4.3. Расчет нежестких дорожных одежд

Основной характеристикой дорожной одежды является ее прочность. Под прочностью дорожной одежды следует понимать сопротивление дорожной одежды напряжениям и деформированию под действием нагрузок от транспортных средств и изменяющихся погодно-климатических условий местности. Критериями прочности нежесткой дорожной одежды являются предел прочности на растяжение при изгибе материала монолитных слоев или предельно сдвигающее (касательное) напряжение в грунте земляного полотна и в слоях конструкции одежды из слабосвязанных зернистых материалов (щебень, песок, гравий), а также предельная относительная вертикальная деформация, при которой начинается и развивается нарушение монолитности и ровности покрытия.

В связи с этим расчет нежестких дорожных одежд производится по трем критериям: по сопротивлению упругому прогибу всей конструкции, который ограничивается таким образом, чтобы сохранилась линейная зависимость между напряжениями и деформацией; по сопротивлению сдвигу в грунтах и слоях из слабосвязных материалов (сдвигающие напряжения в них не должны достигать предельного равновесия по сдвигу); по сопротивлению при изгибе монолитных слоев (растягивающие напряжения при многократном изгибе не должны превышать допускаемых напряжений для материала данного слоя, установленных с учетом усталостных явлений).

Кроме этого дорожную одежду следует проектировать с требуемым уровнем надежности, под которым понимают вероятность безотказной работы в течение межремонтного периода. В качестве количественного показателя отказа дорожной одежды используют предельный коэффициент разрушения К , 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 исследуемыми пунктами. Значения К на последний год службы для капитального типа дорожной одежды следует принимать по табл. 11.

Таблица 11

Коэффициенты расчета при заданных уровнях надежности для расчета дорожных одежд по различным критериям прочности

Тип дорожной одежды		Капитальный
Категория дороги		I		II			III					IV
Продольный коэффициент разрушения К		0,05					0,10
Заданная надежность КН		0,98	0,95		0,98	0,95	0,98	0,95	0,90	0,95	0,90		0,85	0,80
Требу-емый коэф-фици-ент проч-ности К по крите-рию:	упругого прогиба	1,50	1,30		1,38	1,20	1,29	1,17	1,10	1,17	1,10		1,06	1,02
	сдвига и растяже-ния при изгибе	1,10	1,00		1,10	1,00	1,10	1,00	0,94	1,00	0,94		0,90	0,87

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

(41)

При оценке прочности конструкции по слоям по допускаемым напряжениям коэффициент прочности определяется по формуле

(42)

где l_доп – допустимый общий прогиб конструкции под расчетной нагрузкой;

l – 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;

– расчетные действующие напряжения (нормальные или касательные) от расчетной нагрузки;

– допустимые напряжения (нормальные или касательные) от расчетной нагрузки.

Коэффициент прочности К_ПР проектируемой конструкции должен быть таким, чтобы была обеспечена заданная надежность, которая устанавливается коэффициентом надежности К_Н (табл. 11).

В задачу расчета входит определение толщины слоев одежды в вариантах, намеченных при конструировании, или выбор материалов с соответствующими деформационными и прочностными характеристиками при заданных толщинах слоев.

Перед началом расчета дорожной одежды устанавливают расчетные параметры подвижной нагрузки.

В качестве расчетной схемы нагружения колесом автомобиля принимается гибкий круговой штамп диаметром Д, передающий равномерно распределенную нагрузку величиной Р. При нормативной статической нагрузке на ось автомобиля 100 кН диаметр расчетного отпечатка шины Д равен 0,37 м, а величину Р, которая соответствует давлению воздуха в шинах, принимают равной 0,6 МПа.

В зависимости от вида расчета конструкции используют различные характеристики, отражающие интенсивность воздействия на нее подвижной нагрузки:

N – перспективную (на конец срока службы) общую среднесуточную интенсивность движения;

N_P – приведенное к расчетной нагрузке среднесуточное (на конец срока службы) число проездов всех видов колес, расположенных по одному борту расчетного автомобиля, в пределах одной полосы проезжей части (приведенная интенсивность воздействия нагрузки);

N_P – суммарное расчетное число приложения приведенной расчетной нагрузки к расчетной точке на поверхности конструкции за срок службы.

Величину N_P приведенной интенсивности движения на последний год срока службы определяют по формуле

, (43)

где - коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним, определяемый по табл. 3.2 [13];

n - число различных марок транспортных средств в составе транспортного потока;

N_m – число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m-й марки;

S_mсум – суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства m-й марки к расчетной нагрузке Q_расч, определяемый по приложению 1 [13].

Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности покрытия за срок службы определяют по формуле

, (44)

или по формуле

, (45)

где n – число марок автомобилей;

N_1m – суточная интенсивность движения автомобилей m–й марки в первый год службы (в обоих направлениях), авт/сут;

N_Р – приведенная интенсивность движения на последний год срока службы, авт/сут;

T_рдг – число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции (определяемое в соответствии с приложением 6 [13]);

К_n – коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (табл. 3.3 [13]);

К_с – коэффициент суммирования (см. приложение 6, табл.П.6.5 [13]) определяют по формуле

(46)

где Т_сл – расчетный срок службы (см. приложение 6, табл.П.6.4 [13]);

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

а) Расчет конструкции дорожной одежды по допускаемому упругому прогибу

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

(47)

где Е_общ - общий расчетный модуль упругости конструкции, МПа;

Е_min - минимальный требуемый модуль упругости конструкции, МПа

К - требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругости прогиба, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности (табл. 3.1 [13] или табл. 11).

Величину минимального требуемого общего модуля упругости конструкции вычисляют по эмпирической формуле

(48)

где - суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды, устанавливаемое по формулам (44) и (45);

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

Формулой (48) следует пользоваться при .

Независимо от результата, полученного по формуле (48), требуемый модуль упругости должен быть не менее указанного в табл. 12.

Таблица 12

Категория дороги	Суммарное минимальное число приложений расчетной нагрузки на наиболее нагруженную полосу	Требуемый модуль упругости, МПа
		капитальный	облегченный	переходной
I II III IV V	750000 500000 375000 110000 40000	230 220 200 - -	- 210 200 150 100	- - - 100 50

Общий расчетный модуль упругости Е_общ определяют с помощью номограммы рис. 3.1.[13].

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

Расчетные значения модулей упругости грунтов и материалов допускается в соответствии с указаниями приложений 2 и 3 [13].

Значение модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, необходимо принимать во всех климатических зонах при температуре +10⁰С по приложению 3, табл.П.3.2. [13].

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

• определяют требуемый минимальный общий модуль конструкции E_min по формуле (48);

• назначают модули и предварительно толщины слоев конструкции (кроме толщины основания);

• выполняя расчет конструкции сверху вниз, определяют с помощью номограммы (рис. 3.1. [13]) требуемые модули на поверхности каждого конструктивного слоя;

• выполняя расчет конструкции снизу вверх, определяют толщину основания (при заданном его модуле), обеспчеивающую необходимый модуль на поверхности основания, полученный при расчете сверху.

б) Расчет по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоев

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

(49)

где Т – расчетное активное напряжение сдвига, которое определяется по формуле (51);

Т_ПР – предельная величина активного напряжения, превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг (см. П.3.35 [13]);

К – требуемое минимальное значение коэффициента прочности, определяемое с учетом заданного уровня надежности (см. табл. 3.1 [13] или табл.11).

При практических расчетах многослойную дорожную одежду приводят к двухслойной расчетной модели.

Если конструкция дорожной одежды рассчитывается на прочность по сдвигоустойчивости грунта земляного полотна в качестве нижнего слоя принимают грунт (с его характеристиками), а в качестве верхнего – всю дорожную одежду.

Толщину верхнего слоя h_в принимают равной сумме толщин слоев одежды ( ).

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют как средневзвешенный по формуле

(50)

где n – число слоев дорожной одежды;

Е_i – модуль упругости i-го слоя;

h_i – толщина i-го слоя.

При расчете по условию сдвигоустойчивости в песчаном слое основания с помощью номограммы (рис. 3.2 [13]) нижнему слою двухслойной модели условно присваивают обычные характеристики песчаного слоя (С_П , ), а модуль упругости принимают равным общему модулю на поверхности песчаного слоя, определяемому по п.3.27 [13]; толщину верхнего слоя модели принимают равной общей толщине слоев, лежащих над песчаным слоем, а модуль упругости Е_в вычисляют как средневзвешенное значение для этих слоев по формуле (50).

При расчете дорожных одежд по условию сдвигоустойчивости значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, принимают соответствующими температурам, указанным в табл. 3.5 [13].

Действующие в грунте или песчаном слое активные напряжения сдвига Т вычисляют по формуле

(51)

где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм (рис. 3.2 и 3.3 [13]);

Р - расчетное давление от колеса автомобиля на покрытие.

Примечание. При пользовании номограммой для определения величину принимают для случая воздействия динамической нагрузки (с учетом числа приложений), (см. приложение 2, табл.П.2.6 и П.2.8.[13]).

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

(52)

где С_N – сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), МПа, принимаемое с учетом повторности нагрузки (приложение 2, табл.П.2.6 или П.2.8);

K_g – коэффициент, учитывающий особенности рабочей 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 прослойкой, следует принимать значения K_g равными: 4,5 – при использовании в песчаном слое крупного песка; 4,0 – в случае песка средней крупности; 3,0 – в случае мелкого песка и 1,0 – во всех остальных случаях;

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

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

– величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки.

Во всех случаях в качестве расчетных значений угла внутреннего трения грунта и малосвязных слоев используют его значения, отвечающие расчетному суммарному числу воздействия нагрузки за межремонтный срок N_P . Эту величину устанавливают по формуле (44) или по формуле (3.6) [13]. Входящую в формулу (44) величину расчетных дней в году Т_рдг, определяют по специальным региональным данным. Для условий Российских регионов следует использовать данные справочного приложения 6 (рис. П.6.1 и табл. П.6.1.) [13].

Расчет дорожной одежды по сопротивлению сдвигу в грунте земляного полотна, а также в песчаных материалах промежуточных слоев дорожных одежд ведут в следующий последовательности:

- по табл. П.3.2 [13] назначают расчетные модули для слоев из асфальтобетона в соответствии с указаниями П.3.33 [13]; назначают по табл. П.2.6 – П.2.8 приложения 2 [13] (с учетом расчетной влажности и общего числа воздействия нагрузки) расчетные прочностные характеристики и С грунта земляного полотна и песка промежуточного слоя одежды (если таковой имеется) с учетом требований п.3.36 [13]. Остальные расчетные характеристики грунта и материалов остаются теми же, что и в расчете по упругому прогибу;

- по рис. 3.2 или рис. 3.3 [13] определяют активные напряжения от единичной нагрузки. Для этого приводят многослойную конструкцию к двухслойным моделям (п.3.31, п.3.32 [13]);

- по формуле (51) или по формуле (3.13 [13]) вычисляют расчетное напряжение сдвига в грунте земляного полотна или в песчаном слое дорожной одежды;

- по формуле (52) или по формуле (3.14) [13] вычисляют предельное напряжение сдвига;

- по формуле (49) или по формуле (3.11) [13] проверяют выполнение условия прочности (с учетом требуемой надежности);

- при необходимости, изменяя толщины конструктивных слоев, подбирают конструкцию, удовлетворяющую условию п.3.30 [13].

в) 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 вызывать нарушения структуры материала и приводить к образованию трещин, т.е. должно быть обеспечено условие:

(53)

где - наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, устанавливаемое расчетом;

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

- требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности (табл. 3.1) [13].

Наибольшее растягивающее напряжение при изгибе в монолитном слое определяют с помощью номограммы (рис. 3.4) [13], приводя реальную конструкцию к двухслойной модели.

К верхнему слою модели относят все асфальтобетонные слои, включая рассчитываемый. Толщину верхнего слоя модели h_в принимают равной сумме толщин, входящих в пакет асфальтобетонных слоев

Значение модуля упругости верхнего слоя модели устанавливают как средневзвешенное для всего пакета асфальтобетонных слоев по формуле (50) или по формуле (3.12) [13].

Нижним слоем модели служит часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, включая грунт рабочего слоя земляного полотна.

Модуль упругости нижнего слоя модели определяют путем приведения слоистой системы к эквивалентной по жесткости с помощью номограммы рис. 3.1 [13].

При использовании номограммы рис. 3.4 [13] расчетное растягивающее напряжение определяют по формуле

(54)

где - растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку, определяемое по номограмме рис. 3.4 [13];

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

р - расчетное давление, принимаемое по табл. П.1.1 приложения 1[13].

Прочность материала монолитного слоя при многократном растяжении при изгибе определяют по формуле

(55)

где R₀ – нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки, принимаемое по табличным данным (приложение 3, табл.П.3.1) [13];

К₁ – коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;

К₂ – коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов, определяется по табл. 3.6 [13];

– коэффициент вариации прочности на растяжение (приложение 4) [13];

t – коэффициент нормативного отклонения (приложение 4) [13].

Коэффициент К₁, отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляют по формуле

(56)

где N_P - расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия, определяемое по формулам (44, 45) или (3.6, 3.7) с учетом числа расчетных суток за срок службы (см. приложение 6) [13];

m – показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя (приложение 3, табл.П.3.1) [13];

– коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения по времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности, определяемый по табл. П.3.1 [13].

Расчет монолитных слоев дорожной одежды на растяжение при изгибе выполняют в следующем порядке:

• приводят конструкцию к двухслойной модели и определяют отношения h_в/Д, Е_в/Е_ПР;

• по полученным параметрам по номограмме рис. 3.4 находят значение и по формуле (14) или по формуле (3.16) [13] вычисляют расчетное растягивающее напряжение;

• вычисляют предельное растягивающее напряжение по формуле (55) или по формуле (3.17) [13]. В пакете асфальтобетонных слоев за предельное растягивающее напряжение R_N принимают значение, отвечающее материалу нижнего слоя асфальтобетонного пакета;

• проверяют условие (3.15) [13] и при необходимости корректируют конструкцию.

Пример. Рассчитать дорожную одежу для подходных насыпей мостового перехода через реку Сок в Самарской области.

Исходные данные. Дорожно-климатическая зона – III; категория автомобильной дороги – II; интенсивность движения транспортных средств на 20-й год эксплуатации дороги – 6000 ед/сут; ежегодный прирост интенсивности движения q = 1,05 или 5%; заданный срок службы дорожной одежды Т_сл = 15 лет; грунт рабочего слоя земляного полотна – супесь легкая с расчетной влажностью 0,7 W_T; схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна – II; в период весенних паводков подходные насыпи кратковременно подтапливаются водой до отметки 1,0 м от бровки земляного полотна; состав транспортного потока: грузовые автомобили – 55%, в т.ч. с грузоподъемностью до 5 т – 10%, от 5-8 т – 20%, более 8 т – 25%; автобусы марки ЛиАЗ – 15%; легковые автомобили – 30%; средняя высота насыпи – 4,0 м; коэффициент надежности К_Н = 0,95; материал для основания – щебеночная смесь.

Последовательность расчета:

1. Определяем расчетную величину N_P приведенной интенсивности движения на одну полосу проезжей части по формуле (43)

,

Для заданного срока службы дорожной одежды Т_сл = 15 лет определяем интенсивность движения транспортных средств N_P на 15 год эксплуатации дорожной одежды.

Первоначально вычисляем интенсивность движения на первый год эксплуатации дорожной одежды при N₂₀ = 6000 ед/сут и К = 5%

Находим значения коэффициентов n₂₀ и n₁₅, учитывающих увеличение интенсивности движения соответственно на 20-й и 15-й годы эксплуатации дорожной одежды относительно первого года.

Отношение этих коэффициентов составит .

По табл. 3.2 [13] устанавливаем значение коэффициента f=0,55. По приложению 1 [13] находим значения S_mсум для каждой марки автомобиля.

Уравнение (43) решаем в табличной форме.

Таблица 13

Приведение эквивалентной приведенной интенсивности движения

к расчетной на одну полосу проезжей части

Марка автомобиля	Доля в потоке	Nm20 ед/сут		Nm15 ед/сут	fпол		Smсум	NP ед/сут
ГАЗ-53А ЗИЛ-133Г МАЗ-500А КамАЗ-5511 ЛиАЗ-677 ВАЗ-2106	0,10 0,20 0,10 0,15 0,15 0,30	600 1200 600 900 900 1800	0,87 0,87 0,87 0,87 0,87 0,87	522 1044 522 783 783 1566	0,55 0,55 0,55 0,55 0,55 0,55	287 574 287 431 431 861	0,2 0,7 1,25 1,25 0,7 -	57 402 359 539 302 -
		6000	0,87	5220	0,55	2871		1659

Для дальнейших расчетов принимаем величину приведенной интенсивности движения на одну полосу проезжей части N_P равной 1659 ед/сут.

2. Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы дорожной одежды.

Для расчета по допускаемому упругому прогибу и условию сдвигоустойчивости используем формулу (45)

,

где по табл.П.6.3 [13] – К_С = 21,6; по табл.П.6.1 [13] – Т_рдг = 135 дней; по табл. 3.3 [13] – К_n = 1,49.

3. Предварительно назначаем значения расчетных параметров:

• для расчета по упругому прогибу значения модулей при t=10⁰С конструктивных слоев дорожной одежды и грунта определяем по табл.П.2.4, табл.П.3.2 и табл.П.3.8;

• для расчета по условию сдвигоустойчивости при t=30⁰С значения модулей и параметров грунта определяем по табл.П.2.4, табл.П.3.2 и табл.П.3.8;

• для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе характерные параметры определяем по табл.П.3.1 и табл.П.3.8 [13].

Назначаем конструкцию дорожной одежды, которая включает в себя: плотный асфальтобетон слоем 4 см, пористый асфальтобетон слоем 10 см, высокопористый асфальтобетон слоем 15 см, щебеночную смесь слоем 34 см.

Все значения расчетных параметров для этой конструкции заносим в табл. 14.

Таблица 14

Расчетные характеристики материалов дорожной одежды и грунта земляного полотна

№ п.п.	Материал слоя	h слоя, см	Расчет по допусти-мому прогибу, Е, МПа	Расчет по условию сдвиго-устой-чивости, Е, МПа	Расчет на растяжение при изгибе
					Е, МПа	R0, МПа		m
1	Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90	4	3200	1100	4500	9,80	5,2	5,5
2	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	10	2000	700	2800	8,0	5,9	4,3
3	Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 60/90	15	2000	700	2100	5,65	6,3	4,0
4	Щебеночная смесь	34	280	280	280	-	-	-
5	Супесь легкая Wp=0,7WT	-	49	49	49	-	-	-

4. Производим расчет по допускаемому упругому прогибу. Конструкцию дорожной одежды рассчитываем снизу вверх. При такой схеме расчета для каждого слоя конструкции дорожной одежды определяем отношение модулей нижнего слоя к верхнему Е_Н/Е_В и отношение толщины рассматриваемого слоя к отпечатку шины колеса h_b/D. По номограмме рис. 3.1.[13] для первого нижнего слоя дорожной одежды находим отношение модулей Е_общ/Е_В и вычисляем общий модуль Е_общ = (Е_общ/Е_В)Е_В. Затем расчет повторяем для следующего слоя конструкции дорожной одежды, принимая полученное Е_общ за Е_Н. На поверхности конструкции, сравнивая Е_общ и Е_ТР, определяем коэффициент прочности К_ПР дорожной одежды.

Ниже приводим расчет назначенной конструкции дорожной одежды, параметры которой сведены в табл. 14.

Шаг 1-й. Слой щебеночной смеси.

Шаг 2-й. Слой высокопористого асфальтобетона.

Шаг 3-й. Слой пористого асфальтобетона.

Шаг 4-й. Слой плотного асфальтобетона.

Требуемый модуль упругости определяем по формуле (48)

Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу

Требуемый коэффициент прочности дорожной одежды капитального типа при коэффициенте надежности К_Н = 0,95 для II технической категории автомобильной дороги должен быть не мнее 1,2 (табл. 11).

Следовательно выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

5. Рассчитываем конструкцию дорожной одежды по условию сдвигоустойчивости в грунте.

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (51).

Для определения удельного напряжения сдвига от единичной нагрузки назначенную конструкцию дорожной одежды приводим к двухслойной расчетной модели. В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь легкая) со следующими характеристиками: Е_Н=Е_гр=49 МПа, и МПа (табл. 14) при W_p=0,7W_T и

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (50), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл.П.3.2 при расчетной температуре +30⁰С (табл. 3.5) [13].

По отношениям и при с помощью номограммы на рис. 3.3 [13] находим напряжение сдвига от единичной нагрузки =0,019 МПа.

Решая формулу (51), получаем действующие активные напряжения сдвига в грунте

МПа

Предельное активное напряжение сдвига Т_ПР в грунте рабочего слоя земляного полотна определяем по формуле (52), где С_N = C_гр = 0,004 МПа; K_g = 1,0; z_оп = 4+10+15+34 =63 см; (табл.П.2.4) [13], кг/см².

МПа,

где 0,1 – коэффициент для перевода в МПа.

Устанавливаем коэффициент прочности по критерию сдвига

, что больше =1 (табл. 11)

Следовательно, выбранная конструкция дорожной одежды обеспечивает условие по сдвигоустойчивости в грунте.

6. Рассчитываем конструкцию дорожной одежды на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Расчет выполняется в определенной последовательности.

а) Приводим конструкцию дорожной одежды к двухслойной модели. К нижнему слою модели относим часть конструкции, которая расположена под пакетом асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя рис. 29. Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме рис. 3.1 [13]: МПа (см. расчет по упругому прогибу).

К верхнему слою модели относим все асфальтобетонные слои. Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле (50)

МПа

Модули упругости асфальтобетонных слоев берем из табл. 14.

б) По отношениям и , используя номограмму рис. 3.4 [13], определяем =1,0 МПа.

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (54)

МПа

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (55). Предварительно устанавливаем значения параметров этой формулы

R₀ = 5,65 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета определятся по табл. 14;

=0,1 - коэффициент вариации прочности на растяжение находим по табл.П.4.1 [13];

t = 1,71 - коэффициент нормативного отклонения определяем по табл.П.4.1 [13];

, где m=4, =6,3 берутся из табл 14.

К₂ = 0,85 определяется по табл. 3.6 [13]

Решая формулу (55), получаем

МПа

2) Устанавливаем условие обеспечения критерия прочности на растяжение при изгибе монолитных слоев асфальтобетона в назначенной дорожной одежде

, что больше, чем больше =1 (см. табл. 11).

Вывод: назначенная конструкция дорожной одежды удовлетворяет всем критериям прочности.

На рис. 29 приведена схема конструкции дорожной одежды с указанием размеров и модулей каждого слоя, вычисленных при расчете по допускаемому упругому прогибу.

Рис. 29. Схема конструкции дорожной одежды к примеру расчета.

Условные обозначения: -проверка по упругому прогибу; х – проверка

по сдвигающим напряжениям; - проверка на растяжение при изгибе

При проектировании дорожных одежд как жесткого, так и нежесткого типов, следует наметить несколько конкурирующих вариантов одежд для технико-экономического сравнения. Варианты сравнивают при равнопрочных конструкциях, толщину которых предварительно обосновывают расчеты. При окончательном выборе конструкции дорожной одежды из нескольких вариантов, приемлемых по местным условиям, предпочтение отдается наиболее экономичному, учитывая при этом как строительные затраты, так и последующие расходы на эксплуатацию дороги и транспортных средств.

Варианты дорожных одежд можно назначить по альбому «Типовые проектные решения. Дорожные одежды автомобильных дорог», в котором даны типовые конструкции дорожных одежд для разных категорий дорог, типов покрытий и оснований с указанием толщин отдельных конструктивных слоев.

На проезжей части моста покрытие назначается конструктивно.

Одежда ездового полотна на железобетонной плите проезжей части может быть принята многослойной, включающей, как правило, покрытие, защитный слой, гидроизоляцию и выравнивающий слой. Покрытие на проезжей части следует предусматривать в виде двух слоев асфальтобетона общей толщиной не менее 70 мм из мелкозернистой смеси в соответствии с категорией дороги – типа Б, В и Г не ниже II марки или из армированного цементобетона толщиной не менее 80 мм [2].

В последние годы, наряду с традиционными типами покрытий, стали широко применятся покрытия, выполненные с применением полимер-битумных вяжущих, которые предусматриваются в каждом слое конструкции одежды. Такие покрытия значительно увеличивают срок службы проезжей части моста. На рис. 30 приведены современные типы покрытий на металлической плите и на железобетонном основании мостового полотна.

а)

б)

Рис. 30. Конструкции покрытий проезжей части мостового полотна: а - покрытие на металлической плите; б – покрытие на железобетонной плите; 1 – металлическая плита; 2 – гидроизоляция «Мостопласт»; 3 – двухслойное асфальтобетонное покрытие; 4 – бетонный настил; 5 – сетка для выравнивания давления типа Hatelit; 6 – изоляционная мастика ЛЕММАСТИКС+ рассеивание щебня для сцепления; 7 – полимербитумный литой асфальт KBVA ЛЕМПРУФ+ каменная наброска для создания шероховатости