| Расчетно-графическая работа
Проверка нежесткой дорожной одежды по критериям прочности
Исходные данные:
-район расположения проектируемой дороги – Курская область
- заданный срок службы дорожной одежды -  = 15 лет;
- состав потока автотранспортных средств:
| легковые
|
600
|
| грузовые 3,5т
|
55
|
| грузовые 5т
|
45
|
| грузовые 8т
|
30
|
| грузовые 10 т
|
40
|
| грузовые 12 т
|
10
|
| автопоезда 12 т
|
40
|
| автопоезда 20 т
|
10
|
| автобусы 3,5 т
|
40
|
| автобусы 8 т
|
10
|
- приращение интенсивности  = 1,03
| Тип АТС
|
Кп
|
Ni
|
Nприв
|
| легковые
|
1
|
600
|
600
|
| грузовые 3,5т
|
1,69
|
55
|
92,95
|
| грузовые 5т
|
1,875
|
45
|
84,375
|
| грузовые 8т
|
2,5
|
30
|
75
|
| грузовые 10 т
|
2,67
|
40
|
106,8
|
| грузовые 12 т
|
2,83
|
10
|
28,3
|
| автопоезда 12 т
|
3,5
|
40
|
140
|
| автопоезда 20 т
|
4
|
10
|
40
|
| автопоезда 30 т
|
5
|
0
|
0
|
| автобусы 3,5 т
|
1,69
|
40
|
67,6
|
| автобусы 8 т
|
2,5
|
10
|
25
|
| автобусы 12
|
2,83
|
0
|
0
|
| |
|
N1=
|
1260,025
|
  авт/сут
Автомобильная дорога 4 категории
1. Приведение заданного потока к потоку АТС с нагрузкой типа А (Приложение 1 табл.П.1.1)/ОДН/.
Величину  приведенной интенсивности на первый год службы определяют по формуле:
 ед/сут
Значения  на последний год службы в зависимости от капитальности дорожной одежды и категории дороги следует принимать в соответствии с табл.3.1 /2/.
| Категория дороги
|
III
|
| Заданная надежность 
|
0,98
|
0,95
|
0,90
|
| Требуемый коэффициент прочности по критерию:
|
упругого прогиба
|
1,29
|
1,17
|
1,10
|
| сдвига и растяжения при изгибе
|
1,10
|
1,00
|
0,94
|
Примем показатели для надежности 0,95
Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции за срок службы определяют по формуле:
 ,
где:  - коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним, определяемый по табл.3.2 /2/.
 - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (табл.3.3 /2/);
 - расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции (определяемое в соответствии с Приложением 6);
Таблица 3.3
| Тип дорожной одежды
|
Значение коэффициента  при различных категориях дорог
|
| I
|
II
|
III
|
IV
|
V
|
| Капитальный
|
1,49
|
1,49
|
1,38
|
1,31
|
-
|
| Типы автомобилей
|
Коэф. приведения к расчетной нагрузке
|
кол.автомобилей
|
привед авто
|
| Легкие грузовые автомобили q=от 1 до 2 т
|
0,005
|
0
|
0
|
| Средние грузовые автомобили q=от 2 до 5 т
|
0,200
|
100
|
20
|
| Тяжелые грузовые автомобили q=от 5 до 8 т
|
0,700
|
30
|
21
|
| Очень тяжелые грузовые автомобили q=более 8 т
|
1,250
|
50
|
62,5
|
| Автобусы
|
0,700
|
50
|
35
|
| Тягачи с прицепами
|
1,500
|
50
|
75
|
| |
|
сумма 1 года =
|
213,5
|
1. Вычисляем суммарное расчетное количество приложений за срок службы:
Для расчета по допускаемому упругому прогибу и условию сдвигоустойчивости по формуле (3.6)
С учетом поправки в примечании табл.П.6.1  = 135.
f пол= 0,550
коэф.отклонения Кп= 1,310
Число дней работы в году= 135,000
Сум. число воздействий= 732 932
мин. Модуль= 228,4
2. Предварительно назначаем конструкцию и расчетные 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.3.8);
- для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2 табл.П.2.4, Приложение 3 табл.П.3.2, 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).
конструкция дорожной одежды
| N
|
Материал слоя
|
 слоя, см
|
Расчет по допустимому упругому прогибу,  , МПа
|
Расчет по усл. сдвигоустойчи-вости,, Па
|
Расчет на растяжение при изгибе
|
| ,
МПа
|
 ,
МПа
|
|
|
| 1.
|
Асфальтобетон высокоплотный на БНД марки 90/130
|
5
|
2400
|
2400
|
4600
|
9,50
|
6,3
|
5,0
|
| 2.
|
Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 40/60
|
10
|
1400
|
1400
|
1700
|
5,5
|
7,9
|
3,8
|
| |
Щебеночно-гравийно-песчаные смеси, обработанные цементом:- соответствующие марке: 40
|
20
|
550
|
550
|
|
|
|
|
| 4.
|
Щебеночно-гравийно-песчаные смеси, крупнообломочные грунты (оптимальные/неоптимальные), обработанные зольным или шлаковым вяжущим соответствующие марке: 20
|
20
|
350
|
350
|
|
-
|
-
|
-
|
| 5.
|
Супесь - легкая 
|
-
|
54
|
54
|
54
|
-
|
φ=12
|
С= 0,004
|
| Расчетная относи- тельная влажность
|
Сцепление, МПа при суммарном числе приложений нагрузки ( )
|
Угол внутреннего трения, град. при суммарном числе приложений нагрузки ()
|
| 1
|
10
|
10
|
10
|
10
|
1
|
10
|
10
|
10
|
10
|
| Супеси
|
| 0,60
|
|
|
|
|
0,004
|
36
|
|
|
|
12
|
3. Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис.3.1: ОДН
по Приложению 1 табл.П.1.1  = 0,6 МПа,  = 37 см
 =
По номограмме
1)     МПа
Далее расчет ведем по формуле
| модуль верхний
|
350,00
|
550,00
|
1400,00
|
2400,00
|
| модуль нижний
|
54,00
|
106,95
|
195,32
|
278,94
|
| толщина слоя
|
20,00
|
20,00
|
10,00
|
5,00
|
| экв. Диаметр
|
37,00
|
37,00
|
37,00
|
37,00
|
| h/d
|
0,541
|
0,541
|
0,270
|
0,135
|
| экв. Модуль
|
106,95
|
195,32
|
278,94
|
329,32
|
Требуемый модуль упругости определяем по формуле (3.9):
 МПа
где  - суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды,
 - эмпирический параметр, принимаемый равным для расчетной нагрузки на ось 100 кН - 3,55; 110 кН - 3,25; 130 кН - 3,05.
Определяют коэффициент прочности по упругому прогибу: 
Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу при уровне надежности 0,95 - 1,17 (табл.3.1).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
4. Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустойчивости в грунте.
Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (3.13):
где  - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм (рис.3.2 и 3.3);
 - расчетное давление от колеса на покрытие.
Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.
В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при  и  =732 932.)  = 54 МПа (табл.П.2.5);  = 12° и  = 0,004 МПа (табл.П.2.4).
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл.П.3.2 при расчетной температуре +20 °С (табл.3.5).
 МПа
По отношениям  и  и при = 12° с помощью номограммы (рис.3.3) находим удельное активное напряжение:  = 0,025 МПа.
Таким образом:  = 0,025·0,6 = 0,015 МПа.
Предельное активное напряжение сдвига  в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.14),
 ,
где  - сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), МПа, принимаемое с учетом повторности нагрузки (Приложение 2, табл.П.2.6 или П.2.8);
 - коэффициент, учитывающий особенности рабочей конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания.
При устройстве нижнего слоя из укрепленных материалов, а также при укладке на границе «основание - песчаный слой» разделяющей геотекстильной прослойки, следует принимать значения равными:
- 4,5 - при использовании в песчаном слое крупного песка;
- 4,0 - при использовании в песчаном слое песка средней крупности;
- 3,0 - при использовании в песчаном слое мелкого песка;
- 1,0 - во всех остальных случаях.
0,1 - коэффициент для перевода в МПа;
 - глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см;
 - средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см;
 - величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки.
По исходным данным = 0,004 МПа,  1,0.  5+10+20+20 = 55 см  36° (табл.2.4)
= 0,002 кг/см
= 0,004+0,1·0,002·55·tg36° = 0,012,
 , что меньше  1,00 (табл.3.1).
Прочность не обеспечена
5. 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.e. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис.3.1. Определено ранее о формуле
 195 МПа
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле (3.12)
 МПа
Модули упругости асфальтобетонных слоев назначаем по табл.П.3.1.
б) По отношениям  0,59 и по номограмме рис.3.4 определяем  = 1,7 МПа.
Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.16):
 , (3.16)
где  - растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку, определяемое по номограмме рис.3.4;
 - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном. Принимают равным 0,85 (при расчете на однобаллонное колесо = 1,00);
 - расчетное давление, принимаемое по табл.П.1.1 Приложения 1.
= 1,7·0,6·0,85 = 0,87 МПа.
в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17):
 , (3.17)
где  - нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки, принимаемое по табличным данным (Приложение 3, табл.П.3.1);
 - коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;
 - коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (табл.3.6);
 - коэффициент вариации прочности на растяжение (Приложение 4);
 - коэффициент нормативного отклонения (Приложение 4).
Таблица 3.6
| |
Материал расчетного слоя
|
|
| |
Асфальтобетон
|
|
| 1
|
Высокоплотный
|
1,0
|
| 3
|
Пористый и высокопористый
|
0,80
|
3.42. Коэффициент , отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляют по выражению:
 , (3.18)
где  - расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия, определяемое по формуле (3.6) или (3.7) с учетом числа расчетных суток за срок службы (см. Приложение 6);
 - показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя (Приложение 3, табл.П.3.1);
при  = 5,5 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл.П.3.1)
 = 0,10 (табл.П.4.1)  = 1,71 (табл.П.4.2)  = 4,3;  = 7,1 (табл.П.3.1)
 =732 932.; 
 = 0,80 (табл.3.6)
 5,5·0,226·0,80 (1 - 0,1·1,71) = 0,82
г)  , что меньше, чем  1,0 (табл.3.1).
Следовательно, выбранная конструкция не удовлетворяет этому критерию прочности.
|
