Понятие о расчете прочности дорожной одежды

Дорожные одежды в зависимости от способности восприни­мать растягивающие напряжения разделяют на жесткие, (ос­новной слой обладает значи­тельным стабильным сопро­тивлением изгибу) и нежест­кие (верхние слои облада­ют сопротивлением изгибу, но существенно меньшим, чем жесткие, зависящим от температуры и влажности, или практически совсем не обладают сопротивлением изгибу).

 

 

Рис. 38 Распределение напряжений в дорожной одежде от колес автомобилей:

I - эпюра вертикальных напряжений, II - эпюра горизонтальных напряжений; Р_в - вертикальная нагрузка, Р_г - горизонтальная сила;

1- колесо автомобиля, 2 - покрытие, 3 - ос­нование, 4 - дополнительный слой, 5 - грунт земляного полотна.

 

К жестким одеждам от­носят цементобетонные пок­рытия и основания. К неже­стким - одежды, у которых покрытия и верхние слои ос­нования содержат вяжущие материалы (цемент, битум, деготь, известь), а также слои из щебня, гравия, шла­ка и других подобных мате­риалов, не укрепленных вя­жущими и поэтому не обла­дающих связностью.

Конструирование дорожной одежды состоит в выборе мате­риалов для конструктивных слоев, назначении числа и толщины слоев и размещении их в последовательности, позволяющей ис­пользовать возможности εматериалов в отношении распределения и восприятия нагрузок

Основой проектирования конструкций дорожных одежд явля­ется анализ напряженного состояния, возникающего при воздей­ствии нагрузки, передаваемой через колесо автомобиля, и атмос­ферных факторов. Возникающие при этом нормальные (верти­кальные) и касательные (горизонтальные) напряжения за­тухают с глубиной (рис.38), что позволяет проектировать дорожную одежду как многослойную, применяя в нижних слоях менее прочные материалы.

При действии нагрузки под колесом автомобиля в дорожной одежде образуется прогиб; при этом в верхних слоях происходит сжатие, а в нижних растяжение. Величина прогиба к зависит от нагрузки. Различают упругие деформации которые исче­зают после снятия нагрузки, и остающиеся деформации Ко, на­капливающиеся после последовательных нагружений и снятий нагрузки. Когда накопление остаточных деформаций достигает определенной величины, в конструкции появляются трещины и она разрушается.

Деформации обычно выражают отношением измеренного прогиба ε к диаметру круга, равновеликого следу колеса D, ко­торое вызывает этот прогиб λ=ε/D.

Отношение величины напряжения Р к вызываемой им отно­сительной упругой деформации λ_у называют модулем упругости

 

Расчет толщины слоев нежесткой дорожной одежды ведут по величине допускаемого упругого прогиба под колесом расчет­ного автомобиля в наиболее неблагоприятный период — весной, а в южных районах — зимой. Устанавливаемые нормативные показатели (упругий прогиб, модуль упругости) зависят отрас­четной нагрузки, а также от размера движения в сутки на пер­спективный расчетный год или за весь заданный срок службы покрытия до капитального ремонта.

Независимо от результатов расчета по нормативному упру­гому прогибу принимаемая толщина дорожной одежды должна ограничивать в допустимых пределах величину морозного пу­чения.

Тип покрытия выбирают исходя из условий перспективного движения. Чем интенсивнее движение по дороге, тем более проч­ные покрытия должны быть построены (асфальтобетонные, це­ментобетонные).

Верхние слои основания при тяжелом движении устраивают из цементобетона (в том числе тощего бетона марок 75 и 100); из щебня, гравия, гравийно-песчаных смесей и грунтов, укреп­ленных цементом или органическими вяжущими. При менее тя­желом движении могут быть использованы: щебень, гравий, шлак, уложенные по типу белого щебеночного покрытия с расклинцовкой и уплотнением, штучные каменные ма­териалы.

Нижние слои дорожных оснований устраивают по возможно­сти с использованием местных каменных материалов и отходов промышленности, назначая их толщину с таким расчетом, чтобы получить необходимую величину общего модуля упругости всей конструкции.

Для уменьшения общей толщины дорожной одежды, в том числе и необходимого морозоустойчивого слоя, целесообразно предусматривать повышение устойчивости верхней части земля­ного полотна путем замены местного грунта привозным, прида­ющим большую упругость земляному полотну. При экономиче­ском обосновании рекомендуется проведение осушительных ра­бот, увеличение высоты насыпи, а также увеличение степени уплотнения грунта до 1—1,1 от стандартной плотности. Наи­меньшие толщины конструктивных слоев дорожной одежды должны быть не менее величин, указанных в таблице 10.

 

Таблица 10

Наименьшие толщины слоев дорожной одежды

 

Материал

Толщина слоев, см

Асфальтобетон, укладываемый в горячем и теплом состоя­нии: -однослойный -двухслойный Холодный асфальтобетон и дегтебетон Щебеночные и гравийные материалы, а также грунты, обра­ботанные вяжущими в установках Щебень, обработанный вяжущими по способу прошивки (в зависимости от размера щебня) Гравийные и щебеночные материалы, обработанные смеше­нием на дороге Малопрочные каменные материалы и грунты, обработанные вяжущими Щебень и гравий, не обработанные вяжущими: -на песчаном основании -на прочном (каменном или укрупненном вяжущим грун­те) основании: -для щебня -для гравия

4-8

 

 

Фактическую интенсивность движения приводят к расчетной путем умножения на коэффициенты, указанные в табл. 11.

 

 

Таблица 11

Коэффициенты приведения к расчетной нагрузке

 

Нагрузка на ось, тс	Коэффициент приведения к расчетной нагрузке	Нагрузка на ось, тс	Коэффициент приведения к расчетной нагрузке
4,0	0,02	9,5	0,68
6,0	0,10	10.0	1,00
6,5	0,20	12,0	2,00
7,0	0,33	33,0	30,00
9,0	0,50

 

 

При определении расчетом прочности дорожной одежды (требуемого модуля упругости) исходят из расчетной нагрузки Н-Р и заданной интенсивности движения.

Расчетную интенсивность указывают для двух полос движе­ния. Автомобили с нагрузкой на ось ниже 4 тс расчетом не учи­тываются, так как существенного влияния на прочность дорож­ной одежды не оказывают.

Для расчета принимают среднесуточную интенсивность дви­жения в наиболее неблагоприятный по степени увлажнения пе­риод на перспективу: 15 лет - для усовершенствованных покры­тий капитального типа, 10 лет — для усовершенствованных по­крытий облегченного типа, 8 лет — для переходных покрытий.

 

Пример Ожидаемый размер движения по проектируемой дороге — 5000 автомобилей в сутки. Состав движения: автомобили с нагрузкой на ось 10 тс— 15%, то же, 6 тс—10%, то же, 4 тс — 40%, легковые автомобили — 35%.

Число расчетных автомобилей Н-Р (на две полосы движения):

Nр = 5000(1-0,15 + 0,10-0,10 + 0,02-0,40) = 480 авт/сут.

 

Для усовершенствованных покрытий капитального типа в ка­честве предельного принимают такое состояние покрытия, кото­рое обеспечивает на последний год службы скорость тяжелого расчетного автомобиля 55 км/ч (15% деформирования поверх­ности), для усовершенствованных облегченных покрытий — 35 км/ч (35%) деформирования), для переходных — 25 км/ч (до 50% деформирования).

При расчете многослойной конструкции, состоящей, напри­мер, из слоев толщиной h1, h2, h3$, имеющих в зависимости от качества применяемых материалов различные модули упругости E1, Е2 Е₃, последовательно рассматривают каждую пару смеж­ных слоев и, пользуясь номограммами, определяют эквивалент­ный модуль упругости.

В зависимости от поставленной задачи можно вести расчет сверху вниз, когда задан общий требуемый модуль упругости и необходимо определить толщину нижнего слоя основания или модуль упругости грунта либо одного из слоев. Можно, наобо­рот, производить расчет снизу вверх, когда, например, необхо­димо определить общий фактический модуль существующей конструкции. Варьируя толщиной слоев дорожной конструкции или качеством применяемых материалов можно получить жела­емую прочность дорожной одежды. Требуемые модули упругости для различных категорий дорог приведены в табл. 12.

 

Таблица 12

Требуемые модули упругости для различных категорий дорог

 

Категория дороги	Количество расчетных автомобилей НР	Минимальные требуемые модули упругости для покрытий, кгс/см²
Усовершенствованных капитальных	Усовершенствованных облегченных	Переходных
I			------	---
II				—
III				—
IV		—
V		—

 

Расчет жестких одежд, к которым относятся цементобетон­ные и железобетонные покрытия, ведут на основе теории плит на упругом основании. Эти покрытия рассчитывают на действие внешней нагрузки и на температурные напряжения. Цементобе­тонные и железобетонные покрытия устраивают в виде прямо­угольных плит, на песчаном или подобном ему основании.

Расчет на внешнюю нагрузку ведут для наиболее опасного для прочности плиты положения автомобильного колеса на пли­те. В этом отношении возможны три расчетные схемы действия нагрузки колеса на прямоугольную плиту: в центре плиты, на угол и на ее край. Толщина плиты должна быть подобрана такая, чтобы напряжения в ней не превышали допускаемых.

Ширину плиты назначают обычно равной ширине полосы движения, длину плиты определяют расчетом на температурные напряжения. Температурные напряжения возникают в жестких покрытиях от сопротивления трения плиты о грунт при измене­нии длины плит в результате нагревания или охлаждения. Кроме того, неравномерное нагревание верхней и нижней поверхностей плиты, разница температур которых достигает 20—30°С, вызо­вет коробление, чему препятствует собственный вес плиты, нали­чие штырей в швах и заклинивание при изгибе.

Чтобы уменьшить температурные напряжения, размер плиты ограничивают. Толщину плиты в зависимости от характера дви­жения назначают в пределах от 18 до 24 см: для дорог 1 катего­рии— 22—24 см; для дорог II категории — 20—22 см; для дорог III категории — 18—20 см. Поверочным расчетом может быть определена грузоподъемность существующих и проектируемых бетонных покрытий.

Определение размеров плиты расчетом сводится к определе­нию изгибающих моментов, срезывающих и нормальных сил при воздействии на нее расчетной нагрузки. Опытами установле­но, что при воздействии на бетонную плиту многократно прило­женных кратковременных нагрузок, возникает явление устало­сти, которое может привести к разрушению плиты.

При расчете учитывается, что прилагаемая нагрузка, вызы­вающая напряжение в бетоне, должна быть не более 50% раз­рушающих напряжений при изгибе. Поэтому условно коэффици­ент запаса К₃ принимают не менее 2. При поверочном расчете на пропуск отдельных тяжелых автомобилей коэффициент запа­са может быть принят 1,6—1,7. Динамическое действие нагруз­ки на дорожную одежду учитывается коэффициентом динамич­ности К1, равным 1,15—1,25.

 

Лекция 19

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: