Основні відомості про розрахунок нежорстких дорожніх одягів

Основні положення. Багатошарові дорожні конструкції при розрахунках зводять до дво- та тришаро­вих.

Нежорсткі дорожні покриття на дорогах I – II категорії необхідно проектувати із умови недопущення накопичення залишкових деформацій на протязі періоду їх експлуа­тації до першого капітального ремонту.

Дорожній одяг доріг III – V категорій необхідно проектувати з урахуванням мож­ливої появи залишкових деформацій, обмежених допусками по рівності проїзної частини.

Нежорсткий дорожній одяг на смугах проїзної частини необхідно розраховувати на міцність з урахуванням короткочасної багаторазової дії рухомих навантажень. Трива­лість дії навантаження необхідно приймати 0,1 сек. і в розрахунки вводити відповідні цій тривалості значення модулів пружності і міцнісних характеристик матеріалів і ґрунту.

Одяг на стоянках автотранспорту і обочинах доріг необхідно розраховувати на три­валу дію навантаження (10 хв.). Повторюваність навантаження не враховують.

Одяг на зупинках громадського транспорту, на підходах до залізниці необхідно розраховувати як на багаторазову дію ко­роткочасного навантаження, так і на тривалу дію, приймаючи більш інтенсивну конструк­цію.

Розраховуючи дорожній одяг з асфальтобетонним покриттям на міцність, враховують його особливості при експлуатації залежно від температури. У покриттях найбільше напруження від навантаження виникає з низьких позитивних температур навесні, коли в ґрунті земляного полотна збільшується об’єм вологи. При розрахунку шарів і слабкозв’язуючих матеріалів та ґрунту на опір зсуву модуль пружності асфальтобетону повинен відповідати весняним підвищеним температурам.

Дорожній одяг потрібно розраховувати з урахуванням надійності, тобто імовірно­сті (можливості) роботи конструкції у період між капітальними ремонтами.

Відказ– це такий стан одягу і відповідний тому коефіцієнт міцності, при якому не­обхідний капітальний ремонт раніше терміну, встановленого даними нормами. Кількісним показником є рівень надійності, що є відношенням довжини міцних конструкцій які не потребують капітального ремонту, до загальної довжини ділянки з даним значенням за­пасу міцності.



Для основних випадків проектування допустимий (потрібний) рівень надійності kн, що визначає мінімальне значення коефіцієнта міцності kміц, яке дорожній одяг повинен мати в кінці періоду служби між капітальними ремонтами, нормований залежно від кате­горії дороги, капітальності одягу та типу покриття (табл. 9.6). Допустимий рівень надійності міських доріг і вулиць також визначають за табл. 9.6 з урахуванням табл.9.3. Якщо рівень надійності відрізняється від цих значень, то мінімальний коефіцієнт беруть за спеціальним графіком.

Розрахункові навантаження. Одяги автомобільних доріг і міських вулиць розра­ховують, беручи до уваги склад та інтенсивність руху, очікуваного на рік служби перед капітальним ремонтом. Строк служби до капітального ремонту визначають за відповідними нормативами: для доріг з капітальним покриттям він становить 15 років, удосконаленим полегшеним покриттям – 12, з перехідним – 8 років.

Таблиця 9.6 – Коефіцієнти надійності kн і міцності kміц

Тип дорожнього одягу Категорія дороги kміц
Капітальний з удосконаленим покриттям I, II,III п. I-с III. IV-п. II-с 0,95 0,20 1,00 0,94
Полегшений з удосконаленим покриттям III, IV, II-c 0,25 0,90
Перехідний IV, V, II-c, III c 0,60 0,63

Нормативні навантаження для розрахунку міцності дорожнього одягу об’єднані в групи А і Б, чисельні значення яких знаходяться в межах (60-100) кН на вісь автомобіля і (70-110) кН – на вісь автобуса. Розрахунковими навантаженнями групи А користуються при розрахунку дорожнього одягу автомобільних доріг І, ІІ та Іс категорій, а групи Б – ІУ, У і ІІІс категорій. Якщо у найсприятливіший період року на дорогах ІУ, У, ІІс і ІІІс категорій передбачається систематичний рух автомобілів групи А, то розрахунковим вважають навантаження від колеса найбільш навантаженої осі автомобіля цієї групи.

Розраховуючи дорожній одяг автомобільних доріг на міцність, враховують перспективну інтенсивність руху на них автомобілів різних марок у двох напрямках, яку зводять до еквівалентної інтенсивності дії розрахункового навантаження на одну смугу проїзної частини.

Перспективна середньодобова, зведена до розрахункового навантаження кількість проїздів усіх коліс (як ведучих, так і ведених), розміщених з одного борту автомобілів та інших транспортних засобів, є зведеною розрахунковою інтенсивністю дії навантаження Nрозр ( в одиницях на добу) в межах однієї смуги проїзної частини:

Nрозр = fсм Nт Sm сум , (9.1)

де fсм - коефіцієнт, що враховує кількість смуг руху та розподіл на них руху (за спеціальною таблицею); п – загальна кількість транспортних засобів різних марок у складі транспортного потоку; Nт - кількість проїздів транспортних засобів т-ї марки за добу в обох напрямках; Sm сум – сумарний коефіцієнт зведення навантаження на дорожній одяг транспортними засобами т-ї марки до розрахункового навантаження.

Критерії міцності. Дорожній одяг розраховують на міцність за трьома критеріями:

- за опором пружному прогину всієї конструкції;

- опором зсуву в ґрунтовій основі та проміжних шарах із слабкозв’язуючих матеріалів;

- опором розтяганню при згинанні монолітних шарів.

Допускається не розраховувати за пружним прогином дорожній одяг, призначений для руху особливо важких транспортних засобів із навантаженням на вісь, яке дорівнює або перевищує 120 кН.

Конструкція дорожнього одягу вважається міцною, якщо коефіцієнт міцності кожного із критеріїв становить не менше kміц , знайденого з урахуванням потреб рівня надійності проектованого дорожнього одягу (див. табл. 8.6). Конструкцію потрібно вибирати на основі економічних порівнянь кількох варіантів, які задовольняють умови міцності. При цьому може виявитися, що коефіцієнт міцності будь-якого з критеріїв значно перевищує kміц .

У разі однакових економічних показників перевагу віддають варіанту, в якого середні значення з усіх коефіцієнтів міцності більші.

Товщину шару дорожнього одягу призначають з урахуванням процесу формування стійкості структури шару та його знання з існуючою структурою. Товщину шару приймають не меншу за величину, наведену в табл. 9.7, а максимальну не більшу 1,6 мінімальних товщин.

Таблиця 9.7 – Технологічна мінімальна товщина шарів дорожнього одягу

в щільному стані (ДБН В.2.3-4-2000)

Конструкція шару дорожнього одягу Мінімальна товщина, см
Асфальтобетонна суміш: грубозерниста дрібнозерниста піщана лита Цементобетон Чорний щебінь Щебінь або гравій, оброблені в’яжучим в установці Щебінь, оброблений органічним в’яжучим способом просочування (напівпросочування) Щебінь з просочуванням мінеральним в’яжучим Великоуламковий грунт і піщано-гравійна суміш, укріплені мінеральним в’яжучим Щебінь або гравій, оброблені органічним в’яжучим змішуванням на місці укладання Маломіцний кам’яний матеріал або грунт, оброблені вяжучим Шлаковий щебінь Щебінь і гравій, не оброблені в’яжучим: на шарі з щебеню або гравію на піщаному шарі Грунт,укріплений в’яжучим Пісок 8(4)

Розрахунок дорожнього одягу за допустимим пружним прогином (за першим критерієм міцності).

Конструкція дорожнього одягу задовольняє потреби надійності та міцності за кри­терієм пружного прогину, якщо

kміц ≤ Езаг / Епотр , (9.2)

де kміц – коефіцієнт міцності дорожнього одягу, знайдений за табл. 8.6 або за спеціальним графіком; Езаг – загальний модуль пружності конструкції; Епотр – потрібний модуль пружності конструкції з урахуванням капітальності одягу, типу покриття та інтенсивності навантаження.

Потрібні модулі пружності Епотр для доріг загальної мережі не повинні бути меншими від зазначених у табл. 9.8.

Таблиця 9.8 – Потрібний модуль пружності Епотр

Категорія дороги Розрахункова зведена інтенсивність дії навантаження на одну смугу, авт./добу Мінімальне значення Епотр для одягу
капітального полегшеного перехідного
І ІІ ІІІ ІУ У (70) (50) - - - - - -

Примітка. Інтенсивність дії навантаження без дужок – для автомобілів групи А, у дужках – групи Б

Розрахунок дорожнього одягу на зсув у ґрунті земляного полотна.

Дорожній одяг проектують з таким розрахунком, щоб під дією тимчасового або статичних навантажень у підстильному ґрунті не виникали залишкові деформації, викли­кані пластичними зсувами. Зсув у ґрунті земляного полотна не виникне, якщо

kміц < Тдоп / T , (9.3)

де kміц – мінімальний коефіцієнт міцності, який визначають за спеціальним графіком з урахуванням заданого рівня надійності; Тдоп – допустиме напруження зсуву, що обумовлюється зчепленням у ґрунті, визначають за формулою:

Тдоп = cгр k1 k2 k3 , (9.4)

де сгр – зчеплення у ґрунті активної зони земляного полотна в розрахунковий період; k1– коефіцієнт, який враховує зменшення опору ґрунту зсуву під агресивною дією рухомого навантаження, коливання тощо (при тимчасовому навантаженні k1 = 0,6, при довготривалому навантаженні з малою повторюваністю k1 = 0,9); k2 – коефіцієнт запасу на неоднорідність умов роботи конструкції, пов’язаний з недоврахуванням несприятливих природних особливостей, технологічних та інших причин (ці фактори тим більші, чим вища інтенсивність руху; k2 визначають за спеціальним графіком; при розрахунку на довготривале навантаження k2 = 1,23);

k3 – коефіцієнт, який враховує особливості роботи ґрунту в конструкції, пов’язані із збільшенням фактичного зчеплення частинок; значення k3 з урахуванням ґрунту такі: для грубозернистого піску – 7, середньозернистого – 6, дрібнозернистого – 5, пилуватого та грубих пісків – 3, глинистих ґрунтів (глина, суглинок, супісок, крім грубого) – 1,5; Т – активне напруження зсуву в ґрунті від тимчасового або статичного навантаження, яке розраховують за формулою:

Т = τн + τв , (9.5)

де τн – активне напруження зсуву від тимчасового навантаження; τв – те ж саме, від власної ваги дорожнього одягу (визначають за спеціальною номограмою).

Активне напруження зсуву в ґрунті від тимчасового навантаження визначається за формулою:

τн = [(σ1 – σ3) – (σ1 + σ3) sinφгр] / (2cosφгр), (9.6)

де φгр – кут внутрішнього тертя ґрунту; σ1 – максимальне головне напруження; σ3 – мінімальне головне напруження (вважається, що σ1 > σ3 = σ2).

Головні напруження σ1 і σ3 знаходять за допомогою формул теорії пружності для шаро­вих середовищ.

Розрахунок проміжних шарів із слабкозв'язаних матеріалів на стійкість проти зсуву.

Шари одягів капітального і полегшених типів із слабкозв’язаних матеріалів – гра­війних, піщаних а також із матеріалів і ґрунтів, зміцнених рідким в’яжучим, – розрахо­вують, виходячи з умов, щоб під дією зсувних напруження в них не виникали залиш­кові деформації.

Розрахунок ведуть наближеним методом за вище наведеною методикою.

Розрахунок монолітних шарів на розтягання при згинанні (розтяг при згині).

В монолітних шарах дорожнього одягу (з асфальтобетону, дьогтебетону, матеріалів і ґрунтів, укріплених композиційними та неорганічними в’яжучими тощо) напруження, що виникає при згині під дією повторних короткочасних навантажень, не повинно спри­чинювати порушення структури матеріалів і призводить до утворення тріщин, тобто має виконуватись така умова

kміц ≤ Ry / σr , (9.7)

де kміц – потрібний коефіцієнт міцності з урахуванням заданого рівня надійності (визначається за табл.8.6); Ry – гранично допустиме розтягу вальне напруження матеріалу шару з урахування явищ від утоми; σr – максимальне розрахункове розтягувальне напруження у розглядуваному шарі (визначається за спеціальними номограмами, побудованими за розв’язанням задач теорії пружності в шаровому напівпросторі).

Допустиме розтягальне напруження при згинанні асфальтобетону приймається рівним розрахунковому опору розтяганню при згинанні, тобто:

Rдоп = Rрозр , (9.8)

де Rрозр – розрахунковий опір розтяганню при згинанні з урахуванням повторності прикладання навантаження. Для асфальто- або дьогтебетону:

Rрозр = Rрозт.з (1 – t vR ) ky km , (9.9)

де Rрозт.з – середнє значення опору розтягання асфальтобетону при згинанні (визначається за спеціальною таблицею); t – коефіцієнт нормативного відхилення, який вибирають залежно від заданого рівня проектної надійності конструкції kн (якщо kн становить 0,6; 0,85; 0,9; 0,95, то t – відповідно 0,26; 1,06; 1,32; 1,71); vR = 0,1 – коефіцієнт варіації міцності на розтягання при згинанні асфальтобетону; ky – коефіцієнт втомленості, що враховує повторюваність навантаження (від розрахункової зведеної інтенсивності руху на смугу), який визначають за спеціальним графіком; km – коефіцієнт зменшення міцності від впливу природно-кліматичних факторів, який призначають: для асфальтобетону марок І і ІІ на щебені вивержених порід – 1 і для марки ІІІ – 0,8; для суміші на щебені осадових порід та гравійних матеріалів марки І – 0,9 і марок ІІ та ІІІ – 0,7; для дьогтебетонів – 0,7.

Для матеріалів і ґрунтів, зміцнених неорганічними або комплексними в’яжучими, Rдоп = R / ky. Значення R вибирають за спеціальною таблицею, а ky – за спеціальним графіком.

Розрахунок шарів з асфальтобетону за опором зсуву.

Мета розрахунку – перевірити відповідність властивостей вибраної для верхнього шару основи або покриття асфальтобетонної суміші умовам зсувостійкості в конструкції. У разі незадоволення цієї потреби необхідно замінити асфальтобетон стійкішим проти зсуву матеріалом або перепроектувати конструкцію. Це важливо для влаштування стоянок автомобілів, автобусних та тролейбусних зупинок, перехресть доріг і вулиць.

Асфальтобетонний шар на опір зсуву при довготривалій дії навантаження розраховують наближеним методом. За розрахункову температуру шару беруть 50°С і відповідно до неї вибирають розрахункові характеристики оброблених бітумом матеріалів. Умови, за яких асфальтобетон у верхньому шарі основи «працює» без нагромадження залишкових деформацій, визначають нерівністю (9.3). Напруження зсуву τн, яке діє в асфальтобетоні, можна визначити за формулою (9.6).

Таблиця 9.9 – Розрахункові характеристики для визначення допустимого опору асфальтобетону зсуву

Асфальтобетон Комплексний коефіцієнт k Зчеплення с, МПа
Грубозернистий Дрібнозернистий Піщаний 1,6 1,1 0,9 0,3 / 0,27 0,2 / 0,17 0,15 / 0,13

Примітки:

1.У чисельнику наведено зчеплення для гарячих сумішей на в’язких бітумах 40/130, у знаменнику – для суміші з бітумом 130/300.

2. Якщо асфальтобетон приготовлено для використання подрібненого піску, то зчеплення збільшують на 20 %.

Суть розрахунку полягає в перевірці умови:

τн ≤ Тдоп = k с, (9.10)

де k – комплексний коефіцієнт, що враховує тип асфальтобетону (визначається за табл. 9.9); с – зчеплення в шарі асфальтобетону (визначається за тією ж таблицею).


referatqob.nugaspb.ru referatrys.nugaspb.ru let.mfk-millenium.ru refaoqp.ostref.ru Главная Страница