книги из ГПНТБ / Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд

При достаточно большом количестве испытаний число отклонений в меньшую и большую стороны от некоторого допустимого модуля, вероятно, будет одинаковым. Пользуясь описанными выше кривыми распределения, нетрудно найти численные значения таких модулей, На графике (см. рис. I I 1.8) допустимые модули находят на пересечении оси абсцисс с ординатой (пунктир), при которой процент отклонений в меньшую и большую стороны одинаков. Для рассматриваемого случая допустимый модуль составляет 1950 кГ/см2, а отклонение в меньшую и большую стороны (процент отклонения) равно около 8%.

§ I I 1.9. Установление требуемых модулей упругости

Изложенная в § I I 1.8 методика определения допустимого модуля упругости исходит из того, что все отклонения от этого модуля в боль­ шую сторону на непрочных по внешнему виду участках и в меньшую сторону на прочных участках, зафиксированные в процессе испытаний, являются ошибочными. В действительности вследствие разного ка­ чества материалов одежды и особенно покрытия при внешне одинако­ вых условиях (одинаковые конструкции дорожной одежды, движение и близкие грунтово-гидрологические условия) численные значения до­ пустимых модулей могут колебаться в некоторых пределах. Поэтому в ряде случаев определенный путем статистической обработки допусти­ мый модуль упругости ЕДОи окажется некоторой средней величиной и при назначении Етр следует ввести коэффициент запаса. Тогда связь между требуемым и допустимым модулями будет следующая:

численного значения коэффициента запаса необходим в первую очередь анализ результатов статистической обработки данных испытаний. Некоторые из указанных результатов приведены в табл. I I 1.7, где движение на дороге в период испытаний (графа 4) приведено к расчет­ ной нагрузке для загородных дорог (10 Т на ось). Допустимые модули упругости (графа 6) получены в результате обработки, методика ко­ торой описана в § I I 1.8.

Было рассмотрено влияние увеличения модуля упругости одежды на вероятность появления на покрытии деформаций от внешней

испытаний достаточно большое, то можно считать, что на данном уча-

211

стке при модуле 1950 кГ/см2 (Ка = 1) вероятность появления дефор­ маций от внешней нагрузки составляет 8%. При коэффициенте запаса 1,05 (Е = 2050 кГ/см2), как видно из рис. I I 1.8, вероятность деформаций от внешней нагрузки снижается до 6%. При К3 = 1,10 эта вероятнооь составляет 4% и т. д. Аналогично проанализированы данные и на других участках.

Анализ табл. III . 8 показывает, что на асфальтобетонных покрытиях (участки 1—10) при К3 = 1,10 вероятность появления деформаций от внешней нагрузки не превышает 10%, за исключением данных испы­ таний 1960 г. (участок 1). Следует учесть, что в 1960 г. указанные ис­ пытания проводили впервые, их методика не была достаточно четко отработана и, естественно, результаты имели больший, чем в после­ дующие годы, разброс. Если отбросить данные участка 1, то при К3 = = 1,10 в среднем вероятность появления деформаций от нагрузки со­ ставляет 5%. В эти 5% войдут также точки, в которых в момент испы­ таний модуль уже имел достаточную величину, но был ниже допу­ стимого раньше вследствие неполного совпадения времени испытаний с расчетным периодом. Учитывая это, полагаем вполне достаточном

212

принять требуемые модули для асфальтобетонных покрытий равными средним допустимым, умноженным на коэффициент запаса 1,10.

Для усовершенствованных покрытий облегченного типа (участки 11—19) целесообразно вводить коэффициент запаса 1,05. При этом вероятность деформаций от внешней нагрузки в среднем составляет 8%. Учитывая, что ремонт таких покрытий обходится несколько дешевле, чем капитальных, и требования к качеству покрытий ниже, указанная вероятность деформаций от внешней нагрузки допустима, тем более что в эти 8% входят также места, в которых модуль был ниже допусти­ мого несколько раньше вследствие возможного неполного совпадения момента испытаний с расчетным периодом наибольшего ослабления дорожной одежды.

Из табл. I I 1.7 видно, что для усовершенствованных покрытий как

ординатах, нанесены точки, соответствующие данным табл. III . 7 . Расположение точек на графике показывает, что зависимость допу­ стимого модуля упругости от логарифма интенсивности движения практически является линейной.

Для построения соединяющих прямых по точкам был применен ме­ тод наименьших квадратов [6]. В результате для усовершенствованных

213

где /V — интенсивность движения, приведенная к расчетному автомо­ билю с нагрузкой на ось 10 Т.

Для усовершенствованных покрытий облегченного типа получено:

Аналогично была получена зависимость требуемых модулей от ин­ тенсивности движения для покрытий переходного типа (см. рис. III.3).

Следует отметить, что значения требуемых модулей, приведенные на рис. i l l . 3 и на рис. III . 9, хорошо согласуются с зарубежными дан­ ными [13].

В дальнейшем необходима проверка и уточнение значений требуе­ мых модулей упругости для более широкого диапазона интенсивности движения, в частности для тяжелого движения, а также для большего

Суточная интенсибность движения, приведенная к нагрузке /01 на ось

Рис. IIL9. Допустимые и требуемые модули упругости:

Г л а в а 13

ДЕТАЛИ МЕТОДА РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД ПО НОРМАТИВНОМУ УПРУГОМУ ПРОГИБУ

§ III.10. Практические рекомендации по проведению расчета

Расчет и конструирование дорожных одежд представляют собой два непосредственно связанных процесса. Однако с методической точки зрения удобнее их рассматривать раздельно.

Общий комплексный модуль упругости Еобщ всей одежды и грунта земляного полотна должен соответствовать размеру и характеру дви­ жения (категории дороги), а соотношение модулей упругости сосед­ них слоев следует подчинять двум требованиям:

1)верхние слои, обладающие сопротивлением изгибу (их материал

итолщина), должны быть выбраны таким образом, чтобы растягива­ ющие напряжения при изгибе не превосходили допускаемых с учетом повторяемости нагрузок;

2)нижние слои, не воспринимающие растягивающих напряжений, должны иметь соотношение модуля упругости верхнего слоя к моду­ лю упругости нижнего полупространства не ниже 1,5 и по возмож­ ности не выше 3,5—5, так как вне этих пределов указанные слои ча­ сто экономически не оправданы и выгоднее применять укрепление вя­ жущими.

Необходимо установить расчетную нагрузку и к ней привести все автомобили, двигающиеся по дороге.

За расчетный следует принимать наиболее тяжелый для данной дороги автомобиль, так как прогибы дорожной одежды тем выше, чем

с действующими ГОСТами и СНиПами. Для приведения фактического движения на дороге к соответствующей расчетной нагрузке нужно

мативный относительный прогиб поверхности покрытия от колеса расчетного автомобиля.

Величину нормативного прогиба либо сразу модуля упругости можно определить по графикам, приведенным на рис. I I 1.3. При этом нормативные модули для одного и того же движения с уменьшением капитальности покрытий снижаются (подробнее см. ниже).

Для расчета по графику (см. рис. I I 1.3) принимается среднесуточ­ ная интенсивность движения в наиболее неблагоприятный по увлажне­ нию период года на перспективу (для капитальных усовершенствован­ ных покрытий 15 лет, для усовершенствованных облегченных 10 лет,

215

для переходных 8 лет). Расчет на среднесуточную интенсивность дви­ жения расчетных автомобилей возможен, когда из года в год движение увеличивается более или менее равномерно. Для условий, когда дви­ жение не изменяется (как, например, при опытах AASHO), а также для сопоставления с зарубежными данными на рис. I I 1.3 нанесена прибли­ женная зависимость нормативного прогиба от общего количества ав­ томобилей расчетного веса (работоспособность одежды) на заданный период для усовершенствованных капитальных покрытий.

Наклонные линии, служащие для определения нормативных про­ гибов или модулей упругости, нанесены на рис. I I 1.3 во всем возмож­ ном диапазоне интенсивностей движения только для усовершенство­ ванных капитальных покрытий. Это означает, что такие покрытия можно строить при практически любом движении. Что касается усо­ вершенствованных облегченных и переходных покрытий, то их имеет смысл применять лишь при ограниченном определенной величиной приведенном движении. Объясняется это тем, что при большем дви­ жении такие покрытия быстро приходят в негодность и в связи с этим строительство их в обычных условиях экономически нецелесообразно.

Иногда при проектировании строительства или реконструкции до­ роги вследствие ожидаемого легкого состава движения перспективная интенсивность его, приведенная к расчетной нагрузке, получается не­ высокой. Фактически же, как показывает опыт, после пуска дороги в эксплуатацию интенсивность движения часто достигает ожидаемой на последний год службы величины уже в первые несколько лет. Это приводит к ускоренному разрушению дорожной одежды. Для пре­ дотвращения такого преждевременного разрушения на основании про­ веденных исследований рекомендуется, как это практиковалось и раньше [37], принимать некоторую минимально допустимую величину требуемого (нормативного) модуля упругости для дорог общей сети (табл. III.9) и городских дорог (табл. ШЛО). Учитывая экономические факторы, а также различную деформативную способность и срок служ­ бы разных покрытий, минимально допустимые модули принимают различными для разных категорий дорог и типов покрытий. Следует иметь в виду также, что при модулях ниже минимальных в большинстве

216

случаев возникает реальная опасность нарушения предельного равно­ весия по сдвигу.

Если по графику на рис. III.3 требуемый модуль упругости полу­ чается меньше минимально допустимого, то следует рассмотреть ва­ риант устройства дорожной одежды с менее капитальным покрытием. Например, вместо асфальтобетона применить гравий, обработанный битумом. Окончательное решение может быть принято в результате экономического сравнения вариантов.

Расчет покрытия из связных материалов на изгиб делается следую­ щим образом: по табл. III.11 (теоретически вычисленной по данным

217

кой температуры, чем при расчете по прогибу (0—5 °С), модули упруго­

Расчет на прочность при изгибе связного основания делают по той же табл. I I I . 11 либо по графику на рис. III.5, а также по табл. III.12, но расчетную толщину h3 принимают

В табл. III.12 даны средние допускаемые напряжения на растяже­ ние при изгибе для температуры 0—5° С. При установлении допуска­ емых (нормативных) .растягивающих напряжений в численные значе­ ния предельных напряжений введены коэффициенты (0,2—0,4), учи­ тывающие явления усталости от многократного воздействия автомо­ бильных нагрузок. В табл. I I 1.12 повторяемость нагружения учтена через общий модуль упругости .Ео б щ = Ет%) дорожной одежды, так как величина этого модуля непосредственно связана с интенсивностью дви­ жения. Табл. I I I . 12 составлена по результатам исследований, прове­ денных в СССР (МАДИ, Ленфилиала Союздорнии, ХАДИ), с учетом зарубежных данных.

После того как намечена толщина покрытия, верхнего слоя осно­ вания и общая толщина одежды (с учетом условий морозоустойчиво­ сти [9]), выбирают несколько вариантов нижних слоев основания для последующего уточнения их толщины и выбора наиболее экономич­ ного; затем приступают к расчету этих слоев по модулям упругости. В результате должно быть достигнуто равенство между требуемым

218

модулем упругости всей конструкции и общим модулем упругости одежды без снижения минимальной толщины по условиям морозоустой­ чивости. Величины модулей упругости несвязных (зернистых) мате­ риалов определяют по табл. 11.10, а грунтов по табл. II.6.

Как указывалось выше, теоретическое решение для четырехслойной системы требует сложных вычислительных работ на счетных ма­ шинах и вряд ли является необходимым. Поэтому рекомендуется ре­ шать задачу последовательно по слоям для двухслойной системы. При этом, как показывают сравнительные расчеты (см. табл. I I I . 5), результаты отличаются очень незначительно (менее 5—10%).

Для расчета предлагается номограмма (см. рис. П. 11), построенная

следа колеса D, на кривых даны отношения общего модуля к модулю

Рис. ШЛО. Номограмма для определения общего модуля упругости двухслойной системы при £ (цифры на кривых означают отношение общего модуля упру­ гости Яобщ к модулю упругости верхнего слоя Ев)

219

верхнего слоя Ёо5щ/Ев. Номограмма связывает шесть величин, из ко­ торых одна может быть определена, если известны остальные пять.

Если задан требуемый модуль, то аналогично можно найти вели­

При расчете многослойных конструкций, состоящих из слоев тол­ щиной hlt h2, h3 и имеющих соответствующие модули упругости Еъ Е2, Е3 расчет ведут последовательно, рассматривая каждую пару

упругости и нужно определить толщину нижнего слоя оснований hn

мой,-приведенной на рис. 11.11, становится затруднительно. В этом случае можно применять номограмму, построенную для малых зна-

чений - ~ (рис. ШЛО)*.

Рассмотренная выше методика расчета полностью закономерна только для верхних слоев, способных работать на изгиб. Для несвяз­ ных слоев (из щебня, гравия, песка, шлаков, не обладающих спо­ собностью твердения, т. е. кислых), значение модуля упругости сле­ дует брать пониженным (см. табл. I I I . 4) в зависимости от соотношения модулей упругости верхнего и нижнего слоев.

§ III.11. Конструирование нежестких дорожных одежд

Во всех случаях при конструировании и расчете дорожные одежды нужно рассматривать не самостоятельно, а в комплексе с земляным полотном, с тем чтобы поднятие земляного полотна над уровнем земли, дренирование и отсыпка из более благоприятных грунтов или ук­ репление вяжущими, а также требуемая толщина и конструкция до­ рожной одежды обеспечивали минимум приведенных расходов.

Конструирование самой дорожной одежды заключается в выборе каждого из ее слоев, материалов для них и размещении этих слоев в та­ кой последовательности, чтобы полностью использовать их возмож­ ности в отношении распределения и восприятия нагрузок. Выбор от­ дельных слоев дорожной одежды должен быть подчинен следующим за кономер ностям:

1. Верхние слои (покрытие) непосредственно воспринимают воз­ действие нагрузки, поэтому они должны обладать достаточной связ-

* Номограмма составлена Б . С. Радовским, И. 3. Духовным и Е. Я . Щерба­ ковой в Госдорнии УССР.

220