Практическое занятие № 4

РАСЧЕТ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД НА ПРОЧНОСТЬ

4.1. Критерии прочности нежесткой дорожной одежды

Прочность нежесткой дорожной одежды оценивается ее способностью сопрот вляться процессу развития остаточных деформаций и

др.).

При расчете прочности дорожной одежды используются решения теории упругости. Дорожная одежда может быть представлена в расчетной схеме как многослойная система, лежащая на упругом основании под воздействием нагрузки от автомобиля, распределенной по площади отпечатка колеса.

– допускаемому упругомуДпрогибу под колесом расчетного автомобиля (расчетной нагрузки);

Упругие слои могут быть сцеплены на границе контактов слоев между собой.

Расчет прочности нежесткой дорожной одежды капитального

типа выполняется по следующим критериям:

– условию сдвигоустойчивости в подстилающем грунте и малосвязных конструктивных слоях;

– на сопротивление монолитных слоев покрытия и промежуточных монолитных слоев основания усталостному разрушению на рас-

тяжение при изгибе.

И

Превышение значения одного из критериев (имеющего минимальное значение) должно быть не более 5% при условии выполнения остальных критериев прочности.

Облегченные и переходные дорожные одежды рассчитываются только по двум критериям:

– допускаемому упругому прогибу;

23

– условию сдвигоустойчивости в подстилающем грунте и в малосвязных конструктивных слоях.

Для переходного типа только по упругому прогибу.

Кроме оценки прочности, дорожные одежды проверяют на морозоустойчивость и колееобразование.

Расчет прочности целесообразно начинать по допускаемому упругому прогибу, а затем выполнять проверку сдвигоустойчивости и проверку на усталостную прочность монолитных слоев покрытий.

ложенииДорожные одежды на остановках и остановочных полосах, расположенныхбАна перекрестках, на съездах транспортных развязок и подходах к пересечениям с железнодорожными путями должны быть дополн тельно проверены на однократное нагружение длительностью не менее 10 м н, используя статические значения расчетных параметров.

Для дорожных одежд укрепленных полос обочин, парковок, а также тротуаров, пешеходных улиц и площадей в городах расчет выполняется только на однократное нагружение длительностью не менее 10 мин.

Расчет на прочность при однократномДнагружении выполняют по условию сдвигоустойчивости в грунте и слабосвязных материалах.

4.2. Уровень надежности нежестких дорожных одежд

–образования необратимых деформацийИна поверхности покрытия (просадок, трещин, выбоин и др.) под воздействием многократно прилагаемой нагрузки по полосам наката в связи с общей недостаточной несущей способностью дорожной одежды;

–накопления недопустимых остаточных деформаций под воздействием касательных усилий, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от транспортной нагрузки, с потерей ровности

24

покрытия и снижением скорости движения до истечения заданного срока службы конструкции;

– усталостных разрушений в материалах монолитных слоев под воздействием растягивающих напряжений от многократного прило-

– по упругому прогибу под колесом расчетного автомобиля всей конструкции;

– по сопротивлению сдвигу в грунтах и слоях из слабосвязных материалов;

– по сопротивлению растяжению при изгибе монолитных слоев. Облегченные одежды следует рассчитывать на воздействие подвижных нагрузок тоже по трем критериям, но с уменьшенным допус-

каемым уровнем надежности по сравнению с капитальными. Одежды с покрытиями переходного типа рассчитывают на воз-

действие подвижных нагрузок только по двум критериям – сдвигу в грунте и упругому прогибу при соответствующем допускаемом уровне надежности.

25

Требуемые значения коэффициентов прочности K пртр назначают

в зависимости от типа дорожной одежды, категории дороги и критерия расчета на прочность (табл. 4.2).

Таблица 4.2

Коэффициенты прочности дорожных одежд

При расчете конструкций со слоями из битумоминеральных материалов учитывают влияние на их свойства температуры.

Расчет асфальтобетонного покрытия на прочность необходимо проводить исходя из температурных условий, при которых дорожные одежды в конкретных условиях работают наиболее напряженно.

Расчет по допускаемому упругому прогибу целесообразно вы-

дуль упругости асфальтобетона уменьшается, что неблагоприятно сказывается на сопротивлении сдвигу грунта земляного полотна и промежуточных слоев одежды. Поэтому в различных дорожноклиматических зонах температуру асфальтобетона при расчете по критериям сдвигоустойчивости следует принимать: в I и II зонах –

20 ºС, III – 30 ºС, IV – 40 ºС, V – 50 ºС.

При расчете слоев из слабосвязных материалов и грунта на сопротивление сдвигу модуль упругости асфальтобетонного покрытия должен соответствовать весенним повышенным температурам.

26

Для городских улиц и дорог уровень надежности и коэффициенты прочности принимаются по аналогии с автомобильными дорогами в соответствии с табл. 4.3.

1.Что понимают под прочностьюДнежесткой дорожной одежды?

2.Какие нагрузки воздействуют на дорожные одежды?

3.На какое воздействие нагрузок рассчитываютсяИдорожные одежды на перегонах?

4.На какое воздействие рассчитываются дополнительно дорожные одежды на стоянках, остановках и перекрестках?

5.Что понимают под статическим воздействием нагрузки?

6.Как производитсярасчетпрочности одеждыпри однократномнагружении?

7.Что понимают под уровнем надежности дорожной одежды?

8.Что такое отказ дорожной одежды?

9.От чего зависит назначаемый уровень надежности дорожной одежды?

10.Чем определяетсятребуемыйкоэффициентпрочности дорожнойодежды?

11.В чем отличие в проектировании облегченных дорожных одежд от капитальных?

12.В какой период года следует измерять прочность нежестких дорожных

одежд?

27

Практическое занятие № 5

РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ НЕЖЕСТКОЙ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ ПО ДОПУСКАЕМОМУ УПРУГОМУ ПРОГИБУ

покрытие. Д Независимо от результата расчета, полученного по формуле (5.2),

где Nр – суммарное расчетное число приложения приведенной рас-

четной нагрузки к расчетной точке на поверхности конструкции за срок службы (3.6); с – эмпирический параметр, равный для расчетной нагрузки: АК-10 – 3,55; К-11,5 – 3,20; p – расчетное давление на

требуемый минимальный модуль упругости Еmin должен быть не менее указанного в табл. 5.1.

И

28

Для определен я о щего модуля упругости многослойную дорожную одежду представляют в виде расчетной схемы, указанной на

Рис. 5.1. Расчетная схема конструкцииДнежесткой дорожной одежды

Общий модуль упругости на поверхности i-го слоя определяют по номограмме, полученной на основе решения теории упругости для двухслойной модели (рис. 5.2): слой конечной толщины h с модулем упругости Ев лежит на упругом полупространстве (неограниченном снизу) с модулем Ен.

И

Рис. 5.2. Расчетная схема двухслойной системы

29

Расчет дорожной одежды по допустимому упругому прогибу ведут в следующей последовательности:

– назначают срок службы дорожной одежды между капитальными ремонтами (см. табл. 2.2);

– определяют суммарное число приложений приведенной рас- Счетной нагрузки Nр;

– назначают уровень надежности (см. табл. 4.1) и коэффициент

прочности (см. табл. 4.2);

– назначают предварительные толщины слоев дорожной одежды;

битумосодержащния;– пр н мают модули упругости конструктивных слоев основа- формуле (5.2).

– пр н мают модули упругости слоев асфальтобетона и других х материалов во всех дорожно-климатических зо-

но вестибАснизу вверх.

нах при температуре 10°С (прил.);

– определяют тре уемый минимальный модуль упругости по

Если по результатам расчета требуемый минимальный модуль упругости получ тся менее указанного в табл. 5.1, то принимают требуемый минимальный модуль упругости в зависимости от катего-

рии дороги и типа дорожной одежды.

Общий модуль упругости на поверхности дорожной одежды определяют по номограмме (рис. 5.3). Расчет конструкции целесообраз-

При расчете конструкции снизу вверх выполняют следующие действия:

– последовательно, рассматривая два слоя: верхний конечной толщины и нижний – полупространство по номограмме (рис. 5.3),

Е n 1 , затем расчет повторяют для следующего слоя дорожной одеж-

общ

ды.

В конце расчета проверяют выполнение условия прочности по формулуле (5.1).

30

Рис. 5.3. Номограмма для определения общего модуля упругости Еобщ двухслойной системы

31

Если условие прочности не выполняется, тогда изменяют толщину одного или нескольких конструктивных слоев дорожной одежды или используют материалы с более высокими модулями упругости для одного или нескольких конструктивных слоев дорожной одежды.

ледует иметь в виду, что должны быть удовлетворены другие критерии прочности конструкции дорожной одежды: по сдвигающим напряжен ям в грунте земляного полотна и слабосвязных материалах, а также по растягивающим напряжениям при изгибе пакета ас-

РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ПО УСЛОВ Ю СДВИГОУСТОЙЧИВОСТИ ПОДСТИЛАЮЩЕГО ГРУНТА И МАЛОСВЯЗНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ СЛОЕВ

Дорожную одежду проектируют с таким расчетом, чтобы под действием кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации. Проверку выполняют для расчетного периода, связанного с весенним переувлажнением грунтов.

32

Малосвязные материалы слоев дорожной одежды – материалы,

частицы которых не имеют заметного сцепления между собой, а слои дорожной одежды, построенные из них, не обладают сопротивлением растяжению при изгибе (песчаный, гравийный, щебеночный материалы). Иногда эти материалы называют слабосвязными.

Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если в грунте земляного полотна и в малосвязных (пес-

–при устройстве основания из неукрепленных материалов – 2,0;

–при устройстве рабочего слоя земляного полотна из связного и несвязного грунта – 1,0.

33

Си б А Д

Цифры на кривых отношение Eв/ Eн , цифры на лучах – уголИвнутреннего трения нижнего слоя

Рис. 6.1. Номограмма для определения активного напряжения сдвига н от временной нагрузки в нижнем слое двухслойной системы (при h/D = 0–4,0)

34

Значения коэффициента kД при применении в конструкциях дорожных одежд геосинтетических материалов следует принимать по отдельному нормативному документу.

Активные напряжения сдвига определяют на основании решения теории упругости для двухслойной системы при наличии сцепления между слоями.

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют по формуле

10. От каких показателей зависит предельное напряжение сдвига в слое? 11. Как можно повысить прочность грунтов?

35

Практическое занятие № 7

РАСЧЕТ НЕЖЕСТКОЙ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ НА ОПРОТИВЛЕНИЕ МОНОЛИТНЫХ СЛОЕВ ПОКРЫТИЯ

УСТАЛОСТНОМУ РАЗРУШЕНИЮ ОТ РАСТЯЖЕНИЯ ПРИ ИЗГИБЕ

В верхн х монолитных слоях покрытия и основания из асфаль-

Кпр

где RN – предельное напряжение на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений; σr – наи ольшее растягивающее напряжение в

монолитном слое, устанавливаемое расчетом; Кпртр – требуемый ко-

эффициент прочности, определяемый по табл. 4.2.

Предельное напряжение на растяжение при изгибе с учетом ус-

Д где R0 – нормативное значение предельногоИсопротивления растяже-

талостных явлений RN определяют по формуле

нию при изгибе (табл. П.1, П.3, П.6); k1 – коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки; k2 – коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия природноклиматических факторов (табл. 7.1); t – коэффициент нормированного отклонения (табл. 8.3); VR – коэффициент вариации прочности асфальтобетона на растяжение при изгибе, равный 0,1.

Коэффициент k1, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки определяют по формуле (7.3):

36

где α – коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения (табл. П.3); m – показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя (см.табл.П.3); ∑Np – суммарное расчетное число приложений приведенной расчетной нагрузки на полосу движения за срок службы до-

Срожной одежды (3.6).

Таблица 7.1

Значен я коэффициента k2, учитывающего снижение прочности во времени от воздействия природно-

климатических факторов

альную конструкцию приводят к двухслойной модели с модулем

Еобщ. осн. (рис. 7.1).

37

Си б А Д

Рис. 7.2. Номограмма для определения растягивающего напряженияИr при изгибе от единичной нагрузки в верхнем монолитном слое двухслойной системы (асфальтобетон)

39

Расчет монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе выполняют в следующей последовательности:

– определяют общий модуль упругости основания Еобщ.осн на уровне подошвы пакета из монолитных слоев, выполняя расчет по

номограмме ( см.рис. 5.3 ) снизу вверх;

С– рассч тывают предельное напряжение на растяжение при из- с учетом усталостных явлений RN по формуле (7.2) для материа-

– приводят конструкцию к двухслойной модели и по отношениям hв/D и Ев/Еобщ.осн по номограмме ( см. рис. 7.2) находят растяги-

вающее напряжен е от единичной нагрузки r ;

– по формуле (7.4) вычисляют наибольшее растягивающее на-

гибепри необход мости вносят изменения в конструкцию дорожной одежды: увел ч вают толщину слоев асфальтобетона или применяют матер алы с высокими расчетными модулями упругости.

пряжен е r;

ла н жнего слоя;

более считывать в такой Апоследовательности:

– проверяют выполнение условия прочности по формуле (7.1) и

Промежуточные монолитные слои на изгиб целесообразно рас-

– определяют средневзвешенный модуль упругости конструк-

тивных слоев, лежащих выше рассчитываемого монолитного слоя Е1

Еср = Σ(Е1∙h1+E2∙h2+E3∙h3)/(h1+h2+h3);

–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 номограм-

ме ( см. рис. 5.3);

–по номограмме (см. рис. 7.2) находят растягивающее напряже-Д

ние r в рассчитываемом слое от единичной нагрузки, действующей на поверхности покрытия.

И

Номограммой (рис. 7.3) пользуются следующим образом: из точки на верхней горизонтальной оси, соответствующей отношению h/D, следует провести вертикаль до кривой с известным отношением

E1/E2, а из точки пересечения провести горизонтальную прямую до луча, соответствующего отношению Е2/Е3, откуда опустить вертикаль на нижнюю горизонтальную ось, где найти значение растягивающего

напряжения r при давлении р = 1 МПа;

40

– расчетное значение наибольшего растягивающегоИнапряжения в монолитном слое основания σr находят по формуле (7.4) при коэффициенте kв, учитывающем особенности напряженного состояния покрытия, равном 1,0;

– определяют предельное напряжение на растяжение при изгибе материалов, укрепленных неорганическими или комплексными вяжущими Rпр по формуле (7.4)

41

– проверяют выполнение условия прочности по формуле (7.4) и при необходимости вносят изменения в конструкцию дорожной одежды.

Целесообразно бывает в нижних слоях асфальтобетонного покрытия вместо высокопористых применять пористые или плотные асфальтобетонные смеси. В последние годы рекомендуют для повышения прочности на растяжение применять армирующие прослойки в асфальтобетонных покрытиях, которые воспринимают часть растягивающ х нагрузок.

Д крытиях? И

42

Практическое занятие № 8

УСТАНОВЛЕНИЕ УПРУГИХ И ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Прочность дорожной конструкции, включающей слои дорожной одежды и грунтовое основание, предопределяется состоянием и прочностью грунта. Упругие и прочностные характеристики грунтов земляного полотна зависят от района проектирования и влажности грунта, подст лающего дорожную одежду.

рабочегобАслоя и типа грунта; – поправка, равная 0,00 – для участков насыпей и 0,03 – для участков дороги, проходящих в выемке или в низкой насыпи с рабочей отметкойДменьшей руководящей отметки для данного типа грунта и типа местности характеру увлажнения;1W – поправка на особенности рельефа территории, принимаемая для равнинных условий – 0,00, предгорных – 0,03, горных – 0,05;W – поправка на конструктивные особенности проезжей части и обочин2 , определяемая по табл. 8.2. ПоправкиИк влажности 2W вводятся при первой расчетной схеме увлажнения грунта рабочего слоя (см. СП 34.13330.2012); t – коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от уровня надежности Kн (табл. 8.3); Vr – коэффициент вариации, равный 0,10; 3 – поправка, учитывающая толщину слоев, превышающую 0,75 м, определяемая по рис. П.1.

43

Таблица 8.1

Среднее многолетнее значение относительной влажности грунта рабочего слоя

44

Таблица 8.2

Значение поправки на конструктивные особенности проезжей части и обочин 2W

Расчетные характеристики связных грунтов определяют:

–модуль упругости в зависимости от расчетной влажности определяется по табл. 8.4;

–сдвиговые характеристики: угол внутреннего трения гр и удельное сцепление сгр – в зависимости от расчетной влажности и количества приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды по табл. 8.5.

45

Таблица 8.4

Рекомендуемые расчетные значения модулей упругости связных грунтов

46