База нормативной документации: www.complexdoc.ru

от бровки земляного полотна до уреза длительно застаивающейся поверхностной воды, повышенное уплотнение (до Ку = 1,03-1,05) верхней части рабочего слоя в III-V дорожно-климатических зонах и т.д.

12.3. Расчеты нежестких дорожных одежд на прочность

Под прочностью нежесткой дорожной одежды понимают способность сопротивляться процессу развития остаточных деформаций и разрушений под воздействием касательных и нормальных напряжений, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от расчетной нагрузки (кратковременной многократной или длительно действующей однократной), приложенной к поверхности покрытия. Расчет на прочность включает проверку прочности конструкции в целом (по величине возникающего в ней упругого прогиба) и прочности отдельных конструктивных слоев (по величине возникающих в них напряжений). В соответствии с ОДН 218.046-01 нежесткую дорожную одежду следует проектировать с требуемым уровнем надежности, под которой понимают вероятность безотказной работы в течение межремонтного периода. Отказ конструкции по прочности физически может характеризоваться образованием продольных и поперечных неровностей поверхности дорожной одежды, связанных с прочностью конструкции (поперечные неровности, колея, усталостные трещины), с последующим развитием других видов разрушений (частые трещины, сетка трещин, выбоины, просадки, проломы и т.д.).

В качестве количественного показателя отказа дорожной одежды используют предельный коэффициент разрушения

, представляющий собой отношение суммарной протяженности (или суммарной площади) участков дороги, требующих ремонта из-за недостаточной прочности дорожной одежды, к общей протяженности (или общей площади) дороги между корреспондирующими пунктами.

Значения

520

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

на последний год службы в зависимости от капитальности дорожной одежды и категории дороги следует принимать в соответствии с табл. 12.3.

Таблица 12.3.

Требуемые минимальные коэффициенты прочности при заданных уровнях надежности для расчета дорожных одежд по различным критериям прочности

521

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

П р и м е ч а н и е . Дорожные одежды переходного типа для дорог V категории по критерию растяжения при изгибе не рассчитывают.

Прочность нежесткой дорожной одежды количественно оценивается величиной коэффициента прочности. При оценке прочности конструкции дорожной одежды в целом по допускаемому упругому прогибу коэффициент прочности в общем виде определяют по формуле:

522

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

При оценке прочности отдельных конструктивных слоев по допускаемым напряжениям коэффициент прочности определяют по формуле:

где

lдоп - допустимый общий прогиб конструкции дорожной одежды под расчетной нагрузкой;

l - общий прогиб конструкции дорожной одежды под расчетной нагрузкой;

sдоп - допустимые напряжения (нормальные или касательные) от расчетной нагрузки;

sрасч - действующие напряжения (нормальные или касательные) от расчетной нагрузки;

Еобщ - расчетный общий модуль упругости конструкции дорожной одежды, определяемый при расчетной нагрузке;

- требуемый общей модуль упругости конструкции дорожной одежды, определяемый при расчетной нагрузке.

Коэффициент прочности вновь проектируемой конструкции дорожной одежды должен быть таким, чтобы в заданный межремонтный период вероятность наступления отказа по прочности не превышала допустимый уровень, т.е. чтобы была обеспечена требуемая надежность.

523

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Для обеспечения заданной надежности (обеспеченности по прочности) коэффициент прочности проектируемой конструкции по каждому из расчетных критериев не должен быть ниже минимального требуемого значения, определяемого по табл. 12.3. Задачей расчета является определение толщин слоев одежды для вариантов, намеченных при конструировании, или выбор материалов с соответствующими деформационными и прочностными характеристиками при заданных толщинах слоев.

Отказ дорожной одежды, связанный с недостаточной ее прочностью, может возникнуть в результате накопления недопустимых остаточных деформаций до истечения заданного срока службы конструкции под воздействием касательных напряжений, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от транспортной нагрузки, с потерей ровности поверхности покрытия и соответствующим снижением скорости движения, а также в результате усталостных разрушений монолитных слоев конструкции под воздействием растягивающих напряжений от многократного приложения транспортной нагрузки с последующей интенсивной потерей дорожной одеждой транспортно-эксплуатационных свойств до истечения заданного срока службы.

В соответствии с этим расчет на прочность конструктивных слоев выполняют по допускаемым напряжениям на сдвиг в слоях с пониженной сопротивляемостью сдвигу и на растяжение при изгибе в монолитных слоях. Расчет прочности конструкции в целом ведут по допустимому упругому прогибу или требуемому общему модулю упругости дорожной одежды.

Дорожные одежды на перегонах дорог рассчитывают на кратковременное многократное действие подвижных нагрузок. Принимаемые при расчете значения прочностных и деформативных характеристик материалов и грунта должны соответствовать указанному характеру приложения нагрузки.

При расчете конструкций со слоями из битумоминеральных материалов учитывают влияние на их свойства температуры. При расчете слоев асфальтобетонного покрытия на растяжение при изгибе его характеристики должны соответствовать низким весенним температурам. При расчете слоев из слабосвязанных материалов, а также грунта на сопротивление сдвигу модуль упругости асфальтобетонного покрытия должен соответствовать весенним повышенным температурам.

524

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Расчет дорожной одежды на прочность выполняют в следующей последовательности. Сначала производят расчет дорожной одежды по критерию упругого прогиба на основе зависимости требуемого общего модуля упругости конструкции от суммарного числа приложений нагрузки. В результате этого расчета назначаются толщины конструктивных слоев и их модули упругости таким образом, чтобы общий модуль упругости дорожной одежды был не менее требуемого с учетом соответствующего коэффициента прочности. Значения требуемого коэффициента прочности для различных критериев расчета допускается принимать в зависимости от заданного уровня надежности, типа дорожной одежды и категории дороги по табл. 12.3.

Затем производят расчет на прочность отдельных конструктивных слоев дорожной одежды по двум независимым критериям: по критерию соответствия сдвигоустойчивости материалов конструктивных слоев и грунта возникающим в них касательным напряжениям, отражающему условие ограничения накопления сдвиговых остаточных деформаций (формоизменения) под воздействием многократных кратковременных нагрузок; по критерию соответствия сопротивления материалов монолитных конструктивных слоев возникающим в них растягивающим напряжениям от подвижной многократной нагрузки, отражающему сопротивление этих слоев усталостным процессам, обусловливающим развитие микротрещин в монолитных слоях, потерю их сплошности и снижение распределяющей способности.

При недостаточной величине коэффициента прочности по любому критерию конструкцию дорожной одежды уточняют.

Дорожные одежды переходного и низшего типов рассчитывают по упругому прогибу и по сдвигоустойчивости.

Напряжения и перемещения в конструктивных слоях и в подстилающем грунте от воздействия транспортной нагрузки вычисляют по формулам теории упругости для слоистой среды, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой через гибкий круглый штамп, с учетом условий на контакте слоев.

При оценке характеристик напряженно-деформированного состояния конструкции дорожной одежды используют приближенные методы, основанные на упрощенных расчетных схемах и построенных на их основе номограммах. При выполнении

525

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

расчетов реальные многослойные дорожные конструкции приводят к одноили двухслойным расчетным схемам.

Главные напряжения от собственного веса конструкции определяют, исходя из гидростатической схемы, по формуле:

sсв = gср×zon, где

gср - средневзвешенный удельный вес конструкции, расположенной над расчетной точкой;

zon - расстояние от поверхности покрытия до расчетной точки.

В качестве упрощенной расчетной схемы нагружения конструкции дорожной одежды колесом автомобиля принимается гибкий круговой штамп диаметром D, передающий равномерно распределенную нагрузку величиной р. Величина расчетного удельного давления р колеса на поверхность покрытия и расчетного диаметра D, приведенного к кругу отпечатка шины расчетного колеса на поверхности покрытия, назначаются с учетом группы расчетной нагрузки (табл. 12.4). Характерным для группы расчетной нагрузки является наиболее тяжелый автомобиль из систематически обращающихся по дороге, доля которого в составе движения составляет не менее 10 % (с учетом перспективы применения состава движения к концу межремонтного срока).

Таблица 12.4.

Предельные нагрузки на ось расчетного двухосного автомобиля

526

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

П р и м е ч а н и я : 1. В числителе - для движущегося колеса, в знаменателе - для неподвижного.

2. Постановлением Госстроя России №132 от 30.06.2003 для дорог I и II категории введена нормативная нагрузка на ось 115 кН.

Величину р принимают равной давлению воздуха в шинах. Диаметр расчетного отпечатка шины D определяют из зависимости:

см, где

Qрасч - расчетная величина нагрузки, передаваемой колесом на поверхность покрытия, кН;

р - давление, МПа.

При проектировании дорожных одежд в качестве расчетных принимают нагрузки, соответствующие предельным нагрузкам на ось расчетного двухосного автомобиля.

Данные о нагрузках, передаваемых на дорожное покрытие выпускаемыми серийно автотранспортными средствами, следует принимать по специальным справочникам.

Значение суммарного коэффициента приведения определяют по формуле:

527

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

где

(12.1)

п - число осей у данного транспортного средства, для приведения которого к расчетной нагрузке определяется коэффициент STсyм;

Sп - коэффициент приведения номинальной динамической нагрузки от колеса каждой из п осей транспортного средства к расчетной динамической нагрузке.

Коэффициенты приведения нагрузок Sп определяют по формуле:

где

(12.2)

Qдn - номинальная динамическая нагрузка от колеса на покрытие;

Qд.paсч - расчетная динамическая нагрузка от колеса на покрытие;

b - показатель степени, принимаемый равным:

4,4 - для капитальных дорожных одежд;

3,0 - для облегченных дорожных одежд;

2,0 - для переходных дорожных одежд.

Номинальную динамическую нагрузку Qдn определяют по паспортным данным на транспортное средство с учетом распределения статических нагрузок на каждую ось:

Qдn = Кдин×Qn, где

Кдин - динамический коэффициент, принимаемый равным 1,3;

Qn - номинальная статическая нагрузка на колесо данной оси.

528

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

При определении расчетного значения номинальной статической нагрузки для многоосных автомобилей фактическую номинальную нагрузку на колесо, определяемую по паспортным данным, следует умножать на коэффициент Кс, вычисляемый по формуле:

где

Бт - расстояние между крайними осями тележки, м;

а, в, с - параметры, определяемые в зависимости от капитальности дорожной одежды и числа осей тележки по табл. 12.5.

Таблица 12.5.

Параметры для определения номинальной нагрузки на колесо

П р и м е ч а н и е . В числителе - для капитальных и облегченных типов дорожных одежд, в знаменателе - для переходных.

Суммарный коэффициент приведения определяют в следующей последовательности:

назначают расчетную нагрузку и определяют ее параметры:

Qpaсч, р и D;

для каждой марки автомобилей в составе перспективного движения по паспортным данным устанавливают величину номинальной статической нагрузки на колесо для всех осей транспортного средства Qn;

529

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

умножив полученные значения Qn и расчетную нагрузку Qpaсч на динамический коэффициент, находят величины номинальных динамических нагрузок Qдn от колеса для каждой оси и величину расчетной динамической нагрузки Qд.paсч;

по формуле (12.2) вычисляют коэффициент приведения номинальной нагрузки от колеса каждой из осей Sn, к расчетной;

по формуле (12.1) вычисляют суммарный коэффициент приведения нагрузки от рассматриваемого типа автомобиля к расчетной нагрузке.

Допускается приближенно принимать суммарный коэффициент приведения STсyм к расчетной нагрузке группы А1 по данным табл. 12.6.

Таблица 12.6.

Коэффициенты приведения к расчетной нагрузке

Типы автомобилей

Коэффициент приведения к расчетной нагрузке, STсyм (100 кН)

Легкие грузовые автомобили

0,005

грузоподъемностью 1-2 т

Средние грузовые автомобили

0,2

грузоподъемностью 2-5 т

Тяжелые грузовые автомобили

0,7

грузоподъемностью 5-8 т

Очень тяжелые грузовые автомобили

1,25

грузоподъемностью более 8 т

530

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Расчет дорожных одежд на перегонных участках ведут на кратковременное (динамическое) и многократное действие подвижной нагрузки. Продолжительность действия нагрузки для средних условий, современных скоростей автомобиля и размеров отпечатка колеса принимают равной 0,1 с. В этом случае значения модуля упругости и прочностных характеристик материалов и грунта также соответствуют длительности действия нагрузки 0,1 с.

На стоянках дорожную одежду рассчитывают на длительное однократное нагружение.

В случае длительного действия нагрузки в расчет принимают значения модулей упругости материалов и грунтов и их прочностные характеристики, соответствующие продолжительности нагружения более 10 мин.

Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки в точке на поверхности конструкции за срок службы определяют по формуле:

где

(12.3)

п - число марок автомобилей;

Nim - суточная интенсивность движения автомобилей m-й марки в первый год службы (в обоих направлениях), авт./сут;

fnoл - коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним, определяемый по табл. 12.7.

Таблица 12.7.

Значения коэффициента fnoл

531

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

П р и м е ч а н и е . Порядковый номер полосы считается справа по ходу движения в одном направлении. Для расчета обочин принимают fnoл = 0,01.

kn - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (табл. 12.8);

Таблица 12.8.

Значения коэффициента kn

532

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Трдг - расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции (определяемое по табл. 12.9 и по рис. 12.1);

Тсл - расчетный срок службы (табл. 12.10);

Таблица 12.9.

Рекомендуемые значения Трдг в зависимости от местоположения дороги

Номера

Рекомендуемое

районов Примерные географические границы районов

количество

на карте

расчетных дней* в году (Трдг)

533

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

П р и м е ч а н и е . Значения величины Трдг на границах районов следует принимать по наибольшему из значений.

534

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Рис. 12.1. Карта районирования по количеству расчетных дней в году, Трдг

Таблица 12.10.

Рекомендуемый расчетный срок службы конструкции

других данных) следует принимать по табл. 12.11.

Кс - коэффициент суммирования (табл. 12.11) определяют по формуле:

535

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

q - показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам.

Таблица 12.11.

Рекомендуемые значения коэффициента суммирования Кс

536