Дорожная одежда

Для расчета дорожной одежды принята интенсивность движения на 2025год (срок службы дорожной одежды), которая составляет 769авт/сут в том числе:

- Грузовых автомобили - 461 авт/сут;

- Легковых автомобилей - 277 авт/сут;

- Автобусов - 31 авт/сут.

Легковые автомобили в расчете дорожной одежды не учитываются.

- Категория дороги - IV

- Тип покрытия - облегченный;

- Срок службы - 11лет;

- Прирост интенсивности - 3%;

- Грунт рабочего слоя - супесь легкая;

- Дорожно-климатическая зона - III.

Для проектируемой дороги за расчетный принят автомобиль группы А, со следующими параметрами:

- статическая нагрузка на одиночную ось - 100 кн;

- среднее давление на покрытие от заднего колеса Р=0,6 МПа;

- расчетный диаметр следа заднего колеса движущегося автомобиля Д=37 см;

- заданная надежность К_н=0,85;

- требуемый коэффициент прочности: упругий прогиб 1,06; сдвига и растяжения 0,9;

При расчете на прочность одежд автомобильных дорог, следует учитывать перспективную интенсивность движения автомобилей разных марок в двух направлениях, которая приводится к эквивалентной интенсивности воздействия расчетной нагрузки на одну полосу проезжей части в сутки.

Грузовое движение разделяем по нагрузке на ось

Показатель	%	Интенсивность	fпол	Np	Sm Сум
Грузовые:					-
- легкие до 2,0 т			0,55	0,18	0,005
- средние 2,1 т – 5,0 т			0,55	25,36	0,2
- тяжелые 5,1 т – 8,0 т			0,55	53,25	0,7
- очень тяжелые св.8,0 т			0,55	19,02	1,25
Автобусы			0,55	11,94	0,7
				109,75

Величина N_р приведенной интенсивности на последний год срока службы дорожной одежды определяют по формуле:

, ед/сут

где f_пол – коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним, определяемый по таб. 3.2

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;

S_{m умм} – суммарный коэффициент, приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства m-ной марки к расчетной нагрузке Q_hfcx, определяемой в соответствии с Приложением №

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

ΣNр=0,7хNрх Кс/q^(Tсл-1) ТрдгхКn

где N_р – приведенная интенсивность на последний год, срок службы авт/сут,;

Т_рдг – расчетное число расчетных дней в году. Соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции (приложение 6)

К_п – коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (табл. П.3.30)

К_с – коэффициент суммирования (Приложение 6, табл. П.6.3) определен по формуле:

Кс=q^Тсл-1/q-1

где τ_сл – расчетный срок службы (Приложение 6, табл. П.6.4)

q – показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам:

К_с=

ΣN_р= авт.

Назначение конструкции дорожной одежды

По величине N_р определен требуемый модуль упругости дорожной одежды Е_тр= 150Мпа.

Расчетные характеристики материалов дорожной одежды и грунта земляного полотна назначают исходя из эксплуатационных требований, с учетом наличия и стоимости отдельных материалов, условий их транспортировки. Для строительства автомобильной дороги принят следующий вариант конструкции дорожной одежды.

Материал слоя	h слоя, см	Расчет по допустимому упругому прогибу Е, Мпа	Расчет по условию сдвигоустойчивости Е, МПа	Расчет на растяжение при изгибе
Е, Мпа	Ro, Мпа	α	m
Одиночная поверхностная обработка
Горячий пористый крупнозернистый асфальтобетон тип Б на БНД 90/130					7,8	7,6
Щебень, уложенный по способу заклинки
ГПС	?
Грунт земляного полотна - супесь легкая

Модули упругости для каждого слоя приняты по приложению №3.

Модуль упругости грунта Е_гр зависит от расчетной влажности грунта.

Под расчетной влажностью грунта подразумевают максимальные значения средней влажности грунта в пределах активной зоны земляного полотна, наблюдающееся в наиболее неблагоприятный период года.

Расчетная влажность дисперсного грунта W_р при суммарной толщине слоев дорожной одежды до 0,56см равна:

W_р= (W_таб +∆₁W - +∆₂W)(1+0,1t) - ∆₃

где W_таб – среднее многолетнее значение относительной влажности грунта, наблюдавшееся в наиболее неблагоприятный период года в рабочем слое земляного полотна, на дорогах с усовершенствованными покрытиями и традиционными основаниями дорожных одежд (щебень, гравий), и при суммарной толщине одежды до 0,56м, определяемое по табл. П.2.1 в зависимости от дорожно-климатической зоны и схемы увлажнения земляного полотна и типа грунта;

∆₁W – поправка на особенности рельефа территории, устанавливаемая по таб. П.2,2;

∆₂W – поправка на конструктивные особенности проезжей части и обочин, табд. П.2.3;

∆₃ - поправка на влияние суммарной толщины стабильных слоев дорожной одежды, рис. П.2.1;

t - коэффициент нормируемого отклонения, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности по табл. П.4.2.

W_р= (0,55 +0 – 0,05)(1+0,1х1,06) – 0=0,553

По табл. 2,4 находят параметры:

Е_гр =60 МПа; φ = 18; φ_ст =36; с = 0,008 МПа

Расчет конструкции в целом по допустимому упругому прогибу

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требования прочности и надежности по величине упругого прогиба при условии:

где - общий расчетный модуль упругости конструкции, МПа;

- минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции;

- требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба.

Величину минимального требуемого общего модуля упругости конструкции вычисляем по формуле

,

где с – эмпирический параметр, принимаемый равным для расчетной нагрузки на ось 100 кН –3,55;

Так как полученный по формуле требуемый модуль упругости больше указанного в таблице 3 для расчета IV категории и покрытия облегченного типа – 150МПа, принимаем в расчет = 157х1,06 = 166МПа.

Расчет толщины дополнительного слоя основания:

Е₁=1400 МПа

Е₂=350 МПа

Е₃=180МПа

Е_гр=60МПа

; ; значение ; тогда МПа

; ; значение ; тогда МПа;

; ; значение тогда см.

Принимаем 11 см.

Расчет по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоев

Дорожную одежду проектируют из расчета, чтобы под действием кратковременных и длительных нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации формоизменения. Недопустимые остаточные деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если в грунте земляного полотна и в малосвязных (песчаных) слоях обеспечено условие;

где - предельная величина активного напряжения сдвига, превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг;

- требуемое минимальное значение коэффициента прочности;

- расчетное активное напряжение сдвига.

При расчете дорожной конструкции по сдвигоустойчивости грунта земляного полотна в качестве нижнего принимают грунт, а в качестве верхнего – всю дорожную одежду.

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют как средневзвешенный по формуле:

,

где n – число слоев дорожной одежды;

- модуль упругости i-го слоя;

- толщина I-го слоя.

Е1=510 МПа	τн=0,058
Е2=350 МПа
Е3=180 МПа

Е_гр=60 Мпа

φ = 18º; φ_ст = 36º; с = 0,008МПа

Действующие в грунте или в песчаном слое активные напряжения сдвига вычисляют по формуле

Т = τ_н * р= 0,058* 0,6=0,0348,

гдеτ_н – удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм;

р – расчетное давление колеса на покрытие; р=0,6 МПа;

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя определяют по формуле

где с_N – сцепление в грунте земляного полотна; с_N= 0,008

γ_ср – средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев. расположенных выше проверяемого слоя, кг/см³, γ_ср= 0,002;

z_оп – глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигаемость, от верха конструкции, см; z_оп=37см;

φ_ст – расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузи; φ_ст= 36º

К_d – коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции;

Условие не выполнено.

Увеличиваем толщину слоев и повторяем проверку.

Е1=510 МПа	τн=0,030
Е2=350 МПа
Е3=180 МПа

Е_гр=60 Мпа

φ = 18º; φ_ст = 36º; с = 0,008МПа

Действующие в грунте или в песчаном слое активные напряжения сдвига вычисляют по формуле

Т = τ_н * р= 0,030 * 0,6=0,0180,

Условие выполнено.

Выполняем перерасчет по упругому прогибу снизу вверх.

Е₁=1400МПа

Е₂=350МПа

Е₃=180МПа

Е_гр=60 МПа

; ; значение ; тогда МПа;

; ; значение ; тогда МПа;

; ; значение ; тогда МПа

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба.

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

В монолитных слоях дорожной одежды (из асфальтобетона, дегбетона, материалов и грунтов, укрепленных комплексными неорганическими вяжущими и др). возникающие при прогибе одежды напряжения под действием повторных кратковременных нагрузок, не должны в течение заданного срока службы приводить к образованию трещин от усталостного разрушения, Для этого должно быть обеспечено условие:

где - требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности.

R_N – прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений;

- наиболее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, устанавливаемое расчетом;

При использовании номограммы расчетное растягивающее напряжение определяем по формуле:

где - растягивающее напряжение единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку, определяемой по номограмме;

р – расчетное давление, принимаемое по таблице; р=0,6МПа;

К_в – коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции од спаренным баллоном; К_в=0,85

Е1=2200 МПа

=1,75МПа; =1,75*0,6*0,85 =0,893МПа

Прочность материала монолитного слоя при многократном растяжении при изгибе определяют по формуле:

где R_o- нормативное значение предельного сопротивления растяжению при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки;

k₁ – коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки

где - расчетное суммарное число приложений;

m – показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя;

α – коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой;

к₂ – коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов;

v_p – коэффициент вариации прочности на растяжение.

Условие выполнено.

Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость

В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрогеологических условиях, наряду с требуемой прочностью и устойчивостью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд.

Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдено условие:

где - расчетное пучение грунта земляного полотна;

- допускаемое для данной конструкции пучение грунта.

При предварительной проверке на морозоустойчивость величину возможного морозного пучения следует определять по формуле:

=

где - величина морозного пучения при осредненных условиях;

- коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод;

- коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя;

- коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки;

- коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса конструкции на грунт в промерзающем слое, зависит от глубины промерзания.

Так как данные наблюдений отсутствуют, глубину промерзания дорожной конструкции допускается определять по формуле:

м; см

- средняя глубина промерзания для данного района =2,0м

см

= = 6,6*0,43*0,8*1,1*0,65*1,0 = 1,62см.

L_пуч < L_доп; 1,62см≤6см

Условия морозоустойчивости соблюдаются.

Дата добавления: 2015-10-13