Luận án tiến sĩ về thiết kế mặt đường mềm sân bay ở Việt Nam

Luận án tiến sĩ nghiên cứu phương pháp thiết kế mặt đường mềm sân bay tại Việt Nam, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả công trình.

• Tác giả: Nguyễn Đình Chung
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Huy Khang
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Giao Thông
• Đề tài: Nâng Cao Thiết Kế Mặt Đường Mềm Sân Bay Tại Việt Nam
• Loại tài liệu: luận án tiến sỹ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• Lời cảm ơn
• Lời cam đoan
• Danh mục các bảng
• Danh mục các hình vẽ, đồ thị
• Danh mục các chữ viết tắt, các kí hiệu
• Mở đầu
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG MỀM SÂN BAY
• 1.1. Tổng quan mặt đường mềm sân bay
• 1.1.1. Tổng quan về mặt đường sân bay
• 1.1.2. Cấu tạo chung mặt đường mềm sân bay
• 1.1.3. Các yêu cầu đối với mặt đường mềm sân bay
• 1.1.4. Quy định về sức chịu tải kết cấu mặt đường
• 1.1.5. Điều kiện khai thác tại các Cảng hàng không ở nước ta
• 1.2. Cơ sở lý thuyết tính toán
• 1.2.1. Hiện tượng phá hoại kết cấu mặt đường mềm
• 1.2.2. Tải trọng tàu bay tác động lên từng khu vực đường cất hạ cánh, đường lăn, sân đỗ
• 1.3. Các phương pháp thiết kế
• 1.3.1. Phương pháp lý thuyết
• 1.3.1.1. Phương pháp thiết kế theo độ võng đàn hồi giới hạn cho phép
• 1.3.1.2. Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn CHИП 2
• 1.3.1.3. Các phương pháp số
• 1.3.2. Các phương pháp thực nghiệm
• 1.3.2.1. Phương pháp thiết kế của Công binh Mỹ (Phương pháp CBR)
• 1.3.2.2. Phương pháp thiết kế của ICAO
• 1.3.2.3. Phương pháp thiết kế của Pháp
• 1.3.2.4. Phương pháp thiết kế của Anh
• 1.3.2.5. Phương pháp thiết kế của hãng sản xuất máy bay Boeing, Airbus
• 1.3.3. Phương pháp nửa lý thuyết, nửa thực nghiệm
• 1.3.3.1. Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn AC 150/5320-6
• 1.3.3.2. Phương pháp thiết kế của Viện bêtông Asphalt Mỹ
• 1.3.4. Đánh giá ưu nhược điểm các phương pháp và khả năng áp dụng vào Việt Nam
• 1.4. Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 10907:2015
• 1.4.1. Tính toán theo tiêu chuẩn độ võng tương đối giới hạn
• 1.4.2. Tính toán theo tiêu chuẩn cường độ chịu kéo uốn của các lớp BTN
• 1.4.3. Đánh giá những tồn tại của tiêu chuẩn thiết kế TCVN 10907:2015
• 1.4.3.1. Tải trọng thiết kế
• 1.4.3.2. Chiều sâu tác dụng của tải trọng tàu bay
• 1.4.3.3. Tính toán độ võng tương đối do tải trọng tàu bay gây ra d
• 1.4.3.4. Tính toán độ võng tương đối giới hạn u
• 1.4.4. Quy trình thi công, nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa sân bay
• 1.5. Các nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam
• 1.5.1. Nghiên cứu về phương pháp thiết kế
• 1.5.2. Nghiên cứu của FAA về ảnh hưởng của tần suất, áp suất bánh hơi và nhiệt độ cao đến sự hình thành vệt lún mặt đường BTN sân bay
• 1.6. Kết luận Chương 1
• 1.7. Nội dung nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM SÂN BAY
• 2.1. Mô hình tính ứng suất, biến dạng hệ nhiều lớp trong kết cấu mặt đường mềm sân bay
• 2.1.1. Mô hình tính toán
• 2.1.2. Các giả thiết cơ bản
• 2.1.3. Mô hình hóa tính nhớt đàn hồi của lớp vật liệu bê tông nhựa
• 2.1.4. Mô hình tác dụng của tải trọng động
• 2.2. Ứng dụng phần mềm Abaqus tính ứng suất, biến dạng trong các lớp kết cấu mặt đường mềm sân bay
• 2.2.1. Tổng quan về phần mềm Abaqus
• 2.2.1.1. Giới thiệu chung
• 2.2.1.2. Cơ sở lý thuyết tính toán
• 2.2.1.3. Phương trình cơ sở xác định ma trận độ cứng Jacobian
• 2.2.1.4. Phân tích mô hình chịu tác dụng của tải trọng động
• 2.2.1.5. Các loại phần tử sử dụng trong tính toán
• 2.2.1.6. Đơn vị sử dụng thống nhất trong Abaqus
• 2.2.2. Ứng dụng phần mềm Abaqus tính ứng suất, độ võng mặt đường
• 2.2.2.1. Tính ứng suất, độ võng hệ kết cấu 1 lớp
• 2.2.2.2. Tính ứng suất, độ võng hệ kết cấu 2 lớp
• 2.2.2.3. Tính ứng suất, độ võng hệ kết cấu nhiều lớp chịu tác dụng của tải trọng tĩnh
• 2.2.2.4. Tính ứng suất, độ võng mặt đường dưới tác dụng của tải trọng động
• 2.2.2.5. Tính ứng suất, độ võng mặt đường khi xét lớp BTN là vật liệu nhớt đàn hồi
• 2.3. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất, biến dạng trong kết cấu mặt đường mềm sân bay
• 2.3.1. Lựa chọn mô hình bài toán
• 2.3.2. So sánh các mô hình tính toán
• 2.3.3. Ảnh hưởng của áp suất bánh hơi đến độ võng mặt đường
• 2.3.4. Ảnh hưởng số lượng bánh trong một càng đến độ võng mặt đường
• 2.3.5. Ảnh hưởng của cường độ nền đất (CBR hoặc mô đun đàn hồi) đến độ võng mặt đường
• 2.3.6. Ảnh hưởng mô đun đàn hồi của lớp BTN đến độ võng mặt đường
• 2.3.7. Ảnh hưởng của cường độ nền đất đến ứng suất kéo dưới đáy lớp BTN
• 2.4. Kết luận Chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: KIẾN NGHỊ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG MỀM SÂN BAY Ở VIỆT NAM
• 3.1. Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 10907:2015
• 3.1.1. Xác định chiều sâu nền đất bị nén dưới tác dụng của tải trọng tàu bay
• 3.1.2. Tính độ võng tương đối tính toán khi tải trọng ngoài toán đồ
• 3.1.3. Tính độ võng tương đối giới hạn khi tải trọng ngoài toán đồ
• 3.1.4. Xây dựng phần mềm tính toán theo tiêu chuẩn TCVN 10907:2015
• 3.2. Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn AC 150/5320-6F
• 3.2.1. Phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn và phạm vi nghiên cứu
• 3.2.2. Mô hình tính toán
• 3.2.3. Hệ số phá hủy tích lũy CDF (Cumulative Damage Factor)
• 3.2.4. Phần mềm thiết kế FAARFIELD
• 3.2.4.1. Tổng quan về phầm mềm FAARFIELD
• 3.2.4.2. Sơ đồ thuật toán giải của chương trình
• 3.2.4.3. Các bước thiết kế kết cấu mặt đường theo FAARFIELD
• 3.2.4.4. Thông số tàu bay thiết kế
• 3.2.4.5. Tỷ lệ đi qua so với mức độ cho phép (P/C - Pass to Coverage Ratio)
• 3.2.4.6. Thông số vật liệu trong FAARFIELD
• 3.2.4.7. Chiều dày tối thiểu của các lớp kết cấu
• 3.2.4.8. Thiết kế kết cấu mặt đường
• 3.2.4.8.1. Lớp mặt đường BTN
• 3.2.4.8.2. Lớp móng trên
• 3.2.4.8.3. Lớp móng dưới
• 3.2.5. Những vấn đề đặt ra khi áp dụng tại Việt Nam
• 3.3. Ứng dụng phần mềm Abaqus thiết kế kết cấu mặt đường mềm sân bay
• 3.3.1. Mô hình tính toán
• 3.3.2. Các giả thiết cơ bản
• 3.3.3. Các modul sử dụng trong tính toán
• 3.3.4. Các bước thiết kế kết cấu mặt đường theo phần mềm Abaqus
• 3.4. Kết luận Chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ TUỔI THỌ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỘT SỐ CẢNG HÀNG KHÔNG
• 4.1. Một số ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận án vào thực tế
• 4.1.1. Ứng dụng kết quả nghiên cứu sửa chữa đường cất hạ cánh 1A - Cảng hàng không quốc tế (HKQT) Nội Bài
• 4.1.2. Thiết kế kết cấu đường cất hạ cánh mới - Cảng HKQT Cát Bi
• 4.1.2.1. Giới thiệu về quy hoạch Cảng HKQT Cát Bi
• 4.1.2.2. Dự báo nhu cầu vận chuyển và các loại tàu bay khai thác
• 4.1.2.3. Số liệu địa chất khu vực xây dựng
• 4.1.2.4. Tính toán chiều dày các lớp kết cấu mặt đường
• 4.1.3. Áp dụng thiết kế kết cấu khu bay giai đoạn 1 - Cảng HKQT Long Thành
• 4.1.3.1. Giới thiệu về quy hoạch Cảng HKQT Long Thành
• 4.1.3.2. Dự báo nhu cầu vận chuyển và các loại tàu bay khai thác
• 4.1.3.3. Số liệu địa chất khu vực xây dựng
• 4.1.3.4. Tính toán chiều dày các lớp kết cấu mặt đường
• 4.2. Đánh giá tuổi thọ mặt đường tại một số Cảng hàng không đang khai thác
• 4.2.1. Cơ sở tính toán tuổi thọ mặt đường
• 4.2.2. Tính toán tuổi thọ kết cấu đường cất hạ cánh - Cảng HK Vinh
• 4.2.3. Tính toán tuổi thọ kết cấu đường cất hạ cánh - Cảng HKQT Phú Quốc
• 4.3. Kết luận Chương 4
• Kết luận và kiến nghị
• Danh mục các công trình khoa học đã công bố
• Tài liệu tham khảo
• Phụ lục

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế mặt đường mềm sân bay

Thiết kế mặt đường mềm sân bay là một lĩnh vực quan trọng trong ngành kỹ thuật xây dựng. Tại Việt Nam, việc áp dụng các phương pháp thiết kế hiện đại là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho các sân bay. Các yêu cầu đối với mặt đường mềm bao gồm khả năng chịu tải, độ bền và khả năng phục hồi. Theo nghiên cứu, kết cấu mặt đường mềm hiện tại chủ yếu sử dụng bê tông nhựa (BTN), chiếm 50% tổng số kết cấu. Việc lựa chọn vật liệu và phương pháp thiết kế phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa chi phí và thời gian thi công. Đặc biệt, việc cải tiến thiết kế sẽ góp phần nâng cao an toàn giao thông và bảo trì mặt đường.

1.1. Các yêu cầu đối với mặt đường mềm sân bay

Các yêu cầu đối với mặt đường mềm sân bay bao gồm khả năng chịu tải, độ bền và khả năng phục hồi. Tiêu chuẩn thiết kế cần phải đảm bảo rằng mặt đường có thể chịu được tải trọng từ các loại máy bay khác nhau. Việc tính toán sức chịu tải của nền đất là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của mặt đường. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế như AC 150/5320-6F có thể giúp cải thiện chất lượng thiết kế. Ngoài ra, việc sử dụng các công nghệ mới trong xây dựng cũng cần được xem xét để nâng cao hiệu quả và độ bền của mặt đường.

II. Phương pháp thiết kế mặt đường mềm sân bay

Việc lựa chọn phương pháp thiết kế phù hợp là rất quan trọng trong việc nâng cao chất lượng mặt đường mềm. Các phương pháp hiện tại bao gồm phương pháp lý thuyết, phương pháp thực nghiệm và các phương pháp số. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 10907:2015 được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam, tuy nhiên, cần có sự cải tiến để phù hợp với điều kiện thực tế. Việc áp dụng các phần mềm như Abaqus và FAARFIELD trong thiết kế sẽ giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao độ chính xác trong tính toán.

2.1. Đánh giá các phương pháp thiết kế

Đánh giá các phương pháp thiết kế là cần thiết để xác định phương pháp nào phù hợp nhất với điều kiện tại Việt Nam. Phương pháp CBR (California Bearing Ratio) là một trong những phương pháp phổ biến, tuy nhiên, cần xem xét đến các yếu tố như tải trọng và điều kiện thời tiết. Các phương pháp số như Abaqus cho phép mô phỏng chính xác hơn các điều kiện thực tế, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế tối ưu. Việc áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế cũng cần được cân nhắc để đảm bảo tính đồng bộ và hiệu quả trong thiết kế.

III. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn

Kết quả nghiên cứu từ luận án có thể được áp dụng vào thực tiễn tại các sân bay ở Việt Nam. Việc thiết kế lại kết cấu mặt đường mềm tại các cảng hàng không như Nội Bài và Cát Bi sẽ giúp nâng cao chất lượng và tuổi thọ của mặt đường. Các ứng dụng phần mềm trong thiết kế sẽ giúp giảm thiểu thời gian thi công và chi phí. Đặc biệt, việc áp dụng các công nghệ mới trong xây dựng sẽ góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn cho các hoạt động tại sân bay.

3.1. Thực trạng và giải pháp

Thực trạng hiện nay cho thấy nhiều sân bay tại Việt Nam đang gặp phải vấn đề về chất lượng mặt đường mềm. Việc áp dụng các giải pháp thiết kế mới sẽ giúp cải thiện tình hình này. Cần có sự đầu tư vào nghiên cứu và phát triển công nghệ mới trong xây dựng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành hàng không. Các giải pháp như nâng cấp kết cấu mặt đường và cải thiện quy trình bảo trì sẽ giúp kéo dài tuổi thọ của mặt đường và đảm bảo an toàn cho các chuyến bay.