14. Проектирование и расчет нежестких дорожных одежд

14.1. Нагрузка на дорожную одежду

Давление колес автомобилей на дорожную одежду является основной нагрузкой, из которой исходят при расчете дорожных одежд.

Современные автомобили имеют пневматические шины с внутренним давлением воздуха от 0,15 до 0,7 МПа. Различают шины низкого давления с давлением воздуха 0,175-0,50 МПа и шины высокого давления с давлением воздуха 0,5-0,7 МПа.

Нагрузка от колеса передается на поверхность дороги через площадь , где G_к – статическая нагрузка от колеса на покрытие, Н; р_о– давление воздуха в шине, Па; k_ж – коэффициент, учитывающий влияние жесткости боковых стенок шин (в среднем k_ж=1,1).

При движении давление колеса на покрытие повышается в результате влияния ряда факторов, основными из которых являются:

1. нагревания шины и увеличения в ней внутреннего давления воздуха;

2. увеличения жесткости шины от влияния растягивающей покрышку центробежной силы – кратковременности контакта с покрытием каждого участка шины, в результате чего шина не успевает обжаться до размера, соответствующего статическому приложению фактически действующей нагрузки, т. е. как бы становится более жесткой;

3. неровности дороги в виде волн разной длины (от 1 до 20 м и более), при движении по которым давление колес на покрытие то возрастает, то уменьшается по сравнению со средним значением.

Исследование колебаний подвески автомобилей при движении по дороге, неровности на покрытии которой характеризуются закономерностями математической теории случайных функций, дают возможность определить силовое взаимодействие дороги и автомобиля.

Результаты теоретического анализа и опытные данные привели к выводу, что при скорости до 80 км/ч среднее значение давления на покрытие возрастает примерно прямо пропорционально скорости, а далее остается практически постоянным.

Из-за проявления вязкости грунтов и материалов некоторых конструктивных слоев деформации дорожных одежд протекают замедленно. Полный прогиб одежды, соответствующий приложенной нагрузке, достигается лишь по прошествии нескольких минут. При кратковременном воздействии на дорогу катящегося колеса в результате замедленности протекания деформации и инерционного сопротивления дорожная одежда прогибается меньше, чем при статическом приложении равной нагрузки. Поэтому можно считать, что в этом случае динамический коэффициент для грунтового основания менее единицы.

При неровной поверхности динамический коэффициент для грунтового основания превышает единицу, но меньше коэффициента, измеренного по непосредственному ударному воздействию колеса на поверхность дороги. Динамический коэффициент тем выше, чем более неровно покрытие. При расчетах дорожных одежд его принимают 1,3.

В Беларуси за расчетную нагрузку для дорожных одежд всех типов на загородных участках дорог принимают осевые автомобильные нагрузки 60 и 100 кН (6 и 10 тс). За рубежом во многих странах расчеты ведут на осевые нагрузки в 100 и 130 кН (10 и 13 тс).

Данные о расчетных нагрузках приведены в табл. 14.1.

Таблица 14.1. Расчетные нагрузки на дорожную одежду

Транспортные средства	Наименьшая статическая нагрузка на ось, кН	Нормируемая нагрузка от колеса, кН		Среднее давление, МПа	Расчетный диаметр колеса, см
		неподвижного	движущегося		неподвижного	движущегося
Автомобили: группы А группы Б	100 60	50 30	65 39	0,6 0,5	33 28	37 32
Автобусы: группы А группы Б	110 70	55 35	72 46	0,6 0,5	35 30	40 34

Нагрузки от автомобилей группы А используют при расчетах одежд на дорогах I-III, I-с и II-с категорий. Предусмотрен постепенный переход на расчет на эту нагрузку одежд и вновь строящихся дорог IV категории. В дальнейшем в процессе капитальных ремонтов одежды на дорогах IV категории будут усиливаться под нагрузку 100 кН. Дороги V категории, если по ним не предусматривается проезд большегрузных автомобилей, рассчитываются на осевую нагрузку 60 кН.

Воздействие транспортной нагрузки оценивают по составу и интенсивности перспективного движения, ожидаемого на год службы перед капитальным ремонтом. Срок службы дороги до капитального ремонта принимают на основании табл. 14.2 в зависимости от категории дороги и типа дорожной одежды.

Таблица 14.2. Срок службы дороги до капитального ремонта

Категория дороги	Тип дорожной одежды	Срок службы одежды до капитального ремонта Т, лет
I	капитальный	14
II, III-п, I-с	капитальный	12
III, IV-п, II-c	капитальный	11
III, IV-п, II-c	облегченный	10
IV, III-c	облегченный	8
IV, V, III-c	переходный, низший	5

Основные принципы назначения расчетных нагрузок:

• при расчете дорожных одежд на прочность перспективную интенсивность движения различных типов транспортных средств необходимо привести к интенсивности воздействия расчетной нагрузки на одиночную наиболее нагруженную ось двухосного автомобиля, равную 100 кН (10 тс) (нормированная нагрузка группы А);

• в случае, когда в составе движения проектируемой дороги предусматривают движение автомобилей или других транспортных средств с нагрузками на ось, превышающими нормированные для автомобилей группы А, за расчетную следует принимать наибольшую нагрузку, воздействие которой ожидается в наиболее неблагоприятный для работы дорожной одежды период года;

• если в расчетный весенний период предполагается движение транспортных средств с нагрузкой на ось, превышающей нормированную не более, чем на 20%, а число таких транспортных средств не превышает 5% от суммарной интенсивности движения грузовых автомобилей и автобусов, то за расчетную следует принимать нормированную нагрузку группы А;

• в случае, когда в наиболее неблагоприятный период года на дороге не предполагается движение транспортных средств группы А или их количество не превышает 3% от суммарной интенсивности движения грузовых автомобилей и автобусов, а по дороге предусматривается проезд главным образом двухосных автомобилей с наибольшей статической нагрузкой на ось 60 кН (6 тс), трехосных – 50 кН (5 тс), автобусов – 70 кН (7 тс), в качестве расчетной следует принимать нормированную нагрузку группы Б, равную 60 кН (6 тс). Основные параметры нормированных нагрузок А и Б приведены в табл. 14.1.