Расчет подстилающего (дренирующего) слоя

Конструкцию представим в виде двухслойной системы .

Рис. 5 Конструкция дорожной одежды для проверки сдвигоустойчивости подстилающего слоя

Найдем расчетное активное напряжение сдвига по формуле

h_в =4+6+36=46 см

h_в /Д = 46/39=1,18

Е_в=(4·1320+6·800+36·440)/( 4+6+36)=563,5 МПа

Е_в / E_э ^I11 =563,5/31,2 = 18,1

Значение E_э ^I11 можно принять по данным расчета по упругому прогибу, поскольку модули упругости грунта и песка не зависят от температуры. В нашем случае оно составит 31,2 МПа.

Угол внутреннего трения песка по таблице составит φ_п =35^о

По номограмме получим что t_а =0,038.

По номограмме получим, что t_в = - 0,0014 МПа

Подставляя все полученные значения в формулу получим

Т_а=0,038·0,6 - 0,0014=0,0214 МПа

Определим предельное активное напряжение сдвигу Т_пр в грунте рабочего слоя по формуле:

Т_пр=С·k₁·k₂,

Сцепление в песчаном слое с=0,004 МПа.

Коэффициент k₁ составит 6,0. Коэффициент k₂ определим по графику

По формуле найдем:

N_сут=åN_р/(Т_рдг·T_cл) = 136148/130∙8 =131 авт/сут

Получаем, что k₂ =0.96 тогда:

Т_пр= 0,004·6·0,96 = 0,023МПа

Проверяем условие.

К_пр по табл. составит 0,9

Условие выполняется.

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

В монолитных слоях дорожной одежды напряжения, возникающие при прогибе дорожной одежды под действием кратковременных повторных нагружений, не должны вызывать нарушения структуры материала и приводить к образованию трещин. Для этого должно выполняться условие

k_пр^трR_доп/σ_r,

где k_пр^тр – требуемый коэффициент прочности с учетом заданного коэффициента надежности;

R_доп – предельно допустимое напряжение изгиба материала слоя с учетом усталости, определяемое расчетом, МПа;

σ_r – наибольшее напряжение растяжения, определяемое расчетом, МПа.

Наибольшее напряжение растяжения σ_р при изгибе в монолитном слое вычисляют с помощью номограмм.

При расчете на изгиб нижнего слоя двухслойного покрытия и слоев асфальтобетонного основания, подстилающего асфальтобетонное покрытие, необходимо весь пакет асфальтобетонных слоев принимать за один эквивалентный слой.

Допустимые растягивающие напряжения при изгибе асфальтобетона R_доп определяют по формуле

R_доп = R_u·(1 – 0,1·t)·k_M·k_кн·k_T,

где R_u – прочность асфальтобетона на растяжение при изгибе с учетом повторности действия напряжений.

t - коэффициент нормированного отклонения.

k_M – коэффициент учета снижения прочности во времени от действия природно-климатических факторов;

k_T – коэффициент учета снижения прочности материала в конструкции в результате температурных воздействий;

К_кн – коэффициент учета кратковременности и повторности нагружения на дорогу, определяемый по формуле

К_кн = α·∑N_р

где α – коэффициент, учитывающий повторность нагружения в нерасчетный период года;

m – показатель усталости материала;

∑N_р – суммарное расчетное число приложения приведенной расчетной нагрузки к расчетной точке на поверхности дорожной конструкции за расчетный срок службы, осей.

Для прочих монолитных оснований R_доп определяют по форму

R_доп = R_u

Полное растягивающее напряжение σ_r (МПа) определяют по формуле

σ_r = ·р·К_б,

где - растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, МПа;

К_б - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия под колесом автомобиля со спаренными баллонами (К_б = 0,85) и однобаллонными колесами (К_б = 1,0).

Расчетный модуль упругости слоев из материалов, содержащих органическое вяжущее принимают при температуре 0 ⁰С.

Рассмотрим конструкцию посчитанную ранее. Данная конструкция отличается от рассматриваемой при расчете на сдвигоустойчивость параметрами модулей упругости асфальтобетона, которые принимают при температуре 0 градусов.

Рис. 6 Конструкция дорожная одежда для расчета на устойчивость усталостным деформациям

Для данной конструкции, на устойчивость усталостным деформациям проверяется пакет асфальтобетонных слоев (верхний и нижний слой покрытия), а также укрепленное основание.

Рассматриваем пакет слоев покрытия.

Конструкцию дорожной одежды приводим к двухслойной.

112 МПа

112 МПа

Рис. 7 Схема приведения конструкции дорожной одежды к двухслойной системе

Суммарная толщина асфальтобетонных слоев составит:

Н=4+6=10 см

Средневзвешенный модуль упругости пакета асфальтобетонных слоев определим по формуле:

Е_ср= (4∙4140+6∙2200)/10=2976 МПа

Эквивалентный модуль упругости, подстилающего асфальтобетонные слои полупространства равен E_э ^II и составит 126 МПа

Проверяем условие прочности:

k_пр^трR_доп/σ_r,

Допустимые растягивающие напряжения при изгибе асфальтобетона R_доп определяют по формуле:

R_доп = R_u·(1 – 0,1·t)·k_M·k_кн·k_T,

где R_u – прочность асфальтобетона на растяжение при изгибе, значение R_u для нижнего слоя покрытия составит 7,8 МПа.

t - коэффициент нормированного отклонения. В нашем случае t=1,06.

k_M – коэффициент учета снижения прочности во времени от действия природно-климатических факторов. Для пористого асфальтобетона k_M = 0,85.

k_T – коэффициент учета снижения прочности материала в конструкции в результате температурных воздействий. Для пористого асфальтобетона k_T=0,9.

К_кн – коэффициент учета кратковременности и повторности нагружения на дорогу:

k_кн = α·∑N_р ,

где α – коэффициент, учитывающий повторность нагружения в нерасчетный период года, α = 8,6.

m – показатель усталости материала, m= 4,0

∑N_р – суммарное расчетное число приложения приведенной расчетной нагрузки к расчетной точке на поверхности дорожной конструкции за расчетный срок службы, осей. ∑N_р=136148осей.

Тогда

К_кн = 8,6·(136148)=0,448

Определяем допустимые растягивающие напряжения при изгибе асфальтобетона по формуле:

R_доп = R_u·(1 – 0,1·t)·k_M·k_кн·k_T = 7,8∙(1-0,1∙1,06)∙0,85∙0,9∙0,448=2,39 МПа

Полное растягивающее напряжение σ_r (МПа) определяют по формуле:

σ_r = ·р·К_б,

где - растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, МПа;

К_б - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия под колесом автомобиля со спаренными баллонами (К_б = 0,85) и однобалонными колесами (К_б = 1,0). Принимаем К_б = 0,85.

- определим по номограмме.

Определяем отношение:

Еср/ E_э ^II =2976/112 =26,58

Н/Д =10/39 =0,26

По номограмме =3,1 МПа

Тогда σ_r=2,75∙0,85∙0,6 = 1,4 МПа

Коэффициент прочности 0,9.

Проверяем условие.

0,92,39/1,6=1.5

Условие выполняется

Проверяем условие устойчивости монолитного основания из ПГС укрепленного цементом.

Расчетная схема имеет вид:

440 МПа

440 МПа

4см

6см

36см

36см

31,2 МПа

31,2 МПа

Проверяем условие k_пр^трR_доп/σ_r,

R_доп = R_u = 0,4 МПа

- определим по номограмме .

Значение Е₁ равно средневзвешенному модулю пакета асфальтобетона и составит 2976 МПа. Е₂=440 МПа. Суммарная толщина слоев (Н) составит 46см. Е₃ соответствует эквивалентному модулю подстилающего полупространства (E_э ^III) и составит 31,2 МПа.

Определяем отношение Н/Д = 46/39 =1,18

Е₁/Е₂ = 2976/440 = 6,76

Е₂/Е₃ = 750/31,2=14,1

По номограмме = 0,59 МПа.

Расчетное напряжение σ_r = 0,59∙0,85∙0,6 = 0,3 МПа

Проверяем условие:

0,90,4/0,3 = 1,3

Условие выполняется.