4.3. Расчет конструкции по сопротивлению сдвигу в рабочем слое земляного полотна и в малосвязных конструктивных слоях

Дорожную одежду проектируют из расчёта, чтобы под действием кратковременных или длительных нагрузок в рабочем слое земляного полотна или малосвязных слоях одежды за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации формоизменения. Недопустимые деформации сдвига конструкции не будут накапливаться, если в рабочем слое земляного полотна и малосвязных слоях одежды обеспечено условие:

где - предельное активное напряжение сдвига в расчётной точке конструкции, превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг, МПа;

- расчётное активное напряжение сдвига в расчётной точке конструкции от действующей временной нагрузки, МПа;

- требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию сдвига, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надёжности (таблица 4.1);

При практических расчётах многослойную дорожную конструкцию приводят к двухслойной расчётной модели, в которой нижним слоем служит грунт рабочего слоя земляного полотна, а верхний слой имеет толщину, равную сумме толщины слоев дорожной одежды.

Рис 2 Схема приведения многослойной конструкции к двухслойной при расчете на сдвигоустойчивость грунта земляного полотна.

Наихудшие условия рабочего слоя земляного полотна на сдвигоустойчивость имеют место при наибольших положительных температурах покрытия, наблюдаемых в расчетный период весной. Поэтому при расчете дорожных одежд по условию сдвигоустойчивости значения модулей упругости материалов, содержащих органические вяжущие, должны соответствовать температурам: в II дорожно-климатической зоне +20⁰С.

Требование по сдвигоустойчивости в рабочем слое земляного полотна.

Модуль упругости верхнего слоя модели , МПа, вычисляют как средневзвешенный по формуле:

где - модуль упругостиi-го слоя одежды, МПа.

Предельное активное напряжение сдвига , МПа, определяют по формуле:

где - сцепление в грунте земляного полотна, МПа, принимаемое с учётом повторности нагрузки (по приложению Г, таблице Г.4 выбираем0,002);

- коэффициент, учитывающий особенности рабочей конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания. При использовании в песчаном слое крупного песка ;

- поправочный коэффициент для перевода в МПа;

- средневзвешенный удельный вес конструктивных слоёв, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см² ; в расчётах допускается принять равным ;

- глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см;

- величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статистическом действии нагрузки, град. (по Приложению Г, таблице Г.4 ).

Для одежды, приведенной к двухслойной модели, находятся отношения

;

где - модуль упругости нижнего слоя модели, МПа (согласно таблице Г.5 Приложения Г принимаем);

^- толщина верхнего слоя (принимается равной толщине всей дорожной одежды);

- диаметр следа колеса автомобиля (для ЗИЛ-131-В принимаем ).

По номограмме (рис. 4.5) определяем удельное активное напряжение сдвига от единичной временной нагрузки.

Действующее в рабочем слое полотна активное напряжение сдвига , МПа, вычисляют по формуле:

где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм;

- среднее удельное давление от заднего колеса на покрытие (для ЗИЛ-131-В принимаем ).

Требование по сдвигоустойчивости в рабочем слое земляного полотна выполнено.

В качестве нижнего слоя принимается гравийный слой.

Модуль упругости верхнего слоя:

Для одежды, приведённой к двухслойной модели, находятся отношения:

По номограмме (рис. 4.4 [6]) определяем удельное активное напряжение сдвига от единичной временной нагрузки.

Находим действующее в малосвязном слое активное напряжение сдвига

,

Требование по сдвигоустойчивости в гравийном конструктивном слое одежды удовлетворено.

При расчёте по условию сдвигоустойчивости в малосвязных конструктивных слоях одежды к верхнему слою относят всю дорожную одежду, находящуюся над малосвязным слоем.

Толщину верхнего слоя , см, принимают равной сумме толщин слоёв одежды находящихся над малосвязным. В качестве нижнего слоя принимают малосвязный слой.

Модуль упругости верхнего слоя:

Для одежды, приведённой к двухслойной модели, находятся отношения:

По номограмме (рис. 4.4 [6]) определяем удельное активное напряжение сдвига от единичной временной нагрузки.

Находим действующее в малосвязном слое активное напряжение сдвига

,

Требование по сдвигоустойчивости в малосвязных конструктивных слоях одежды удовлетворено.

При расчёте дорожной одежды по сопротивлению сдвигу в слоях асфальтобетона процедура расчёта аналогична вышеописанной. При этом должны быть учтены следующие условия:

К верхнему слою расчётной модели относят все слои асфальтобетона. Расчёт проводится при условии однократной длительной нагрузке; за расчётную принимается температура и соответственно этой температуре выбираются расчётные характеристики асфальтобетона( по таблице Д.3 Приложения Д для плотных смесей типа Б, для пористого крупнозернистого асфальтобетона).

;

Предельное напряжение сдвига в слое асфальтобетона МПа, определяют по формуле:

где - сцепление в слое асфальтобетона (по Приложению Д, таблице Д.4 принимаем 0,30)

- комплексный коэффициент, учитывающий зацепление зёрен асфальтобетона, условия работы (принимаем 1,6).

Нижним слоем модели служит часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоёв, включая рабочий слой земляного полотна. Значение модуля упругости нижнего слоя модели, принимают равным общему модулю на поверхности данного слоя.

По номограмме определяем удельное активное напряжение сдвига в асфальтобетоне:

Критерий расчёта дорожной одежды по сопротивлению сдвига в слоях асфальтобетона удовлетворён.