9.3. Расчет дорожной одежды на прочность
Под прочностью 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.
Дорожную одежду проектируют с требуемым уровнем надежности, под которой понимают вероятность безотказной работы в течение межремонтного периода. Отказ конструкции по прочности физически может характеризоваться образованием продольной и поперечной неровности поверхности дорожной одежды, связанной с прочностью конструкции (поперечные неровности, колея, усталостные трещины), с последующим развитием других видов деформаций и разрушений (частые трещины, сетка трещин, выбоины, просадки, проломы и т.д.).
В
качестве количественного показателя
отказа дорожной одежды как элемента
инженерного сооружения линейного
характера используют предельный
коэффициент разрушения
,
представляющий собой отношение суммарной
площади участков дороги, требующих
ремонта из-за недостаточной прочности
дорожной одежды, к общей площади дороги.
Прочность конструкции количественно оценивается величиной коэффициента прочности. При оценке прочности конструкции в целом по допускаемому упругому прогибу коэффициент прочности в общем виде определяют по формуле:
(9.5)
где
допустимый общий прогиб конструкции
под расчетной нагрузкой;
расчетный общий
прогиб конструкции под расчетной
нагрузкой;
требуемый общий
модуль упругости конструкции, определяемый
при расчетной нагрузке;
расчетный общий
модуль упругости конструкции, определяемый
при расчетной нагрузке.
Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба при условии:
(9.6)
где
общий расчетный модуль упругости
конструкции, МПа;
минимальный
требуемый общий модуль упругости
конструкции, МПа;
требуемый коэффициент
прочности дорожной одежды по критерию
упругого прогиба, принимаемый в
зависимости от требуемого уровня
надежности.
Величину минимального требуемого общего модуля упругости конструкции вычисляют по эмпирической формуле:
,
(МПа), (9.7)
где
эмпирический параметр, зависящий от
расчетной нагрузки.
суммарное расчетное
число приложений нагрузки за срок службы
дорожной одежды;
Независимо от результата, полученного по формуле (9.7), требуемый модуль упругости должен быть не менее указанного в табл. 9.3.
После определения требуемого модуля упругости проводят последовательный расчет толщины слоев дорожной одежды.
Т а б л и ц а 9.3
|
Категория дороги |
Суммарное минимальное расчетное число приложений расчетной нагрузки на наиболее нагруженную полосу |
Требуемый модуль упругости одежды, МПа | ||
|
капитальной |
облегченной |
переходной | ||
|
I |
750000 |
230 |
- |
- |
|
II |
500000 |
220 |
210 |
- |
|
III |
375000 |
200 |
200 |
- |
|
IV |
110000 |
- |
150 |
100 |
|
V |
40000 |
- |
100 |
50 |
Жесткая дорожная одежда считается прочной, если в течение срока службы она сохраняет сплошность и ровность в заданных пределах. Для этого должны обеспечиваться следующие условия прочности:
первое условие прочности в течение срока службы многократно возникающее растяжение при изгибе не должно превышать прочности цементобетона на растяжение при изгибе;
второе условие наибольшее напряжение сдвига в дополнительном слое основания и в грунте земляного полотна не должно превышать сопротивления сдвигу соответствующего материала или грунта;
третье условие возникающий в расчетный период упругий прогиб покрытия под действием нагрузки от расчетного автомобиля не должен превышать величины, допустимой для данного суммарного размера.
В целом, жесткие дорожные одежды представляют собой цементобетонные покрытия. Они обладают большой монолитностью и высоким сопротивлением нагрузкам. Их строят в виде отдельных плит размером в плане 3-4 на 6-7 и при толщине, равной в зависимости от категории дороги от 18 до 24 см (рис. 9.3).
Плиты отделяются друг от друга швами, необходимыми для компенсации изменений их длины при колебаниях температуры. Различают швы расширения, сокращающиеся при удлинении плит и швы сжатия, расширяющиеся при укорочении плит. Для обеспечения совместной работы плит и сохранения их взаимного положения по вертикали в швы вводят короткие стальные стержни (штыри) диаметром 12-18 мм, не препятствующие изменению длины плит при колебаниях температуры, но передающие с одной плиты на другую вертикальные нагрузки и частично изгибающие моменты (рис. 9.3).
Рис. 9.3. Схема расположения плит бетонного покрытия:
1 шов расширения; 2 шов сжатия; 3 продольный шов; 4 штыри
Рис. 9.4. Конструкция швов бетонных покрытий:
а поперечный шов расширения;б поперечный шов сжатия;в продольный шов;1 штырь;2 монтажный каркас из тонкой арматуры для закрепления штырей на месте при бетонировании;3 обмазка битумом;4 заполнение шва изолирующим материалом;5 деревянная прокладка;6 надеваемый на штырь колпачок длиной 6-8 см;7 заполнение зазора в колпачке опилками или войлоком;8 искусственный шов;9 место разрыва плиты по слабому сечению
Т