АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ
7.Шнайдер, В. А. Определение коэффициентов шероховатости геоматов / В. А. Шнайдер, В. В. Сиротюк, Т. П. Троян, Е. Ю. Мосур // Вестник СибАДИ. – 2015. – № 1 (41) – С. 73–80.
8.ОДН 218.046-01. Проектирование нежёстких дорожных одежд [Электрон. ресурс]. – Введ. 2001-01-01 // СПС «Гарант-Максимум».
9.ГОСТ 9128–2013. Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон,
полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия [Электронный ресурс]. – Введ. 2014-11-01 //СПС «Гарант-максимум».
10. ОДМ 218.3.004–2010. Методические рекомендации по термопрофилированию асфальтобетонных покрытий : распоряжение Федерального дорожного агентства от 11.01.2011 №8–р [Электрон. ресурс] // СПС «Гарант-Максимум».
ON THE PROBLEMS AND THEIR DECISIONS AT RECONSTRUCTION
HIGHWAY IN THE SIBERIAN REGION
A.S. Nikolaev
Abstract. The article deals with solving problems at major overhaul of the road "A-320 Omsk - Cherlak - border with the Republic of Kazakhstan km 36 + 000 - km 57 + 000," due to the complexity of the method termoprofilirovaniya (remix). This paper describes the construction area, used machinery, presents brief information about the method and operands termoprofilirovaniya sequence. Particular attention is paid to the formulation asfoltobetonnyh mixtures, analysis of their constituents and the search for new solutions.
Keywords: asphalt concrete mixture, thermal roll, repair, automobile road.
Николаев Александр Сергеевич (Россия, г. Омск) – студент ФГБОУ ВО «СибАДИ» (644080, г. Омск,
пр Мира, 5, e-mail: HNR.Alex-4@yandex.ru).
Nikolaev Alexander Sergeevich (Omsk, Russian Federation) – student , The Siberian State Automobile and Highway University (644080, Omsk, Mira Ave., 5, e-mail: HNR.Alex-4@yandex.ru).
УДК 625.72 |
58 |
|
|
|
ДЕФОРМИРОВАНИЕ УПРУГОВЯЗКОПЛАСТИЧНЫХ СЛОИСТЫХ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ МНОГОКРАТНЫХ ЗАГРУЖЕНИЙ
DEFORMATION OF THE ELASTOVISOPLASTICIOUS LAMINATED ROAD CONSTRUCTION BY REPEATED LOAD AFFECTION
С.Н. Пономарева
Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ), Россия, г. Омск
Аннотация. Теория упругости имеет целью аналитическое изучение напряженно-
деформированного состояния упругого тела. С помощью теории упругости могут быть проверены решения, полученные с использованием допущений сопротивления материалов, и установлены границы применимости этих решений. В линейной теории упругости предполагается существование линейной зависимости между составляющими напряжениями и деформациями. Из рассмотренного в данной работе следует возможность решения ряда прикладных задач. Их совокупность может рассматриваться как метод управления транспортными качествами покрытий дорожных конструкций.
Ключевые слова: деформация, напряжения, теория упругости, дорожная конструкция, пластичность.
Введение
В современной теории прочности дорожных одежд имеются способы назначения толщин слоев, в основу которых положена теория упругости. Постепенное накопление остаточных деформаций в слоях, проявляющееся в ухудшении ровности покрытий под действием
Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.
АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ
многократных загружений , не учитывается, и поэтому не отражается реальная картина поведения дорог. В связи с этим представляется необходимой разработка физико-
механической модели упруговязкопластической работы слоистой конструкции в условиях многократного нагружения и переменного водно-теплового режима.
Расчет деформаций по теории упругости |
|
|
|
Физическую основу такой модели составляет ряд постулатов и гипотез, следующих из |
|
||
анализа работы образцов дорожно-строительных материалов при многократном загружении |
|
||
простым сжатием(рис.1). Многократные эксперименты дают общую картину сжатия материала, |
|
||
когда при загрузке образца напряжениями, меньшими, чем предел прочности(σ<[R]), |
|
||
обязательно в общих деформациях сжатия ε=∆/h можно выделить упругую εy и |
|
||
пластическую(остаточную) деформацию εп (рис. 1а). Причиной этого являются нелинейные |
|
||
связи между напряжениями и деформациями практически всех дорожно-строительных |
|
||
материалов(от грунтов до цементобетонов). При этом диаграммы сжатия (рис.1.1,а) |
|
||
характеризуются модулем упругостиEy=tgα и деформации |
= tgβ и очень часто положение |
|
|
точки 1 «плавающее», а границу перехода от линейной модели к нелинейному трудно |
|
||
установить [1]. |
|
|
|
Вместе с тем, чем выше уровень напряженного состояния по отношению к пределу |
|
||
прочности(σ/[R]), тем меньше упругих свойств остается в нагружаемом материале и тем больше |
|
||
проявление пластических свойств(рис. 1б). Если материал загружать n раз напряжениями |
|
||
σ<[R], то от последовательной загрузки наблюдаются остаточные деформации ε1, ε2, ε3…, εn, |
|
||
причем ε1> ε2> ε3>…> εn(рис. 1в). |
|
|
|
Эти деформации, последовательно накладываясь, формируют полную остаточную |
|
||
пластическую деформацию εп так, что она в большинстве экспериментов |
прямо |
59 |
|
пропорциональна логарифму числа нагружений (рис. 1г). Если известно число выносливости N |
|
||
|
|||
или число нагружений материала до полного разрушения и число n реализованных нагружений, |
|
||
то пластическая деформация прямо пропорциональна lgn/lgN(рис. 1д). Наконец, если образец |
|
||
загружается в течение времени t, то упругая деформация εy |
восстанавливается в |
течение |
|
времени tр, называемого временем релаксации и связанного с релаксацией напряжений, |
|
||
остаточная деформация, достигнутая ко времениt, экспоненциально зависит отt/ tр [2]. |
|
|
|
Аналитически указанные факты и гипотезы можно представить следующим образом. При |
|
||
однократном загружении общая относительная деформация |
|
|
|
ε= εy+ εп, |
|
(1) |
|
где εy и εп – упругая и пластическая(остаточная) деформации. |
|
|
|
Чем выше напряжения сжатия, тем меньше проявление упругих свойств в материале. И наоборот, чем выше напряжения сжатия тем больше проявление пластических свойств [3].
Поэтому общая относительная деформация ε при и имеет вид:
(2)
где [R] – предел прочности материала на сжатие.
Если известно требуемое число нагружений, которое должен выдержать материал до разрушения N и реализованное число нагружений n, то степень достижения пластической
Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.
АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ
деформацией состояния, соответствующего стадии разрушения, определяется соотношением lgn/lgN. Поэтому пластическая деформация после n загружений составит:
(3)
Пластическая деформация уменьшается с уменьшением времени действия напряжений, и поэтому аналогично теории наследственной ползучести и соотношению Больцмана-Вольтерра:
(4)
Здесь t – время действия напряжений, tр – время релаксации напряжений(или время
прекращения текучести деформаций).
Поэтому при вышеприведенном физическом моделировании упругих и пластических свойств материалов общая относительная деформация:
(5)
Вертикальная элементарная деформация кубического элемента объемом dxdydz,
расположенного в упругопластическом полупространстве( сплошном или слоистом), составит при условии сопротивления боковому расширению:
(6)
60
Если пространство слоистое и состоит из M слоев и n раз нагружается, то полный прогиб
его поверхности под центром нагружения можно определить по формуле:
(7)
Здесь σj, Eyj, 
j, [R]j, vj, hj, tpj – напряжение сжатия, модуль упругости, модуль деформации, прочность на сжатие, коэффициент Пуассона, толщина и время релаксации материала j-слоя полупространства; Дj – диаметр круговой площадки нагружения j-слоя полупространства; V – скорость горизонтального перемещения нагрузки по поверхности полупространства 0≤j≤M.
Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.
АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ
61
Рисунок 1 – Основные диаграммы сжатия материалов при многократном загружении
Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.
АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ
Как видим, полный прогиб поверхности полупространства и его остаточная составляющая зависят от вертикальных напряжений сжатия в слоях σj [3]. Для их получения воспользуемся известным решением о загружении полупространства на поверхности удельной нагрузкой q, распределенной по кругу диаметром Д.
Рисунок 2 – Схема М-слойного полупространства |
|
Нагрузка движется по направлению вектора горизонтально, равномерно со скоростью V, как |
62 |
показано на схеме. Порядковый номер слоя считается сверху вниз. В любом j-слое напряжения сжатия по оси составляют по [4]:
(8)
При |
; |
Если Ej-1<Ej, то
(9)
В реальных условиях эксплуатации дорог модули упругости, деформаций и напряжения сжатия в слоистой конструкции переменны в соответствии с ходом температурно-влажностного режима [5]. В зимний период, когда слоистая конструкция, включая грунт земляного полотна,
находится в мерзлом состоянии, остаточные и полные прогибы ничтожно малы и практически могут не учитываться. В период работы слоистой конструкции на талом грунтовом основании, исчисляемый количеством месяцев в году i, полные прогибы и пластические деформации существенны. К этому же периоду следует относить и число загружений дорожной одежды n, а
Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.
АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ
к заданному сроку службы одежды Т предельное число загружений до разрушения N. Поэтому
сумма |
в выражении (7) равна |
, где n0 – месячное число нагружений [6]. |
Из полученного следует возможность решения ряда прикладных задач. Их совокупность может рассматриваться как метод управления транспортными качествами покрытий дорожных конструкций. Введем понятие «степень пластичности» конструкции и будем его характеризовать коэффициентом пластичности, представляющем отношение полного прогиба конструкции при нагружении к упругому(или обратимому) [7]:
(10)
Если Кпл=1, то дорожная конструкция упруга и работает без накопления остаточных деформаций. Если Кпл>1, то дорожная конструкция упругопластична и накапливает под действием многократных нагружений остаточные деформации. Если предел остаточной деформации на поверхности покрытия ограничивается [Un] – 1,5; 3 и 5 мм, то конечное
состояние одежды оценивается как «отличное», «хорошее» и «удовлетворительное». Поэтому пластическая деформация на поверхности слоистой одежды, представляющая собой второй второй член правой части выражения (7), может быть меньше или равна предельной остаточной деформации [Un] и являться условием подбора толщины слоев конструкции с управляемым конечным состоянием по ровности [8]:
|
(11) |
Заключение |
|
Изложенное позволяет решать следующие практические задачи: |
63 |
1.Определение полной толщины дорожной конструкции и отдельных слоев hj при
заданном Т и для различных конечных состояний покрытий по ровности;
2.Определение срока достижения дорожной конструкцией различных эксплуатационных состояний из (11);
3.Определение остаточного ресурса времени эксплуатируемой дороги как разницы ∆T=T
–T[Un];
4.Определение требуемых прочностных и деформативных свойств слоев дорожной конструкции (Eyj, Eσj, [R]j) при заданных hj, T, [Un];
5.Конструирование дорожных одежд без образования полостей между слоями из-за разницы накопления деформаций 2-х соседних слоев(Unj≤Unj-l).
Библиографический список
1.Прикладная механика дорожных и аэродромных конструкций/А.В.Смирнов. – Омск, СибАДИ, 1993
–128 с.
2.Усиление нежестких дорожных одежд/ О.Т. Батраков, Н.А. Медведкова, В.П. Плевако, В.Н. Ряпухин ; под ред. О.Т. Батракова – М: Транспорт, 1985 – 144 с.
3.Исследование прочности дорожных одежд/СоюздорНИИ.– М., 1959 – 261 с.
4.Справочник по механике и динамике грунтов/под ред. В.Б. Швец. – Киев: Будивельник, 1987 – 290 с.
5.Экспериментальные исследования нормальных и касательных напряжений в контакте шины/под ред. Е.В. Кленников, В.И. Кнороз, И.П. Петров//Тр. НАМИ. – М., 1970 – Вып. 120. – С. 78–95.
6.Основы теории упругости и пластичности /Н.И. Безухов. – М.: Высшая школа, 1998. – 270 с.
7.Теория упругости: Основы линейной теории и ее применение ; пер. с нем. – М.: Мир, 1988. – 344 с.
8.Механика контактного взаимодействия : пер. с англ.– М.: Мир, 1989. – 510 с.
Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.