2. Расчет дорожной одежды

Конструкция первого варианта дорожной одежды:

1. Верхний слой покрытия: плотный, горячий, асфальтобетон I марки, тип А, на битуме , .

2. Нижний слой покрытия: пористый, горячий асфальтобетон I марки, тип А, на битуме, .

3. Высокопористый, горячий асфальтобетон I марки, тип А, на битуме, .

4. ПЩС укрепленный цементом М40 ;

5. Суглинок легкий

№	Материал слоя	h слоя,	Расчет упруг.	Расчет по усл.	Расчет на растяжение при изгибе
		см	прогибу, Е, МПа	сдвигоуст., Е, Па	Е, МПа	Ro, МПа		m
1.	Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90	5	3200	1800	4500	9,80	5,2	5,5
2.	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	8	2000	1200	2800	8,0	5,9	4,3
3.	Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 60/90	10	2000	1200	2100	5,65	6,3	4,0
4.	Укрепленная песчано-щебеночная смесь	30	450	450	450	-	-	-
5.	Суглинок легкий Wo = 0,7 WТ	-	41	41	41	-	-	-

1.Расчет по упругому прогибу.

_{Расчет ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис. 3.1:}

1) ;

по Приложению 1 табл. П.1.1 р = 0,6 МПа, D = 42 см

; МПа

2) ;

МПа

3) ;

МПа

4) ;

Е_общ = 0,11·3200 = 352 МПа

Общая толщина дорожной одежды:

Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу - 1,20 (табл. 3.1).

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

2.Расчет на сдвиг в грунте земляного полотна.

Так как дорожная одежда подстилается несвязным грунтом, проверим сдвиг в грунте земляного полотна.

- действующее напряжение сдвига, МПА,

активное удельное напряжение сдвига,

Р – расчетное давление колеса на покрытие.

Определяется средний модуль упругости дорожной одежды, :

Находим удельное сопротивление сдвигу по отношениям

при ;

По номограмме ,отсюда активное напряжение сдвига

Определим допускаемое напряжение:

(табл.3.1)

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.

3.Расчет на сопротивление растяжению при изгибе монолитных слоев.

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

Расчет выполняем в следующем порядке:

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. песчано-щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1.

МПа

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя (h_в = 23 см) устанавливаем по формуле (3.12)

МПа

б) По отношениям и по номограмме рис. 3.4 определяем

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.16):

МПа.

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17):

при R_o = 5,65 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. П.3.1)

v_R = 0,10 (табл. П.4.1)

t = 1,71 (табл. П.4.2)

- (формула 3.18)

m = 4;  = 6,3 (табл. П.3.1); N_p = 629417 авт.;

k₂ = 0,85 (табл. 3.6)

R_N = 5,650,220,85(1 - 0,11,71) = 0,88 МПа

г) , что больше, чем (табл. 3.1).

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.

4. Расчет на морозоустойчивость

1. Определим допустимое морозное пучение дорожной одежды:

2. Конструкция считается морозоустойчивой, если величина пучения:

-расчетное значение морозозащитного слоя(0);

_3.

а = 1,0; b = 0,16; с = 2,0 при 2,0 < z_пp < 2,5;

4. ˂4см,

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию морозоустойчивости.

К_УГВ - коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (Н_у) (рис. 4.1);

К_пл -      коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя (табл. 4.4);

К_гр -      коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки (табл. 4.5);

К_нагр -   коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания (рис. 4.2);

К_вл -    коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта (табл. 4.6).

1. Проверка на морозоустойчивость

Материал	Толщина слоя hод(i), м	Коэффициент теплопроводности од(i), Вт/(мК)
Высокоплотный асфальтобетон	0,05	1,40
Плотный асфальтобетон	0,07	1,40
Чёрный щебень	0,10	1,86
ПГС	0,45	1,91

1. Определяем глубину промерзания z_пp = 2,5 м и для толщины дорожной одежды 0,67 м величину пучения для осредненных условий l_пуч.ср = 8 см.

2. По таблицам и графикам находим коэффициенты: К_угв = 0,44 (рис. 4.1); К_пл = 1,1 (табл. 4.4); К_гр = 1,3 (рис. 4.5); К_нагр = 0,91 (рис. 4.2); К_вл = 1,2 (рис. 4.6).

Находим величину пучения для данной конструкции:

l_пуч = l_пуч(ср)К_угвК_плК_грК_нагрК_вл = 80,441,31,20,911,1 = 4,99 (см).

3. Поскольку для данного типа дорожной одежды допустимая величина морозного пучения согласно табл. 4.3 составляет 4 см, следует назначить морозозащитный слой и выполнить расчет его толщины. Предварительно ориентировочно определяем необходимую толщину морозозащитного слоя при допустимой величине морозного пучения l_доп = 4 см.

Для этого определяем величину морозного пучения для осредненных условий l_пуч(ср), при которой морозное пучение для данной конструкции не превышает 4 см

l_пуч.ср = l_доп/К_угвК_плК_грК_нагрК_вл = 4/0,53= 7,6 см.

По номограмме рис. 4.3 определяем требуемую толщину дорожной одежды h_од = 1,3 м, отсюда толщина морозозащитного слоя h_мpт = 1,3 - 0,67 = 0,63 м.

4. Для уточнения требуемой толщины морозозащитного слоя выполняем расчеты с учетом теплофизических характеристик отдельных слоев (Табл. П.5.1) и задаемся толщиной морозозащитного слоя h_мрз = 0,63 м.

Для использования в морозозащитном слое назначаем мелкозернистый песок с коэффициентами теплопроводности в талом и мерзлом состояниях соответственно _г = 1,91 Вт/(мК) и _м = 2,32 Вт/(мК)

_ср = (1,9 + 2,32)/2 = 2,12 Вт/(мК).

5. Определяем термическое сопротивление дорожной одежды без морозозащитного слоя:

= 0,05 : 1,40 + 0,07 : 1,4 + 0,10 : 1,86 + 0,45 : 1,91

= 0,38 (м²К/Вт).

6. По карте изолиний рис. 4.5 определяем номер изолинии - XIII;

7. По табл. 4.9 находим С_пуч = 0,9;

8. По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды h_од = 1,3 м для сильнопучинистого грунта при помощи интерполяции определяем С_р = 0,75;

9. Вычисляем отношение:

l_доп/(С_пучС_р) = 4/(0,90,75) = 5,9 см;

10. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление R_пp = 1,25(м² К/Вт);

11. По табл. 4.7 определяем:

К_од = 0,95;

К_увл = 1,0:

 = 0,95;

R_од(тр) = R_прК_одК_увл = 1,13 (м² К/Вт);

h_мз = (R_од(тр) - R_од(о))_мрз = (1,13 - 0,38)2,12 = 1,59 м;

Вывод: следовательно принимаем толщину слоя h_мз = 2 см