Учебное пособие 800553

Таблица 4.22 Конструктивные слои из активных материалов (шлаки, шламы, фосфогипс)

Примечания: 1. К высокоактивным относятся материалы, имеющие прочность при сжатии от 5 до 10 МПа в возрасте 90 сут.

2.К активным – материалы, имеющие прочность при сжатии от 2,5 до 5 МПа

втом же возрасте.

Таблица 4.23

Конструктивные слои из смесей щебеночно-гравийно-песчаных

(ГОСТ 25607-94 и ГОСТ 3344-83)

Примечание. В числителе – из легкоуплотняемого щебня; в знаменателе – из трудноуплотняемого щебня.

Таблица 4.25 Механические характеристики теплоизоляционных слоев

63

Вопросы для самопроверки

1.Что такое расчетный автомобиль и каковы его основные параметры?

2.Какая схема нагрузки используется при расчетах нежестких дорожных одежд?

3.Как определяется интенсивность воздействия расчетной нагрузки?

4.От каких параметров зависит суммарный коэффициент приведения транспортных средств к расчетной нагрузке?

5.От каких параметров зависит суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы дорожной одежды?

6.Что такое эквивалентный модуль упругости дорожной конструкции?

7.В какой последовательности определяется общий модуль упругости дорожной одежды?

8.Что такое требуемый модуль упругости дорожной одежды?

9.Что такое надежность работы дорожной конструкции и ее отказ ?

10.Как определяется требуемый уровень проектной надежности?

11.От каких параметров зависит требуемый коэффициент прочности дорожной одежды?

12.Как определяются расчетные характеристики грунтов земляного полотна

с учетом заданной надежности?

13.Как определяются расчетные характеристики прочности асфальтобетона на растяжение при изгибе с учетом надежности?

14.Каковы основные расчетные параметры физико-механических свойств грунтов земляного полотна?

15.От чего зависит расчетная относительная влажность грунта земляного полотна?

16.От каких факторов зависят расчетные значения сцепления и угла внутреннего трения грунтов при расчете дорожных одежд?

17.Какие прочностные характеристики монолитных слоев используются при расчете нежестких дорожных одежд?

18.От каких параметров зависит модуль упругости асфальтобетона?

19.Для каких расчетных температур определяются модули упругости слоев из асфальтобетонов при расчете дорожной одежды по упругому прогибу

?

20.Для каких расчетных температур определяются модули упругости слоев из асфальтобетонов при проверке слоев из слабосвязных материалов и грунта на сопротивление сдвигу?

21.Для каких температур определяются модули упругости слоев из асфальтобетонов при их расчете на растяжение при изгибе?

64

5. РАСЧЕТ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД 5.1. Установление категории дороги и выбор расчетных параметров

В соответствии с действующими нормами проектирования при назначении категории автомобильной дороги определяют интенсивность движения на перспективный период, равный 20 годам. На этот срок проектируют элементы плана, продольного и поперечного профилей, в том числе и земляного полотна, являющегося неотъемлемой частью конструкции дорожной одежды.

Категорию дороги определяют по перспективной интенсивности движения, которую вычисляют по формуле

где Nt – среднегодовая суточная интенсивность движения на год эксплуатации t, авт/сут; t – перспективный период для назначения категории дороги, лет (t =20); N0 – среднегодовая суточная интенсивность движения на начальный год расчетного периода, авт/сут; p% – рост интенсивности движения, %.

Среднесуточная интенсивность движения на начальный год расчетного периода вычисляется по формуле

где Nгр - интенсивность движения грузовых автомобилей, авт/сут; Nл - то же, легковых автомобилей, авт/сут; Nавт – то же, автобусов, авт/сут.

Среднегодовую суточную интенсивность движения автомобилей (Nсс) устанавливают на основе данных о размерах грузонапряженности и пассажиронапряженности в структуре транспортного потока, которые рассчитывают по формуле

где Qг – грузонапряженность перегона для грузовых автомобилей, т км/км (или пассажиронапряженность перегона для автобусов и легковых автомобилей, пасс км/км); К – коэффициент, учитывающий наличие в составе движения грузовых и легковых автомобилей, не перевозящих грузы или пассажиров (в расчетах принимают равным 1,15 – 1,25); D – число дней в году работы автотранспорта (D= 365); qср – средняя грузоподъемность грузовых автомобилей, т; или средняя вместимость автобусов или легковых автомобилей, пасс; β - коэффи-

циент использования пробега; γ - коэффициент использования грузоподъемности или вместимости для автобусов или легковых автомобилей.

Среднюю грузоподъемность грузовых автомобилей вычисляют по формуле

где q1, q2, … qn – номинальная грузоподъемность разных марок грузовых автомобилей, входящих в состав транспортного потока, т; а1, а2, … аn – удельный вес каждой из марок автомобилей в долях единицы.

65

Среднюю вместимость автобусов принимают для дорог:

-федерального значения - 40 чел.,

-регионального и областного значения - 35 чел.,

-местного значения - 25 чел.

Вместимость легковых автомобилей на всех дорогах 4 - 5 чел.

По расчетной перспективной интенсивности движения определяют категорию дороги согласно данным СНиП 2.05.02-85 [1], приведенным в табл.5.1.

Таблица 5.1 Категории автомобильных дорог в зависимости от перспективной

интенсивности движения

В зависимости от категории автомобильной дороги в соответствии с ОДН 218.046-01 [2] принимается тип дорожной одежды и вид покрытия (см. табл.2.1), а также следующие расчетные параметры:

- расчетный автомобиль (наиболее тяжелый автомобиль в составе движения, доля которого не менее 10 % от перспективной интенсивности движения) и

параметры расчетной нагрузки (Dд, Dн , p) в соответствии в данными табл. 4.1;

-минимальные коэффициенты прочности в соответствии с заданным уровнем надежности - по табл. 4.8;

-перспективную интенсивность воздействия расчетной нагрузки Nр на последний год срока службы дорожной одежды, рассчитанную по формуле (4.2);

-суммарное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции дорожной одежды за срок службы, рассчитанное по формуле (4.8).

5.2.Определение минимального требуемого модуля упругости конструкции дорожной одежды

Величину требуемого модуля упругости дорожной одежды (Етрmin) определяют по формуле

где ∑Nр – суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды; с – эмпирический параметр, принимаемый равным для расчетной нагрузки на ось: 100 кН – 3,55,

110 кН – 3,25,

130 кН – 3,05,

115 кН – 3,20.

66

Формулой (5.5) следует пользоваться при ∑Nр > 4 104. Для дорог в V до- рожно-климатической зоне требуемый модуль упругости, определенный по формуле (5.5), следует уменьшить на 15%.

Требуемый модуль упругости, рассчитанный по формуле (5.5), сравнивается с минимально допустимым значением, приведенным в табл.5.2, и к расчету дорожной одежды принимается большее значение.

5.3. Расчет дорожной одежды на прочность

Под прочностью дорожной одежды понимают ее способность сопротивляться процессу развития остаточных деформаций и разрушений под воздействием касательных и нормальных напряжений от расчетной нагрузки, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте.

Задача расчета - определение толщин слоев или выбор материалов с известными прочностными характеристиками при заданных толщинах слоев.

Дорожные одежды на перегонах дорог рассчитывают на кратковременное многократное действие подвижных нагрузок. Одежды на остановках, перекрестках дорог, на подходах к пересечениям с железными дорогами и т.п. рассчитывают дополнительно на однократное нагружение при продолжительности нагружения не менее 10 мин. Одежды на стоянках автомобилей и обочинах дорог следует рассчитывать на продолжительное нагружение (более 10 мин.). Расчет ведут по критерию сдвига в грунтах и слабосвязных материалах, а также в слоях, обработанных органическим вяжущим.

5.3.1. Расчет дорожной одежды по допускаемому упругому прогибу

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба, если выполняется условие

где Еоб - общий расчетный модуль упругости конструкции, МПа; Eminтр - мини-

мальный требуемый общий модуль упругости конструкции, МПа; Kпртр - требу-

67

емый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба, принимаемый в зависимости от заданного уровня надежности (см.табл. 4.8).

Расчет проводят в соответствии с расчетной схемой, приведенной на рис.5.1, которая составлена с учетом требуемого модуля Eminтр упругости и об-

щего модуля упругости дорожной конструкции Еоб.

Производят послойный расчет многослойной конструкции сверху вниз и снизу вверх, определяя толщину одного из слоев основания. При расчетах используют номограмму, приведенную на рис. 5.2. Расчет ведут в следующей последовательности:

1. Рассчитывают отношения h1/Dд и Еоб /Е1, по номограмме определяют отношение Е′об /Е1 = α1 и вычисляют

Е′об = Е1 α1

2. Рассчитывают отношения h2 /Dд и Е′об /Е2, по номограмме определяют от-

ношения Е′′об /Е2 = α2 и вычисляют

Е′′об = Е2 α2

3. Для определения толщины третьего

слоя сначала находят Е′′′об.

Рис.5.1. Расчетная схема

Для этого рассчитывают отношения Егр /Е4 и h4 /Dд, по номограмме находят отношение Е′′′об /Е4 = α3 и вычисляют Е′′′об = Е4 α3.

4.Рассчитывают отношения Е′′об /Е3 и Е′′′об /Е3, по номограмме находят отношение h3 /Dд =α4, вычисляют h3=Dд α4

5.Определяют общую толщину дорожной одежды: hд.о. = ∑hi.

5.3.2.Расчет по условию сдвигоустойчивости подстилающего

грунта и слабосвязных конструктивных слоев

При действии расчетной нагрузки в слоях, не обладающих большой связностью, и в грунте земполотна не должно возникать сдвига, приводящего к деформациям дорожных одежд. Условия устойчивости против сдвига в некоторой точке слоя из несвязных материалов представлены зависимостью Кулона

где τmax – максимальное касательное напряжение, МПа; σ– номинальная составляющая напряжений к площадке, по которой действуют максимальные

касательные напряжения, МПа; φ – угол внутреннего трения несвязного материала, град; С – сцепление, МПа.

68

69

Рис.5.2. Номограмма для определения общего модуля упругости двухслойной системы

Левую часть преобразованного выражения τmax −σ tgϕ = Такт назы-

вают активным напряжением сдвига, которое обычно имеет максимальное значение под центром нагруженной площадки, на контакте между слоями или несколько ниже.

Активное напряжение сдвига от временной нагрузки, соответствующее условию предельного равновесия в наиболее напряженной точке подстилающего дорожную одежду грунта под центром приложения нагрузки, выражается за-

где σ1, σ3 – максимальное и минимальное главные напряжения в данной точке, определяемые после приведения дорожной одежды к эквивалентной двухслой-

ной, МПа; φ– угол внутреннего трения, град.

На активное напряжение сдвига оказывает влияние собственный вес слоев дорожной одежды, расположенных выше рассматриваемого слоя.

Дорожную одежду проектируют из условия, что под действием кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте и малосвязных слоях за весь срок службы не накапливаются недопустимые остаточные деформации. Это возможно при выполнении условия

где Тпр – предельно допустимое активное напряжение сдвига в расчетной точке, превышение которого вызывает нарушение прочности по сдвигу, МПа; Т– расчетное активное напряжение сдвига в расчетной точке от действующей нагрузки, МПа; Кпртр – требуемое минимальное значение коэффициента прочности по критерию сдвига (см. табл. 4.8).

где τ н – удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое по номограмме, МПа (рис.5.3 или рис. 5.4); р – расчетное давление колеса на покрытие, МПа (см.табл. 4.1).

Предельно допустимое активное напряжение сдвига Тпр в грунте рабочего слоя или в песчаном промежуточном слое определяют по формуле

где Кд - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания; СN - сцепление в грунте земляного полотна или промежуточном песчаном слое, МПа; γср - средний

70