7. Расчет устойчивости материала монолитных слоев на совместное действие транспортной нагрузки и погодно-климатических факторов

Составляем расчетную схему конструкции дорожной одежды со слоями усиления (рис. 2.7.4). Модули упругости подставляем при температуре 0 градусов

E₁=5500 МПа h₁=5см

E₂=4500 МПа h₂=9см

E₃=2200*0,77=1694 МПа h₃=7см

E₄=250 МПа h₄=12см

E₅=400 МПа h₅=27см

E₆=100 МПа h₆=45см

E_гр=27 МПа

Расчетные характеристики материалов конструктивных слоев (приняты по таблицам 2.5.2 и п.1, Приложение 5):

Слой 1 – щебеночно-мастичный асфальтобетон на модифицированном битуме.

- модуль упругости при температуре 0^оС – 5500 МПа (Табл. 2.5.2.).

- предельная структурная прочность – 10 МПа (Табл. 1. П1 Приложение 5).

- прочность на изгиб – 6 МПа (Табл. 1. П1).

Слой 2 – крупнозернистый плотный асфальтобетон на битуме БНД 60/90.

- модуль упругости при температуре 0^оС – 4500 МПа.

- предельная структурная прочность – 7,5 МПа.

- прочность на изгиб – 5,5 МПа.

Вычисляем эквивалентные модули упругости на контактах слоев по методике раздела 1.10 с использованием номограммы 1.7.8. Поскольку диаметр отпечатка следа колеса принят для нагрузки А3 расчет ведется по всем слоям.

Расчет ведем снизу вверх.

1. Н₆/Д= 45/41= 1.1

Е_гр/Е₆=27/100=0.27

По номограмме найдем E_э⁶ /Е₆= 0.59

E_э⁶ = 0.59*100= 59МПа

2)Н₅/Д= 27/41=0.66

E_э⁶ /Е₅=59/400=0.15

По номограмме найдем E_э⁵ /Е₅=0.34

E_э⁵ =0.34*400=136 МПа

3)Н₄/Д= 12/41=0.29

E_э⁵ /Е₄=136/250=0.54

По номограмме найдем E_э⁴ /Е₄= 0.62

E_э⁴ = 0.62*250=155 МПа

4) Н₃/Д= 7/41=0.17

E_э⁴ /Е₃=155/1694=0.09

По номограмме найдем E_э³ /Е₃=0.11

E_э^I11 = 0.11*1694=187 МПа

5) Н₂/Д= 9/41=0.22

E_э³ /Е₂=187/4500=0.04

По номограмме найдем E_э² /Е₂=0.06

E_э² = 0.06*4500=270 МПа

6) Н₁/Д= 5/41=0.12

E_э² /Е1=270/5500=0.05

По номограмме найдем E_э¹ /Е₁=0.055

E_э¹ =0.055*5500=303 МПа

Определяю суммарную интенсивность движения за весь срок службы (11 лет) (формула 1.6.12). Расчетное число дней в году принимаем 365.

.

=0,55*856*0,55=259авт/сут

Определяю растягивающие напряжения в монолитных слоях:

Верхний слой покрытия:

Растягивающие напряжения в нижней части слоя (сцепление с нижележащим слоем обеспечено) для толщины слоя 5 см. (номограмма 2.7.1) – 0,07 МПа;

Растягивающие напряжения в верхней части слоя для толщины слоя 5 см. (номограмма 2.7.3) – 0,215 МПа.

Слой 2:

Растягивающие напряжения в нижней части слоя (сцепление с нижележащим слоем обеспечено) для общей толщины слоя (5 + 9) = 14 см. (номограмма 2.7.1) – 0,41 МПа.

Принимая во внимание повышающий коэффициент 1,12 для нагрузки А₃, максимальные растягивающие напряжения в монолитных слоях составляют:

- слой 1: 0,24 МПа;

- слой 2: 0,46 МПа;

Расчет фактического уровня повреждаемости:

Слой 1.

Интенсивность движения по сезонам года (формула 2.7.2):

Предельное число циклов нагружения для каждого сезона (формула 2.7.3):

Уровень работоспособности по сезонам (формула 2.7.4):

Приведенный к весеннему периоду уровень работоспособности (формула 2.7.5):

Таким образом, влияние транспортной нагрузки при данной толщине слоев и низкой интенсивности движения несущественно. Развитие усталостных деформаций в виде сетки трещин маловероятно. Это подтверждает и опыт эксплуатации дорожных одежд с трехслойным покрытием на укрепленном основании.

Уровень работоспособности от перепадов температур (формула 2.7.6):

Уровень работоспособности от попеременного замораживания оттаивания (формула 2.7.8):

Максимальное значение водонасыщения принято по СТБ 1033. Для щебеночно-мастичных асфальтобетонов – 3%.

Уровень повреждаемости от температуры (формула 2.7.10):

Уровень повреждаемости от попеременного замораживания оттаивания (формула 2.7.11):

Общий приведенный уровень работоспособности:

- от температурных факторов (формула 2.7.12):

- от попеременного замораживания оттаивания (формула 2.7.13):

Общий приведенный уровень работоспособности (формула 2.7.14):

Общий уровень повреждаемости (формула 2.7.15):

Общий уровень повреждаемости выше предельно допустимого, равного 0,5 (формула 2.7.1). Учитывая, что наибольшее влияние на его величину оказывает попеременное замораживание оттаивание, следует ограничить максимальную величину водонасыщения.

Расчет показал, что основным видом возможных усталостных деформаций рассматриваемой конструкции будут температурные и коррозионные. Это также подтверждает опыт эксплуатации.