Современные научные исследования в дорожном и строительном производс

по ряду федеральных целевых программ на количество построенных километров автодорог, как, например, это делает Борис Немцов: «В 2009 году федеральный бюджет выделил на реконструкцию и строительство федеральных автодорог 230 миллиардов рублей (7,2 миллиарда долларов по курсу 2009 года). Ведено 1159 км федеральных автотрасс. Средняя стоимость километра вводимой дороги – 6,3 миллиона долларов». Программа (имеется в виду утвержденная Правительством РФ программа развития автомобильных дорог 2010–2015 гг.) предусматривает ремонт дорожного полотна. Вот основная статья расходов дорожного хозяйства.

Стоимость автомобильной дороги зависит от числа многих показателей: полос движения, количества расположенных на ней мостов, эстакад и туннелей, рельефа местности, застроенности территории, климатических условий строительства, грунтовых условий и еще целого ряда факторов.

Список литературы

1.Справка о сравнительной стоимости строительства автомобильных дорог

вРоссийскойФедерацииизарубежныхстранах/ РОСДОРНИИ. – М., 2009.

2.Справочник стоимостных показателей по отдельным видам капитального строительства (объектам-аналогам) / Министерство регионального развития

РФ. – М., 2009.

3.Дорожное хозяйство России. Цифры и Факты / Росавтодор. – М., 2009.

4.Строительная газета. – 2008. – № 6.

281

УСТРОЙСТВО СТЕКЛЯННЫХ ЛЕСТНИЦ И ПОЛОВ

Д.А. Петухова

Пермский государственный технический университет, Россия

Лестница является необходимым элементом зданий, связующим звеном между этажами. По конструктивным особенностям лестница может проектироваться как наружная или внутренняя, широкая или узкая, винтовая или прямая.

Лестницы с использованием стеклянных ограждений или стеклянных ступеней принято называть стеклянными лестницами. Благодаря тенденциям архитектурной мысли в совершенствовании современных интерьеров стекло постепенно вытесняет традиционные материалы при устройстве лестниц и ограждений.

Стеклянные лестницы различают:

–винтовые;

–маршевые;

–комбинированные;

–стеклянные лестницы индивидуальных конструкций.

Использование стекла в лестницах не уменьшает надежности конструкции. Для изготовления стеклянных ограждений и лестниц используется только качественное сырье, например триплекс, который способен выдерживать необходимую весовую нагрузку. В некоторых случаях возможно использование закаленного триплекса или комбинированного стекла.

Не рекомендуется использование стеклянных ступеней на внешних лестницах. В холодное время года они будут скользкими, даже если стекло будет со специальной обработкой, также их практически невозможно будет очистить от наледи и снега.

Стеклянными можно выполнять не только ограждения лестниц и их ступени, но и создавать оригинальные финишные покрытия полов. Стеклянные полы – это изысканный элемент дизайна современных помещений. Такие полы создают атмосферу роскоши, необычности. Очень часто используют подсветку в полах, что является важным элементом дизайнерского оформления. Благодаря этому в последнее время стеклянный пол широко применяется при строительстве развлекательных центров, элитных клубов, ресторанов, танцевальных площадок, подиумов и эксклюзивных квартир. Одна из областей применения стеклянного пола – смотровые площадки (внутренние и наружные). В этом случае толщина панелей стеклянного пола может доходить до 50 мм.

Несмотря на то, что полы стеклянные, они достаточно прочные и износостойкие. По техническим характеристикам стеклянные полы обладают следующими показателями: прочность и ударостойкость, устойчивость к истиранию, перепадам температур и воздействиям агрессивной среды, в частности

282

к воздействию кислот и щелочей, что позволяет применять стеклянный пол

впомещениях с агрессивными средами. Кроме того, стеклянные полы обладают высокими диэлектрическими качествами.

Стеклянные полы могут быть выполнены в виде сплошной плоскости или

ввиде отдельных элементов.

Вплане исполнения стеклянные полы могут представлять собой:

1.Небольшую ограниченную вставку в привычный пол. Для этого пол наращивают или наоборот, делают в полу нишу, по периметру монтируют стальную раму, отделывают дно и боковые стенки. Получается оригинальная выставочная площадка, в которой могут быть размещены: цветочные композиции, морские камни, домашние раритеты. В такой нише может быть установлен аквариум. Впечатление от экспонатов, размещенных под прозрачным стеклом, усиливает оригинальная подсветка. Сверху устанавливают стекло. Максимально возможный размер такой вставки без швов – 2,5 м2, а самый популярный – 1 м2.

2.Большое поле (например, эстрада, покрытая подсвеченными панелями стеклянного пола).

3.Ленту (например, узкая полоска стеклянного пола для обозначения дорожки или подсветка витрин в бутиках). Такой пол визуально расширяет границы помещения, а установленные в полу светильники рассеют темноту даже в самых дальних уголках.

Как известно, стекло – скользкий материал. Чтобы избавится от этого свойства, панели стеклянного пола подвергаются специальной обработке. Чтобы стеклянные полы не выглядели поцарапанным от воздействия абразивных частичек песка, переносимых на обуви при его эксплуатации, сами стеклянные панели специальным образом обрабатывают. Возможны два варианта:

1.Можно выполнить поверхность стеклянного пола шероховатой, чтобы новые царапины терялись в уже существующих (пескоструйная обработка).

2.Возможно создание стеклянного пола устойчивым к царапанью абразивным материалом. В этом случае используют свойства закаленного стекла.

Несущий каркас стеклянного пола воспринимает нагрузку и служит местом для размещения стеклянных панелей, он крепится к конструктивным элементам здания. Несущий каркас может быть реализован различными способами, при этом учитывается предполагаемая нагрузка на пол.

Панели стеклянного пола изготавливаются из ударопрочного стекла (триплекса) толщиной не менее 16 мм. Их толщина рассчитывается в зависимости от предполагаемой нагрузки, а количество стеклянных пластин, составляющих триплекс, зависит от условий эксплуатации стеклянного пола. Пол должен выдерживать нагрузку не менее 400 кг/м2, но она рассчитывается в каждом случае. Подобный запас прочности гарантирует, что даже при разрушении нескольких слоев пол из ламинированного стекла не обрушится. О надежности ламинированного стекла как строительного материала свидетельствует и пешеходный мост целиком из стекла, созданный в Великобритании.

283

Панели стеклянного пола могут быть как прозрачными, так и матовыми, или цветными, или иметь причудливый рисунок. Они могут состоять из 2 частей: основной части и верхней части (покровное стекло). В случае когда требуется заменить поврежденную (изношенную) панель, меняют не весь элемент стеклянного пола, а только верхний элемент панели.

Для монтажа стеклянных панелей используются как рамные конструкции, так и точечные системы крепления. Точечные системы крепления применяются с использованием так называемых «пауков», снабженных шарнирными соединениями и позволяющими компенсировать динамические нагрузки. К числу преимуществ точечных систем крепления относится и отсутствие массивных рам, что позволяет добиться легкости и воздушности стеклянных перекрытий. Стекло не должно соприкасаться с металлом (только через резину, паронит, силикон

ит.п.), а стык стекол при точной подгонке (1–5 мм) обычно заполняют силиконом. Необходимо помнить и о весе стекла для пола – 1 м2 пола весит 75 кг.

Таким образом, стеклянные элементы здания, а именно – полы и лестницы, не только придают интерьеру современность, иногда и уникальность, но

иудобны в эксплуатации, надежны и долговечны.

Список литературы

1.http://www.glassma.ru/main/steklo_poli/

2.http://www.lemansgroup.ru/steklyannie-poli/steklyannie-poli

3.http://www.lemansgroup.ru/seklyannie-lestnici

284

КРИТЕРИИ РАСЧЕТА АСФАЛЬТОБЕТОНА НА СДВИГОУСТОЙЧИВОСТЬ

В.Н. Ряпухин, Н.А. Нечитайло, С.С. Смольняков

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Украина

Прочность нежестких дорожных одежд основывается на существующих теориях прочности твердых тел. Принятая для инженерных расчетов теория должна быть адекватна механизму разрушения конструкции [1, 2]. Установлено, что разрушение материалов может происходить по двум разным схемам:

–разрушение отрывом в основном за счет действия нормальных растягивающих напряжений или вследствие деформации удлинения; при этом разрушение отрывом может происходить при достаточно малой остаточной деформации;

–разрушение как явление среза или скола, которое вызвано преимущественно действием касательных сдвигающих напряжений.

Исходя из этих представлений следует рассматривать два вида сопротивления материалов разрушению: сопротивление отрыву и сопротивление срезу (сдвигу). До последнего времени считали, что каждому материалу принадлежит один вид сопротивления разрушению. Такая постановка долгое время не давала возможность найти общее решение относительно вопроса прочности материалов. В противовес такому подходу в последние годы была выдвинута экспериментально подтвержденная теория о том, что каждый материал,

взависимости от тех условий, в которых он находится, может разрушаться как путем отрыва, так и путем среза [1–4]. Следует отметить два основных состояния материалов: хрупкое и пластичное. Разрушение отрывом наиболее характерно для материалов в хрупком состоянии. При этом разрушение отрывом возникает без остаточной деформации. Разрушение путем среза характерно для пластичных материалов со значительной остаточной деформацией. Срез (сдвиг) является более сложным видом разрушения, чем отрыв, так как предпосылкой ему является значительная пластическая деформация, и разрушение путем среза обусловлено касательными напряжениями.

Как известно, важной задачей инженерных расчетов является оценка прочности конструкции (элемента) по известному напряженному состоянию. Для этого необходимо правильно определить теорию прочности, которая бы учитывала все особенности материала.

Для того чтобы выбрать наиболее приближенную теорию прочности для асфальтобетона, необходимо проанализировать его поведение под нагрузкой при

285

разных температурных условиях. Как известно, [1, 2] асфальтобетон является термопластичным материалом. При низких температурах асфальтобетон хрупок и при значительной нагрузке растрескивается. Для асфальтобетона в таких условиях характерным является разрушение отрывом, а наиболее опасной является линейная деформация удлинения. С ростом температуры асфальтобетоны переходят от хрупкого состояния к пластичному, а при высокой позитивной температуре проявляют пластичные свойства, когда линейные удлинения в растянутой зоне не приводят, как правило, к растрескиванию. Более опасной становится возможная пластичная остаточная микродеформация. Для асфальтобетонов, особенно в пластичном состоянии, характерны разные показатели прочности на растяжение и сжатие. Исходя из этих условий следует признать, что для асфальтобетонов в разных условиях следует применять различную схему разрушения. О.О. Каминский [3] отмечает, что разрушения трактуют как необратимой кинематический процесс накопления внутренней деформации материала. Для асфальтобетона в хрупком состоянии – это развитие трещины в растянутой зоне, в пластичном состоянии – это внутренние микросдвиги, которые, накапливаясь, приводят к опасным деформациям.

Методы расчета монолитных слоев дорожных одежд на прочность в большинстве стран и на Украине предусматривают применение первой или второй теории прочности, расчет на допустимые растягивающие напряжения. Это отвечает разрушению хрупких материалов путем отрыва. Такой подход законодательно закреплен рядом нормативных документов (ВСН 46–83, ВБН В.2.3-218-186–2004, МОДН–2001 и другие). Остается открытым вопрос об оценке прочности асфальтобетонных покрытий при высокой положительной температуре.

Дорожная конструкция рассчитывается по методике, которая основывается на расчетах по предельным состояниям.

Основные виды предельных состояний:

–первое предельное состояние – по несущей способности (прочность при изменении напряжений);

–второе предельное состояние – по развитию недопустимой деформации (прогиб, перекос и другой);

–третье предельное состояние – по образованию или раскрытию трещины.

Понятно, что существующая методика расчета монолитных слоев покрытия основывается в первую очередь на третьем предельном состоянии: расчеты на допустимые растягивающие напряжения – трещиностойкость, и на первой или второй теории прочности как для хрупкого материала. Первая теория характеризуется критерием наибольших нормальных напряжений. Согласно этой теории главную роль играет наибольшее нормальное напряжение при растяжении или сжатии. Считается, что снижение прочности наступает тогда, когда наибольшее нормальное напряжение достигает опасного значения. Эта теория не отображает

286

переход материала в пластичное состояние и дает удовлетворительные результаты для весьма хрупких (состояний) материалов. Вторая теория характеризуется критерием наибольшей линейной деформации. Принимают, что снижение прочности в общем случае наступает тогда, когда наибольшая линейная деформация достигнет своего опасного значения. Опасное значение определяется при простом растяжении или сжатии. Согласно второй теории допустимые напряжения необходимо сравнить с комбинацией главных напряжений. Опыт использования этой теории показал, что ее результаты согласовываются споведением только для хрупкого состояния материалов, которые подчиняются закону Гука.

Впроцессе эксплуатации для асфальтобетонов характерны и другие деформации, особенно в теплое время года. На асфальтобетонном покрытии появляютсяколейность, наплывы, сдвиги, азатемтрещинапоколееипроломы. Такой вид деформации характерен для пластичного состояния материала, иприменение первойиливторойтеориипрочностивданномслучаенедопустимо.

Критерий наибольших касательных напряжений рассматривается как условие начала образования пластической (остаточной) деформации. Таким образом, в качестве критерия, который определяет начало текучести материала, можно принять величину наибольшего касательного напряжения.

Всвое время исследователями в отрасли деформируемого твердого тела

итеории упругости были выдвинуты предположения, что опасное состояние материала зависит не от величины отдельных деформаций или напряжений, а от совокупности тех и других вместе, т.е. от величины потенциальной энергии формоизменения (деформации). Четвертая теория прочности (энергетическая теория прочности) характеризуется критерием удельной потенциальной энергии формоизменения. Согласно этой теории в общем случае опасное состояние (текучесть) напряженного состояния наступает тогда, когда удельная потенциальная энергия формоизменения достигнет своего предельного значения.

Прочность материала будет обеспечена, когда

ента запаса прочности при простом растяжении ( сжатии) через границу текуче-

Как следствие, из теории прочности можно утверждать, что расчетное напряжение исходя из четвертой теории прочности (4) пропорционально касательному напряжению на площадке, которая ровно наклонена к направлению главных напряжений. Поэтому энергетическая (IV) теория прочности может быть отнесена к категории теории, которая позволяет проверять прочность для пластичных материалов по значению касательных напряжений. Энергетическая теория позволяет для материалов, одинаково воспринимающих растяжение и сжатие, более точно определять начало малой пластической деформации (предел текучести). Следует обратить внимание, что выражение (6) совпадает с формулой для определения октаэдричного касательного напряжения. Тогда

Такая постановка вопроса освобождает энергетическую теорию прочности от ограничений, связанных с областью применения закона Гука, т.е. линейной теорией упругости. Исследования на образцах разных материалов показали, что для пластичного состояния материала наибольшее соответствие дает энергетическая (IV) теория прочности. Большинство новых критериев прочности основаны на выборе такой формы предельной поверхности, которая позволяет учесть поведение материала в условиях сложного напряженного состояния при разных значениях сопротивления материала растяжению и сжатию, а также сдвигу и растяжению. К ним можно отнести теорию и критерии Ягна – Бужинского, Писаренко – Лебедева, Фридмана, Баландина, Друккера и другие. Все эти критерии являются развитием и усовершенствованием IV энергетической теории. Критерии Ягна – Бужинского, Баландина и Друккера учитывают прочность материалов на растяжение или сжатие и прочность на сдвиг при простом нагружении.

288

Для применения энергетической теории прочности необходимым является условие, чтобы при деформировании плотность материала существенно не изменялась. По данным Н. Малинина, О. Смирнова и других, исследователей для асфальтобетонных покрытий это условие выполняется [4]. Для научно-технических исследований асфальтобетонов широко используется теория Кулона – Мора. По Надаи, энергетическую теорию можно рассматривать как более детальную формулировку теории Мора [5]. Таким образом, энергетическая теория, в том числе теория максимальних октаэдрических напряжений, не противоречит современным подходам к исследованию прочности асфальтобетона.

Как показывают проведенные исследования для асфальтобетона как структурно-неоднородного материала, ему не подходят классические и даже некоторые обобщающие теории прочности.

С учетом структурно-текстурних особенностей асфальтобетона как твердого тела наиболее пригодной следует признать обобщающую теорию Писаренко – Лебедева (2):

в материале, т.е. отображает статистическую суть структурно-неоднородного материала.

Если принять за третье испытание кручение параметр А будет

гдеτк – предельное значение напряжения при кручении.

Предложенная теория Писаренко – Лебедева (2) базируется на энергетической теории прочности и учитывает: разное сопротивление асфальтобетона сжатию и растяжению, направленность девиатора напряжений и структурную неоднородность материала. Некоторые авторы считают, что теория Писаренко – Лебедева является последующим развитием и усовершенствованием теории Мора, непротиворечащим физической сути процеса [4].

289

Исходя из современных представлений о влиянии структуры и текстуры на напряженно-деформируемое состояние твердого тела асфальтобетон принят как модель вязко-упругого, однородного, изотропного тела. Поэтому рассматривается не полная энергия формоизменения, а только та часть, которая отвечает за упругое (вязко-упругое) деформирование. В такой постановке применение теории Писаренко – Лебедева (2) не противоречит современной теории деформирования асфальтобетона, отвечает физике процеса и в определенных условиях напряженнодеформированного состояния асфальтобетонных слоев покрытия может быть использована для оценки прочности на сдвигоустойчивость.

Список литературы

1.Иванов Н.Н., Гезенцвей А.Б. Дорожный асфальтобетон. – М.: Транс-

порт, 1976. – 369 с.

2.Прочность и долговечность асфальтобетон / Б.И. Ладыгин [и др.]. – Минск: Наука и техника, 1970. – 288 с.

3.Каминский А.А. Механика разрушения вязко-упругих тел. – Киев: Нау-

кова думка, 1980. – 160 с.

4.Смирнов А.В. Прикладная механика дорожных и аэродромных конструкций: учеб. пособие. – Омск: Издательство ОмГТУ, 1993. – 182 с.

5.Писаренко Г.С. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. – Киев: Наукова думка, 1976. – 415 с.

290