BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA CÁC LỚP VẬT LIỆU ÁO ĐƯỜNG MỀM TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM FWD S K C 0 9 MÃ SỐ: T2013-12TĐ S KC 0 7 Tp Hồ Chí Minh, 2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG & CHƯD [ \ -         ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM        XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA CÁC LỚP VẬT LIỆU ÁO ĐƯỜNG MỀM TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM FWD MÃ SỐ: T2013-12TĐ         CNĐT: TS. LÊ ANH THẮNG            TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2013 -i    LỜI NÓI ĐẦU Đề tài “Xác định môdun đàn hồi lớp vật liệu áo đường mềm từ kết thí nghiệm FWD” thực từ tháng 01/2012 đến tháng 12/2013 Kết đề tài có công cụ tính toán ngược, xác định môdun đàn hồi từ thí nghiệm FWD báo khoa học đăng tạp chí nước có ISBN ISBN-978-604-82-0022-0 và  ISBN-978-604-82-0019-0  chuyên gia preview độc lập Chúng xin trân trọng cảm ơn Anh Lê Anh Dũng làm việc suốt trình thực đề tài, nội dung thực đề tài phần lớn nội dung đồ án tốt nghiệp thạc sĩ anh Xin trân trọng cảm ơn trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện hỗ trợ tài thực đề tài Cuối không phần quan trọng, xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Nguyễn Quang Phúc cô TS.Trần Thị Kim Đăng cung cấp số liệu đóng góp hữu ích giúp thực tốt đề tài Đề tài tránh khỏi hạn chế thiếu sót Chúng mong đóng góp quý thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện i  TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -ii    TÓM TẮT ĐỀ TÀI: “XÁC ĐINH MÔDUN ĐÀN HỒI CỦA CÁC LỚP VẬT LIỆU ÁO ĐƯỜNG MỀM TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM FWD” Giới thiệu chung Để đánh giá cường độ kết cấu áo đường có nhiều phương pháp khác Nhưng thí nghiệm thiết bị đo động (FWD) có hiệu tính xác cao Bên cạnh đó, công cụ tính toán môđun đàn hồi lớp áo đường sử dụng kết thí nghiệm FWD nhiều nước giới nghiên cứu phát triển từ lâu Thí nghiệm FWD Việt Nam nhiều hạn chế Mặc dù dùng nghiệm FWD, kết báo cáo sau thí nghiệm môđun đàn hồi chung, tương tự cần Benkelman Môđun đàn hồi chung không phản ánh khả chịu lực lớp, nhìn toàn thể khả chịu lực lớp kết cấu áo đường mềm nhu cầu nay, toán đánh giá chất lượng khai thác đường ngày thiết Đề tài tập trung vào việc nghiên cứu xây dựng công cụ tính toán hiệu cường độ môđun đàn hồi lớp kết cấu áo đường mềm từ kết thí nghiệm FWD Nội dung nghiên cứu bao gồm chương trình bày vắn tắt sau: Chương I: Tổng quan Giới thiệu tổng quan phương pháp xác định cường độ áo đường Việt Nam như: thí nghiệm cần Benkenman, ép cứng, thiết bị đo độ võng động (FWD) Những ưu nhược điểm phương pháp thí nghiệm tình hình sử dụng phương pháp Việt Nam Chương II: Cơ sở lý thuyết Nghiên cứu tổng quan mô hình mô ứng xử lớp áo đường tác động tải trọng Các phần mềm tính toán thuận, tính toán ngược ii  nghiên cứu nước Phân tích nghiên cứu, đạt nước, tính toán môđun đàn hồi từ thí nghiệm FWD Chương III: Phương pháp nội dung nghiên cứu TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -iii    Giới thiệu chương trình BISAR lý thuyết thuật giải di truyền Xây dựng chương trình Bisar-GAs, tính toán môđun đàn hồi lớp vật liệu áo đường Chương IV: Phân tích chương trình Độ xác chương trình kiểm tra dựa ba bước sau: ¾ So sánh kết với chương trình phổ biến khác ¾ Khảo sát độ nhạy chương trình ¾ Kiểm tra chương trình chạy theo kết thí nghiệm FWD trường Chương V: Kết luận hướng phát triển đề tài Kết đạt Đề tài hướng phát triển                                           iii    TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -iv    MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN   1  1.1  ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.   1  1.2  MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔDUN SỬ DỤNG Ở VIỆT NAM HIỆN NAY.  . 2  1.2.1  Phương pháp phá hoại mẫu  . 2  1.2.2  Phương pháp đánh giá không phá hoại mẫu   2  1.2.2.1 Phương pháp đo độ võng ép cứng 2  1.2.2.2 Phương pháp đo độ võng cần Benkenman 3  1.2.2.3 Phương pháp đo cường độ mặt đường thiết bị đo độ võng động FWD 4  1.2.3  Đánh giá phương pháp xác định cường độ kết cấu áo đường.   8  1.2.4  Tình hình sử dụng FWD Việt Nam nay.   9  1.3  MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI  10  1.4  NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU  . 10  1.5  PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU   10  1.6  Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI  . 11  CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT   12  2.1 CÁC MÔ HÌNH ÁO ĐƯỜNG TRONG TÍNH TOÁN   12  2.1.1  Lý thuyết đàn hồi:   12  2.1.2.  Phương pháp độ dày tương đương   15  2.1.3.  Phương pháp phần tử hữu hạn   17  2.1.4.  Mô hình đàn nhớt  . 17  2.2 CÁC NGHIÊN CỨU NƯỚC NGOÀI  . 18  2.2.1  Tính toán thuận   18  2.2.2  Tính toán ngược   24  2.2.2.1 PEDMOD 25  2.2.2.2 EVERCALC 26  2.2.2.3 ELMOD .27  2.2.2.4 MICHBACK 28  iv  2.3 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC   29  2.4 CÁC THUẬT TOÁN TÍNH NGƯỢC DỰA TRÊN THÍ NGHIỆM FWD  . 30  2.4.1  Thuật toán dựa phân tích vùng ứng suất  . 30  2.4.2  Thuật toán dựa theo thử-sai   31  TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -v    2.4.3  Thuật toán dựa sở liệu   32  2.4.4  Các thuật toán tối ưu   32  2.5  KẾT LUẬN   32  CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  . 34  3.1 CHƯƠNG TRÌNH BISAR   34  3.2 THUẬT TOÁN DI TRUYỀN   37  3.2.1  Tổng quan GA (Genetic Algorithms)   37  3.2.2  Nguyên lý hoạt động  . 38  3.2.2.1 Chọn lọc 40  3.2.2.2 Lai ghép .41  3.2.2.3 Đột biến .41  3.2.3  Các thành phần thuật toán di truyền   42  3.2.3.1 Dân số 44  3.2.3.2 Lai ghép 44  3.2.3.3 Đột biến .46  3.2.3.4 Chọn lọc 47  3.2.4  Mô tả toán tìm môđun vật liệu sử dụng thuật toán di truyền   49  3.3 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN CỦA BISAR-GAS   50  3.4 CÁC BIỂU THỨC TÍNH TOÁN   51  3.4.1  Độ võng đại điện  . 51  3.4.2  Điều chỉnh môđun đàn hồi lớp bêtông nhựa Asphat ảnh hưởng nhiệt độ.   54  3.4.3  Bình phương sai số RMS (Root Mean Square)  . 54  3.4.4  Hàm đánh giá   55  3.5 CHƯƠNG TRÌNH BISAR-GAS  . 55  3.5.1  Nhập số liệu đầu vào  . 56  3.5.2  Xử lý số liệu  . 60  3.6 KẾT LUẬN   62  CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH   64  4.1 KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CHƯƠNG TRÌNH   64  v  4.1.1  Kết tính toán chương trình   65  4.1.2  Kết tính toán chương trình khác  . 66  4.1.3  Kết luận   67  4.2 PHÂN TÍCH ĐỘ NHẠY CỦA THAM SỐ GA   67  4.2.1  Ảnh hưởng tỉ lệ lai ghép tỉ lệ đột biến  . 69  TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -vi    4.2.2  Ảnh hưởng tỉ lệ lai ghép dân số   72  4.2.3  Ảnh hưởng tỉ lệ đột biến số dân số   74  4.2.4  Ảnh hưởng khoảng môđun vật liệu.  . 78  4.3 BÀI TOÁN THÍ NGHIỆM FWD Ở QUỐC LỘ 32   80  4.4 KẾT LUẬN   83  CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ   85  5.1 KẾT LUẬN   85  5.2 KIẾN NGHỊ  86  TÀI LIỆU THAM KHẢO  88  PHỤ LỤC   91                vi  TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -vii    DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 : khoảng cách cách sensor bán kính tải Hình 1.2: độ võng thời gian biến dạng đường Hình 1.3: thiết bị đo động FWD Hình 1.4: hình thể thí nghiệm FWD Hình 1.5: độ võng kết cấu mặt đường từ thí nghiệm FWD Hình 2.1: mô hình phương trình Boussinesq 13 Hình 2.2: đường ảnh hưởng cho vùng tải hình tròn 15 Hình 2.3: mô hình chuyển đổi hai lớp theo Odemark .16 Hình 2.4: mô hình tính toán môđun đàn hồi lớp áo đường phần mềm 25 Hình 2.5: sơ đồ phương trình tính toán .26 Hình 2.6: chậu võng thực đo chậu võng giới hạn khoảng sai số 15% .29 Hình 2.7: sơ đồ vùng ứng suất tác động tải trọng FWD 31 Hinh 3.1 : lựa chọn kết xuất chương trinh Bisar .35 Hinh 3.2 : sơ lược hướng ứng suất cắt, ứng suất chinh hai hệ thống tọa độ 36 Hình 3.3: kết tính toán từ chương trình Bisar 36 Hình 3.4: sơ đồ biểu diễn chuỗi .39 Hình 3.5: nhiễm sắc thể toán ba lớp trình bày dạng mã nhị phân 43 Hình 3.6 : lai ghép đơn điểm .45 Hình 3.7 : lai ghép điểm 45 Hình 3.8 : lai ghép đồng .46 vii  Hình 3.9: đột biến gen nhiễm sắc thể 47 Hình 3.10 : bánh xe Roulette 48 TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -viii    Hình 3.11 : phương pháp giải đấu chọn lọc 49 Hình 3.12 :mô hình tính toán môđun đàn hồi lớp áo đường phần mềm 50 Hình 3.13 : biểu đồ độ võng 53 Hình 3.14: menu Bisar-GAs .57 Hình 3.15: thêm liệu .57 Hình 3.16: thêm tải trọng bán kính tác dụng 58 Hình 3.17: nhập thông số lớp áo đường 58 Hình 3.18: nhập khoảng cách Sensor 59 Hình 3.19: nhập độ võng thực đo 59 Hình 3.20: biểu đồ độ võng thực đo 60 Hình 3.21: biểu đồ tổng hợp độ võng Sensor vị trí đo 60 Hình 3.22: nhập thông số tính toán GA 61 Hình 3.23: biểu đồ độ võng tính toán thực đo vị trí 61 Hình 4.1 : mô hình kết cấu ba lớp Reddy 64 Hinh 4.3 : biểu đồ môđun RMS chương trình tính toán ngược .66 Hình 4.4: ảnh hưởng tỉ lệ lai ghép (Pc) tỉ lệ đột biến (Pm) đến %RMS 72 Hình 4.5: ảnh hưởng dân cư tỉ lệ lai ghép đến % RMS .77 Hình 4.6: ảnh hưởng phạm vi môđun dân số đến % RMS 79 Hình 4.7: kết môđun RMS tính toán .82  viii      TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -77-  RMS(%) 0.9 Đột biến 1% Đột biến 15% 0.8 0.7 Đột biến 10% Đột biến 20% 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 N 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Hình 4.6: Ảnh hưởng dân cư tỉ lệ lai ghépđến % RMS Bảng 4.11: Phạm vi tham số sử dụng phân tích độ nhạy Tham số Giá trị Thế hệ 60 Quy mô dân số (N) 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160 Tỉ lệ lai ghép (Pc) 0.5 Tỉ lệ đột biến (Pm) 0.01, 0.1, 0.15, 0.2 Với tỉ lệ đột biến nhỏ (0.01), từ bảng 4.10ta thấy quy mô dân số tănglàm giảm bớt sai số RMS sai số tương đối RE Tuy nhiên, thời gian tính toán chương trình tăng lên Đối với dân số 20 chương trình cần 1200 lần gọi chương trình Bisar, dân số 160 chương trình chạy tới 9600 lần Do để đảm bảo thời gian tính toán không lâu kết tốt, quy mô dân số 100 phù hợp toán lớp Từ kết Hình 4.5, tỉ lệ đột biến cao (0.15, 0.2) vùng dân số thấp (nhỏ 80) cho sai số RMSthường không ổn định Tỉ lệ đột biến cao kết hợp với quy mô dân số thấp dẫn đến kết đạt có tính ngẫu nhiên, không theo quy luật Trong số lượng 77  dân số quần thể cao (lớn 100) ảnh hưởng tỉ lệ đột biến đến kết đạt giảm thiểu Kết RMSkhi tỉ lệ đột biến nhỏ cho kết ổn định, biến động so tỉ lệ đột biến cao Vì vậy, tỉ lệ đột biến cao tác dụng tạo cá thể tốt mà ngược lại phá huỷ đặc tính tốt hệ trước TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -78-  4.2.4 Ảnh hưởng khoảng môđun vật liệu Việc lựa chọn phạm vi môđun phù hợp với loại vật liệu, toán ngược, quan trọng việc lựa chọn tham số thuật giải di truyền Phạm vi môđun thể độ rộng vùng tìm kiếm, nên khảo sát với thay đổi dân số Môđun đàn hồi vật liệu áo đường thường dao động lớn ảnh hưởng nhiều yếu tố, có điều kiện thi công Môđun đàn hồi lớp kết cấu áo đường cao thay thấp phụ thuộc công lu lèn cao, cấp phối hạt hợp lý Môđun chung toàn kết cấu áo đường phụ thuộc vào tốt hay xấu đường Để khảo sát mức độ hiệu thuật toán di truyền, phạm vi giá trị lấy khoảng hợp lý vật liệu bê tông nhựa, đá dăm đất tương ứng với lớp mặt, lớp móng lớp Bảng 4.12: Giá trị thông số GA Số lớp Giá trị Số hệ 60 Tỉ lệ đột biến 0.01 Tỉ lệ lai ghép 0.5 Dân số 100 Bảng 4.13: Phạm vi môđun lớp Phạm vi môđun Phạm vi môđun (MPa) (MPa) Lớp mặt 1200- 2800 600 – 3500 Lớp móng 240-560 120-680 Lớp Nền 40-100 20-120 Tên vật liệu Bảng 4.14: Mối quan hệ phạm vi môđun dân số Dân số 78  20 40 Khoảng môđun I 1923.29 409.08 (0.20)* 3.84% 2.27% 1995.30 400.31 (0.00)* 0.23% 0.08% 69.82 0.25% 70.06 0.08% II 1888.26 (0.38)* 5.59% 2013.11 (0.77)* 0.66% 419.18 69.71 4.79% 379.73 0.42% 71.27 5.07% 1.82% TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -79-  60 80 100 120 140 160 Chú thích: 1900.33 416.04 69.78 (0.21)* 4.98% 4.01% 0.31% 2020.35 399.39 69.94 (0.00)* 1.02% 0.15% 0.08% 1995.30 400.31 70.06 (0.00)* 0.23% 0.08% 0.08% 1985.91 403.44 69.94 (0.00)* 0.70% 0.86% 0.08% 2014.09 401.57 69.82 (0.00)* 0.70% 0.39% 0.25% 2001.57 402.19 69.82 (0.00)* 0.08% 0.55% 0.25% * Bình phương sai số RMS 1842.86 (0.50)* 7.86% 1990.41 (0.00)* 0.48% 2001.76 (0.00)* 0.09% 1990.41 (0.00)* 0.48% 1996.09 (0.00)* 0.20% 1939.34 (0.20)* 3.03% 418.08 69.71 4.52% 402.74 0.42% 69.90 0.69% 401.64 0.14% 69.90 0.41% 406.03 0.14% 69.71 1.51% 406.03 0.42% 69.71 1.51% 403.84 0.42% 70.10 0.96% 0.14% % Sai số tương đối RE 0.9 RMS(%) 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 N 0.1 0 20 40 60 Khoảng môđun I 79  80 100 120 140 160 Khoảng môđun II Hình 4.7: Ảnh hưởng phạm vi môđun dân sốđến % RMS Tác động phạm vi môđun tìm kiếm ảnh hưởng lớn đến khả tính toán chương trình, thể trực tiếp lên kết RMS Hình 4.7 bảng 4.14 Trong bảng 4.14, thấy tăng phạm vi môđun với tăng quy mô dân số TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -80-  quần thể giúp giảm bình phương sai số (RMS) sai số tương đối (RE) Tuy nhiên, việc tăng quy mô dân số quần thể lớn mà không xét đến ảnh hưởng tỉ lệ lai ghép tỉ lệ đột biến có tác dụng ngược lại, Hình 4.7 tăng dân số lên 160 sai số RMS tăng lên phạm vi môđun II Tăng giá trị môđun đàn hồi lớp giải pháp tốt, để kết không hội tụ miền dẫn đến kết luận không xác môđun tính toán ngược Nhưng tăng phạm vi tính toán ngược mà không xét đến ảnh hưởng yếu khác như: dân số, tỉ lệ đột biến, tỉ lệ lai ghép dẫn đến kết khác Dựa kinh nghiệm, tác giả Wael Alkasawneh – 2007 đề nghị phạm vi môđunmới linh hoạt tìm kiếm GA Bảng 4.15: Phạm vi môđun đề nghị Wael Alkasawneh AASHTO,1993 Giá trị đề nghị (MPa) (MPa) Bêtông Asphalt 1500-3500 1000-4000 Bêtông xi măng 20000-50000 18000-60000 Asphalt – lớp 500-3000 300-3500 Bêtông – lớp 3000-7000 2500-8000 Bêtông nghèo 7000-20000 6000-25000 Cấp phối đá đăm 100-350 80-450 Cấp phối sỏi 50-150 30-250 Nền cát 20-50 10-100 Tên vật liệu 4.3 BÀI TOÁN THÍ NGHIỆM FWD Ở QUỐC LỘ 32 Kết thí nghiệm FWD quốc lộ 32 từ lý trình Km12+500 đến Km 13+500được chọn cho nghiên cứu thực nghiệm, sau thi công xong khoảng tháng tiến hành đo thực nghiệm [16] Kết cấu mặt đường cấp cao A1 có tiêu kỹ thuật sau Eyc ≥ 180 Mpa, tải trọng tiêu chuẩn Ptc = 100kN, mặt đường gồm lớp bêtông Asphalt hạt mịn dày 80  5cm, tưới nhựa dính bám 0.5 kg/m2 , bêtông Asphalt hạt thô dày 7cm, tưới nhựa thấm bám 1.3 kg/m2, cấp phối đá dăm loại I dày 18cm, cấp phối đá dăm loại II dày 40cm, lớp đáy áo đường dày 30 cm cấp phối đồi đầm chặt K = 0.98 đặt đất đầm chặt K = 0.95 TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -81-  Thiết bị thí nghiệm FWD dynatest 8000 Viện KHCN GTVT có ép 15cm, sensor D0 , D1, D2, D3, D4, D5, D6 với khoảng cách đến tâm ép 0, 200, 300, 450, 600, 900,1200 mm lực tác dụng 49.5 kN Nhiệt độ mặt đường thí nghiệm 42.50c Bảng 4.16 thể tóm tắt thông số toán Bảng 4.17 thể kết mođun đàn hồi lớp RMS tương ứng có từ chương trình khác Kết số Bảng 4.17 thể lại dạng biểu đồ Hình 4.8 để thuận tiện cho việc so sánh Bảng 4.16: Thông số lớp áo đường thí nghiệm Kết cấu áo đường Bêtông nhựa mịn Bêtông nhựa trung CPDD loại I CPDD loại II Nền Chiều (cm) 18 40 ∞ dày Hệ Poison 0.35 0.35 0.4 0.4 0.45 số Min (Mpa) 1200 2000 240 120 50 Max (Mpa) 3500 5000 560 280 200 Bảng 4.17: Kết môđun RSM tính toán Chương trình Bisar-Gas Elmod6.0 BAKFAA MichBack BTN mịn (Mpa) BTN trung (Mpa) CPĐD I (Mpa) CPĐD II (Mpa) Nền (Mpa) RMS (%) 1798.63 3508.8 295.11 233.35 145.11 1.29 1800.00 5097.10 1200.00 3000.00 930.38 3500.00 400.00 574.96 538.10 200.00 126.99 200.33 160.00 161.17 147.85 4.56 3.47 2.23 81  TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -82-  10 6000 4000 3000 RMS (%) Môđun đàn hồi (MPA) 5000 2000 1000 0 Bisar‐Gas Elmod6.0 BAKFAA MichBack BTN mịn BTN trung CPDD I CPDD II Nền RMS (%)   Hình 4.8: Kết môđun RSM tính toán Kết từ chương trình (MichBack, Elmod6.0, BAKFAA, Bisar-GAs) có RMS khác Trong BAKFAA Elmod6.0 có sai số RMS cao 3.47% 4.56% Các giá trị lớn 3%, khoảng chấp nhận Bisar-GAs Michback có sai số RMS ≤ 3%, 1.29% 2.23% Căn vào nhiệt độ mặt đường thời điểm thí nghiệm, lớp bêtông nhựa phía có môđun yếu so với lớp bêtông nhựa bên hợp lý Mặc khác chiều dày lớp khoảng môđun lớp bêtông hạt trung thực tế lớn nhiều so với bêtông nhựa hạt mịn Do đó, kết tính toán môđun thu từ chương trình Michback, Elmod BisarGAs phản ánh điều kiện thực tế hai lớp bêtông nhựa, chương trình cho giá trị môđun lớp bêtông nhựa hạt trung lớn gấp hai lần môđun bêtông nhựa hạt mịn Chương trình BAKFAA cho kết môđun lớp bêtông nhựa khác so với chương trình lại, môđun lớp bêtông nhựa hạt mịn lớn gấp năm lần so với lớp bêtông 82  nhựa hạt trung BAKFAA chương trình chủ yếu dùng cho mặt đường bê tông xi măng, nên kết từ BAKFAA hiệu chỉnh Kết môđun lớp cấp phối đá dăm loại I Michback, Elmod6.0 BAKFAA có giá trị lớn gấp hai lần so với đá đăm loại II Trong chiều dày lớp cấp phối đá dăm TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -83-  loại I ½ so với lớp cấp phối loại II Chương trình Bisar-GAs cho kết môđun hai lớp cấp phối đá dăm chênh lệch không nhiều Môđun lớp từ kết tính toán chương trình không chênh lệch nhiều, môđun nằm khoảng 150 Mpa 4.4 KẾT LUẬN Tính toán ngược môđun đàn hồi lớp áo đường toán phức tạp quy trình khép kín, công thức có sẵn cho trình Hiện nay, nhà nghiên cứu tiếp tục nghiên cứu ứng dụng kết thí nghiệm tải trọng rơi - FWD vào tính toán môđun lớp kết xác Đề tài nghiên cứu sử dụng thuật toán di truyền (GA) dựa cở sở lý thuyết đàn hồi chương trình tính toán thuận Bisar Chương trình Bisar-GAs có khả cho kết tối ưu phạm vi môđun đàn hồi lớn, mà không phụ thuộc vào môđun ban đầu Các nghiên cứu trước Reddy (2004) cho thấy việc xác định giá trị phù hợp, cho kết tối ưu cho tất tính toán thuật giải di truyền điều phi thực tế Chính vậy, phân tích độ nhạy sử dụng để tìm hiểu ảnh hưởng tham số thuật giả di truyền đến kết đạt Bằng việc thay đổi giá trị GA khác đánh giá kết đạt được, cho phương pháp xác định tham số GA phù hợp với toán tính toán Bên cạnh đó, việc lựa chọn khoảng môđun phù hợp cho lớp áo đường quan trọng việc lựa chọn tham số GA Điều giúp trình tính toán trở nên nhanh xác Thực tế có khác biệt độ võng thực đo độ võng tính toán Sự khác biệt ảnh hưởng nhiều yếu tố Quá trình thi công hay lớp vật liệu không đồng dẫn đến độ võng FWD có hình dạng đứt gãy, đường cong không … Mặc khác, BISARGAs xây dựng lý thuyết lớp áo đường đàn hồi tuyến tính không xét đến ma sát lớp Chính thế, mong muốn tìm giá trị môđun đàn hồi xác với độ võng thực đo FWD dựa vào lý thuyết đàn hồi tuyến tính điều khó thực Sai số RMS đưa để giải phần vấn đề Dựa vào sai số độ võng thực 83  đo tính toán giúp người tính toán tin tưởng vào kết đạt Khoảng chấp nhận RMS thường ≤ 3% chương trình khác Michback, Elmod, tin tưởng sử dụng [5],[7],13] Trong trình tính toán, vài trường hợp BISAR-GAs cho sai số RMS ≥ 3%, có nhiều nguyên nhân gây Ví dụ chiều dày lớp tính toán không xác, khoảng môđun vật liệu giá trị thông số GA không phù hợp đơn giản TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -84-  chương trình tìm giá trị thoả yêu cầu với đô võng đo được.Vì vậy, chương trình Bisar-GAs cần có khoảng sai số RMS chấp nhận được, với giá trị RMS ≤ 3% 84  TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -85-  CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Chương trình tính toán ngược môđun đàn hồi lớp áo đường Bisar-GAs phát triển dựa thuật toán di truyền đơn giản chương trình tính toán đàn hồi Bisar Có khả tính toán lên đến 10 lớp kết cấu với tải trọng độ võng sensor đo từ thí nghiệm đo động – FWD Chương trình sử dụng thuật toán di truyền với thông số chọc lọc, lai ghép, đột biến Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng tham số thuật toán di truyền đến hiệu tính toán chương trình nghiên cứu chi tiết Ngoài ra, việc mở rộng phạm vi tìm kiếm môđun đề cập Mặc dù phân tích độ nhạy lớp áo đường mềm, kết đạt cho người dùng định hướng tham số thuật toán di truyền đưa vào tính toán Dựa vào kết đạt đề tài, kết luận sau rút ra: Kết kiểm tra độ xác chương trình Bisar-GAs cho thấy chương trình có độ xác cao tối ưu không gian tìm kiếm lớn Quy mô dân số tăng lên giảm bớt sai số RMS sai số tương đối RE Tuy nhiên, thời gian tính toán chương trình tăng lên Quy mô dân số 100 phù hợp với toán lớp Tỉ lệ đột biến cao tác dụng tạo cá thể tốt mà ngược lại phá huỷ đặc tính tốt hệ trước Tỉ lệ đột biến nhỏ phù hợp với quy mô dân số cao Khi tỉ lệ lai ghép thấp gen tốt không truyền vào hệ sau Vì kết tốt đạt tỉ lệ lai ghép cao từ 0.7- 0.9 Tăng giá trị môđun đàn hồi lớp giải pháp tốt, để kết không hội tụ miền dẫn đến kết luận không xác môđun tính toán 85  ngược Nhưng tăng phạm vi tính toán ngược mà không xét đến ảnh hưởng yếu khác như: dân số, tỉ lệ đột biến, tỉ lệ lai ghép dẫn đến kết ngược lại Trong tính toán toán thực tế, chương trình Bisar-GAs có khoảng sai số RMS chấp nhận được, giá trị thường RMS ≤ 3% TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -86-  5.2 KIẾN NGHỊ Dựa vào vấn đề Đề tài, phát sinh số vấn đề nghiên cứu sâu như: - Các thông số đầu vào từ thí nghiệm FWD chủ yếu dựa vào độ võng Tuy nhiên với phát triển công nghệ nhiều thiết bị đo biến đổi độ võng, biến dạng ứng suất mặt đường Việc mở rộng thông số đầu vào làm tăng tính xác trình tính toán môđun - Chương trình sử dụng đề tài giả thuyết lớp áo đường đàn hồi, tuyến tính đồng Vì tính toán sau giả thuyết đường bán đàn hồi phi tuyến tính toán ngược đặc biệt tải trọng nặng Do đó, so sánh môđun đàn hồi dựa vào tính toán ngược tuyến tính phi tuyến phải thực - Hiện sử dụng độ võng thông số đầu vào tính toán ngược Cách tiếp cận cho thấy hạn chế việc tìm giá trị môđun lớp áo đường, đặc biệt sử dụng điều kiện hội tụ RMS Các nghiên cứu tương lai nên tập trung nghiên cứu hàm hội tụ tốt qua cải thiện kết trình tính toán ngược - Đề tài tập trung vào thuật toán di truyền mà chưa khai thác hết khả tính toán ma sát lớp chương trình Bisar Các nghiên cứu sau khảo sát ảnh hưởng ma sát lớp tính toán ngược môđun lớp nhằm cho kết tốt - Chương trình đề tài sử dụng ngôn ngữ thuật toán di truyền đơn giản Vì có gây tốn thời gian, kết chưa đưa môđun xác tính toán cho nhiều lớp Bởi nhiều lớp xuất nhiều điểm cực trị nhỏ, điểm cực trị ảnh hưởng đến giá trị môđun thực tế lớp Các nghiên sau phát triển chương trình dựa vào thuật toán mô tả phương pháp di 86  truyền tốt hơn,… Hoặc mô số phần tử hữu hạn để tính toán môđun đàn hồi lớp áo đường, qua chương trình tính toán nhiều lớp kết môđun xác - Do thời gian làm đề tài ngắn thiếu liệu từ thí nghiệm FWD mặt đường TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -87-  cứng Nên nghiên cứu thực lớp áo đường mềm Các nghiên cứu sau tập trung nghiên cứu phát triển lớp áo đường cứng bê tông ximăng - Kết tính toán chương trình Bisar-GAs chưa so sánh với kết thí nghiệm môđun đàn hồi lớp kết cấu áo đường trường thông qua việc khoan lấy mẫu Vì xây dựng mối quan hệ kết kết tính toán kết thí nghiệm mẫu thực tế thuyết phục nâng cao khả chương trình Bisar-GAs vào thực tế ứng dụng công tác tu bảo dưỡng đường 87  TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -88-  TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ giao thông vận tải Tiêu chuẩn TCVN 8861:2011 “Áo đường mềm – Xác định môđun đàn hồi đất lớp kết cấu áo đường phương pháp sử dụng ép cứng”, năm 2011 [2] Bộ giao thông vận tải.Tiêu chuẩn TCVN 8867:2011 “Áo đường mềm – Xác định môđun đàn hồi chung kết cấu cần BENKELMAN”, năm 2011 [3] Bộ giao thông vận tải Tiêu chuẩn 22 TCN 335 - 06 “Quy trình thí nghiệm đánh giá cường độ đường kết cấu mặt đường mềm đường ôtô thiết bị đo động FWD”, năm 2006 [4]Lê Văn Bách, Nguyễn Lộc Kha, Trần Thanh Tưởng “ Nghiên cứu đánh giá phương pháp xác định cường độ kết cấu áo đường khu vực TP.HCM”, năm 2011 [5] Wael Alkasawneh “Backcalculation of pavement modul using genetic algorithms”, Ph.D The University of Akron, May, 2007 [6] Gilbert Baladi, Ph.D., el al “Backcalculation of unbound granular layer moduli” Michigan State University: August, 2011 [7] Ronald S Harichandran el al.”MICHBACK USER’S MANUAL (Version 1.0 for DOS)” Michigan State University: March, 2000 [8] Trần Thị Kim Đăng “ Ứng dụng kết thí nghiệm FWD tính toán môđun đàn hồi lớp vật liệu kết cấu áo đường mềm”, năm 2007 [9] Albert J Bush, III,Gilbert Y Baladi (1989) Nondestructive testing of pavements and backcalculation of moduli.Số phát hành 1026 Available:http://www.google.com.vn/books?hl=vi&lr=&id=mGpL-gb9LgC&oi=fnd&pg=PA3&dq=%27%27backcalculation%27%27+%2B+%27%27fwd%27 %27+%2B%27%27moduli+layer%27%27&ots=Y9aDdAQDZW&sig=tvQvIJEZDey4YtU 88  Ar1RXCLWrmE&redir_esc=y#v=onepage&q=''backcalculation''%20%2B%20''fwd''%20%2B''moduli% 20layer''&f=false TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -89-  [10] Shell International Oil Products B.V., The Hague (1998, May) “Manuale BISAR” Available: http://www.scribd.com/doc/50091593/7/Use-of-BISAR3-0 [11] David A.Coley An Instroduction to Genetic Algorithm Cambridge, MA: MIT press, 1999 pp 8-13 [12] Nguyễn Đình Phúc Trí tuệ nhân tạo: Lập trình tiến hoá.TP.HCM: Nhà xuất giáo dục, 2000, trang 13-76 [13] Kuang-Fu Hu, Ke-Pei Jiang and Der-Wen Chang “Study of Dynamic Backcalculation Program with Genetic Algorithms for FWD on Pavements”.Tamkang Journal of Science and Engineering Vol 10, No 4, pp 297-305 (2007) [14]Prof Kalyanmoy Deb “GENETIC ALGORITHM” Internet: http://www.iitk.ac.in/kangal/codes.shtml, Oct.06,2001 [15] Federal aviation Administration “BAKFAA version 2.0 update” Internet: http://www.airporttech.tc.faa.gov/naptf/download/index1.asp, 04/01/2013 [16] Nguyễn Quang Phúc, Trần Thị Cẩm Hà “Xác định môđun lớp điều kiện dính bám lớp bêtông nhựa Asphalt kết cấu mặt đường mềm” Tạp chí Giao thông vận tải (11/2012), trang 17 [17] N.Sivanewaran, “AdvancedBackcalculation Using Steven L.Kramer, and Joe P.Mahoney a Nonlinear Least Squares Optimation Technique”, năm1991 [18] Ligang lei “Backcalculation of asphalt concrete E* by layered concrete viscoelastic solution”, năm 2011 [19]Xiaoning Zhang and Lijun Sun.“Backcalculation of asphalt pavement moduli with convergent procedure and unique solution”, năm 2002 89  [20]H L Von Quintus and A L Simpson “Back-Calculation of Layer Parameters for LTPP Test Sections, Volume II: Layered Elastic Analysis for Flexible and Rigid Pavements”, Publication No FHWA-RD-01-113:October 2002 [21] George Turkiyyah “Feasibility of Backcalculation Procedures Basedon Dynamic FWD Response Data” TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -90-  [22] Nguyễn Hải Thanh Tối ưu hóa Giáo trình cho ngành Tin học Công nghệ thông tin Hà Nội: Nhà xuất Bách khoa , 2006 [23] Nguyễn Thị Thuý Hoài “Thuật giải di truyền ứng dụng” Tại hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học lần thứ 6, Đà Nẵng, năm 2008, pp 266 -270 90  TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  S K L 0 [...]... kết quả mô un từng lớp để đánh giá chất lượng kết cấu áo đường Khả năng sử dụng số liệu từ thí nghiệm đo độ võng mặt đường FWD để tính toán mô un của các lớp vật liệu áo đường là mục đích chính của đề tài nghiên cứu này Kết quả tính toán cho ta được những đánh giá về giá trị mô un đàn hồi của các lớp áo đường mềm xét đến điều kiện chiụ tải trọng thực tế của vật liệu 1.4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Từ kết quả. .. Ước tính mô un đàn hồi các lớp trung gian TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -23    Để xác định mô un đàn hồi các lớp trung gian như lớp móng được tính bằng cách sử dụng mô un lớp nền và lớp mặt được tính toán từ các bước trước đó Một phương pháp ước tính mô un lớp móng được phát triển bởi Dorman và Metcalf giữa 2 lớp liền kề của vật liệu không... NGHIÊN CỨU Từ kết quả thí nghiệm (FWD) áp dụng phương pháp tính toán ngược để tìm mô un đàn hồi của các lớp vật liệu áo đường Nghiên cứu xây dựng phần mềm tính toán cường độ mô un đàn hồi của các lớp áo đường mềm Vấn đề cần giải quyết trong đề tài: sự hội tụ của mô un đàn hồi của các lớp áo đường, sai số cho phép giữa độ võng tính toán và thí nghiệm, khả năng dự đoán mô un đàn hồi hợp lý 1.5 PHƯƠNG... TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -22    Đối với mô un đàn hồi các lớp áo đường mềm và áo đường cứng được ước tính từ mô un tổng của toàn bộ áo đường và hệ số diện tích Với áo đường mềm diện tích của 3 độ võng đầu tiên được ký hiệu là AREA12, được sử dụng để tích toán các thông số diện tích Các biểu thức sau được dùng để tính mô un lớp bêtông nhựa:... tối ưu tìm mô un của từng lớp vật liệu áo đường mềm để sai số độ võng mặt đường tình toán và đo đạc là bé nhất Các thông số đầu vào bao gồm chiều dày kết cấu (theo mặt cắt ngang đường thí nghiệm hoặc từ vị trí khoan mẫu thí nghiệm) , các khoảng mô un của vật liệu (tra theo tiêu chuẩn thiết kết áo đường mềm 22TCN 211-06) và các thông số từ thí nghiệm FWD 1.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔDUN SỬ DỤNG Ở... thí nghiệm này vào sử dụng rộng rãi ở Việt Nam vẫn còn nhiều hạn chế TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -10    1.3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Từ kết quả thí nghiệm FWD ngoài hiện trường, xác định được hình dạng chậu võng của mặt đường dưới tác động của tải trọng Sau đó, sử dụng phương pháp tính toán ngược để tính mô un đàn hồi thực tế của các lớp kết. .. chưa được phổ biến Kết quả sau khi thí nghiệm chỉ để xác định mô un đàn hồi chung tương tự như cần Benkelman Tuy nhiên, mô un đàn hồi chung không phản ánh được khả năng chịu lực của từng lớp Do đó sẽ còn nhiều bất cập trong quá trình quản lý đường bộ, nếu không nhanh chóng nghiên cứu và áp dụng FWD 11  TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -12   ... kết quả trên màn hình của thí nghiệm FWD với đồ thị thể hiện mô un theo chiều sâu, và các độ võng Hình1.4: Màn hình thể hiện thí nghiệm FWD Căn cứ vào số liệu đo, dạng biểu đồ độ võng trên bề mặt đường tại mỗi điểm khảo sát có thể được thể hiện như hình ở bên dưới Hình 1.5: Độ võng kết cấu mặt đường từ thí nghiệm FWD 7      TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013 ... sau: Trường hợp 1: lớp nền đường được giả định như một nền vô hạn đàn hồi Trường hợp 2: lớp nền đường giả định là nền hữu hạn đàn hồi, với hệ số Poisson là 0.4 Trường hợp 3: lớp nền đường giả định là nền hữu hạn đàn hồi, với hệ số Poisson là 0.5 19  TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -20    Cả 3 trường hợp này độ dày của lớp của lớp cứng gấp 10... Kelvin – Voight, thích hợp với chất rắn đàn nhớt Mô hình đàn nhớt mô tả được các ứng xử của vật liệu bêtông nhựa khi TS.Lê Anh Thắng | Xác định module đàn hồi các lớp kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD ‐ 2013  -18    chịu tải trọng tác dụng nhanh trùng phục nhưng lại kém đối với các vật liệu rời khác Lý thuyết đàn hồi đã được tin tưởng sử dụng trong nhiều năm để phân tích các lớp áo đường do dễ dàng