Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

1854

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
07.01.2021
Размер:
1.98 Mб
Скачать

ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная

академия (СибАДИ)»

Кафедра «Строительство и эксплуатация дорог»

80-летию СибАДИ и кафедры СЭД посвящается

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ

СТРОИТЕЛЬСТВА И РЕМОНТА ДОРОГ

ДЛЯ УСЛОВИЙ СИБИРИ

Сборник трудов

Омск

СибАДИ

2010

4

УДК 625.7 ББК 39.311 С 56

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. В.С. Прокопец, канд. техн. наук, доц. Г.И.Надыкто

Сборник подготовлен на кафедре строительства и эксплуатации дорог СибАДИ.

Совершенствование технологий строительства и ремонта дорог для условий Сибири: сб. науч. тр. – Омск: Изд-во, 2010. – 106 с.

ISBN __________________________

Сборник рассчитан на инженерно-технических работников строительных организаций, специалистов научно-исследовательских, проектно-технологических институтов, а также аспирантов и студентов вузов. Составлен А.В. Смирновым, д-р техн. наук, проф.

ISBN 978-5-93204-571-8

© ГОУ «СибАДИ», 2010

5

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящий сборник научных работ выходит по желанию авторов отметить два события: 80-летие образования Сибирской государственной автомо- бильно-дорожной академии (СибАДИ) и одновременно кафедры «Строительство и эксплуатация дорог». Все статьи сборника посвящены одному главному направлению – улучшению качества дорог. Поэтому в сборнике содержатся статьи по оценке технологической надежности строящихся дорог, статьи по новым технологиям строительства и ремонта дорог, улучшению качества цементогрунта как основания дорог, а также применимости в дорожном строительстве местных материалов и отходов промышленности. Часть статей теоретического характера представляет результаты исследований по изучению динамики дорог, их расчету на слабых грунтах, условий пластичности в работе дорог и углублению знаний о работе нетрадиционных дорожных конструкций.

Зав. кафедрой СЭД СибАДИ д-р техн. наук, проф., заслуженный деятель науки РФ А.В. Смирнов

6

Содержание

 

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

Смирнов А.В., Приходько В.В. Комплексное динамико-частотное

 

температурное напряженно-деформированное состояние дорожных

 

конструкций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

Филатов С.Ф., Рычкова О.А., Галинская Н.А. Ремонт асфальтобе-

 

тонных покрытий в зимних условиях с применением холодных

 

гранулированных асфальтобетонных смесей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

Андреева Е.В., Исаенко М.В. Предпосылки к динамическому

 

расчету дорожных конструкций на слабых грунтовых основаниях. .

35

Филатов С.Ф., Бузениус А.А., Стопочева И.В. Состояние вопроса

 

в области технологий вспенивания битумов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

42

Степанец В.Г., Герасимов А.В., Герасимова Н.В. Строительство

 

оснований дорожных одежд с применением местных материалов и

 

отходов промышленности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

Степанец В.Г., Войцеховская Е.В. Использование метода холод-

 

ного ресайклинга при капитальном ремонте автомобильной дороги

 

Омск – Муромцево – Седельниково . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

Папакин И.Н., Смирнов А.В., Приходько В.В. Запас технологиче-

 

ской надежности строительства дорог в условиях Сибири . . . . . . . .

60

Александров А.С., Александрова Н.П. Обзор применения критери-

 

ев прочности и условий пластичности в расчетах дорожных конст-

 

рукций и грунтовых оснований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65

Сикаченко В.М. Построение энергетически эквивалентной модели

 

перфорированной плиты с учетом симметрии расположения

 

включений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

86

Голубева Е.А., Фомин М.В. Повышение качества дорожного

 

цементогрунта модифицированием полимером «Ренолит». . . . . . . . .

95

Никитин И.В., Жучев Е.Н. Расчет критериев подобия эксперимен-

 

тальной модели и реальной дорожной конструкции . . . . . . . . . . . . .

100

7

УДК 625.7

КОМПЛЕКСНОЕ ДИНАМИКО-ЧАСТОТНОЕ ТЕМПЕРАТУРНОЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

А.В. Смирнов, д-р техн. наук, проф., В.В. Приходько, доц. каф. СЭД

Если учитывать опыт России и других городов в области строительства и эксплуатации асфальтобетонных и цементобетонных покрытий дорог и аэродромов, то его можно разделить на два временных этапа: первый до 80-х годов прошлого века и второй – до наших дней. Первый этап характеризовался относительно строгим соблюдением традиций в части армирования металлом монолитных и сборных цементобетонных покрытий с целью уменьшения и даже полного исключения температурных и усталостных трещин. В России этот этап «успешно» завершен в связи с почти полным отказом от армирования из-за «экономии» металла. В лучшем случае монолитные цементобетонные покрытия сегодня армируют двухрядными легкими сетками, забыв напрочь об армировании краев и углов плит. Забыта и традиция преднапряжения цементобетонов как эффективный способ полного исключения трещин. Между тем в Германии известен опыт успешной службы цементобетонных покрытий длиной до 120 м в течение 40 лет без единой трещины с преднапряжением бетона стальными канатами. Канада до сих пор строит автомагистрали, укладывая стальную арматуру в цементобетонное покрытие точно так, как показано в учебниках 60-х годов прошлого века. Новации в части применения геосинтетических материалов здесь ограничивают укрепительными работами откосов выемок, насыпей устройством скользящих прослоек под покрытиями и водоотводными и дренирующими устройствами. Первый этап в части строительства асфальтобетонных покрытий также неэффективно завершился: объем температурного и силового трещинопоражения покрытий почти не изменился, несмотря на, казалось бы, первоначально эффективные меры, начиная от устройства швов до применения полимерасфальтобетонов, модифицированных битумов и т.д. Исключение, пожалуй, составляет способ повышения трещиностойкости асфальтобетонных покрытий путем введения в асфальтобетонную смесь асбокрошки и асбоволокна, создающих эффект локального армирования, подобно фибробетону.

Любой искусственный элемент, включаемый в состав дорожной или аэродромной конструкции и предназначенный для ее усиления, улучшения условий работы и в итоге для повышения надежности и долговечности транспортных сооружений, работает с ними совместно в том же поле напряжений и деформаций. Поэтому разработка требований к искусствен-

8

ным элементам (ИЭ) в части прочности, деформативности и конфигураций, будь то геосинтетические или любые другие, невозможна без знаний закономерностей работы дорожных и аэродромных конструкций на действие многократных подвижных или ударных нагрузок. Эти закономерности проявляются в анализе динамического напряженно-деформированного состояния (ДНДС) покрытий дорог, численных результатах и служат основой достоверных сведений для предъявления требований к ИЭ. Достоверность, а значит, надежность будет высокой, если задача ДНДС будет решена одним из «классических» методов динамики.

Реальные дорожные конструкции состоят из нескольких слоев, значительно отличающихся по свойствам друг от друга. Поэтому представляют интерес некоторые решения динамики плит, лежащих на упругих основаниях. Для описания прогибов и напряжений в асфальтобетонных и цементобетонных покрытиях целесообразно применить «классическую» теорию, анализируемую ниже.

Пусть по упругой плите неограниченных размеров движется горизонтально со скоростью V вертикальная сила Р, распределенная равномерно по круговой площадке радиусом а. Дифференциальное уравнение равновесия без учета инерционных свойств основания имеет вид

 

 

 

 

 

 

2

 

1

 

 

2

 

 

2

U

 

U

 

U δ t r , (1)

 

 

D

 

 

 

 

 

 

U m

 

γ

K

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

2

 

r r

 

 

2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

E h3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

здесь D

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; Е1

 

 

 

цилиндрическая жесткость плиты, кг/см

– мо-

121 2

дуль упругости плиты; h1 – толщина плиты; т – масса плиты, приходящаяся на единицу площади; μ – коэффициент Пуассона, принятый равным 0,25; U – прогиб плиты под центром круговой площадки загружения; r – расстояние от центра приложения нагрузки до точки измерения прогиба поверхности плиты; γ – коэффициент затухания колебаний в плите, γ = 0,3; K0 – коэффициент постели основания плиты; δ(t) – дельта-функция Дирака; η(r) – функция, отражающая интенсивность нагрузки, соответствующей единичной силе.

Решение этого уравнения методом замены аргумента и переходом к безразмерным переменным при неравномерном движении вертикальной силы вдоль горизонтальной плоскости плиты дает следующий результат:

 

1

 

 

R 1 е

 

 

1 n

2

3

2 n

 

 

U

 

 

 

 

 

0

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n! 2

 

 

8 K1 D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n 0

 

 

 

 

 

 

n 1

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

2

 

 

Г

1

32

n I n

1

 

Cn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

0n 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

2 n d

 

 

 

V

 

 

 

R2 n

 

1

,

(2)

 

 

 

 

1

2

 

1

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

здесь U – вертикальный прогиб поверхности плиты. Остальные безразмерные параметры заданы формулами

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

K

 

1

 

 

 

K

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

; K

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

1

4

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1

0

 

 

 

 

 

; r

r

 

 

; t

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 m K1

 

 

 

 

 

 

4m

 

1

 

 

D

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

m2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

R

 

1

 

;

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m; V

V 4

 

 

 

 

 

 

 

,

1

 

 

D

 

 

 

 

 

0

3

 

 

 

 

 

 

1

 

 

K1 D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K1

 

D

 

 

 

 

 

 

 

где α0 – ускорение движения нагрузки по поверхности плиты.

Эти безразмерные результаты были переведены в значения конкретных прогибов и напряжений.

При этом аргументы изменяли в пределах их вероятных практических значений. Например, нагрузка на колесо подвижной нагрузки принята в расчетах Р = 20–40 и 50 кН, модули упругости оснований под плитой изменяли от 20 до 200 МПа, что соответствует изменению К0 от 2 до 20 кг/см3. База расчетного грузовика 4 м, а его общие массы 12 и 16 т. Результаты расчетов прогибов приведены в табл. 1 и на рис. 1; 2 и 3.

м

U, мм

Рис. 1. Изменение упругих прогибов асфальтобетонных покрытий толщиной 10 см с модулем упругости в 1500 МПа в зависимости от скорости проезда двух последовательных нагрузок в 20 и 40 кН (соответственно малые и большие стрелки-векторы). Кривые 1, 2, 4 относятся к скорости V = 4; 16; 22,2 км/ч

и модулю основания Е0 = 20 МПа. Кривые 3, 5 относятся к скоростям 7,9 и 31,6 км/ч и модулю основания Е0 = 200 МПа

10

Таблица 1

Динамические прогибы конструкций

 

Модуль

 

Скорость

 

 

 

 

 

Тол-

упру-

Модуль

 

Макси-

 

 

 

движения

 

 

 

 

щина

гости

упруго-

Максимальный

мальный

 

 

 

сосредото-

Примеча-

покры-

покры-

сти ос-

ченной на-

динамический

прогиб с

ния

тия,

тия

нования

грузки V,

прогиб u, мм

учетом Кдин,

 

 

 

см

Е1·103,

Е0, МПа

 

мм

 

 

 

 

МПа

 

км/ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

4,0

4,60

5,55

 

 

 

 

 

11,3

4,30

5,20

 

 

 

 

1,5

 

16,0

2,75

3,35

 

 

 

 

200

7,9

1,09

1,32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22,2

1,00

1,23

Прогибы

10

 

 

31,6

0,66

0,88

 

 

подсчи-

 

 

8,55

1,00

1,21

 

 

20

таны для

 

 

24,0

0,91

1,18

 

 

нагрузки

 

 

 

33,4

0,61

0,31

 

30

 

40 кН.

 

 

17,4

0,24

0,29

 

 

 

Для пере-

 

 

200

48,0

0,22

0,32

 

 

хода к

 

 

 

69,0

0,15

0,24

 

 

 

другим

 

 

 

5,1

0,136

0,165

 

 

 

нагрузкам

 

 

20

14,5

0,126

0,154

 

 

Pi умно-

 

 

20,4

0,083

0,102

 

1,5

 

жить таб-

 

 

9,7

0,38

0,46

 

 

200

личные

 

 

27,3

0,37

0,48

значения

20

 

 

38,8

0,22

0,29

на

Pi

 

 

 

10,9

0,30

0,366

 

 

 

 

 

 

20

40

 

 

 

30,8

0,27

0,362

 

 

 

 

 

 

 

30

 

43,6

0,18

0,246

 

 

 

 

200

20,5

0,085

0,105

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

57,0

0,076

0,107

 

 

 

 

 

 

82,0

0,051

0,075

 

 

 

Примечание. Коэффициент динамичности принят по данным табл. 3.

На рис. 1 и 2 показаны эпюры прогибов покрытий при проезде передних и задних колес грузовика. Здесь ясно видно, что при высоких скоростях движения автомобилей и высокой жесткости покрытий эпюры прогибов при двух последовательных приложениях нагрузок от колес накладываются друг на друга и проезд автомобиля можно рассматривать как единый процесс (см. рис. 2, кривые 3 и 4). Малая толщина и невысокая упругость покрытий (например, асфальтобетонных, см. рис. 1) приводят к независимому воздействию на покрытие передних и задних колес автомобиля.

11

м

U, мм

Рис. 2. Зависимость упругих прогибов цементобетонных покрытий от воздействия передней и задней осей автомобиля. Кривые 1 и 3 относятся к модулю упругости плиты 3·104 МПа, модулю упругости основания 20 МПа, толщине плиты 20 см и скоростям нагрузки 10,9 и 43,0 км/ч. Кривые 2 и 4 относятся к скоростям 20,5 и 82 км/ч и модулю упругости оси основания 200 МПа. Стрелки означают воздействие переднего колеса

с нагрузкой 20 кН и воздействие заднего колеса в 40 кН

U, мм

V, км/ч

Рис. 3. Зависимость максимальных прогибов покрытий толщиной 20 см под действием подвижной нагрузки 40 кН на колесо от скорости ее движения. Прерывистые линии относятся к покрытиям с модулем упругости

Е1 = 1,5·103 МПа, сплошные – Е 1 = 3·104 МПа. Цифра на кривых – модуль упругости основания Е0, МПа

12

На рис. 3 показано уменьшение прогибов покрытий в зависимости от скорости проезда постоянной нагрузки в 40 кН.

В наименьшей степени уменьшение прогибов наблюдается на жестких покрытиях. Вообще уменьшение прогибов объясняется сокращением времени действия нагрузки с ростом скоростей движения автомобилей. Вместе с тем зона распространения изгибающих воздействий в покрытиях возрастает с увеличением скорости движения. Так, для кривой 4 (см. рис. 2) эта зона в два раза больше зоны кривой 2.

Для оценки динамического напряженного состояния при изгибе покрытий под действием движущегося автомобиля воспользуемся формулой

σr

 

Mr

,

(3)

 

 

 

Wr

 

гдеσr – динамические напряжения при изгибе, кг/см2; Wr – момент сопротивления плиты изгибу (в расчетах принята ширина изгибаемой полосы 1 см); Мr – изгибающий момент в покрытии от движения вертикальной силы в горизонтальном направлении,

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М

r

 

 

 

 

1 R

1

e 1

 

 

b

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

n 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 1

 

R2 n d 1

 

 

 

 

× Kn V12 1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 V12 R 1 e 1

 

 

bn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 n 2

R12 n

 

 

 

 

 

 

Kn 1 V12 2

d 1 ,

(4)

 

 

 

n 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

1 n

2 32 n

 

 

n 1

 

3

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где b

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

τ

τ 2

 

 

I n

τ τ ; K

 

 

n

 

.

n! 2

 

 

 

 

 

 

 

 

n 1

n

 

 

 

 

 

2

1

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

n

 

 

Остальные обозначения даны к формуле (2). Безразмерные результаты расчетов по этой формуле были переведены на реальные напряжения для вышеизложенных условий определения прогибов. Значения напряжений приведены в табл. 2 и могут служить основой выбора режима испытаний дорожно-строительных материалов на усталость, а также для оценки динамических напряжений в покрытиях.

13

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]