Учебное пособие 800553

удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см3, (принимают в среднем 0,002 кг/см3); zоп – глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции,

см; ϕст - расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки, град.

При устройстве нижнего слоя несущего основания из укрепленных материалов, а также при укладке на границе «основание - песчаный слой» разде-

ляющей геотекстильной прослойки следует принимать значения Кд равными: 4,5 – при использовании в песчаном слое крупного песка, 4,0 – песка средней крупности, 3,0 – мелкого песка,

2,0 – без укладки разделительной прослойки,

1,0 – при проверке сдвигоустойчивости в глинистом грунте земляного полотна и во всех остальных случаях.

5.3.2.1. Расчет дорожной одежды на сдвиг в грунте земляного полотна

Для проведения расчетов многослойную дорожную одежду приводят к двухслойной расчетной модели, схема которой приведена на рис.5.5. В качестве нижнего слоя принимают грунт земляного полотна, а в качестве верхнего – всю

дорожную одежду. Толщина верхнего слоя h равна сумме толщин слоев до-

никает под центром приложенной нагрузки на контакте основания с рабочим грунтом.

Расчет ведут в следующей последовательности:

1. Модуль упругости верхнего слоя вычисляют как средневзвешенный по формуле

единичной нагрузкиτн (последовательность расчета по номограмме указана стрелками). Активное напряжение сдвига вычисляют по формуле (5.10).

3. Рассчитывают предельное активное напряжение сдвига Тпр по формуле

(5.11).

73

4. Проверяют дорожную одежду по условию сдвига, т.е. выполнение ус-

ловия (5.9).

Если это условие не выполняется, то

-увеличивают толщину какого-либо слоя или нескольких слоев дорожной одежды, или

-увеличивают величину Еср путем замены материала какого-либо слоя на слой с более высоким модулем упругости, или

-заменяют или укрепляют грунт земляного полотна.

Для измененной конструкции дорожной одежды повторяют расчет на сдвиг.

5.3.2.2.Расчет промежуточных слоев из слабосвязных материалов на сдвиг

Вконструкциях дорожных одежд капитального и облегченного типа слои из слабосвязных материалов проверяют на условие возникновения остаточных деформаций под действием сдвигающих напряжений. К таким слоям дорожной одежды относятся слои из гравийных, песчаных, гравийно-песчаных смесей, а также из материалов и грунтов, укрепленных жидким вяжущим.

Расчет ведут в соответствии с расчетной схемой, приведенной на рис. 5.6,

вследующей последовательности:

1.Многослойную конструкцию приводят

кдвухслойной модели (см. рис. 5.6).

2.Определяют толщину верхнего слоя:

тивное напряжение сдвига τн от единичной нагрузки.

5.Активное напряжение сдвига вычисляют по формуле (5.10).

6.Вычисляют предельное активное напряжение сдвига Тпр по формуле

(5.11).

7.Вычисляют отношение Тпр /Т и проверяют выполнение условия (5.9). Если это условие не выполняется, то следует увеличить толщину какого-либо из вышележащих слоев, а толщину рассчитываемого слоя – уменьшить.

74

5.3.3.Расчет монолитных слоев на сопротивление усталостному разрушению от растяжения при изгибе

Напряжения, возникающие при прогибе монолитных слоев дорожной одежды (из асфальтобетона, дегтебетона, материалов и грунтов, укрепленных комплексными и неорганическими вяжущими и др.) под действием повторных кратковременных нагрузок, не должны приводить к образованию трещин от усталостного разрушения. Это возможно при выполнении условий

где RN – прочность материала слоя на растяжение при изгибе, МПа; σr – наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, устанавливаемое расчетом, МПа.

Наибольшее растягивающее напряжение σr при изгибе в монолитном слое рассчитывается по формуле

где σr - растягивающее напряжение от единичной нагрузки, определяе-

мое по номограмме (рис.5.7); Кв - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции (под спаренным баллоном принимают 0,85, при расчете на одно баллонное колесо – 1,0) ; р – расчетное давление колеса на покрытие, МПа.

Расчет монолитных слоев на растяжение при изгибе ведется в соответствии с расчетной схемой, представленной на рис.5.8.

Многослойную конструкцию дорожной одежды приводят к двухслойной, у которой первый слой – слои из асфальтобетона, второй слой – основание и грунт земляного полотна. Расчет производят в следующей последовательности:

2. Находят значение общего модуля упругости слоев, лежащих ниже асфальтобетонных Еоб.осн = Е′′об (см. рис.5.8).

4.По отношениям ∑h/Dд и Еср /Еоб.осн находят растягивающее напряжение

σr от единичной нагрузки по номограмме (рис.5.7).

5.Рассчитывают полное растягивающее напряжение по формуле (5.16).

75

Рис.5.7. Номограмма для определения растягивающего напряжения при изгибе в верхнем монолитном слое двухслойной системы

76

5.4. Расчет дорожной одежды на статическое воздействие нагрузки

Дорожные одежды на остановках, перекрестках дорог, на подходах к пересечениям с железнодорожными путями и т.д. должны быть дополнительно проверены на однократное воздействие нагрузки при продолжительности нагружения не менее 10 мин.

Дорожные одежды на стоянках автомобилей и обочинах дорог следует рассчитывать на продолжительное нагружение (более 10 мин.). Расчет ведут по критериям:

-сдвига в грунте земляного полотна и слабосвязных материалах,

-сдвига в слое асфальтобетона.

Расчет дорожной одежды по сдвигу в грунте и слабосвязных материалах производят аналогично расчету на динамическое воздействие нагрузки, исполь-

зуя в расчетах диаметр отпечатка шины для неподвижного колеса Dн

(см.табл.4.1).

Модуль упругости грунта при расчетах на воздействие статической нагрузки следует уменьшать на 15%.

При расчете дорожной одежды на длительное действие нагрузки используют значения модулей упругости асфальтобетона, приведенные в табл. 5.4, а расчетные характеристики для определения допускаемого сопротивления асфальтобетона сдвигу принимают по данным табл. 5.5.

Таблица 5.4 Значения модуля упругости асфальтобетона при длительном

воздействии нагрузки

Примечание. Модуль упругости высокоплотного асфальтобетона принимать как для плотного асфальтобетона типа А.

78

Таблица 5.5 Расчетные характеристики для определения допускаемого сопротивления

асфальтобетона сдвигу

Примечания: 1. В числителе дано сцепление для горячих смесей из вязких битумов, а в знаменателе – для смесей с битумом 130/300.

2. Если асфальтобетон приготовлен с применением дробленого песка, то сцепление нужно увеличить на 20%.

Цель расчета асфальтобетона на сопротивление сдвигу состоит в проверке соответствия свойств выбранной асфальтобетонной смеси (для покрытия или верхнего слоя основания) условию сдвигоустойчивости под воздействием нагрузки.

Расчет асфальтобетона на сдвиг производят для самого жаркого месяца года. За расчетную принимают температуру +50˚С и в соответствии с этой температурой выбирают расчетные характеристики (см. табл. 5.4).

Расчет ведут по нижнему слою асфальтобетона в конструкции - верхнему слою основания (см. рис. 2.1).

Асфальтобетон работает в верхнем слое основания без накопления остаточных деформаций, если выполняется условие

где Тпр – предельно допустимое активное напряжение сдвига в расчетной точке, превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг, МПа; Т – расчетное активное напряжение сдвига в расчетной точке от действующей нагрузки, МПа; Кпртр– требуемое минимальное значение коэффициента прочности.

Активное напряжение сдвига τн, действующее в асфальтобетоне, вычис-

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

двухслойной; φ– угол внутреннего трения.

В этой формуле главные напряжения вычисляются из решения задачи теории упругости для слоистых сред. Для инженерных расчетов составлена но-

мограмма определения напряжения сдвига τн в слое асфальтобетона, представленная на рис.5.9.

79

Номограмма составлена на основе решения задачи теории упругости для слоистого полупространства для случая, когда не обеспечено достаточное сцепление покрытия с основанием.

На номограмме взаимосвязаны между собой относительная толщина h/D слоев асфальтобетона (значения показаны на горизонтальной оси), отношение среднего модуля упругости слоев асфальтобетона к общему модулю упругости подстилающего их основания Еср.асф/Еоб.осн (значения указаны на кривых) и

относительное максимальное активное напряжение сдвига τн/р в асфальтобетоне (значения показаны на вертикальной оси).

Расчет ведут в соответствии с расчетной схемой, приведенной на рис. 5.10, в следующей последовательности:

80