Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến kết quả xác định một số thông số mặt đường bê tông xi măng sân bay bằng thiết bị gia tải động

eo điều kiện biên như trên, với chu kỳ w=(2p/T) nhiệt độ trong ngày sẽ đạt giá trị lớn nhất (cực đại) vào lúc 12h trưa nếu lấy mốc thời gian là 0 giờ. Như trình bày tại mục 1.2.3.3, theo [40][41], E. Leviski đã đưa ra nhận định về sự “trễ pha” đối với điểm cực trị của nhiệt độ bề mặt tấm BTXM. Kết quả đo đạc thực tế của NCS (hình 2.5) cũng cho thấy thời điểm nhiệt độ bề mặt đạt giá trị lớn nhất (theo thực tế) không trùng với thời điểm lý thuyết (thời điểm 12 giờ trưa). Hình 2.5. Biến thiên nhiệt độ bề mặt và biên nhiệt độ theo thời gian ngày 9/9/2020 Để thể hiện được sự trễ pha này, phải bổ sung thêm hằng số b để phương trình điều kiện biên ban đầu (2.2): "(. = 0, %) = "$%.'ặ$ + ").'*+. cos (7%) trở thành: "(. = 0, %) = "$%.'ặ$ + ").'*+. cos (7% + 8) (2.17) Thông qua chuỗi số liệu đo đạc nhiệt độ thực tế, xác định được t(z=0,T), ttb.mặt và tn.max. Từ đó, sẽ xác định được b. - 53 - Nội dung xác định ttb.mặt và tn.max được trình bày ở phần tiếp theo. b. Nhiệt độ trung bình mặt đường trong ngày, ttbmặt: Là giá trị nhiệt độ trung bình của bề mặt đường trong ngày. Được xác định bằng trung bình cộng của nhiệt độ mặt đường tại các thời điểm đo tmati: (2.18) Trong đó: n là số lần đo nhiệt trong ngày. c. Biên độ dao động nhiệt lớn nhất trong ngày, tnmax: tnmax là biên độ dao động nhiệt độ lớn nhất trong ngày tại bề mặt tấm. Nếu chọn gốc thời gian T=0 trùng với khi mặt tấm có nhiệt độ cao nhất tmax thì biên độ dao động lớn nhất về ban ngày tnmax được xác định: tnmax = tmax - ttbmặt (2.19) Trong nghiên cứu này, các số liệu nhiệt độ được đo trong cả ngày và đêm nên tnmax được xác định là: (2.20) d. Hệ số truyền nhiệt độ a: Hệ số này được xác định dựa vào các tham số khác trong phương trình truyền nhiệt. Với Dt = 0,10C thì hệ số truyền dẫn nhiệt độ phụ thuộc biên độ dao động nhiệt độ bề mặt lớn nhất trong ngày tnmax [40][41]: (2.21) Với các điều kiện tại đài khí tượng Láng, hệ số a tương ứng từng khoảng nhiệt độ dao động trên bề mặt được cho trong bảng 2.2: Bảng 2.2. Trị số tính toán hệ số truyền nhiệt của nền đất tại đài khí tượng Láng thay đổi theo tn.max [25] Khoảng tn.max(0C) > 30 20 - 30 10 - 20 <10 Hệ số a (m2/h) 0,0012 0,0014 0,0018 0,0030 n t t ni mati tbmat å ®== 1 2 )( minmax max tttn - = 2 max max )ln(ln .3618,0 ÷÷ ø ö çç è æ D+ = tt za n - 54 - e. Chiều sâu tắt biên độ dao động ngày đêm zmax: Là chiều sâu mà tại đó, nhiệt độ chỉ dao động xung quanh 1 khoảng Dt nào đó: (2.22) Trị số Dt được xác định theo mức độ chính xác của nhiệt kế dùng để quan trắc phân bố nhiệt độ trong đất, nên sử dụng giá trị lớn nhất không quá 0,50C [25]. Kết quả nghiên cứu trước đây cho điều kiện Hà Nội đã tìm ra giá trị zmax = 0,4m [25] với Δt = 0,5oC [25]. Nghiên cứu xác định trị số zmax với Δt = 0,1oC. f. Hệ số K: Theo [25], K là thông số biểu thị ảnh hưởng của sự phân bố trường nhiệt độ dừng (phân bố nhiệt độ trung bình trong nền bán không gian) [0C/cm]. Thành phần K.z thể hiện quy luật phân bố bậc nhất của trường nhiệt độ dừng; ở các độ sâu z, sóng nhiệt độ sẽ giao động quanh K.z. Theo các số liệu quan trắc phân bố nhiệt độ trong nền đất ở đài khí tượng Láng đã được phân tích ở [25] thì phân bố nhiệt độ trung bình trong nền đất thực tế không phải là hằng số mà có dạng gần bậc nhất trong phạm vi chiều sâu tắt biên độ dao động nhiệt độ ngày đêm. Điều thực tế đó càng chứng tỏ việc dùng nghiệm có thành phần K.z là đúng đắn. Việc xác định thông số K trong nghiên cứu này có xét đến ảnh hưởng của trường phân bố nhiệt độ dừng. Có hai cách xác định: Cách 1: Sử dụng kết quả có sẵn về chiều sâu tắt biên độ dao động ngày đêm [25] Chiều sâu tắt biên độ dao động nhiệt độ ngày đêm zmax = 0,4m thì hệ số K sẽ được xác định là: (2.23) Theo số liệu quan trắc của đài khí tượng Láng, với chuỗi số liệu 22 năm, hệ số K đã được lập cho từng tháng trong năm, tính theo công thức (2.23) (bảng 2.3). )ln(ln 3618,0 maxmax ttaz n D-= 4,0 .4,0 mattbm ttK - = - 55 - Bảng 2.3. Giá trị thông số K thay đổi theo từng tháng trong năm [24] Tháng 1 2 3 4 5 6 Ktháng 3,75 0,25 2,0 -4,75 -7,75 -5,75 Tháng 7 8 9 10 11 12 Ktháng -4,50 -1,50 -0,75 0,00 3,25 4,75 Có thể có các phương án xử lý xác định K như sau: Xác định Kngày.trungbình, nghĩa là trong (2.23) trị số t0,4 và ttbmặt được tính trung bình trong nhiều năm cho từng ngày, như vậy ta sẽ có 365 trị số K tương ứng với 365 ngày của năm. Xác định Ktháng.trungbình, nghĩa là trong (2.23) trị số t0,4 và ttbmặt được tính bằng nhiệt độ trung bình của tất cả các ngày trong tháng của tất cả các năm có số liệu quan trắc và như vậy ta sẽ có 12 trị số K tương ứng với 12 tháng của năm. Kết quả tính toán đối chiếu phân bố nhiệt độ trong đất ở đài khí tượng Láng khi dùng hệ số Kngày và hệ số Ktháng đối với nhiều trường hợp khác nhau (các ngày cụ thể ở các tháng khác nhau) cho thấy: tính theo Kngày là phù hợp với thực tế quan trắc; sai số tính theo Ktháng so với Kngày đối với những ngày chuyển mùa là khá lớn nhưng đối với những ngày mùa nóng thì lại nhỏ, đó là do trong những ngày mùa nóng nhiệt độ trung bình mặt thay đổi ít trong phạm vi tháng hơn là trong những ngày chuyển mùa. Đặc biệt đối với những ngày thuộc tháng chuyển mùa như tháng 4, tháng 9, 10 thì đương nhiên sai số lớn vì ttbmặt thay đổi trong tháng càng lớn (trong khi nói chung t0,4 đối với một tháng là rất ít thay đổi theo ngày). Cách 2: Sử dụng kết quả đo nhiệt độ trực tiếp tại các vị trí cố định theo chiều sâu tấm (biết được z), từ đó tính được K theo phương trình truyền nhiệt tổng quát (1.8) Từ số liệu đo nhiệt độ ở từng độ sâu z nhất định t(z,T), xác định được: (2.24) Hay tại mỗi độ sâu z nhất định, sẽ có: ÷÷ ø ö çç è æ -÷÷ ø ö çç è æ ---= a zT a zttTztzK nmattb 2 .cos. 2 .exp.),(. max.. www - 56 - (2.25) Nhận xét: Việc tính toán K theo phương pháp này đơn giản, đã được kiểm nghiệm theo điều kiện Hà Nội; tuy vậy, như đã trình bày trong nội dung tính Zmax, thì điều kiện thực tế tại các khu vực khác nhau, loại vật liệu khác nhau, loại kết cấu mặt đường khác nhau đều có ảnh hưởng trực tiếp tới Zmax, kéo theo ảnh hưởng tới K. Ngoài ra, trong những năm gần đây, nhiệt độ và các yếu tố môi trường đều có sự thay đổi rất mạnh (do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu). Do vậy, trong đề tài này, kiến nghị tính toán K theo cách thứ 2, là cách tính theo số liệu đo ở điều kiện thực tế. 2.2. Xác định thông số của mặt đường BTXM từ kết quả đo HWD 2.2.1. Xác định PCN 2.2.1.1. Xác định bằng tính toán thủ công a. Công thức tính toán cơ bản Theo tiêu chuẩn ICAO cũng như tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành TCVN 11365:2016, có hai phương pháp xác định trị số PCN là: (i) phương pháp xác định bằng tàu bay đang sử dụng, (ii) phương pháp kỹ thuật đánh giá PCN. Trong phạm vi của luận án, chỉ đề cập tới phương pháp kỹ thuật, sử dụng kết quả thí nghiệm từ thiết bị HWD. Cơ sở lý thuyết của phương pháp này bắt đầu từ công thức Westergaard áp dụng cho trường hợp tải trọng đặt giữa tấm [25]: (2.26) Trong đó sc là ứng suất kéo uốn cho phép của bê tông (KG/cm2); W là tải trọng gây ra ứng suất sc (KG), cũng chính là tải trọng bánh đơn tương đương; h là chiều dày tấm BTXM; l là bán kính độ cứng tương đối của tấm BTXM xác định theo (2.29); b là bán kính vệt bánh quy đổi của máy bay. z a zT a zttTzt K nmattb ÷÷ ø ö çç è æ -÷÷ ø ö çç è æ --- = 2 .cos. 2 .exp.),( max.. www ÷ ø ö ç è æ += 0693,1lg43162,0 2 b l h W cs - 57 - Việc đánh giá sức chịu tải PCN của mặt đường sân bay cũng được tiến hành theo phương pháp tính ngược, nghĩa là tìm giá trị của tải trọng W khi đã biết sc, l/b và h. Từ tải trọng bánh đơn tương đương tính chuyển sang chỉ số phân cấp mặt đường PCN [43][44][62][63]. (2.27) Như vậy, các số liệu đầu vào của phương trình xác định PCN theo phương pháp tính ngược công thức Westergaard là cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi, chiều dày tấm BTXM, hệ số nền k, trong đó mô đun đàn hồi và hệ số nền được tính toán từ độ võng của tấm xác định bằng thiết bị HWD, thông qua các bước trung gian sau: b. Xác định hệ số AREA Hệ số nền và mô đun đàn hồi của tấm BTXM được tính toán dựa trên hệ số AREA (AREA4 trong AASHTO-93). Ý nghĩa của AREA được thể hiện qua hình 2.6 [13]: Hình 2.6. Mô tả hệ số AREA Bằng thực nghiệm, có thể tính toán AREA theo công thức sau: (2.28) Trong đó F là diện tích vùng chậu võng giới hạn từ tâm tấm ép tới vị trí cách tâm tấm ép 36 inch; di là độ võng tại 12, 24, 36 inch từ tâm tấm ép (mm). c. Xác định bán kính độ cứng tương đối l của tấm BTXM Sau khi tính được trị số AREA, bán kính độ cứng tương đối l của tấm bê tông xi măng có liên hệ duy nhất với AREA theo công thức: WPCN *2= ÷÷ ø ö çç è æ +++== 0 3 0 2 0 1 0 2216 d d d d d d d FAREA - 58 - (2.29) Với A, B, C, D là các hằng số tương ứng từng công thức tính AREA (bảng 2.4). Bảng 2.4. Các hằng số dựa trên phương pháp AREA Phương pháp AREA Hằng số A B C D SHRP 4 đầu đọc 0 đến 900mm (0 đến 36inch) 36 1812,279 -2,559 4,387 SHRP 7 đầu đọc 0 đến 1500mm (0 đến 60inch) 60 289,078 -0,698 2,566 SHRP 5 đầu đọc 300 đến 1500mm (12 đến 60inch) 48 158,408 -0,476 2,220 Không lực Hoa Kỳ 6 đầu đọc ngoài 300 đến 1800mm (12 đến 72inch) 60 301,800 -0,622 2,501 d. Xác định hệ số nền k Hệ số nền k được tính toán bằng cách giải hệ 2 phương trình độc lập. Phương trình thứ nhất là công thức (2.29) cho bán kính độ cứng tương đối của tấm BTXM và phương trình thứ hai là công thức Westergaard đối với độ võng tại điểm giữa tấm d0: (2.30) Trong đó P là tải trọng HWD (pounds); a là bán kính tấm ép (inch); γ=0.5772156449 là hệ số Euler. Hệ số nền k (psi/inch) được xác định như sau: (2.31) (2.32) Trong đó P là tải trọng HWD (pounds); dr là độ võng đo được tại vị trí r từ điểm đặt tải (inch) r; dr* là hệ số độ võng không đơn vị của khoảng cách hướng tâm r; x, y, z D C B AREAA l ú ú ú ú û ù ê ê ê ê ë é ÷ ø ö ç è æ - = ln ïþ ï ý ü ïî ï í ì ÷ ø ö ç è æ ú û ù ê ë é -+÷ ø ö ç è æ ÷ ø ö ç è æ+÷ ø ö ç è æ= 2 20 25.12 ln 2 11 8 l a l ax kl Pd g p 2 * . . ld dPk r r= ( )( )lzye r exd . .* --= - 59 - là các hằng số; l là bán kính độ cứng của tấm bê tông (inch) được xác định theo công thức (2.29). e. Xác định mô đun đàn hồi của tấm, nền Mô đun đàn hồi của tấm BTXM Ec (psi) được xác định theo công thức: (2.33) Nếu coi nền đất và tầng móng của mặt đường BTXM là một nền tương đương thì mô đun đàn hồi động của nền tương đương Eđtd (MPa) có thể được xác định từ công thức [12]: (2.34) Trong đó các đại lượng như đã giải thích ở trên, μ là hệ số poisson của nền. 2.2.1.2. Sử dụng phần mềm COMFAA để tính toán PCN a. Giới thiệu chung về phần mềm Theo tiêu chuẩn TCVN 11365:2016, các phần mềm hiện hành được khuyên dùng trong phân tích, đánh giá và thiết kế mặt đường sân bay bao gồm: Bảng 2.5. Các phần mềm sử dụng trong công tác phân tích, đánh giá và thiết kế mặt đường Chức năng của phần mềm Phân tích dữ liệu HWD Đánh giá 1 Thiết kế BAKFAA FEAFAA COMFAA LEDFAA F806FAA R805FAA Tính ngược mô đun của mặt đường BTN * Tính ngược mô đun của mặt đường BTXM * Tính ngược mô đun của mặt đường APC 2 * Tính truyền lực tải trọng * Phân tích hốc rỗng * Tính tải trọng cho phép * * * * * Tính tuổi thọ còn lại * * * 3 *22 . ..)1(12 hd dlPE r rc c µ- = ll PEđtd . )1(385.0 0 2µ- = - 60 - Chức năng của phần mềm Phân tích dữ liệu HWD Đánh giá 1 Thiết kế Tính số PCN * Thiết kế tăng cường mặt BTN * * Thiết kế tăng cường mặt BTXM * * Thiết kế mới mặt BTN * * Thiết kế mới mặt BTXM * * CHÚ THÍCH: 1 Các công cụ đánh giá này có thể được sử dụng để kiểm tra thiết kế. 2 APC là mặt đường BTN tăng cường trên BTXM. Trong các phần mềm vừa nêu, COMFAA [86] là phần mềm được Hiệp hội hàng không mỹ FAA chính thức sử dụng để tính toán PCN từ số liệu đo đạc bằng thiết bị HWD. COMFAA có thể xác định PCN theo phương pháp tàu bay đang sử dụng hoặc phương pháp kỹ thuật. Theo [86], đối với mặt đường cứng, trong phương pháp kỹ thuật, COMFAA sử dụng bài toán Westergard, với nội dung tính toán như giới thiệu trong công thức 2.26 [25]. Do vậy, NCS cũng đã lựa chọn sử dụng phần mềm này để phục vụ nội dung tính toán PCN trong nghiên cứu của mình. Giao diện của phần mềm được trình bày trong hình 2.7: - 61 - Hình 2.7. Giao diện của phần mềm COMFAA b. Số liệu đầu vào cho phần mềm Số liệu về dòng máy bay khai thác (bảng 2.6): bao gồm loại máy bay (Aicraff name), trọng tải máy bay (gross weight), tỷ lệ phân phối trọng tải lên càng chính máy bay (Percent GW on main gear), áp suất lốp máy bay, lưu lượng cất hạ cánh hàng năm. Với mỗi loại máy bay, phần mềm có thể tự động xác định số lượng càng chính và số lượng bánh trên mỗi càng chính theo mặc định của nhà sản xuất máy bay, hoặc người dùng có thể tự khai báo. - 62 - Bảng 2.6. Số liệu đầu vào về dòng máy bay đang khai thác Số liệu về kết cấu mặt đường: cấu tạo các lớp kết cấu; chiều dày, ứng suất kéo uốn cho phép, mô đun đàn hồi của bê tông làm tầng mặt; hệ số nền k của hệ nền và móng dưới lớp BTXM; Trong luận án, từ kết quả đo độ võng mặt đường bằng HWD, có thể tính toán được hệ số nền k theo nội dung đã trình bày ở mục 2.2.1.1. Các đặc trưng cơ lý của vật liệu được lấy theo số liệu thực tế (thiết kế và thi công) của sân bay Vân Đồn. Giao diện của phần mềm khi khai báo số liệu đầu vào như hình 2.8 (ví dụ): Hình 2.8. Giao diện của phần mềm COMFAA khi khai báo số liệu đầu vào c. Kết quả tính toán bằng COMFAA - 63 - Từ các thông số đầu vào, phần mềm COMFAA cho phép xác định được một số thông số liên quan tới mặt đường BTXM sân bay (bảng 2.7), trong đó có ba yếu tố quan trọng là: - Chiều dày yêu cầu tối thiểu của mặt đường theo thông số tàu bay; - Hệ số nền cho trước (6D Thick); - Chỉ số PCN. Bảng 2.7. Kết quả tính toán bằng COMFAA cho mặt đường BTXM sân bay d. Trình tự tính toán PCN Trên cơ sở lý thuyết và lựa chọn sử dụng phần mềm, nghiên cứu sinh đã tính toán PCN theo trình tự sau: Dữ liệu HWD P, di, T, Eb, En Tính chỉ số mô men nén uốn Mr Tính hệ số nền k Tính toán giá trị đầu vào cho phần mềm COMFAA File tính COMFAA support 3.0 Tính chỉ số PCN Phần mềm COMFAA 5.488 10 5.43 6 +÷ø ö ç è æ= br EM 284.1.26 kEn = - 64 - 2.2.2. Xác định LTE Như đã trình bày, số liệu đo đạc trực tiếp thông qua thí nghiệm với thiết bị HWD là độ võng của mặt đường BTXM tại các đầu đo khi chịu tác dụng của tải trọng động, do máy gia tải. Từ độ võng, LTE được tính toán theo nội dung đã được trình bày ở chương 1. Mô hình tính LTE như sau: Dữ liệu HWD P, di, T Tính AREA (AREA5) Tính đặc trưng đàn hồi l theo AREA Tính hệ số hiệu chỉnh R Tính LTEmes Tính LTEpred 2.2.3. Xác định các thông số thuộc nhóm thứ 2 a. Chiều cao vùng chịu nén của bê tông ở tiết diện tính toán x Từ số liệu đo độ võng tấm BTXM bằng HWD, cho phép xác định x như sau: Dữ liệu HWD P, di, tm, Eb Tính chiều cao làm việc của tiết diện ho Chiều cao vùng chịu nén x ÷÷ ø ö çç è æ +++== 0 3 0 2 0 1 0 2216 d d d d d d d FAREA D C B AREAA l ú ú ú ú û ù ê ê ê ê ë é ÷ ø ö ç è æ - = ln 2 36661285.61 ll R +-= %100 _ _ ÷ ÷ ø ö ç ç è æ D D = slabloaded slabunloaded mesLTE mespred LTERTEL .= 20 dhhh pr --= ( ) 00200 2 hx qqq ++-= µq b c b s E E Y Y =0 - 65 - Trong đó: x là chiều cao vùng chịu nén; P là tải trọng HWD; di là độ võng HWD tại sensor thứ i (µm); tm là nhiệt độ bề mặt tấm (oC); Eb là mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông (MPa); h là chiều dày tấm (m); hpr là chiều dày lớp bảo vệ (m); ho là chiều cao làm việc của tiết diện (m); d là đường kính cốt thép (m); Es là mô đun đàn hồi cốt thép (MPa); ψb là hệ số tính đến sự làm việc của bê tông giữa các vệt nứt của vùng chịu kéo và lấy bằng 0,2 khi tính theo cường độ, lấy bằng 1 khi tính theo mở rộng vết nứt; ψc là hệ số tính đến sự phân bố không đều biến dạng vùng nén của tiết diện, phụ thuộc vào tỷ lệ khoảng cách đặt cốt thép ls và chiều dày tấm; μ là hệ số đặt cốt thép. b. Mô men uốn giới hạn ở tiết diện xem xét của tấm mặt đường mu Dữ liệu HWD P, di, tm, Eb Tính chiều cao làm việc của tiết diện ho Chiều cao vùng chịu nén x Mô men uốn giới hạn mu Trong đó: mu là momen uốn giới hạn ở tiết diện xem xét của tấm mặt đường (kN.m/m); γc là hệ số điều kiện làm việc của mặt đường, lấy theo bảng 17 trong [44]; As là diện tích tiết diện cốt thép chịu kéo trên đơn vị chiều rộng tiết diện tấm (m2/m); Rs là cường độ tính toán của cốt thép chịu kéo (MPa). Các đại lượng khác như chú thích tại mục a. 20 dhhh pr --= ( ) 00200 2 hx qqq ++-= µq b c b s E E Y Y =0 ÷ ø ö ç è æ -= 3 ... 0 xhRAm sscu g - 66 - c. Ứng suất trong cốt thép chịu kéo σs Theo các kết quả đo HWD, chiều cao vùng chịu nén x, ứng suất trong cốt thép chịu kéo được tính như sau: Dữ liệu HWD P, di, tm, Eb, Ks Tính chiều cao làm việc của tiết diện ho Chiều cao vùng chịu nén x Mô men uốn giới hạn mu Bán kính độ cứng tương đối Mô men uốn tính toán md 20 dhhh pr --= ( ) 00200 2 hx qqq ++-= µq b c b s E E Y Y =0 ÷ ø ö ç è æ -= 3 ... 0 xhRAm sscu g 4 sK Bl = )( 3 . 00 xh xhAEB b ss -÷ ø ö ç è æ - Y = )(max, ... yxNcd kkkmm = å = += kn i iyxc mmm 2 )(1max, )(.1 afFm d= diyxiyx Fmm .)()( = fd k n d kn FF g..= l R ff e)(.=a - 67 - Ứng suất trong cốt thép chịu kéo Trong đó: σs là trị số ứng suất trong cốt thép chịu kéo (MPa); md là momen uốn tính toán ở tiết diện xem xét của tấm mặt đường (kN.m/m); mc.max là momen uốn tối đa khi đặt tải trọng ở giữa tấm (kN.m/m); m1 là momen uốn do tác dụng của bánh máy bay có tâm vệt bánh trùng với tiết diện tính toán (kN.m/m); mx(y)i là momen uốn do tác dụng của bánh máy bay i nằm ngoài tiết diện tính toán của tấm, (kN.m/m); kN là hệ số tính đến tích luỹ biến dạng dư ở móng từ vật liệu không gia cố chất kết dính; kx(y) là hệ số tính đến phân bố nội lực ở tấm bất đẳng hướng với độ cứng khác nhau Bx và By hướng dọc và hướng ngang, các hệ số k, kN, kx(y) xác định theo [43]; Fd là tải trọng tính toán trên bánh máy bay (kN); Fn là tải trọng tiêu chuẩn trên càng chính của máy bay tính toán (kN); f (α) là hàm số momen do tác động của bánh xe chính với trị số lấy xác định theo [44]; kd và gf là hệ số động và hệ số giảm tải; Re là bán kính đường tròn có diện tích bằng diện tích vệt bánh máy bay (m); pa là áp suất bánh hơi máy bay (MPa). Các thông số trên đều được tính toán tại các giá trị nhiệt độ bề mặt tm khác nhau tại thời điểm thí nghiệm. 2.3. Kết luận chương 2 Dạng tổng quát của phương trình truyền nhiệt trong tấm BTXM sân bay được lựa chọn theo Fourier, kèm theo các giả thuyết chính: (i) Nhiệt độ bề mặt tấm thay đổi theo quy luật điều hòa; (ii) nhiệt được truyền trong môi trường bán không gian đồng nhất. Để xác định được phương trình này, có thể áp dụng phương pháp giải bài toán phân bố nhiệt theo chiều sâu, là phương pháp đã và đang được nhiều nhà khoa học a d e p FR .)( p = ÷ ø ö ç è æ - = 30 xhA m s d ss - 68 - trong nước nghiên cứu, phát triển, phù hợp với việc sử dụng số liệu đo đạc thực tế trong điều kiện Việt Nam. Các tham số cần phải hiệu chỉnh cho phương trình là: - Tham số b trong phương trình điều kiện biên về nhiệt độ bề mặt; - Hệ số biểu thị ảnh hưởng của sự phân bố trường nhiệt độ dừng K; Việc hiệu chỉnh này sẽ được thực hiện thông qua số liệu quan trắc biến thiên nhiệt độ trong tấm BTXM ngoài thực tế. Đối với các thông số của mặt đường bê tông xi măng khi đánh giá bằng HWD, độ võng và nhiệt độ tấm BTXM là các thông số được xác định trực tiếp. Nếu như nhiệt độ bề mặt được sử dụng để tính ra nhiệt độ ở các chiều sâu khác nhau trong tấm nhờ phương trình truyền nhiệt thì độ võng là thông số đầu vào quan trọng để xác định được các thông số thuộc hai nhóm bao gồm PCN, LTE, chiều cao vùng chịu nén Ngoài các tương quan toán học để tính toán trực tiếp các tham số trên thông qua độ võng và các đặc trưng cơ lý khác, có thể sử dụng phần mềm chuyên dụng COMFAA để tính toán PCN cho sân bay. Các nội dung lý thuyết này sẽ được áp dụng để tính toán với số liệu thí nghiệm được trình bày chi tiết ở chương ba, bao gồm số liệu quan trắc nhiệt độ và số liệu đánh giá mặt đường BTXM bằng thiết bị HWD. - 69 - 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 Để hiệu chỉnh được phương trình truyền nhiệt cũng như xác định được độ võng và nhiệt độ bề mặt của mặt đường BTXM sân bay khi đánh giá bằng HWD, hai nội dung thí nghiệm chính đã được thực hiện ngoài thực tế: - Thí nghiệm phục vụ khảo sát biến thiên nhiệt độ trong tấm BTXM trong thời gian lâu dài; - Thí nghiệm đánh giá mặt đường BTXM sân bay bằng HWD. Nội dung chi tiết của các thí nghiệm như sau: 3.1. Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ trong tấm BTXM 3.1.1. Mục tiêu thí nghiệm Thí nghiệm được thực hiện với hai mục tiêu chính: - Khảo sát biến thiên nhiệt độ trong tấm BTXM ở các thời điểm khác nhau trong năm; - Thu thập số liệu nhiệt độ để phân tích, xác định điều kiên biên và tham số của phương trình truyền nhiệt; 3.1.2. Quy hoạch thí nghiệm Hướng thí nghiệm là bố trí các đầu đo nhiệt độ theo chiều sâu của 1 tấm BTXM đặt ngoài trời tại Khu công nghiệp Phú Nghĩa – Chương Mỹ – Hà Nội; dùng các thiết bị đo đạc hiện đại để thu thập số liệu về nhiệt độ theo chiều sâu tấm trong thời gian 1 năm. 3.1.2.1. Vật liệu, kích thước kết cấu mặt đường Sử dụng tấm BTXM M350 có chiều dày tương ứng với chiều dày thông thường của các kết cấu mặt đường BTXM sân bay hiện nay là 40cm, kích thước theo mặt bằng là 1,5mx1,5m. Tấm được đặt trên lớp bê tông lót M100 dày 20cm, dưới là nền đất tự nhiên. Tấm BTXM không bị che nắng trong suốt quá trình đo. Kích thước mặt bằng tấm được xác định theo các yếu tố sau: - Phù hợp với điều kiện thi công, quan trắc, chi phí của luận án; - 70 - - Giảm ảnh hưởng của sự truyền nhiệt theo phương ngang tấm tới nhiệt độ trong tấm. Theo các nghiên cứu hiện hành ở Việt Nam [20][22][24], chiều sâu tắt biên độ dao động nhiệt độ ngày đêm zmax=0,4m. Giá trị này được sử dụng để lựa chọn chiều dài, chiều rộng tấm sao cho khoảng cách từ đầu đo tới cạnh bên của tấm lớn hơn 0,4m để giảm ảnh hưởng của nhiệt truyền theo phương ngang, từ mặt bên của tấm. Theo đó, kích thước tấm 1,5mx1,5m đã được lựa chọn. Với vị trí các đầu đo đặt ở khu vực giữa tấm, khoảng cách từ đầu đo tới mặt bên là vào khoảng 0,75m. Các vật liệu được thiết kế theo tiêu chuẩn hiện hành tại phòng thí nghiệm LAS1797 (phụ lục 1). 3.1.2.2. Bố trí thiết bị thí nghiệm Ba thiết bị được sử dụng song song trong quá trình đo nhiệt độ (hình 3.1, 3.2): - Thiết bị đo nhiệt kiểu tiếp xúc EXTECH SDL200 được sử dụng để thu thập số liệu trong suốt quá trình thí nghiệm; Hình 3.1. Thiết bị thí nghiệm EXTECH SDL200 - Thiết bị đo nhiệt kiểu tiếp xúc JMZX-300L và thiết bị đo nhiệt cầm tay UNI- T để đo đối chứng với thiết bị EXTECH SDL200; - 71 - Hình 3.2. Thiết bị đo nhiệt kiểu tiếp xúc JMZX-300L và thiết bị cầm tay UNI-T Với thiết bị thứ nhất, 4 ầu đo nhiệt kiểu K+LVDT được bố trí tại mặt bằng tim của tấm bê tông: đầu đo (1) ở đáy tấm, độ sâu 40cm tính từ bề mặt tấm, đo nhiệt độ đáy tấm; đầu đo (2) cách đáy 20cm để đo nhiệt độ giữa tấm; đầu đo (3) vẫn ở trong tấm, nhưng đặt cách mặt trên của tấm bê tông 1,5cm để đo nhiệt độ bề mặt tấm; 1 đầu đo treo cao cách mặt đất 2,5m, để đo nhiệt độ không khí. Sơ đồ bố trí được thể hiện trong các hình 3.3, 3.4. Hình 3.3. Sơ đồ bố trí đầu đo nhiệt - 72 - Hình 3.4. Các đầu đo của thiết bị EXTECH SDL200 Đối với thiết bị JMZX-300L, các đầu đo cũng được bố trí theo chiều sâu tấm bê tông như đối với thiết bị thứ nhất (hình 3.5). Hình 3.5. Bố trí đầu đo của thiết bị JMZX-300L 3.1.3. Thực hiện thí nghiệm Sau khi bê tông được đủ 28 ngày, tiến hành đo toàn thời gian trong ngày; cứ 30 phút thu thập số liệu 01 lần của các kênh đo. Thời gian đo kéo dài đủ 01 năm từ tháng 9/2020 đến tháng 8/2021. Đo kiểm tra được thực hiện trong 02 ngày 9/9/2020 và 29/6/2021 với khoảng 2 giờ một lần đo. Số liệu sau khi thu thập được xử lý theo các bước sau: - 73 - 3.1.3.1. Loại bỏ các số liệu bất thường do điều kiện thời tiết, kỹ thuật Trong thời gian đo, có một số ngày xảy ra giông, bão, mưa lớn kéo dài hoặc mất điện. Các số liệu đo đạc trong những điều kiền này sẽ bị loại bỏ, không đưa vào điều kiện đo. 3.1.3.2. Xử lý tập hợp sô liệu theo mô hình hồi quy bằng phần mềm Minitab Các kết quả đo đạc được sử dụng để xây dựng các hàm hồi quy bằng phầ