Проектирование автомобильных дорог

     Е_тр – требуемый модуль упругости, МПа

     К_{пр –} коэффициент прочности 

     Расчетные характеристики материалов конструктивных слов дорожной одежды приведены  в  таблице 4.9 согласно нормативным требованиям Приложения 2 СН РК 3.03.19-2006 «Проектирование дорожных одежд нежесткого типа».

     Дорожная  одежда рассчитывается как двухслойная  система.

     Расчет  выполняется сверху вниз. Приравниваем Е_общ = E_тр  и определяем необходимую толщину подстилающего слоя. Расчет выполняем в табличной форме. Для определения общего модуля упругости на поверхности 2-х слойной системы воспользуемся номограммой на рисунке 2.1 или номограммой на рисунке 6.1 СН РК 3.03.19-2006. 

      Рисунок 2.1 Номограмма для определения общего  модуля упругости двухслойной системы Е_общ. 

     Предварительно  назначаем конструкцию и значения расчетных параметров:

     - для расчета по допускаемому  упругому прогибу и сдвиго-устойчивости (табл. 2.1, 2.9, прил. 2);

     - для расчета на изгиб (табл. 2.2, прил. 2,);

     - для расчета на сдвиг в грунте (прил. 3).

     Исходные данные представлены в таблице 2.8. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Таблица 2.8 - Исходные данные для расчета 

 

       Расчет по допускаемому упругому  прогибу ведем послойно сверху вниз, начиная с верхнего слоя, с использованием номограммы (рис. 4.1). Этапы расчета сведены в таблицу 2.9. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Таблица 2.9 - Расчет дорожной одежды по упругому прогибу 

 

     Таким образом, согласно расчету, толщина подстилающего слоя  h=45 см

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 2.2 Принятые размеры дорожной одежды

     2.2.4  Проверка дорожной одежды на сдвиг в грунте земляного полотна 

     Сдвиг в грунте земляного полотна не возникнет, если: 

           

  (2.6) 

     где:  Т_доп   - допускаемое напряжение сдвига, МПа;

     Т- активное напряжение сдвига от действующей  кратковременной нагрузки 

      Т_доп = C_гр K₁ K₂ K₃ ,МПа (2.7) 

     где  C_гр  - сцепление частиц грунта, МПа;

     К₁ - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления грунта сдвигу под агрессивным действием подвижных нагрузок, колебаний и т.д. (при расчете на воздействие кратковременных нагрузок принимают К₁= 0,6; при длительном действии нагрузок с малой повторностью К₁= 0,9);

     К₂ - коэффициент запаса на неоднородность условий работы конструкции, связанный с недоучетом неблагоприятных природных особенностей, технологических и других причин (эти факторы проявляются тем больше, чем выше интенсивность движения автотранспорта, коэффициент К₂ -  определяется по графику (рис. 4.2), в зависимости от N_t  при расчете на длительное действие нагрузки К₂  = 1,23);

     К₃ - коэффициент, учитывающий особенности работы грунта конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания. Значения  К₃ с учетом характера грунта следующие:

     Пески крупные – 7,0;

     Пески средней крупности – 6,0;

     Пески мелкие – 5,0;

     Пески пылеватые, супеси крупные – 3,0;

     Глинистые грунты (глины, суглинки, супеси, кроме  крупной) – 1,5. 

     Расчетная приведенная интенсивность движения на последний год службы N_t определяется по формуле: 

           

 (2.8) 

      авт/сут 

     

     N_t, ед/сут 

     Рисунок 2.3 - Зависимость коэффициента от расчетной приведенной интенсивности N_t воздействия нагрузки 

     Таким образом, допускаемое напряжение сдвига при кратковременном действии нагрузки в грунте земляного полотна составит: 

     Т_доп = 0,019·0,6·0,55·1,5 =0,009 МПа

      

     Активное напряжение сдвига определяется по формуле: 

           Т = τ _н + τ_в , МПа (2.9) 

       где τ _н – активное напряжение сдвига от временной нагрузки

     τ_в- определяется по номограмме на рисунке 2.4 

                                                           τ _н = τ _н ·ρ , МПа                               (2.10) 

     где τ _н - активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое по номограмме на рисунке 2.3;

     ρ- расчетное удельное давление колеса автомобиля на покрытие.

     Для автомобилей группы А₃ р = 0,6 МПа

     Для выполнения расчета, многослойную дорожную конструкцию приводят к двухслойной  расчетной модели, в которой нижним слоем является подстилающий грунт (с учетом его расчетных характеристик), а верхним - вся вышележащая конструкция дорожной одежды, толщина верхнего слоя равна сумме толщин входящих в него слоев одежды.

     Модуль  упругости верхнего слоя модели вычисляют  как средневзвешенный по формуле: 

      (2.11)

     где - число слоев дорожной одежды;

      - модуль упругости i-го слоя, МПа;

      - толщина i-го слоя, см.

     При расчете дорожных одежд по условию  сдвигоустойчивости значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, принимают соответствующими расчетным температурам (таблица 2.1, приложение  2 СН РК 3.03.19-2006). 

       

     Рисунок 2.4 Номограмма для определения активного напряжения сдвига от временной нагрузки в нижнем слое двухслойной системы (при h/D=0 ч 2,0) 

     

     Рисунок 2.5 Номограмма для определения активного напряжения сдвига  τ_д от общей толщины дорожной одежды   
 

     2.2.5 Расчет дорожной одежды по сопротивлению сдвигу 

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

     -назначают  расчетные модули упругости для  слоев из асфальтобетона, соответствующие  максимально возможным температурам в весенний (расчетный) период (таблица 2.1, приложение 2, СН РК 3.03.19-2006), расчетные прочностные характеристики (φ и с) грунта земляного полотна.

     -рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустойчивости в песчаном слое основания.

     Действующее в песчаном слое основания активное напряжение сдвига вычисляем по формуле (2.9).

     Для определения  предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

     Нижнему слою модели присваиваем следующие характеристики: , и = 0,006 МПа.

     Вычисляем одуль упругости верхнего слоя модели, значения модуля упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем при расчетной температуре +40°С (табл. 2.1, прил. 2). 

     

 МПа 

     По  отношениям и  при 40° с помощью номограммы (см. рис. 2.3) находим удельное активное напряжение сдвига: = 0,09 МПа.

     Активное  напряжение сдвига в песке рассчитывается по формуле (2.9) с учетом                     =  0,054 МПа.: 

     Т = 0,09-0,054=0,036 МПа 
 

     Проверяем выполнение условия по критерию сдвига: 

     Т_доп/Т_р = 0,009/0,036 =  0,25 

     Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в песчаном слое основания. 
 
 

     2.2.6 Расчет монолитных слоев на растяжение при изгибе