книги из ГПНТБ / Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд

расчета, так как не было еще найдено теоретического решения для слоистого полупространства.

В связи с появлением доступных для практического использования решений о напряженном состоянии и деформациях двухслойных упру­ гих систем, а также с новыми возможностями в части создания более совершенной аппаратуры для измерения напряжений и перемещений, в Ленфилиале Союздорнии была проведена, как уже указывалось, новая серия экспериментов.

Эксперименты при длительном и кратковременном воздействии на­ грузок проводили на моделях слоистых систем, а также на реальных дорожных одеждах. Модели изготавливали в металлических формах диаметром 20 см'. Верхний слой толщиной 1 и 2 см из песчаного асфаль­ тового бетона укладывали на подготовленное основание. Испытывали также модели с верхним слоем из грунта, укрепленного добавкой 8% цемента. Часть используемых для устройства покрытия плиток имела гладкую нижнюю поверхность, которую к тому же перед укладкой в модель смазывали тонким слоем вазелина. Этим воспроизводилась работа конструкций в условиях, приближающихся к свободному сме­ щению слоев на контакте. Другая часть плиток имела шероховатую нижнюю поверхность, что достигалось втапливанием в смесь при уплот­ нении гранитных высевок. В основание моделей укладывали с послой­ ным уплотнением с.углинисто-пылеватый грунт, имевший влажность в отдельных опытах от 0,54 до 0,78 WT (WT — влажность при границе текучести).

Для измерения напряжений в процессе опытов как в лаборатории, так и на дорогах использовали датчики, разработанные лабораторией измерений Ленинградского филиала Союздорнии. Датчики представ­

Рис. 11.12. Датчики для измерения напряжений:

80

с выдерживанием каждой ступени до практически полного затухания деформации. После этого производили разгрузку с выдерживанием до прекращения восстановления деформации.

Испытание моделей при кратковременном воздействии нагрузок производили на прессе (рис. 11.15). Пресс позволял создавать нагруз­ ки длительностью от 0,15 до 1 сек, изменяющиеся во времени по сину­ соидальному закону. Одновременно были испытаны в условиях дли-

81

тельного и кратковременного нагружения образцы материалов, ис­ пользованных при изготовлении моделей.

Испытание реальных одежд проводили преимущественно на доро­ гах с интенсивным и тяжелым движением, находящихся в эксплуата­ ции достаточно длительное время, с хорошо сформировавшейся прочной дорожной одеждой.

На рис. 11.16 приведены характерные конструкции одежд и указа­ но размещение датчиков. Чтобы исключить по возможности элемент случайности, датчики устанавливали по двум вертикалям, расположен­ ным на полосе наката на расстоянии 2 м одна от другой. При закладке датчиков в скважины стремились возможно меньше нарушать сложив­ шуюся структуру конструкции. Особое внимание обращали на уплот­ нение укладываемых обратно в скважину грунта и материалов слоев одежды.

Для замера вертикальных перемещений поверхности покрытия при испытании проездом автомобилей на каждом участке были установлены датчики деформации (рис. 11.17). Корпус датчика заделывается в пок­ рытие. В корпусе закреплена индуктивная катушка, образующая с якорем зазор 1,5—2 мм. Якорь жестко связан с верхним концом репера, стержень которого прочно заделан нижним концом в грунт на достаточно большой глубине. Для устранения трения грунта по стен-, кам стержень репера помещен в резиновую трубку, наполненную соли­ долом. При вертикальных перемещениях покрытия корпус датчика

Рис. 11.15. Пресс для кратковременных на­ грузок:

/ — нагружающее устрой­ ство; 2 — кривошипный механизм; 3 — электро­ двигатель; 4 — испыты­ ваемый образец

82

'83

на разных расстояниях от вертикалей. Это наблюдалось в широком диапазоне значений нагрузки.

Кроме статических испытаний, были проведены опыты при кратко­ временном воздействии нагрузок. Установлено, что во всех случаях, когда верхний слой моделей или покрытия реальных одежд выполнен из асфальтового бетона, средние величины напряжений в нижних слоях с уменьшением длительности действия нагрузки снижались (кривые 1, 2 на рис. 11.22, а и рис. 11.23, а). В частности, уменьшение напряжений в грунте земляного полотна на 'контакте с одеждой при проезде автомобилей достигало 25—30% по сравнению со статическим

84

действием колеса. Снижались также с уменьшением времени действия нагрузки и вертикальные прогибы поверхности покрытия.

Иная картина наблюдалась при испытании конструкций с верхним слоем из цементогрунта. Здесь как в экспериментах с моделями, так и при испытании конструкций на дорогах с уменьшением длительности действия нагрузки средние величины напряжений в нижнем слое несколько возрастали (кривые 3 на рис. 11.22 и рис. 11.24, а). Верти­ кальный же прогиб, как и при испытании одежд с покрытием из ас­ фальтобетона, с уменьшением времени действия нагрузки несколько снижался (рис. 11.24, б).

Объясняются эти особенности напряженно-деформированного сос­

85

Поверхность

Рис. 11.22. Результаты испытания моделей двухслойных систем в условиях кратковременного нагружения:

86

Рис. 11.24. Результаты испытания дорожных одежд с покрытием из цементогрунта движущимися автомобилями; обозначения те же, что и на рис. 11.23:

а — вертикальные напряжения в земляном полотне; б — вертикальные прогибы покрытия

со статическим не более чем на 15%, а модуль цементогрунта практи­ чески совсем не менялся. Что касается асфальтобетона, то при умень­ шении времени действия нагрузки до 0,2—0,1 сек его модуль упругости по сравнению с модулем при длительном нагружении возрастал в не­ сколько раз (кривая 3, рис. 11.25). Естественно поэтому, что в'дорож­ ных одеждах с покрытием из материалов, содержащих органическое вяжущее, соотношение модулей упругости верхнего и подстилающего слоев, а следовательно, и напряженное состояние слоистой системы ока­ зываются зависящими от времени действия нагрузки — с уменьше­ нием последнего напряжения в грунте снижаются, а в верхнем слое резко возрастают. Одновременно в связи с увеличением жесткости снижаются и вертикальные прогибы.

Легко объясняется с этих позиций и некоторый рост напряжений в нижних слоях конструкций с покрытием из цементогрунта. В этом случае при кратковременном воздействии нагрузок за счет хоть и небольшого, но все же повышения жесткости грунта отношение модулей упругости верхнего и нижнего слоев уменьшается, что приводит к не­ которому росту напряжений в нижнем слое. При этом за счет увели­

87

лей упругости материалов, определенных при продолжительности

Измерения напряжений и деформаций под движущимися автомо­ билями показывают, что динамические модули упругости асфальтобе­ тонных покрытий минимум в 2—4 раза превышают статические их зна­ чения. В дальнейшем, когда будут накоплены достаточно достоверные данные о величине в различных условиях динамических модулей упру­ гости грунта земляного полотна и материалов конструктивных слоев одежды, целесообразно будет рассчитывать дорожные конструкции на воздействие кратковременных нагрузок от движущихся автомобилей. Это позволит более обоснованно оценивать напряженное состояние каждого из элементов дорожной конструкции. Правда, и в этом случае не будет исключен расчет на длительно действующие нагрузки от стоящих автомобилей.

Если вести расчет с использованием статических модулей упруго­ сти, следует иметь в виду, что тем самым мы несколько завышаем на­ пряжения в грунте земляного полотна и нижних слоях одежд с по­ крытиями из материалов, содержащих органическое вяжущее, и в то же время существенно недооцениваем напряженное состояние этих последних. Первое идет в запас прочности. Что касается перенапряже­ ний слоев из битумосвязных материалов, то они учитываются при установлении расчетных прочностных характеристик этих материалов

„ (см. гл. 7).

§ 11.9. Теория напряженно-деформированного состояния

Изложенные выше результаты изучения закономерностей дефор­ мирования грунтов и дорожно-строительных материалов (гл. 3), а также данные экспериментального исследования напряженно-де­ формированного состояния одежд, работающих в стадии обратимых деформаций, позволили прийти к выводу, что в качестве расчетной модели дорожной одежды, во всяком случае с покрытиями капиталь­ ного типа, может быть на настоящем этапе принято слоистое линейнодеформируемое (упругое) полупространство, на поверхность которого действует вертикальная нагрузка, распределенная равномерно по

площади круга. Принятие такой модели дает основание использовать

88