Расчет дорожной одежды по упругому прогибу.

Конструирование и расчет на прочность дорожной одежды

Задание

Спроектировать дорожную одежду при следующих исходных данных:

- дорога располагается во Ш дорожно-климатической зоне, в Пензенской области;

- категория автомобильной дороги - III;

- приращение интенсивности q = 1,04;

- грунт рабочего слоя земляного полотна - супесь пылеватая, относится к сильнопучинистым грунтам;

- материал для основания черный щебень, щебень фракционный

- высота насыпи составляет 1,5 м;

- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна -I.

- глубина залегания грунтовых вод - 0,6 м.

- результаты расчета интенсивности движения:

Типы транспортных средств	Интенсивность движения в фактических единицах (ni) авт./сут.	Коэффициент приведения к расчетному автомобилю	Интенсивность движения приведенная к расчетному автомобилю Nр i , авт/сут.
Грузовые автомобили грузоподъемностью: до 2т (1,3т) 2-5т (4,0т) 5-8т (7,0т) более 8т (10т)	120,8 75,9 55,2 27,6	0,05 0,2 0,7 1,25	6,04 15,18 38,64 34,5
Автопоезда грузоподъемностью: 14т 16т 20т более 20т (27,5т)	27,6 13,8 13,8 10,35	1,5 1,5 1,5 1,5	41,4 20,7 20,7 15,53
Легковые автомобили	1140,7
Микроавтобусы	414,8
Автобусы малого класса	311,1	0,7	217,77
Автобусы среднего Класса	145,1	0,7	101,57
Автобусы большого Класса	62,2	0,7	43,54
Итого	N = 2419		Nр = 305,56

Конструирование дорожной одежды включает:

- выбор вида покрытия;

- назначение числа слоев дорожной одежды с выбором материалов для слоев;

- размещение слоев в конструкции и назначение их ориентировочных толщин;

- предварительную оценку необходимости назначения дополнительных морозозащитных мер с учетом дорожно-климатической зоны, типа грунта рабочего слоя земляного полотна и схемы увлажнения рабочего слоя на различных участках;

- предварительную оценку необходимости назначения мер по осушению конструкции, а также по повышению трещиностойкости конструкции;

- оценку целесообразности укрепления или улучшения верхней части рабочего слоя земляного полотна;

- предварительный отбор конкурентоспособных вариантов с учетом местных природных и проектных условий работы.

Дорожную одежду рассчитывают по трем критериям: на сопротивление упругому прогибу всей конструкции, на сопротивление сдвигу в грунте и слоях слабосвязанных материалов, на сопротивление растяжению при изгибе монолитных слоев.

Расчет дорожной одежды по упругому прогибу.

Расчет ведут в следующей последовательности:

1. Определяют требуемый минимальный общий расчетный модуль упругости конструкции дороги.

2. Назначают модули упругости и предварительно толщины слоев конструкции, кроме толщины одного слоя.

3. Выполняя расчет конструкции снизу вверх, с помощью номограммы определяют модули упругости на поверхности верхнего слоя двухслойной модели.

4. Выполняя расчет конструкции сверху вниз, определяют с помощью номограммы модули упругости на поверхности нижнего слоя двухслойной модели.

5. Зная модули упругости на поверхностях верхнего и нижнего слоев духслойной модели, по номограмме определяют толщину неизвестного слоя (при заданном его модуле), обеспечивающую необходимый модуль упругости дороги.

1.1 Расчетная интенсивность воздействия нагрузки на дорогу автомобиля заданной группы, эквивалентная фактической интенсивности транспортного потока заданного состава по создаваемым в покрытии повреждениям::

,

где f – коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним, для двухполосной проезжей части f=0,55; n – общее число различных марок транспортных средств в составе транспортного потока; N_m – число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m – й марки на конец срока службы; S_m – суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортных средств m – й марки к расчетной нагрузке Q_расч.

В качестве расчетного автомобиля принимаем автомобиль группы А1 со следующими параметрами:

ТС	Номинальная статическая нагрузка на ось, кН	Нормированная нагрузка, передаваемая дорожной одежде колесом автомобиля, кН	Среднее расчетное удельное давление колеса на покрытие р, МПа	Расчетный диаметр следа колеса автомобиля D, см
неподвижного	движущегося	непод-вижного	движу-щегося
Автомо-биль А1				0,6

По табл. П1.3. ОДН 218-04601 назначаем коэффициенты приведения

Типы автомобилей	Коэффициент приведения к расчётной нагрузке Smсум
Легкие грузовые автомобили грузоподъёмностью от 1 до 2 т	0,005
Средние грузовые автомобили грузоподъёмностью от 2 до 5 т	0,2
Тяжёлые грузовые автомобили грузоподъёмностью от 5 до 8 т	0,7
Очень тяжёлые грузовые автомобили грузоподъёмностью более 8 т	1,25
Автобусы	0,7
Тягачи с прицепами	1,5

Теперь =305, 56 авт/сут

1.2.Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции за срок службы.

,

где - расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкциив зависимости от местоположения дорог; – коэффициент, учитывающий вероятность отклонений суммарного движения от среднего ожидаемого; – коэффициент суммирования:

,

где Т_сл [лет] – расчётный срок службы; q – показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам.

выбирают по таблице П.6.1 ОДН 218- 046-01. Для четвертого района, севернее линии, соединяющей Львов - Киев - Белгород - Воронеж - Саратов - Самару – Оренбург, =135 дней. Срок службы дорожной одежды в соответствии с рекомендациями табл. П.6.2 для дороги III категории с капитальными дорожными одеждами в III дорожно-климатической зоне Т_сл= 12-16 лет. Принимаем Т_сл= 15 лет. Показатель изменения интенсивности движения по годам в соответствии с заданием q=1,04. Тогда . Коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого k_n по табл. 3.3 для дороги III категории с капитальными дорожными одеждами k_n =1,38.

Теперь

1.3. Минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции вычисляют по эмпирической формуле:

Е_трmin = 98,65(lgNр_Σ – c),

где с - эмпирический параметр, для расчетной нагрузки на ось 100 кН с = 3,55.

МПа

По табл. 3.4. ОДН 218-046-01 Е_трmin =200 МПа.

1.4 Расчетный модуль упругости дорожной одежды (общий):

Е_общ = К_п Е_трmin ,

где К_п - коэффициент прочности дорожной конструкции принимаемый в зависимости от требуемого уровня надёжности.

По табл. 3.1. ОДН 218 046 -01 для дорог III категории с капитальным типом одежды выбираем уровень надежности 0,98, ему соответствует К_п=1,29 . Тогда

1.5. Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров. При выборе материалов для устройства слоев дорожной одежды необходимо учитывать следующие положения:

- покрытие и верхние слои основания должны соответствовать проектным нагрузкам и быть водо-, морозо- и термоустойчивыми.

- для верхнего слоя асфальтобетонного покрытия выбирают материал в соответствии с действующим ГОСТом “Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия” и СНиП “Автомобильные дороги”.

Асфальтобетонное покрытие должно быть, как правило, однослойным. Минимальную конструктивную толщину покрытия назначают по нормам действующего СНиП.

При выборе материала для верхнего слоя основания учитывают капитальность (тип) дорожной одежды, вид покрытия, а также деформационные и теплофизические свойства материалов и грунтов. Асфальтобетонную часть несущего основания следует предусматривать, как правило, однослойной, а толщину слоя асфальтобетонного основания определяют расчетами на прочность. Основание из зернистых материалов должно быть, как правило, двухслойным: несущий слой из жестких и сдвигоустойчивых материалов (щебень, гравий, щебеночно- или гравийно-песчаные смеси, материалы и грунты, укрепленные неорганическим вяжущим) и дополнительный слой, выполняющий морозозащитные и дренирующие функции.

Дополнительные слои основания должны совместно с верхними слоями и покрытием обеспечивать необходимую прочность конструкции, морозоустойчивость, а также дренирующую способность. Нижние слои основания, особенно из зернистых материалов, должны сопротивляться сдвиговым напряжениям.

Учитывая величину требуемого модуля упругости и категорию дороги (III) предварительно назначаем дорожную одежду капитального типа. Несущий слой основания капитальных дорожных одежд следует устраивать из прочных материалов (из пористого асфальтобетона, дегтебетона, щебеночных смесей, обработанных битумной эмульсией, фракционированного щебня, обработанного вязким битумом по способу пропитки, а также из фракционированного щебня, уложенного по принципу расклинки мелким щебнем или гранулированным активным шлаком, укрепленного по методу пропитки цементно-песчаной смесью, и т.п.). На дорогах, предназначенных для движения автомобилей грузоподъемностью 8 и более тонн, при устройстве покрытий толщиной 3-5 см верхняя часть несущего основания должна быть предусмотрена из асфальтобетона.

Для устройства нижней части несущего основания в зависимости от расчетных условий движения могут применяться монолитные (укрепленные грунты и каменные материалы), а также зернистые материалы, отвечающие требованиям действующих СНиП и ГОСТов.

В конструкциях дорожных одежд для дорог с тяжелым и интенсивным движением на контакте слоев из крупнозернистых или гравийных материалов с песчаными слоями основания или с грунтом земляного полотна следует предусматривать устройство разделяющих прослоек из геотекстиля в целях предотвращения взаимопроникновения материалов смежных слоев и снижения в связи с этим долговечности конструкции.

Предварительно назначаем 5-ти слойную конструкцию одежды с асфальтобетонным покрытием.

1.6. Определяем расчетные характеристики грунта рабочего слоя земляного полотна.

1.6.1.Расчетная влажность грунта рабочего соя:

W_p=(W_таб+∆₁W-∆₂W)(1+0,1t)-∆₃,

где W_таб=0,66 для условий дорожно – климатической подзоны III₂, 1-й схемы увлажнения и грунта – супеси пылеватой [ОДН 218.046-01, табл. П.2.1];

- поправка на особенности рельефа территории, устанавливаемая по табл. П.2.2; для равнинных районов ∆₁W=0.

- поправка на конструктивные особенности проезжей части и обочин, устанавливаемая по табл. П.2.3; ∆₂W=0,05.

- поправка на влияние суммарной толщины стабильных слоев дорожной одежды, по графику рис. П.2.1 устанавливаем =0,1;

t - коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности по табл. П.4.2 Приложения 4, t=2,19 для уровня надежности 0,98.

Получаем

W_p=(0,66+0+0,05)(1+0,1∙2,19)-0,1=0,865 (в долях от W_т).

1.7 По ОДН 218-046-01 выбираем значения расчетных параметров:

- для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2 табл. П.2.5, Приложение 3 табл. П.3.2 и Приложение 3 табл. П.3.5, табл. П.3.9);

- для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2 табл. П.2.4, Приложение 3 табл. П.3.2 и Приложение 3 табл. П.3.8);

- для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3 табл. П.3.1 и Приложение 3 табл. П.3.8).

1.7.1 По табл. П.2.5 для песка крупного модуля упругости Е = 130 МПа, для грунта супеси пылеватой при W_p=0,865 W_т Е=26,7 МПа, сцепления С=0,003 и j =9°

Таблица П.2.5