3624

Научный журнал строительства и архитектуры

Одним из основных факторов, оказывающих существенное влияние на прочностные и деформационные характеристики грунта земляного полотна, является его температурновлажностной режим. Изменение влажности сказывается прежде всего на способности грунта выдерживать расчетные нагрузки, предусмотренные на этапе проектирования. Наиболее опасные последствия может вызвать повышенная влажность, близкая к влажности на границе текучести. В этом случае происходит резкое снижение его прочностных и деформационных характеристик, существенно снижается способность сопротивляться динамическому воздействию транспортных средств [4, 10, 20—23].

В связи с вышеизложенным сотрудниками Донского государственного технического университета были проведены исследования влияния влажности и плотности грунтов земляного полотна на накопление остаточных деформаций под воздействием динамических нагрузок. Испытания проводились на специально разработанном сотрудниками приборе динамических испытаний [15, 17, 18] (рис. 1). Предельно допустимые деформации для грунтов на данном приборе составляют 4,5 мм [14].

Рис. 1. Общий вид прибора динамических испытаний:

1 — натяжитель-фиксатор пружин; 2 — комплект пружин; 3 — камера термостатирования; 4 — элементы управления и индикации; 5 — элементы обшивки

1. Методика испытания грунта на приборе динамических испытаний и результа-

ты. Исследование устойчивости различных типов грунта земляного полотна к воздействию реальных динамических нагрузок и погодно-климатических факторов осуществляется в следующей последовательности: изготовление образцов из грунта, подготовка образцов к испытанию, испытание под воздействием динамических нагрузок [12].

Испытания проводились на образцах суглинистых и глинистых грунтов. В ходе предварительных лабораторных исследований определялись физико-механические показатели с целью выявления в дальнейшем зависимости реологических свойств грунтов и накопления ими остаточных деформаций.

В качестве примера на рис. 2 представлены графики испытаний под воздействием динамической нагрузки грунтовых образцов из суглинка с числом пластичности Iр = 13 с различной влажностью от 0,53 до 0,84 Wт, полученной после водонасыщения с коэффициентами уплотнения 0,98.

Также в качестве примера на рис. 3 представлены графики испытания на воздействие динамической нагрузкой грунтовых образцов из глины с числом пластичности Iр = 18 с различной влажностью от 0,53 до 0,75 Wт, полученной после водонасыщения с коэффициентами уплотнения 0,98.

Анализ приведенных на рис. 2 результатов лабораторных исследований показывает, что величина накопления остаточных деформаций в образцах грунта существенно зависит от его влажности. Так, если величина остаточных деформаций в образцах суглинистого грунта

90

с коэффициентом уплотнения Ку = 0,98 и влажностью 0,55 Wт составляет 1,08 мм, то этот же показатель для этого же грунта с влажностью 0,7 Wт составляет 2,83 мм. При увеличении влажности грунта до 0,8 Wт накопление остаточных деформаций в образцах исследуемого грунта возрастает до 4,52 мм. При влажности 0,8 Wт значения остаточных деформаций в образцах исследуемого грунта превышают предельно допустимые значения.

Рис. 2. График накопления остаточных деформаций суглинистого грунта в зависимости от влажности грунта

Рис. 3. График накопления остаточных деформаций глинистого грунта в зависимости от влажности грунта

Подобный анализ результатов был проведен для глинистых грунтов. Величина остаточных деформаций в образцах глинистого грунта с коэффициентом уплотнения Купл = 0,98 и влажностью 0,55 Wт составляет 1,22 мм, в то время как этот же показатель для этого же грунта с влажностью 0,65 Wт составляет 3,45 мм. При увеличении влажности грунта до 0,7 Wт накопление остаточных деформаций в образцах исследуемого грунта возрастает до 5,22 мм. При влажности 0,7 Wт значения остаточных деформаций в образцах исследуемого грунта превышают предельно допустимые значения.

2. Испытания грунтов на капиллярное водонасыщение. С целью исследования влияния плотности грунта на интенсивность капиллярного водонасыщения была проведена серия лабораторных экспериментов с использованием устройства для капиллярного водона-

91

Научный журнал строительства и архитектуры

сыщения образцов согласно ГОСТ 23558-94 «Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства». Испытания проводились на образцах суглинистых и глинистых грунтов с числом пластичности 13 и 18 соответственно в диапазоне варьирования коэффициента уплотнения грунта от 0,98 до 1,04.

Образцы суглинистого грунта оптимальной влажности Wопт = 17,1 % с коэффициентами уплотнения 0,98, 1,01 и 1,04 одновременно при равных условиях подвергались капиллярному водонасыщению. Водонасыщение образцов проводилось через слой влажного песка при помощи устройства для капиллярного водонасыщения.

Сосуд до определенного уровня заполнялся водой (уровень воды во время испытания поддерживался постоянным). В сосуд был установлен каркас с сетчатым дном, с предварительно уложенной на него фильтровальной бумагой. На фильтровальную бумагу был насыпан слой мелкого однородного песка и через сутки после его насыщения установлены образцы грунта. Через определенные промежутки времени образцы взвешивались. В качестве примера на рис. 4—5 представлены результаты экспериментальных исследований.

Рис. 4. Изменение влажности образцов суглинистого грунта различной плотности

Коэффициентуплотнения

Рис. 5. Влажность образцов суглинистого грунта различной плотности после водонасыщения

Аналогичные исследования были проведены для глинистых образцов оптимальной влажности Wопт = 18,03 %, с коэффициентами уплотнения: 0,98; 1,01 и 1,04. В качестве примера на рис. 6—7 представлены результаты экспериментальных исследований глинистого грунта.

92

Рис. 6. Изменение влажности образцов глинистого грунта различной плотности

Образцы обоих видов грунта подвергались капиллярному водонасыщению от влажности, соответствующей значению оптимальной. Следует отметить, что эксперимент по набору влажности суглинистого грунта осуществлялся от значения оптимальной 17,1 % до момента насыщения и прекращения набора влажности образцами. При этом выявлено, что коэффициент уплотнения значительно влияет на скорость капиллярного водонасыщения; так, для образцов с коэффициентом уплотнения Ку = 0,98 влажность на момент насыщения составила

28,6 % (0,89 Wт), для образцов с Ку = 1,01 — 25,39 % (0,79 Wт), для образцов Ку = 1,04 — 23,55 % (0,74 Wт).

Коэффициент уплотнения

Рис. 7. Влажность образцов глинистого грунта различной плотности после водонасыщения

При капиллярном водонасыщении глинистых грунтов набор влажности осуществлялся от значения оптимальной 18 % до момента насыщения и прекращения набора влажности образцами. Для образцов из глинистого грунта влажность на момент насыщения для различных коэффициентов уплотнения составила: для 0,98 — 25,74 % (0,78 Wт), для 1,01 — 23,76 % (0,72 Wт), для 1,04 — 22,11 % (0,67 Wт).

У исследуемых образцов суглинистого грунта при Ку = 0,98 и влажности 0,8 Wт и более величина остаточных деформаций превышает допустимое значение.

По результатам исследований образец суглинистого грунта при Ку = 0,98 набрал влажность 0,89 Wт. Таким образом, при достижении влажности грунта земляного полотна 0,8 Wт и более необходимо увеличивать коэффициент уплотнения грунта земляного полотна. Достижение значений коэффициента уплотнения 1,01 и более позволит не допустить увлажнения грунта до 0,8 Wт.

93

Научный журнал строительства и архитектуры

У исследуемых образцов глинистого грунта при Ку = 0,98 и влажности 0,7 Wт и более величина остаточных деформаций превышает допустимое значение. По результатам исследований образец глинистого грунта при Ку = 0,98 набрал влажность 0,78 Wт. Таким образом, при достижении влажности грунта земляного полотна 0,7 Wт и более необходимо значительно увеличивать коэффициент уплотнения грунта земляного полотна. Достижение значений коэффициента уплотнения 1,04 и более позволит не допустить увлажнения грунта до 0,7 Wт.

3. Измерения влажности и деформации грунтов в реальных условиях эксплуата-

ции автомобильной дороги. Для определения влияния влажности и плотности грунтов на накопление остаточных деформаций также проведены исследования в реальных условиях эксплуатации. Для этого на строящейся дороге в Тверской области в рабочем слое земляного полотна были установлены датчики влажности и остаточных деформаций. Для строительства земляного полотна применялся песок мелкий [2, 16].

На двух участках с установленными датчиками были определены коэффициенты уплотнения грунта земляного полотна, которые составили 0,99 и 1,03 соответственно.

Результаты влажности, замеренной датчиками, представлены на рис. 8.

Рис. 8. Показания датчика влажности грунта земляного полотна на участках с разными коэффициентами уплотнения:

— Ку = 0,99; — Ку = 1,03

По результатам исследований установлено, что грунт земляного полотна с Ку = 0,99 в расчетный период набрал 13,5 % влажности, а грунт с Ку = 1,03 набрал 10 % влажности.

Замеры датчиков остаточных деформаций в грунте земляного полотна за период 12.04.2018—10.01.2019 показали следующие значения: участок с Ку = 0,99 — 0,7 мм; участок с Ку = 1,03 — 0,2 мм.

Выводы. В результате исследования влияния влажности грунта на накопление остаточных деформаций под воздействием динамических нагрузок было выявлено, что общая величина остаточных деформаций и интенсивность ее накопления в образцах грунта существенно зависят от влажности.

94

Анализ полученных данных интенсивности капиллярного водонасыщения показал, что изменение влажности связных грунтов существенно зависит от коэффициента уплотнения (плотности) грунта, т. е. чем выше коэффициент уплотнения грунта, тем меньше он подвержен капиллярному водонасыщению.

Испытания в реальных условиях эксплуатации автомобильной дороги показали, что чем выше плотность грунта земляного полотна, тем меньше он набирает влажность и деформации соответственно.

Таким образом, установлена необходимость повышения коэффициента уплотнения на участках автомобильной дороги с высокой вероятностью переувлажнения грунта земляного полотна в расчетный период.

Библиографический список

1.Бабков, В. Ф. Основы грунтоведения и механики грунтов / В. Ф. Бабков, В. М. Безрук. — М.: Высш. шк., 1986. — 239 с.

2.Берлинер, М. А. Измерения влажности / М. А. Берлинер. — Изд-е 2-е, перераб. и доп. — М.: Энергия, 1973. — 400 с.

3.Васильев, А. П. Методические указания по расчету нежестких дорожных одежд / А. П. Васильев, Ю. М. Яковлев, М. С. Каганзон, В. К. Пашкин. — М. — Иркутск: МАДИ (ТУ) — ИРДУЦ, 1998. — 55 с.

4.Ефименко, В. Н. Назначение расчетной влажности глинистых грунтов земляного полотна для про-

ектирования дорожных одежд на территории Западной Сибири / В. Н. Ефименко, С. В. Ефименко, А. Д. Бердников // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. — 2012. —

№1. — С. 160—169.

5.Жустарева, Е. В. Влияние плотности связного грунта в рабочем слое земляного полотна на остаточные деформации нежестких дорожных одежд: автореф. дис. … канд. техн. наук / Е. В. Жустарева. — М., 2000. — 20 с.

6.Илиополов, С. К. Необходимо разработать новые критерии расчета и конструирования дорожных одежд / С. К. Илиополов, М. Г. Селезнев, Е. В. Углова // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2000. —

№3. — С. 13—15.

7.Илиополов, С. К. Разработка основ комплексного учета динамических воздействий для расчета и конструирования дорожных одежд: автореф. дис. … д-ра техн. наук / С. К. Илиополов. — М., 1999. — 35 с.

8.Илиополов, С. К. Уточненный метод расчета напряженно-деформированного состояния системы «дорожная одежда — грунт» / С. К. Илиополов, М. Г. Селезнев. — Ростов-н/Д: МП «Новая книга», 1997. — 142 с.

9.Каныгина, С. Ю. Прогнозирование остаточных деформаций дорожных одежд нежесткого типа на земляном полотне из глинистых грунтов: автореф. дис. … канд. техн. наук. — М., 1999. — 20 с.

10.Леонович, И. И. Водно-тепловой режим земляного полотна / И. И. Леонович, Н. П. Вырко. — Минск: БНТУ, 2013. — 332 с

11. Мавлединов, З. А. Определение глубины активной зоны грунта земляного полотна / З. А. Мавлединов // Проблемы строительства и эксплуатации, автомобильных дорог: сб. науч. тр. МАДИ-ТУ. — М., 1998. — С. 45—47.

12.Матуа, В. П. Испытание материалов / В. П. Матуа, Д. В. Чирва, С. А. Мирончук // Автомобильные дороги. — 2012. — Вып. 7 (968). — С. 86—89.

13.Матуа, В. П. Исследование напряженно-деформированного состояния дорожных конструкций с учетом их неупругих свойств и пространственного нагружения: автореф. дис. … д-ра техн. наук / В. П. Матуа. — МАДИ, 2002. — 484 С.

14.Матуа, В. П. Методика исследования связных грунтов на накопление остаточных деформаций / В. П. Матуа, Д. В. Чирва, Е. Н. Исаев // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. — 2016. — № 3 (56). — С. 186 — 194.

15.Матуа, В. П. Новое лабораторное оборудование и методика проведения испытаний дорожностроительных материалов под воздействием динамических нагрузок / В. П. Матуа, С. А. Мирончук // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2012. — № 4 — С. 16—18.

16.Матуа, В. П. Применение датчика WaterScout для мониторинга влажности грунта земляного полотна / В. П. Матуа, С. А. Мирончук, Е. Н. Исаев // Вестник Томского государственного архитектурностроительного университета. — 2017. — № 5. — С. 192 — 199.

95

Научный журнал строительства и архитектуры

18.Пат. 152287 Российская Федерация, МПК51 G01N 3/36 (2006.01). Прибор динамических испытаний / В. П. Матуа, Д. В. Чирва, Д. Ю. Снитко [и др.]; заявитель и патентообладатель Государственная компания «Российские автомобильные дороги» (Государственная компания «Автодор»). — № 2014137088; заявл. 12.09.14; опубл. 20.05.15, Бюл. № 14. — 3 с.

19.Чмшкян, А. В. Совершенствование методов расчета просадочных деформаций / А. В. Чмшкян // Инженерный вестник Дона. — 2012. — № 4, ч. 2. — URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1256.

20.Masrouri, F. Laboratory hydraulic testing in unsaturated soils / F. Masrouri, K. V. Bicalho, K. Kawai // Geotechnical and Geological Engineering. — 2008. — Vol. 26, № 6. — P. 691—704.

21.Tuller, M. Water Retention and Characteristic Curve / M. Tuller, D. Or // Encyclopedia of Soils in the Environment. — Elsevier Ltd., 2015. — P. 278—289.

22.Parikh, A. K. Тranscendental Solution of Fokker-Planck Equation of Vertical Ground Water Recharge in Unsaturated Homogeneous Porous Media / A. K. Parikh, M. N. Mehta, V. H. Pradhan. // International Journal of Engineering Research and Applications. — 2011. — Vol. 1, № 4. — P. 1904—1911.

23.Zhang, J. Nondestructive Measurement of Water Content and Moisture Migration of Unsaturated Red Clays in South China / J. Zhang, Q. Jiang, Y. Zhang, L. Dai, H. Wu // Advances in Materials Science and Engineering. — 2015. — № 1. — P. 1—7. — DOI: 10.1155/2015/542538.

References

1.Babkov, V. F. Osnovy gruntovedeniya i mekhaniki gruntov / V. F. Babkov, V. M. Bezruk. — M.: Vyssh. shk., 1986. — 239 s.

2.Berliner, M. A. Izmereniya vlazhnosti / M. A. Berliner. — Izd-e 2-e, pererab. i dop. — M.: Energiya, 1973. — 400 s.

3. Vasil'ev, A. P. Metodicheskie ukazaniya po raschetu nezhestkikh dorozhnykh odezhd / A. P. Vasil'ev, Yu. M. Yakovlev, M. S. Kaganzon, V. K. Pashkin. — M. — Irkutsk: MADI (TU) — IRDUTs, 1998. — 55 s.

4.Efimenko, V. N. Naznachenie raschetnoi vlazhnosti glinistykh gruntov zemlyanogo polotna dlya proektirovaniya dorozhnykh odezhd na territorii Zapadnoi Sibiri / V. N. Efimenko, S. V. Efimenko, A. D. Berdnikov // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. — 2012. — № 1. — S. 160—169.

5.Zhustareva, E. V. Vliyanie plotnosti svyaznogo grunta v rabochem sloe zemlyanogo polotna na ostatochnye deformatsii nezhestkikh dorozhnykh odezhd: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk / E. V. Zhustareva. — M., 2000. — 20 s.

6.Iliopolov, S. K. Neobkhodimo razrabotat' novye kriterii rascheta i konstruirovaniya dorozhnykh odezhd / S. K. Iliopolov, M. G. Seleznev, E. V. Uglova // Nauka i tekhnika v dorozhnoi otrasli. — 2000. — № 3. — S. 13—15.

7.Iliopolov, S. K. Razrabotka osnov kompleksnogo ucheta dinamicheskikh vozdeistvii dlya rascheta i konstruirovaniya dorozhnykh odezhd: avtoref. dis. … d-ra tekhn. nauk / S. K. Iliopolov. — M., 1999. — 35 s.

8.Iliopolov, S. K. Utochnennyi metod rascheta napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya sistemy «dorozhnaya odezhda — grunt» / S. K. Iliopolov, M. G. Seleznev. — Rostov-n/D: MP «Novaya kniga», 1997. — 142 s.

9.Kanygina, S. Yu. Prognozirovanie ostatochnykh deformatsii dorozhnykh odezhd nezhestkogo tipa na zemlyanom polotne iz glinistykh gruntov: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk. — M., 1999. — 20 s.

10.Leonovich, I. I. Vodno-teplovoi rezhim zemlyanogo polotna / I. I. Leonovich, N. P. Vyrko. — Minsk: BNTU, 2013. — 332 s.

11.Mavledinov, Z. A. Opredelenie glubiny aktivnoi zony grunta zemlyanogo polotna / Z. A. Mavledinov // Problemy stroitel'stva i ekspluatatsii, avtomobil'nykh dorog: sb. nauch. tr. MADI-TU. — M., 1998. — S. 45—47.

12.Matua, V. P. Ispytanie materialov / V. P. Matua, D. V. Chirva, S. A. Mironchuk // Avtomobil'nye dorogi. — 2012. — Vyp. 7 (968). — S. 86—89.

13.Matua, V. P. Issledovanie napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya dorozhnykh konstruktsii s uchetom ikh neuprugikh svoistv i prostranstvennogo nagruzheniya: avtoref. dis. … d-ra tekhn. nauk / V. P. Matua. —

MADI, 2002. — 484 S.

14. Matua, V. P. Metodika issledovaniya svyaznykh gruntov na nakoplenie ostatochnykh deformatsii / V. P. Matua, D. V. Chirva, E. N. Isaev // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. — 2016. — № 3 (56). — S. 186 — 194.

15.Matua, V. P. Novoe laboratornoe oborudovanie i metodika provedeniya ispytanii dorozhno-stroitel'nykh materialov pod vozdeistviem dinamicheskikh nagruzok / V. P. Matua, S. A. Mironchuk // Nauka i tekhnika v dorozhnoi otrasli. — 2012. — № 4 — S. 16—18.

16.Matua, V. P. Primenenie datchika WaterScout dlya monitoringa vlazhnosti grunta zemlyanogo polotna / V. P. Matua, S. A. Mironchuk, E. N. Isaev // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. — 2017. — № 5. — S. 192 — 199.

96

18.Pat. 152287 Rossiiskaya Federatsiya, MPK51 G01N 3/36 (2006.01). Pribor dinamicheskikh ispytanii / V. P. Matua, D. V. Chirva, D. Yu. Snitko [et al.]; zayavitel' i patentoobladatel' Gosudarstvennaya kompaniya «Rossiiskie avtomobil'nye dorogi» (Gosudarstvennaya kompaniya «Avtodor»). — № 2014137088; zayavl. 12.09.14; opubl. 20.05.15, Byul. № 14. — 3 s.

19.Chmshkyan, A. V. Sovershenstvovanie metodov rascheta prosadochnykh deformatsii / A. V. Chmshkyan // Inzhenernyi vestnik Dona. — 2012. — № 4, ch. 2. — URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1256.

20.Masrouri, F. Laboratory hydraulic testing in unsaturated soils / F. Masrouri, K. V. Bicalho, K. Kawai // Geotechnical and Geological Engineering. — 2008. — Vol. 26, № 6. — P. 691—704.

21.Tuller, M. Water Retention and Characteristic Curve / M. Tuller, D. Or // Encyclopedia of Soils in the Environment. — Elsevier Ltd., 2015. — P. 278—289.

22.Parikh, A. K. Тranscendental Solution of Fokker-Planck Equation of Vertical Ground Water Recharge in Unsaturated Homogeneous Porous Media / A. K. Parikh, M. N. Mehta, V. H. Pradhan. // International Journal of Engineering Research and Applications. — 2011. — Vol. 1, № 4. — P. 1904—1911.

23.Zhang, J. Nondestructive Measurement of Water Content and Moisture Migration of Unsaturated Red Clays in South China / J. Zhang, Q. Jiang, Y. Zhang, L. Dai, H. Wu // Advances in Materials Science and Engineering. — 2015. — № 1. — P. 1—7. — DOI: 10.1155/2015/542538.

STUDIES OF THE INFLUENCE OF THE MOISTURE CONTENT AND DENSITY OF SUBGRADE SOIL ON THE ACCUMULATION OF RESIDUAL STRAIN

V. P. Matua 1, E. N. Isaev 2

Don State Technical University 1, 2

Russia, Rostov-on-Don

1D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Highways, tel.: +7-928-226-58-07, e-mail: vpmatua@mail.ru

2PhD student of the Dept. of Highways, tel.: +7-918-576-86-39, e-mail: evgenyisaev91@mail.ru

Statement of the problem. The influence of soil moisture on the accumulation of residual deformations and the effect of soil density on intense capillarywater saturation in the laboratory is studied. The humidity and residual deformation in the soil of the roadbed is measured on sections of highways with different coefficients of compaction.

Results. The results of soil tests with a varying humidity on the dynamic test device are presented. The investigation of soils with a varying density for intensive capillary water saturation was carried out. The analysis of the measurements of humidity and residual deformation in the soil of the roadbed with varying compaction coefficients was carried out.

Conclusions. As a result of the study of the influence of soil moisture on the accumulation of residual deformations under the influence of dynamic loads, it was found that the total value of residual deformations and the intensity of its accumulation in soil samples significantly depend on the humidity. The analysis of the obtained data on the intensity of capillary water saturation showed that change in the humidity of cohesive soils depends significantly on the soil compaction coefficient. Thus, there is a need to increase the coefficient of compaction on the sections of the road with a high probability of waterlogging the soil of the roadbed in the design period.

Keywords: moisture, soil, residual strain, density, device for dynamic tests.

РФФИОБЪЯВЛЕН КОНКУРС

на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными, обучающимися в аспирантуре

Заявки принимаются до: 03.07.2019 23:59

Подробнее см. на официальном сайте РФФИ: https://www.rfbr.ru.

97

Научный журнал строительства и архитектуры

DOI 10.25987/VSTU.2019.54.2.009

УДК 625.84-049.32 : 625.717

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ЛОКАЛЬНО ОТРЕМОНТИРОВАННЫХ УЧАСТКОВ ЖЕСТКОГО АЭРОДРОМНОГО ПОКРЫТИЯ

Вл. П. Подольский 1, А. Н. Попов 2, Е. В. Макаров 3

Воронежский государственный технический университет 1 Россия, г. Воронеж

Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им. проф. Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина» 2, 3

Россия, г. Воронеж

1Д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой строительства и эксплуатации автомобильных дорог,

тел.: (473)236-18-89, e-mail: ecodor@bk.ru

2Канд. техн. наук, доц., начальник кафедры инженерно-аэродромного обеспечения, тел.: +7-919-243-32-17, e-mail: popalni@mail.ru

3Адъюнкт кафедры инженерно-аэродромного обеспечения, тел.: +7-910-349-67-79,

e-mail: e.vmakarov@yandex.ru

Постановка задачи. По результатам численного эксперимента разрабатывается методика прочностного расчета локально отремонтированного жесткого аэродромного покрытия.

Результаты. На основании ротатабельного центрального композиционного плана проведена серия численных экспериментов и получены изополя и численные значения главных и наибольших касательных напряжений отремонтированных участков. Проведен статистический анализ и получены регрессионные зависимости напряжений на границе раздела материалов от толщины ремонтной вставки, угла наклона скола плиты и адгезионных свойств ремонтного материала. Разработана методика прочностного расчета локально отремонтированных участков жесткого аэродромного покрытия, в которой в качестве критерия оценки прочности принята разность напряжений на границе раздела материалов.

Выводы. Впервые предложен прочностной расчет жесткого аэродромного покрытия с ремонтной вставкой, позволяющий оценить его работоспособность в зависимости от геометрических параметров дефектного участка и адгезионных свойств ремонтного материала.

Ключевые слова: жесткое аэродромное покрытие, ямочный ремонт, скол, адгезия ремонтного материала.

Введение. Техническое состояние аэродромных покрытий на протяжении всего жизненного цикла под воздействием значительного количества негативных факторов постоянно меняется [3, 9, 11, 13, 20, 21]. Большинство аэродромов государственной авиации имеет жесткий тип покрытия и находится в эксплуатации более 20 лет. Систематическое обследование технического состояния покрытий показывает постоянный рост количества повреждений, что сказывается на безопасности полетов. Наиболее распространенные поверхностные разрушения бетонного покрытия устраняются ямочным ремонтом и заделкой скола плиты [1, 4, 10, 12, 18, 19]. При этом, как показывает опыт эксплуатации, долговечность отремонтированных участков не превышает 2—3 года. Основной причиной снижения ресурса отремонтированных участков при условии соблюдения технологии производства ремонтных работ и непревышения расчетных нагрузок на покрытие является использование ремонтных материалов с недопустимыми физико-механическими характеристиками.

В действующих нормативных документах Федеральных авиационных правилах «Руководство по эксплуатации аэродромов государственной авиации» и ВСП 32-02-03 отсутству-

© Подольский Вл. П., Попов А. Н., Макаров Е. В., 2019

98

ют методика прочностного расчета локально отремонтированного жесткого аэродромного покрытия и рекомендации по назначению ремонтного материала в зависимости от геометрических параметров дефектного участка. В результате подразделения, эксплуатирующие покрытия, в ходе принятия решений по применению того или иного ремонтного материала опираются на собственный опыт, что влияет на ресурс отремонтированных участков и негативно сказывается на обеспечении безопасности полетов.

Впервые исследование изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) жесткого аэродромного покрытия с ремонтной вставкой проведено в работе М. Д. Суладзе [14], где путем компьютерного моделирования оценено влияние размера ремонтной вставки и зазора между ремонтным слоем и бетоном плиты на НДС. Однако полученные результаты не учитывают толщину, адгезионные свойства материалов и использованы при совершенствовании метода оценки технического состояния.

Таким образом, разработка научного обоснованного метода прочностного расчета локально отремонтированного монолитного цементобетонного покрытия остается весьма актуальной научно-практической задачей, влияющей на обеспечение безопасности полетов авиации.

Цель данной статьи — разработать по результатам численного эксперимента методику прочностного расчета локально отремонтированного жесткого аэродромного покрытия, учитывающую геометрические параметры дефектного участка и адгезионные свойства ремонтного материала.

1. Экспериментальная факторная модель напряженного состояния отремонтиро-

ванных участков аэродромного покрытия. Анализ результатов исследования НДС отремонтированного участка аэродромного покрытия на границе раздела ремонтного материала и бетона плиты [7] показал, что совместная работа ремонтного материала и бетона плиты характеризуется относительно равномерным перераспределением напряжений между материалами и затуханием с удалением от места нагружения (рис. 1а), а момент образования трещины — резким скачком разности напряжений (рис. 1б).

Рис. 1. Распределение напряжений по поверхности отремонтированного участка: а) совместная работа ремонтного материала и бетона плиты; б) образование трещины на границе раздела материалов

Следовательно, в качестве критерия оценки прочности отремонтированных участков жесткого аэродромного покрытия может быть принята разность напряжений на границе раздела материалов ∆σ(∆τ).

На основании вышеизложенного условие прочности локально отремонтированного цементобетонного покрытия можно представить в следующем виде:

где ϭ1, τ1и ϭ2, τ2 — напряжения на границе раздела материалов в ремонтном материале и в бетоне плиты соответственно, МПа; ∆σдоп и ∆τдоп — допустимая разность в напряжениях для покрытия, восстановленного ямочным ремонтом,иотремонтированного скола соответственно, МПа.

99