14.5. Расчет нежестких дорожных одежд на растяжение при изгибе

При расчете нежестких дорожных одежд на растяжение при изгибе монолитных слоев встречаются два характерных случая:

А. Монолитный слой или несколько смежных слоев из однотипных монолитных материалов находятся в верхней части дорожной одежды – это асфальтобетонные и подобные им покрытия, асфальтобетонные основания, расположенные непосредственно под асфальтобетонным покрытием.

Б. Монолитный слой расположен в толще дорожной одежды – различного рода монолитные основания.

В монолитных слоях дорожной одежды (из асфальтобетона, дегтебетона, материалов и грунтов, укрепленных комплексными и неорганическими вяжущими) возникающие при прогибе одежды напряжения под действием повторных кратковременных нагрузок не должны вызывать нарушения структуры материала и приводить к образованию трещин, т.е. должно быть обеспечено условие

, (14.14)

где К_пр – требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности (таблица 14.4); R_доп – предельное допустимое растягивающее напряжение материала слоя с учетом усталостных явлений, МПа; _r – наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, устанавливаемое расчетом, МПа.

А. Порядок проведения расчета:

1. вычисляют h₁/D при однослойном покрытии или  h_i / D (асфальтобетонное покрытие на основании из асфальтобетонных слоев), а затем по формуле (14.11) находят средний модуль упругости пакета слоев из асфальтового бетона;

2. находят с помощью номограммы (см. рис. 14.8) общий модуль упругости Е_{общ.осн.} на поверхности слоя, подстилающего слой, в котором определяют растягивающие напряжения;

3. вычислив отношения Е₁/Е_{общ.осн.} или Е_ср/Е_{общ.осн} и h₁/D или  h_i / D, по номограмме (рис. 14.16) находят удельное растягивающее напряжение от единичной нагрузки в верхнем слое и определяют полное растягивающее напряжение в МПа

, (14.15)

где р – среднее давление колеса расчетного автомобиля на покрытие, МПа; K_ – коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия под колесом автомобиля со спаренными баллонами 0,85, при однобаллоном колесе – 1,0;

Рис. 14.16. Номограмма для определения растягивающего напряжения при изгибе от единичной нагрузки в верхнем монолитном слое

4) допустимое растягивающее напряжение при изгибе асфальтобетона

, (14.16)

где – среднее расчетное сопротивление растяжению при изгибе, МПа; (см. главу 13); t – коэффициент нормированного отклонения , принимаемый в зависимости от уровня проектной надежности К_н конструкции дорожной одежды (для К_н = 0,60; 0,85; 0,90; 0,95, t = 0,26; 1,06; 1,32; 1,71); C_v – коэффициент вариации прочности на растяжение при изгибе асфальтобетона, равный 0,1; К_У – коэффициент усталости, учитывающий повторность нагружения от расчетной приведенной интенсивности движения на полосу, определяемый по графику (рис. 14.17); К_т – коэффициент снижения прочности от воздействия природно-климатических факторов (для асфальтобетона I-II марок на щебне изверженных пород K_m = 1,0 и III марки – 0,8; для смесей на щебне осадочных пород и гравийных материалов I марки К_т = 0,9 и II-III марок – 0,7);

5) затем проверяют обеспечение условия (14.14). Если это условие не обеспечено, необходимо корректировать толщину монолитного слоя.

Рис. 14.17. Зависимость коэффициента усталости К_у, учитывающего повторность нагружения от расчетной приведенной интенсивности воздействия нагрузки на полосу: 1 – для асфальтобетона на битумах БНД-130/200 и БНД-200/300, высокопористых асфальтобетонов и дегтебетонов; 2 – для плотных и пористых асфальтобетонов на битумах БНД-40/60, БНД-60/90 и БНД-90/130; 3 – для материалов и грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими

Б. При расчетах промежуточных монолитных слоев многослойную конструкцию предварительно следует приводить к трехслойной, где средним будет рассчитываемый монолитный слой.

Рис. 14.18. Номограмма для определения растягивающего напряжения в промежуточном монолитном слое дорожной одежды

Промежуточные монолитные слои целесообразно рассчитывать в такой последовательности:

1. вначале по формуле (14.11) вычисляют средний модуль упругости конструктивных слоев, лежащих выше рассчитываемого монолитного слоя (см. слой h₂ на рис. 14.18);

2. слои, подстилающие монолитный слой, приводят к эквивалентному по жесткости однородному полупространству с модулем упругости Е₃, который можно получить путем последовательного вычисления общих модулей каждой пары смежных слоев по номограмме (рис. 14.8);

3. затем по номограмме (рис. 14.18) находят растягивающее напряжение в рассчитываемом слое от единичной нагрузки, действующей на поверхности покрытия. Для этого из точки на верхней горизонтальной оси, соответствующей отношению  h_i / D, следует провести вертикаль до кривой с известным отношением E₁/Е₂, а из точки пересечения провести горизонтальную прямую до луча, соответствующего отношению Е₂/Е₃, откуда опустить вертикаль на нижнюю горизонтальную ось, где найти значение . Расчетное значение _r нужно найти по формуле (14.15) при К_=1,0.

4. допустимое растягивающее напряжение при изгибе асфальтобетона определяют по формуле (14.16);

5. затем проверяют обеспечение условия (14.14). Если это условие не обеспечено, необходимо корректировать толщину монолитного слоя.