Расчет дорожной одежды

Дорожная одежда – конструкция проезжей части, по которой непосредственно движутся транспортные средства.

Покрытие – слой дорожной одежды, который воспринимает основную динамическую нагрузку от воздействия движущегося автомобиля, передает ее на нижележащий слой в уменьшенном состоянии, а также воспринимает действие окружающей среды.

Основание – слой, лежащий ниже покрытия, основная задача которого воспринять остаточную нагрузку после прохождения покрытия и передать ее в уменьшенном виде на подстилающий слой.

Дренирующий слой – устройство, предназначенное для предотвращения подъема капиллярной воды с грунта земляного полотна в вышележащие слои дорожной одежды.

Подстилающий слой – верхний слой земляного полотна, обработанный катками и обезвоженный.

Выбираем расчетную нагрузку Н-10, так как заданная грузоподъемность автомобиля Г=8

т. Диаметр следа колеса при такой нагрузке d=36 см, удельное давление на единицу площади следа покрытия p=6 кгс/см².

3.1 Расчет дорожной одежды для подъездных путей(IV категории дороги)

Весь транспортный поток, движущийся по расчетному участку дороги, приводим к единой нагрузке по формуле:

где U_прi – приведенная интенсивность i-го вида транспорта в общем транспортном потоке;

- коэффициент приведения i-го вида транспорта к расчетной нагрузке. Так как заданная грузоподъемность автомобиля Г=8т коэффициент приведения =0,43.

-коэффициент зависящий от количества n полос движения, т. к. n=2, =0,5.

Нагрузку по верху первого слоя определяем по Номограмме 1.

Е₁^в=1550 кгс/см². К конструированию принимаем капитальную дорожную одежду.

Схема капитальной дорожной одежды.

Е₁^в=2140 кгс/см²

а/б Е=15000 кгс/см²

основание 1 – материал без вяжущих

основание 2 – материал без вяжущих

песок средний Е=1200 кгс/см² φ=42˚ с=0,6

супесь пылеватая Е=210 кгс/см² φ=11˚ с=0,07

Расчет дорожной одежды ведем в табличной форме.

Таблица 4 – Расчет на прочность дорожной одежды для IV категории дороги

Этап расчета	Материал слоя	Модуль упругости слоя Еi, кгс/см2	Толщина слоя hi, см	hi/d	Еiн/ Еi	Еiв/ Еi	Модуль упругости по низу слоя Еiн, кгс/см2	Модуль упругости по верху слоя Еiв, кгс/см2
I	Асфальтобетон			0,19	0.105	0.14
Черный щебень (из щебня I и II класса)		10,5	0.29	0.115	0.175
Черный щебень (из щебня I-III класса)			0.41	0.09	0.17
Песок средний		35,3	0.98	0.175	0.45

Проверка на сдвиг

Проверка на сдвиг делается между слоями основания, где материал берется без вяжущих и между слоем песка и грунта.

Е₁^в=2140 кгс/см²

асфальтобетон Е=15000 кгс/см²

основание 1 – материал с вяжущим

основание 2 – материал без вяжущих

II плоскость

песок средний Е=1200 кгс/см² φ=42˚ с=0,6

I плоскость

супесь пылеватая Е=210 кгс/см² φ=11˚ с=0,07

I плоскость.

Проверка на сдвиг определяется по формуле:

Т_а ≤ Т_доп,

где Т_а – максимальное касательное напряжение, возникающее в плоскости контакта слоев. Определяется по формуле:

Т_а=τ_ам+τ_ав; кгс/см²,

где τ_ам – активное касательное напряжение, возникающее на плоскости контакта слоев от динамической нагрузки;

τ_ав – активное напряжение сдвига, возникающее на плоскости контакта слоев от веса конструкции;

Т_доп – допустимое активное напряжение сдвига для материала, лежащего ниже плоскости расчета. Определяется по формуле:

Т_доп=к^’∙с; кгс/см²,

где с – коэффициент сцепления материала, лежащего в основании плоскости расчета.

Коэффициент к^’ определяется по формуле:

где к₁ - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления материала при повторной нагрузке. =0.6;

к₂ – коэффициент запаса на неоднократные условия работы конструкции. Зависит от интенсивности движения автомобилей на одну полосу. При данной интенсивности движения к₂=0.65;

m – коэффициент перегрузки при движении автомобиля. При совместной работе слоев m=0.15;

n – коэффициент, учитывающий условия на контакте конструктивных слоев. n=1.15;

к_пр^** - коэффициент, зависящий от требований к эксплуатационным качествам дорожной одежды. Для капитальной дорожной одежды к_пр^**=1.

Т_доп=0.29∙0.07=0.02 кгс/см².

τ_ам/p определяем по Номограмме 3 по Е_ср/Е_пл^в и ∑h_i/d.

где Е_i и h_i – соответственно модуль упругости материала и толщина слоя, лежащего выше плоскости контакта.

По Номограмме 3 или 4 τ_ам/p=0.012, τ_ам= 0,072

По Номограмме 5 определяем τ_ав=0.01.

Т_а=0.072+0.01=0.082 кгс/см².

Т_доп=0.02 кгс/см²; Т_а=0.082 кгс/см². Проверка не проходит.

Уплотняем рабочий слой грунта.

Е_гр=420, φ=21˚, с=0.26.

Т_доп=0.52∙0.26=0.135кгс/см².

τ_ам/p=0.0151

τ_ам =0,09

τ_ав=-0,009

Т_а=0.09-0.009=0.081 кгс/см².

0.081<0.135.

Проверка проходит.

II плоскость

к₁=0.6;

к₂=0.65;

m=1.15, так как материалы не связаны;

n=1.15;

к_пр^**=1;

Т_доп=0.29∙0.6=0.174 кгс/см²

τ_ам/p=0.006

τ_ам =0,036

τ_ав=-0.06

Т_а=0.036-0.06=-0.024 кгс/см².

-0.06<0.174.

Проверка проходит.

Проверка на изгиб

При проверке на изгиб рассчитываются монолитные слои из асфальтобетона и материалов, пропитанных вяжущими. При проверке на изгиб должно соблюдаться следующее неравенство:

где - максимальное напряжение изгиба, которое может выдержать расчетный слой. Для асфальтобетона R_изг=20 кгс/см².

σ_r – максимальное напряжение изгиба, возникающее в расчетном слое.

Е₁^в=2140 кгс/см²

асфальтобетон Е=15000 кгс/см² I плоскость

основание 1 – материал с вяжущим II плоскость

основание 2 – материал без вяжущих

песок средний Е=1200 кгс/см² φ=42˚ с=0,6

супесь пылеватая Е=210 кгс/см² φ=11˚ с=0,07

I плоскость

σ_r определяется по формуле:

где - удельное максимальное напряжение изгиба в расчетном слое.

определяем по Номограмме 6 по h/d и Е_ср/Е₂^в.

В данном случае Е_ср=Е_осн1.

Е_ср=15000 кгс/см².

кгс/см²

=1.15∙6∙1,7=11,73 кгс/см².

11,73<20.

Проверка проходит.

II плоскость

Для черного щебня из щебня I и II класса R_изг=10 кгс/см².

По Номограмме 7 определяем .

Увеличиваем толщину слоя =15

0,24

=1,15∙6∙0,24=1,65 кгс/см².

1,65<10.

Проверка проходит.

3.2 Расчет дорожной одежды магистрального хода(для III категории дороги)

Расчет проводим аналогично.

Е₁^в=2300 кгс/см². К конструированию принимаем капитальную дорожную одежду.

Схема капитальной дорожной одежды.

Е₁^в=2300 кгс/см²

асфальтобетон Е=15000 кгс/см²

основание 1 – материал с вяжущим

основание 2 – материал без вяжущих

песок средний Е=1200 кгс/см² φ=42˚ с=0,6

супесь пылеватая Е=210 кгс/см² φ=11˚ с=0,07

Расчет дорожной одежды ведем в табличной форме

Таблица 5 – Расчет на прочность дорожной одежды магистрального хода

Этап расчета	Материал слоя	Модуль упругости слоя Еi, кгс/см2	Толщина слоя hi, см	hi/d	Еiн/ Еi	Еiв/ Еi	Модуль упругости по низу слоя Еiн, кгс/см2	Модуль упругости по верху слоя Еiв, кгс/см2
I	Асфальтобетон			0.19	0.11	0.15
Черный щебень из щебня I и II класса		10,5	0.29	0.12	0.183
Щебеночные слои (из щебня I-III класса)		15,7	0.43	0.09	0.18
Песок крупный		35,6	0.99	0.175	0.45

Проверка на сдвиг

Е₁^в=2300кгс/см²

асфальтобетон мелкий Е=15000 кгс/см²

основание 1 – материал с вяжущим

основание 2 – материал без вяжущих

II плоскость

песок средний Е=1200 кгс/см² φ=42˚ с=0,6

I плоскость

суглинки пылеватые Е=210 кгс/см² φ=11˚ с=0,07

I плоскость.

к₁=0.6;

к₂=0.65;

m=1.15;

n=1.15;

к_пр^**=1, так как дорожная одежда капитальная.

Т_доп=0,29∙0,07=0,02 кгс/см².

τ_ам/p=0.01.

τ_ам =0,06

τ_ав=0.012.

Т_а=0.012+0.06=0.072 кгс/см².

Т_доп=0.02 кгс/см²; Т_а=0.072 кгс/см². Проверка не проходит.

Уплотняем рабочий слой грунта.

Е_гр=420;

φ=21˚;

с=0,26.

Т_доп=0.52∙0,26=0.135 кгс/см².

τ_ам/p=0.012

τ_ам =0,072

τ_ав=-0.009

Т_а=0.072-0.009=0.063 кгс/см².

0.063<0.135.

Проверка проходит.

II плоскость

к₁=0.6;

к₂=0.65;

m=1.15,

n=1.15;

к_пр^**=1;

Т_доп=0.29∙0,6=0,176 кгс/см²

τ_ам/p=0,007

τ_ам =0,042

τ_ав=-0,062

Т_а=0,042-0,062=-0,02 кгс/см².

-0,02<0,176

Проверка проходит.

Проверка на изгиб

Е₁^в=2300кгс/см²

асфальтобетон мелкий Е=15000 кгс/см² I вариант

основание 1 – материал с вяжущим II вариант

основание 2 – материал без вяжущих

песок средний Е=1200 кгс/см² φ=42˚ с=0,6

супесь пылеватая Е=420кгс/см² φ=21˚ с=0,26

I вариант

Для асфальтобетона R_изг=20 кгс/см².

где - удельное максимальное напряжение изгиба в расчетном слое.

определяем по Номограмме 6 по h/d и Е_ср/Е₂^в.

В данном случае Е_ср=Е_осн1.

Е_ср=15000 кгс/см².

кгс/см²

=1.15∙6∙1,7=11,73 кгс/см².

11,73<20.

Проверка проходит.

II плоскость

Для черного щебня из щебня I и II класса R_изг=10 кгс/см².

По Номограмме 7 определяем .

Увеличиваем толщину слоя =15

0,24

=1,15∙6∙0,24=1,65 кгс/см².

1,65<10.

Проверка проходит.