Проектирование дорожной одежды

  Т_сл – рекомендуемый расчётный срок службы дорожной одежды, по

           таблице п6.2  Т_сл=16 лет;

   q – показатель изменения интенсивности движения данного

        типа  автомобиля по годам, q=1,022.

По формуле (6) получим:

 

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям  прочности и надёжности по величине упругого прогиба при выполнении условия:

,                                                   (7)                                     

где Е_об – общий расчётный модуль упругости, МПа;

      Е_min – минимальный требуемый модуль упругости конструкции, МПа;

      – требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по 

       критерию упругого прогиба, принимаемый в зависимости от

       требуемого уровня надёжности, по таблице 3.1[3] ;

Величина минимально требуемого модуля упругости определяется по формуле:

;                                      (8)

 

где С – эмпирический параметр определяемый  для А2, С=3,25;

По формуле (8):

 

Полученное значение сравниваем с минимально допустимым для дороги третьей технической категории

Так как , то в расчет принимаем ;

Далее находим общий расчетный  модуль упругости по формуле (7):

;

Принимаем к дальнейшему расчету Еоб=300МПа.

 

3.3 Назначение  конструкции дорожной одежды

     В соответствии  с рекомендациями таблицы 3.9 методических  указании «Расчет нежесткой дорожной  одежды» [4] при общем модуле упругости равном 300 МПа общая толщина верхних слоев назначается равной 12 см.

Рисунок 3– Конструкция  дорожной одежды

1 – мелкозернистый асфальтобетон  плотный марки I на БНД60/90;

2 – пористый крупнозернистый асфальтобетон на БНД60/90;

3 – слой основания щебень фракционированный ;

4 – гпс;

5 – песок средней крупности;

Грунт-тяжелый суглинок

 

Расчетные характеристики материалов слоев дорожной одежды и грунта земляного  полотна представлены в таблице 3.

 

Таблица 3–«Расчетные характеристики материалов слоев дорожной одежды»  

 

Для определения модуля упругости  грунта земляного полотна необходимо рассчитать влажность его по формуле:

W_p = ( _таб + D₁ - D₂ )(1 + 0,1t) - D₃,                                       (9)

где   _таб – среднее многолетнее значение относительной (в долях от

границы текучести) влажности  грунта, наблюдавшееся в наиболее

неблагоприятный (весенний) период года в рабочем слое земляного

полотна, отвечающего нормам СНиП по возвышению над источниками

увлажнения, на дорогах с  усовершенствованными покрытиями и

традиционными основаниями  дорожных одежд (щебень, гравий и т.п.), и

при суммарной толщине одежды до 0,75 м, определяемое по табл.

П.2.1[3] в зависимости от дорожно-климатической зоны и подзоны

(рис. П.2.2[3]),схемы увлажнения земляного полотна и типа грунта

_таб=0,60; 

D₁ - поправка на особенности рельефа территории, устанавливаемая

 по табл. П.2.2 [3], D₁ =0,00;

D₂ - поправка на конструктивные особенности проезжей части и

обочин, устанавливаемая  по табл. П.2.3 [3], D₂ =0,02;

D₃ – поправка на влияние суммарной толщины стабильных слоев

дорожной одежды, устанавливаемая  по графику рис. П.2.1 [3], D₃ = 0;

t – коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в

зависимости от требуемого уровня надежности по табл. П.4.2[3]

t=1,71

По формуле 10 рассчитанная влажность грунта составляет:

=(0,60+0,00-0,02)(1+1,71*0,1)-0=0,68%

 

4 Расчет дорожной  одежды

 

Общая последовательность расчета:

1. Расчет дорожной одежды по критерию упругого прогиба.
2. Расчет дорожной одежды  отвечающий критерию упругого прогиба по сдвигоустойчивости в слабосвязных слоях и по грунту.
3. Расчет дорожной одежды отвечающей первому и второму критерию по сопротивлению материалов монолитных конструктивных слоев, возникающим в них растягивающих напряжений.
4. Проверка конструкции дорожной одежды на морозоустойчивость.

 

4.1 Расчет по  упругому прогибу 

Расчет дорожной одежды по упругому прогибу производится на основании  решения задач теории упругости  для двухслойной системы, в которой  верхний слой имеет конечную толщину, а нижний представляет собой упругое  пространство, бесконечно простирающееся вниз с заданными свойствами.

Схема расчетной двухслойной  системы показана на рисунке 4

 

Рисунок 4 – Схема двухслойной  расчетной системы

Расчет по упругому прогибу  для первого  варианта конструкции  дорожной одежды выполняется послойно с приведением многослойной конструкции  к эквивалентной двухслойной  системе, загружаемой гибким круговым штампом. Выполняя расчет сверху вниз с помощью номограммы приведенной  на рисунке 3.1 [3] определяются общие модули упругости на поверхности каждого конструктивного слоя, затем выполняется расчет снизу вверх определяют требуемую толщину слоя при заданном модуле упругости. При определении искомых величин по номограмме для каждой эквивалентной системы определяют два из трех отношений:

;                                                                                                               (10)

;                                                                                                             (11)

                                                                                                            (12)

После чего на номограмме определяется третье отношение, а из него искомая  величина.

1)  Определение общего модуля упругости Е’ на поверхности 2-го слоя дорожной одежды. Расчетная схема представлена на рисунке 5

 

По формулам (10), (11):

 

 

По номограмме определяем: 0,073;

 

2) Определение общего  модуля упругости на поверхности  3-го слоя дорожной одежды  Е’,  МПа. Расчетная схема представлена на рисунке 5

По формулам (11), (12):

 

 

 

По номограмме определяем : = 0,085

 

 

3. Определение общего модуля упругости на поверхности 5-го слоя Е’, МПа. Расчетная схема представлена на рисунке 5

 

            По формулам (10),  (11):

 

 

 

 

По номограмме: = 0,445

 

 

 

4. Определение общего модуля упругости на поверхности 4-го слоя Е’, МПа. Расчетная схема представлена на рисунке 5

 

            По формулам (10),  (11):

 

 

 

 

По номограмме: = 0,37

 

 

 

5. Определение требуемой толщины слоя основания. Расчетная схема представлена на рисунке 5

           По формулам  (11), (12):

 

 

 

 

 

По номограмме определяем: =0,58 
см 
 

 

             4.2 Расчет дорожной одежды по сдвигоустойчивости подстилающего

             грунта и слабосвязных материалов  конструктивных слоев.

 

4.2.1 Общие положения 

 

Дорожную одежду проектируют  из расчета, что бы под действием  кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте или  в малосвязных слоях не накапливались  недопустимые остаточные деформации.

Для обеспечения прочности  по критерию сдвигоустойчивости должно выполняться условие:

                                                  

где Т – расчетное активное напряжение сдвига (часть сдвигаемого

             напряжения не погашенного внутренним  трением) в расчетной

             (наиболее сжатой) точке конструкции  от действия временной 

             нагрузки;

      Тпр – предельная  величина активного напряжения сдвига, МПа;

        коэффициент требуемой прочности, определяемый с учетом

                 заданного уровня подвижности  по таблице 3.1 [3] 

Расчетное активное напряжение сдвига определяется по формуле:

 

где  – удельное активное напряжение от единичной нагрузки,

            определяется по номограмме на рисунках 3.2 и 3.3 [3],

0,013;

        р  – величина распределенной нагрузки  от колеса расчетного

              автомобиля, р=0.6 МПа.

 

 

         4.2.2  Расчет по сдвигоустойчивости  земляного полотна 

 

Расчет выполняется методом  последовательного приближения  с привидением конструкции дорожной одежды к двухслойной расчетной  системе.

 

 

 

 

 

 

 Схема для расчета  представлена на рисунке 6

Рисунок 6 – Схема для  расчета по сдвигоустойчивости подстилающего  грунта

 

Средний модуль упругости  дорожной одежды определяется по формуле:

 

где Еi – модуль упругости материала конструктивного слоя ( при

              расчетной температуре соответствующей  ДКЗ) ;

       hi – толщина i-го слоя.

По формуле (16):

 

Определим отношения:

                                       9,5;

 

По номограмме получаем:  =0,0125;

По формуле (14) активное напряжение сдвига составляет:

Т=0,013*0,6=0,0078 МПа

Предельное напряжение сдвига определяется по формуле:

 

где CN – сцепление в грунте земляного полотна, принимается по П2[3],

                CN = 0,007 МПа;

       Kq – коэффициент, учитывающий особенности работы конструкций

                на границе песчаного слоя  со слоем основания, для грунта

                Кq=1;

       ср – средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев,

                 расположенных выше проверяемого  слоя;

       Zon – глубина расположения проверяемого слоя от верха

                конструкции, Zon=63 см;

 – расчетная  величина угла внутреннего трения  материала

                поверхностного слоя при статическом  действии

               нагрузки,

 

Средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев определяется по формуле:  

 

По формуле (17):

 

 

 

По формуле (16) предельное напряжение сдвига составляет:

 

Проверим условие по формуле (14) :

Т= 0,0078≤0,0089/1,0=0,0078≤0,0089

Условие выполняется, следовательно, сдвигоустойчивость грунта земляного  полотна обеспечена.

 

4.3 Расчет монолитных слоев  на сопротивление разрушению  при изгибе.

 

В монолитных слоях дорожной одежды (асфальтобетон, дегтебетон, материалы  и грунты, укрепленные вяжущими) напряжения, возникающие при прогибе  одежды под действием повторных  кратковременных нагрузок не должны вызывать нарушение структуры материала  и приводить к образованию  трещин. Для этого должно быть обеспечено выполнение условия:

 

где  - наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом

               слое;

 

- расчетное сопротивление  растяжению при изгибе с учетом

              усталостных явлений;

 – требуемое  значение коэффициента прочности  с учетом за-

                данного уровня надежности =1,0 при =0,95;

Расчетное растягивающее  напряжение определяется по формуле:

  ,                                                   (19)

где - растягивающее напряжение от еденичной нагрузки по

             номограмме по рисунку 3.4 [3];

      Кв – коэффициент учитывающий особенности напряженного

              состояния покрытия под колесом,

              для спаренного баллона Кв=1,0;

       р –  расчетное удельное давление  на покрышке от колеса расчетного

            автомобиля, р=0,6МПа

Расчетное сопротивление  растяжению при изгибе определяется по формуле:

                               (20)

где – нормативное значение сопротивления растяжению при изгибе

              при расчетной низкой весенней  температуре при однопрокатном

             приложении нагрузки, согласно таблице  П3.1[3], =8,00МПа;

     – коэффициент учитывающий снижение прочности вследствии

             усталостных явлении при многократном  действии нагрузки;

 – коэффициент  учитывающий снижение прочности  в результате

             действия природно-климатических  факторов, определяется по

              таблице 3.6 [3], =0,80

 – коэффициент  вариаций прочности на растяжение, п4[3] =0,1

     t – коэффициент нормированного отклонения, при надежности 0,95

          t=1,71

 определяется по формуле:

 

где α – 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, определяемый по табл. П.3.1 [3], α = 7,1;

       m – показатель степени, зависящий от свойств материала

              рассчитываемого монолитного слоя (табл. П.3.1 [3]); m = 4,3.