37 Вопрос Расчёт толщины нежестких до. Современные методы расчета. Учёт интенсивности движения.
1.6.14, 1.6.15 – ОДН п.3.24
С точки зрения строительной механики дорожные одежды представляют собой многослойные системы, состоящие из слоев разной жесткости, лежащих на упругоизотропном полупространстве — грунтовом массиве.
Передача давления, осадка и сжатие отдельных слоев многослойных систем зависят от толщины отдельных слоев, соотношения их модулей упругости и коэффициентов Пуассона, возможности смещения слоя по слою в процессе деформации. Для неоднородных нелинейно деформируемых материалов, к которым относятся конструктивные слои
Чем тоньше одежда и меньше отличается она по жесткости ' от подстилающего грунта,' тем чаще происходят разрушения от выкалывания.
При многократном приложении к нежесткой дорожной одежде различных нагрузок, передающихся через одинаковые площадки (штампы), кривая нарастания прогиба покрытия по мере загружений в зависимости от величины нагрузок может соответствовать одной из кривых, показанных на рис. XVI.2.
Если нагрузки соответствуют расчетной прочности дорожной одежды, а ее слой и грунт земляного полотна хорошо уплотнены, дорожная одежда испытывает только упругие прогибы. Первый период после сдачи дороги в эксплуатацию, пока происходит окончательное формирование, некоторые дорожные одежды могут испытывать остаточные деформации, связанные с дополнительным уплотнением, которые в дальнейшем прекращаются и одежда затем испытывает только упругие деформации (линия /).
При большой величине нагрузки или при временном снижении прочности грунтов основания в весенний или осенний периоды возникают постепенно накапливающиеся малые пластические деформации (линия //). Если их суммарная величина за период ослабления одеж ды превысит некоторое допустимое значение, одежда разрушится (линия III).
Таким образом, прочность одежды зависит от предельной допустимой величины прогиба и от количества приложений нагрузки за период ослабления. При очень больших нагрузках или при значительном ослаблении прочности грунта осадки, вначале накапливающиеся замедленно, в дальнейшем начинают быстро возрастать и происходит полное разрушение одежды.
В зависимости от требований, предъявляемых к дороге, расчет толщины дорожной одежды можно вести из условия достижения той или иной заданной величины деформации.
Считается, что дорожные одежды с покрытиями капитальных типов должны работать в стадии упругих деформаций с обеспечением' достаточного запаса прочности и в наиболее неблагоприятные периоды года, когда грунт имеет наименьшую прочность. На дорогах с покрытиями усовершенствованных облегченных типов дорожные одежды также рассчитывают на работу без допущения возможности накопления пластических деформаций, но с меньшими запасами прочности, чем при покрытиях капитальных типов.
Одежды с покрытиями переходных типов, восстановление ровности которых легко осуществимо, рассчитывают, допуская некоторое накопление деформаций под действием движения. Это дает возможность снижения толщины дорожной одежды
Значительный вклад в создание этого метода внесли проф. А. М. Кривисский и М. Б. Корсунский.
В связи со сложностью процессов, протекающих в деформируемой дорожной одежде, при расчете за основной показатель ее прочности принимается комплексная характеристика — допускаемый упругий прогиб. Конструкцию дорожной одежды, удовлетворяющую этому основному требованию, проверяют также по следующим критериям: устойчивости несвязных слоев против возникновения сдвигов; допустимой величине растягивающих напряжений в слоях связных материалов; допустимой величине зимнего вспучивания; обеспечению отвода воды из пористых слоев.
Рис. XVI.1. Схема образования чаши прогиба и разрушения нежестких дорожных одежд под колесами автомобиля: 1 — чаша прогиба; 2 — зона сжатия одежды; 3 — зона растяжения; 4 — поверхность среза одежды; 5 — площадь передачи давления на грунт; 6 — уплотнение грунта в основании; 7 — направление сжатия грунта 8 — выпирание грунта; 9 — трещины в одежде; Л — осадка дорожной одежды
Рис. ХУ1.2. Закономерности накопления деформаций дорожных одежд при многократных нагрукениях:
1 — остаточные деформации; 2 — полная величина деформации
Расчёт на сдвиг и растяжение
Сдвиг – ОДН п.3.30; Растяжение – ОДН п.3.38
Усиление неж.ДО
Хер его знает – придумай сам или спроси у Щепетевой! Ну, или см. п.1.6.8
Зарубежные методы. Весьма сложный вопрос о расчете толщины дорожных одежд еще не получил общепризнанного решения, и обоснование необходимой толщины слоев в разных странах ведут различными методами. В отличие от СССР, где на первое место ставится разработка теоретической стороны вопроса, за рубежом находят широкое распространение полуэмпирические методы, которые основываются на учете практики и опытов по испытаниям прочности дорожных одежд припуском тяжелых автомобилей
Многочисленные методы расчета толщины дорожных одежд, применяемые за рубежом, могут быть сведены к следующим трем группам:
В ряде стран аналогично методике, принятой в СССР, исходят из допустимого прогиба дорожной одежды, используя для его определения зависимости теории упругости для многослойных систем и учитывая разными способами влияние интенсивности движения. Иногда многослойные одежды приводят к двухслойным, принимая средневзвешенные модули упругости всех слоев с учетом их толщины. Следует, однако, отметить известное ослабление внимания в последние годы к углубленному теоретическому анализу и учету особенностей работы дорожных одежд и широкое применение в теоретических формулах разного рода эмпирических коэффициентов для согласования данных расчетов с опытом практики.
Использование графиков эквивалентных толщин дорожных одежд, составленных на основе учета службы построенных дорог и специальных экспериментов на опытных участках. В зависимости от суточной интенсивности движения нли общего числа автомобилей, которые должны пройти по дороге за межремонтный период, определяют приведенную толщину дорожной одежды. Необходимую толщину отдельных слоев подбирают с учетом коэффициентов приведения слоев из разных материалов к эквивалентной толщине В ряде случаев опыты, проводившиеся для построения таких графиков, были очень обширными и выполнялись на специально построенных испытательных полигонах с длительными проездами колонн тяжелых автомобилей до полного разрушения дорожных одежд (испытания, организованные Американской ассоциацией сотрудников дорожных организаций штатов — АА5НО, так называемые «опыты Эйшо»). Известны также графики Корпуса инженерных войск США, Управления гражданской авиации США, фирмы «Шелл», Асфальтового института США и др.
3. Использование альбомов типовых конструкций равнопрочных дорожных одежд для разных интенсивиостей движения при условии обязательного и строго контролируемого обеспечения строителями заданной прочности земляного полотна, проверяемой перед началом укладки ДО (ФРГ, Япония, Франция)
В зарубежных странах широко используется для характеристики прочности грунтов особый показатель СВР (Си-би-ар — калифорний ское число несущей способности — СаШогша Веапп§> Ра11о). Его определяют путем вдавливания штампа в образец грунта или другого материала конструктивных слоев, уплотненного в цилиндрической форме высотой и диаметром 20 см. Штамп диаметром 3 см вдавливают со скоростью 1,25 мм/мин на глубину 2,5 см. Измеренное давление, поделенное на 100, принимают за характеристику прочности грунта. Чаще всего грунт увлажняют путем капиллярного насыщения водой в течение 4 сут. Некоторые страны, особенно с жарким климатом, варьируют методику увлажнения образцов грунтов. Следует отметить, что при всей простоте этого испытания, по сути являющегося определением модуля деформаций в лабораторных условиях при постоянной для всех материалов глубине вдавливания штампа, оно дает условную характеристику прочности, которая может существенно отличаться от аналогичных показателей грунта в основании дорожной
Теория прочности неж.ДО. Критический прогиб ДО.
Деформация нежестких дорожных одежд является результатом проявления ряда процессов (рис. XVI.!), протекающих одновременно или следующих друг за другом:
грунтовое основание дорожной одежды сжимается под нагрузкой в пределах активной зоны, вследствие чего происходит прогиб дорожной одежды по некоторой криволинейной поверхности с образованием так называемой чаши прогиба глубиной А. Чем большую толщину и жесткость имеет дорожная одежда, тем на большую площадь распределяется давление внешней нагрузки и, следовательно, тем меньше напряжения, передающиеся на грунт;
под нагрузкой происходит сжатие материала дорожной одежды, а в нижней части конструктивных слоев — растяжение. При превышении растягивающими напряжениями предела прочности материала в покрытии или основании образуются трецц ны. По периметру участка контакта нагрузки с покрытием действуют срезывающие напряжения, которые при больших нагрузках вызывают пролом дорожной эдежды, иногда с выкалыванием ее части, находящейся под нагрузкой, з виде расширяющегося книзу усеченного конуса в основаниях из несвязных и малосвязных материалов (гравия, песка, щебня) и в подстилающем грунте при превышении касательными напряжениями сцепления могут возникать зоны пластического течения, развитие которых приводит к потере прочности.
Относительная роль каждой из указанных деформаций в разрушениях дорожных одежд еще не выяснена и может быть различной в разных конструкциях одежд.
одежды.