 [4]. cho ®Õn khi ®é vâng tÝnh to¸n t¹i vÞ trÝ 4,5,6,7 Ngoµi c¸ch sö dông ®é vâng ®o b»ng khíp víi c¸c gi¸ trÞ ®é vâng ®o ®−îc t¹i ®ã, thiÕt bÞ FWD, cã thÓ x¸c ®Þnh m« ®un ®µn håi chóng ta sÏ cã m« ®un nÒn ®Êt. §é vâng t¹i líp b»ng c¸ch l¾p ®Æt thiÕt bÞ ®o øng suÊt vµ c¶m biÕn 3 t−¬ng tù phô thuéc vµo m« ®un chuyÓn vÞ t¹i c¸c vÞ trÝ nhÊt ®Þnh trong kÕt cÊu cña nÒn ®Êt vµ cña mãng cÊp phèi ®¸ d¨m mÆt ®−êng, c¸c gi¸ trÞ ®o ®−îc nµy còng ®−îc mµ kh«ng phô thuéc vµo m« ®un cña líp bª so s¸nh víi c¸c gi¸ trÞ øng suÊt vµ chuyÓn vÞ t«ng asphalt. LÊy gi¸ trÞ m« ®un cña nÒn ®Êt tÝnh to¸n nhê mét phÇn mÒm tÝnh to¸n kÕt cÊu ®· ®−îc x¸c ®Þnh, thay ®æi m« ®un líp cÊp ¸o ®−êng mÒm cã s½n ®Ó t×m ra c¸c bé gi¸ trÞ phèi ®¸ d¨m cho ®Õn khi gi¸ trÞ cña ®é vâng m« ®un líp cho kÕt qu¶ tÝnh to¸n thèng nhÊt tÝnh to¸n vµ thùc ®o t¹i vÞ trÝ c¶m biÕn 3 khíp gi÷a gi¸ trÞ tÝnh to¸n vµ gi¸ trÞ thùc ®o [5]. nhau. Chóng ta l¹i cã m« ®un líp mãng cÊp PhÇn mÒm thiÕt lËp trªn c¬ së bµi to¸n phèi ®¸ d¨m. Còng ¸p dông ph−¬ng ph¸p lÆp khi sö dông kÕt qu¶ thÝ nghiÖm FWD sÏ t−¬ng tù nh− vËy víi ®é vâng ®o ®−îc ë ®Çu cÇn c¸c sè liÖu ®Çu vµo: ®o 1 vµ ®Çu ®o 2 sÏ x¸c ®Þnh ®−îc m« ®un líp cña bª t«ng asphalt [3]. T¶i träng (lµ t¶i träng dïng trong thÝ nghiÖm FWD); - Ph−¬ng ph¸p tÝnh lÆp thö dÇn C¸c kho¶ng gi¸ trÞ cña c¸c bé m« ®un líp vµ gia sè thay ®æi ; ChiÒu dµy c¸c líp vËt liÖu cña kÕt cÊu ¸o ®−êng; HÖ sè Poisson; Sè liÖu ®é vâng thùc ®o; % sai sè ®Ó dõng ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n; Sau khi vµo c¸c sè liÖu, b»ng c¸ch gäi c¸c sè liÖu ®é vâng tÝnh to¸n cã s½n (lµ kÕt qu¶ cña ch−¬ng tr×nh ®−îc lËp cho c¸c bµi H×nh 6. Qu¸ tr×nh tÝnh thö dÇn to¸n tÝnh kÕt cÊu ¸o ®−êng cã s½n: nh− ALIZE, BISAR...) ®Ó so s¸nh víi c¸c gi¸ trÞ ®é Cho c¸c bé gi¸ trÞ m« ®un líp kh¸c nhau vâng ®o ®−îc, nÕu tæng sai sè lín h¬n dung trong mét ph¹m vi x¸c ®Þnh, víi c¸c th«ng sè sai ®· x¸c lËp th× ch−¬ng tr×nh l¹i b¾t ®Çu l¹i
thuËt to¸n nh− sau: qu¸ tr×nh tÝnh to¸n b»ng c¸ch gäi c¸c gi¸ trÞ ®é vâng øng víi mét bé sè liÖu m« ®un líp kh¸c Begin øng víi mét gia sè ®é vâng nhÊt ®Þnh. Hµm môc tiªu thiÕt lËp cho bµi to¸n thö Vµo c¸c ®é vâng tiªu chuÈn dim dÇn ®¹i diÖn cho sù sai kh¸c gi÷a gi¸ trÞ ®é XuÊt n d·y sè liÖu ®é vâng vâng ®o ®−îc vµ ®é vâng tÝnh to¸n. C¸c hµm tÝnh to¸n dic = ƒ(E, h) tõ k=1 môc tiªu th«ng th−êng trong tr−êng hîp nµy ch−¬ng tr×nh BISAR cã thÓ lµ: Gäi c¸c ®é vâng tÝnh to¸n thø 1, dic - Sai sè tuyÖt ®èi trung b×nh gi÷a ®é vâng thùc ®o vµ ®é vâng tÝnh to¸n 2 1 n ⎡ d ic (E, h) − d m ⎤ 1n ∑⎢ f (E, h) = ∑ d c i (E, h) − dmi ε 1 (E, h) = i ⎥ dm n i=1 ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ n i =1 i - Sai sè t−¬ng ®èi trung b×nh gi÷a ®é k=k+1 vâng thùc ®o vµ ®é vâng tÝnh to¸n 1 n d c i (E,h) − dmi Gäi c¸c ®é vâng tÝnh ∑ f (E,h) = to¸n thø k, dic dm i n i =1 - Sai sè b×nh ph−¬ng trung b×nh gi÷a ®é 2 1 n ⎡ d ic (E, h) − d m ⎤ ∑⎢ ε k (E, h) = i ⎥ vâng thùc ®o vµ ®é vâng tÝnh to¸n dm n i=1 ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ i [ ] 1n c 2 ∑ d i (E,h) − dmi f (E, h) = n i =1 εk < ε1 - Sai sè t−¬ng ®èi b×nh ph−¬ng trung b×nh gi÷a ®é vâng thùc ®o vµ ®é vâng tÝnh to¸n ε 1 = εk 2 1 n ⎡ d c i (E,h) − dmi ⎤ f (E,h) = ∑ ⎢ ⎥ dmi n i =1 ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ® k
BTN ChËu vâng thùc ®o vµ c¸c chËu vâng tÝnh to¸n h1 =12 cm Lo¹i kÕt h2 =30 cm cÊu 2 Kho¶ng c¸ch tõ t©m t¶i träng ®Õn c¸c ®©u ®o (cm) CP§ 0 30 60 90 120 150 180 210 0 50 MÆt ®−êng cò GÝa trÞ ®é vâng ( m) 100 E1=1900 150 E1=2100 C¸c kho¶ng gi¸ trÞ cña m« ®un líp ®Ò nghÞ: 200 E1=2300 E1=2500 250 M« ®un ®µn håi cña mÆt ®−êng cò thay KM4 – KM5 300 ®æi tõ 50 - 500 MPa víi sè gia lµ 4.5 MPa. 350 400 M« ®un ®µn håi líp mãng cÊp phèi ®¸ H×nh 6. ChËu vâng thùc ®o vμ chËu vâng giíi h¹n d¨m thay ®æi tõ 70 MPa ®Õn 701 MPa víi sè trong kho¶ng sai sè 15% t¹i Km4 - Km5 gia lµ 6.3 MPa. M« ®un ®µn håi líp mÆt bª t«ng asphalt iii. NhËn xÐt vÒ ph−¬ng ph¸p vμ thay ®æi tõ 500 MPa ®Õn 2500 MPa víi sè gia kÕt qu¶ tÝnh lµ 200 MPa. KÕt qu¶ tÝnh lÆp theo ph−¬ng ph¸p trªn PhÇn mÒm tÝnh thö dÇn ë ®©y ®−îc thiÕt cho gi¸ trÞ m« ®un líp phï hîp nhÊt (øng víi lËp trªn c¬ së tÝnh c¸c chËu vâng giíi h¹n tiªu sai sè cña chËu vâng lµ 15%) lµ: chuÈn (mét ®−êng cËn trªn vµ mét ®−êng cËn - M« ®un líp cña vËt liÖu bª t«ng asphalt: d−íi) phô thuéc vµo chËu vâng ®Æc tr−ng cho (1900 – 2500) MPa mçi tõng Km cña Quèc lé 39, vµ mét kho¶ng - M« ®un líp cÊp phèi ®¸ d¨m: Kho¶ng sai sè lùa chän. Kho¶ng sai sè nµy gi¶m dÇn 300 - 350 MPa cho ®Õn khi kh«ng cßn bé sè liÖu nµo trong c¸c bé sè liÖu ®Çu vµo cho chËu vâng tÝnh - MÆt ®−êng cò: kho¶ng 150 - 200 MPa. to¸n n»m lät trong kho¶ng tiªu chuÈn øng víi C¸c gi¸ trÞ m« ®un líp trªn cã c¸c ®Æc sai sè ®ã. Kho¶ng sai sè tr−íc ®ã sÏ lµ sai sè ®iÓm nh− sau: nhá nhÊt ®Ó chËu vâng thùc ®o vµ chËu vâng M« ®un líp cña mãng vµ mÆt ®−êng cò tÝnh to¸n phï hîp nhÊt víi nhau. C¸c bé sè gÇn víi kho¶ng gi¸ trÞ m« ®un ®µn håi tÜnh, liÖu m« ®un líp øng víi kho¶ng sai sè nhá cßn m« ®un líp cña vËt liÖu bª t«ng asphalt nhÊt sÏ lµ bé sè liÖu cña m« ®un líp cÇn x¸c cao h¬n m« ®un tÜnh rÊt nhiÒu. ®Þnh. Sai sè gi÷a chËu vâng thùc ®o vµ chËu KÕt qu¶ tÝnh to¸n víi sai sè vÒ ®é vâng ≤ 15 % vâng tÝnh to¸n theo lý thuyÕt lín. C¸c ®é vâng tÝnh to¸n cho sai sè Nguyªn nh©n chñ yÕu lµ do sù sai kh¸c víi chËu vâng thùc tÕ ≤ 15% t¹i KM4- KM5 ; quèc lé 39 gi÷a ®Æc tÝnh vËt liÖu thùc ®o vµ c¸c gi¶ thiÕt trong tÝnh to¸n. VËt liÖu nÒn - mÆt C¸c ®é vâng tÝnh to¸n (μm) t¹i c¸c M« ®un ®−êng lµ vËt liÖu ®µn håi - dÎo nh−ng líp BT ®iÓm cã kho¶ng c¸ch (m) m« h×nh tÝnh to¸n lµ hÖ nhiÒu líp ®µn asphalt 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.8 2.1 håi (MPa) 1900.0 353.5 228.0 132.7 91.0 68.1 53.9 44.6 ChiÒu dµy mÆt ®−êng lµ mét th«ng 2100.0 348.0 226.9 132.5 90.9 68.0 53.9 44.6 sè rÊt quan träng trong tÝnh to¸n kÕt cÊu mÆt ®−êng còng nh− trong bµi to¸n 2300.0 343.1 225.9 132.4 90.8 67.9 53.8 44.5 ng−îc x¸c ®Þnh m« ®un líp. 2500.0 338.6 225.0 132.3 90.7 67.9 53.8 44.5 ViÖc sö dông chiÒu dµy mÆt ®−êng
theo hå s¬ thiÕt kÕ ®Ó thùc hiÖn bµi to¸n ng−îc sÏ cã kh¶ n¨ng cho sai sè lín. VÊn ®Ò cã thÓ kh¾c phôc b»ng c¸ch sau khi ®o ®é vâng, tiÕn hµnh khoan lâi mÆt ®−êng t¹i vÞ trÝ thÝ nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh chiÒu dµy líp bª t«ng asphalt vµ ®µo hè x¸c ®Þnh chiÒu dµy líp mãng, tiÕn hµnh thÝ nghiÖm DCP ®Ó thu thËp sè liÖu ®Êt nÒn. C¸c th«ng sè nµy sÏ cho phÐp chóng ta tiÕn hµnh bµi to¸n x¸c ®Þnh m« ®un líp vËt liÖu mÆt ®−êng ®¬n gi¶n vµ chÝnh x¸c h¬n. Gi¸ trÞ m« ®un ®µn håi cña bª t«ng asphalt r¶i míi tÝnh tõ sè liÖu ®é vâng ®o ®−îc b»ng thÝ nghiÖm FWD t¹i quèc lé 39 n¨m 12/2001 n»m trong kho¶ng tõ 1900 ®Õn 2500 MPa. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. R. Clark Graves and Vincent P. Drnevich. Calculating Pavement Deflection with Velocity Transducers, 1990. [2]. H−íng dÉn sö dông thiÕt bÞ FWD - Dynatest International, 1990. [3]. Ioannides, A.M., E.J. Barenberg, and J.A. Lary. "Interpretation of Falling Weght Deflectometer Results Using Principles of Dimensional Analysis"- Proceeding, 4th International Conference on Concrete Pavement Design and Rehabilitation, Purdue University, 1989. [4]. N. Sivanewaran, Steven L. Kramer, and Joe P. Mahoney. Advanced Backcalculation Using a Nonlinear Least Squares Optimation Technique, 1991. [5]. Scullion, T.,J. Uzan and M.Paredes. " Modulus: A Microcomputer - Based Backcalculation System". Transportation Research Record 1260, 1990 - pp 180 -191. [6]. NguyÔn H÷u H−ng, NguyÔn M¹nh Hïng, GVHD. TrÇn ThÞ Kim §¨ng. §Ò tµi NCKHSV "TÝnh to¸n m« ®un líp vËt liÖu tõ ®é vâng mÆt ®−êng ®o ®−îc b»ng thiÕt bÞ FWD". Tr−êng §HGTVT, 2003♦