34. Основные положения расчета дорожных одежд на прочность.

Для расчёта д.о. необходимо выполнение следующих положений:

1) использование достоверных значений параметров, характеризующих материалы конструктивных слоёв д.о. и подстилающего грунта;

2) при проектировании новых дорог используют модули упругости, приводимые в нормативной лит-ре, а при реконструкции модули упругости определяют экспериментально;

3) при проектировании д.о. важную роль играет водно-тепловой режим з.п., изменяющийся в течении года. Соответственно, в течении года меняется и модуль упругости грунта основания, что также необходимо учитывать. Особенно сильно значения модуля упругости снижаются во время весеннего переувлажнения, именно к этому периоду относятся расчётные значения модуля упругости. В сухое же время года, а также зимой, когда грунт замерзает, модуль на много выше табличных значений, что следует учитывать при оценке пропуска тяжёлых нагрузок в эти сезоны года. Для разных ДКЗ установлены характерные влажности з.п. При анализе водно-теполового режима производится одновременное планирование устройства различных гидроизолирующих прослоек, морозозащитных слоёв и др. защитных мероприятий, при этом в расчёте д.о. учитывают модули упругости этих дополнительных слоёв;

4) на случай отклонения от нормативных требований прочности по каким-либо причинам в расчёт должны вводиться коэффициенты, обеспечивающие «уровень проектной надёжности» - отношение прочности д.о. в период возможного её наибольшего ослабления к расчётной прочности. Уровень надёжности принимают в зависимости от категории дороги, капитальности д.о. и типа покрытия.

Конечная задача, которая решается при проектировании д.о.: д.о. в результате должна обеспечивать пропуск расчётных нагрузок и интенсивности в течении расчетного срока м/у кап. ремонтами.

35. Критерии расчета дорожных одежд на прочность.

Критерии расчёта:

1. Расчёт по упругому прогибу.

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.

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба при условии:

,

где Е_об - общий расчетный модуль упругости конструкции, МПа;

Е_тiп - 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:

Е_тiп = 98,65 [lg(SN_р) - c], (МПа),

где SN_р - суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды.

с -эмпирический параметр, принимаемый равным для расчетной нагрузки на ось 100 кН - 3,55; 110 кН - 3,25; 130 кН - 3,05.

Примечания: 1. Формулой следует пользоваться при SN_р > 4×10⁴.

2. Для дорог в V дорожно-климатической зоне требуемые модули, следует уменьшить на 15%.

Приведение многослойной конструкции к эквивалентной однослойной ведут послойно, начиная с подстилающего грунта.

Расчет по допустимому упругому прогибу (по требуемому модулю деформации) ведут в следующей последовательности:

1. Определяют требуемый минимальный общий модуль конструкции.

2. Назначают модули и предварительно толщины слоев конструкции (кроме толщины основания).

3. Выполняя расчет конструкции сверху вниз, определяют с помощью номограммы, требуемые модули на поверхности каждого конструктивного слоя.

4. Выполняя расчет конструкции снизу вверх, определяют толщину основания (при заданном его модуле), обеспечивающую необходимый модуль на поверхности основания, полученный при расчете сверху.

При недостаточной величине коэффициента прочности по любому критерию конструкцию уточняют.

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

Конструкции, предназначенные для движения особо тяжелых транспортных средств (со статической нагрузкой на ось 120 кН и более), по упругому прогибу не рассчитывают.

2) Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

В монолитных слоях дорожной одежды (из асфальтобетона, дегтебетона, материалов и грунтов, укрепленных комплексными и неорганическими вяжущими и др.), возникающие при прогибе одежды напряжения под действием повторных кратковременных нагрузок, не должны в течение заданного срока службы приводить к образованию трещин от усталостного разрушения. Для этого должно быть обеспечено условие:

,

где - требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности;

R_N -прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений;

s_r-наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, устанавливаемое расчетом.

При использовании номограммы расчетное растягивающее напряжение определяют по формуле:

s_r = ,

где s_r - растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку;

к_в - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном. Принимают равным 0,85 (при расчете на однобаллонное колесо к_в = 1,00);

р - расчетное давление

Коэффициент k₁, отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляют по выражению:

,

где SN_p - расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия;

m -показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя;

a -коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности.

Расчеты на усталостную прочность выполняют в следующем порядке:

а) приводят конструкцию к двухслойной модели и определяют отношения , ;

b) по полученным параметрам находят значение и вычисляют расчетное растягивающее напряжение;

c) вычисляют предельное растягивающее напряжение. В пакете асфальтобетонных слоев за предельное растягивающее напряжение R_N принимают значение, отвечающее материалу нижнего слоя асфальтобетонного пакета;

d) проверяют и при необходимости корректируют конструкцию.

3) Расчет по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоев.

Дорожную одежду проектируют из расчета, чтобы под действием кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации. Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если в грунте земляного полотна и в малосвязных (песчаных) слоях обеспечено условие:

,

где К_р - требуемое минимальное значение коэффициента прочности, определяемое с учетом заданного уровня надежности;

Т-расчетное активное напряжение сдвига (часть сдвигающего напряжения, непогашенная внутренним трением) в расчетной (наиболее опасной) точке конструкции от действующей временной нагрузки;

Т_пр -предельная величина активного напряжения сдвига (в той же точке), превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя (или в песчаном материале промежуточного слоя) определяют по формуле:

T_np = с_Nk_д + 0,1g_срz_опtgj_СТ,

где с_N - сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), МПа, принимаемое с учетом повторности нагрузки;

k_д - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания. При устройстве нижнего слоя из укрепленных материалов, а также при укладке на границе «основание - песчаный слой» разделяющей геотекстильной прослойки, следует принимать значения k_д равным:

- 4,5 - при использовании в песчаном слое крупного песка;

- 4,0 - при использовании в песчаном слое песка средней крупности;

- 3,0 - при использовании в песчаном слое мелкого песка;

- 1,0 - во всех остальных случаях.

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

g_ср - средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см³;

j_СТ - расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки.

4) Расчёт на морозоустойчивость.

Морозоутойчивость д.о. обеспечивается при условии:

,

где - ожидаемое пучение грунта з.п.;

- ожидаемое пучение материала морозозащитного слоя;

- допускаемая величина зимнего вспучивания покрытия (для ц/б покрытий – 2 см; для а/б – 4 см; для усовершенствованных облегчённых – 6 см).