Нежесткие дорожные одежды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

а) Область проектирования (Уч. пособие 4/36, табл. 1.1 стр. 4):

Вариант №6

Район строительства - Самарская область

Грунт земляного полотна - супесь пылеватая;

Тип местности по увлажнению - II;

Тип дорожной одежды - капитальный

Материалы конструкции:

1-й слой - Асфальтобетон мелкозернистый плотный марки I-II, тип Б на битуме БНД 90/130; h=5 см;

2-й слой - Асфальтобетон пористый марки I-II на битуме БНД 90/130; h=8 см;

3-й слой - щебень фракционированный; h=22 см;

4-й слой - песок крупнозернистый; h - по расчету;

б) Перспективная интенсивность автомобилей в сутки на последний год службы. (Уч. пособие 4/36, по последней цифре шифра табл. 1.2 стр. 5)

1. Расчетные нагрузки

Приведенная интенсивность движения на последний год службы

дорожной одежды (ДО)

=0,55 (по табл. 2.5 стр20)

0,55x(600x0+480x0,08+100x0,2+120x3,59+200x1,07+300x0,08+240x1,05+100*0,03+60*0,53+110*0,91= 666 ед./сут.

III-категория дороги. Капитальная.

Перспективная интенсивность движения - 2810 авт./сут. (сумма по табл. 1.2 стр. 5)

Коэффициент роста интенсивности движения g=1,05

Заданный уровень надёжности Кн=0,95

Расчет дорожных одежд производится в соответствии с отраслевыми дорожными нормами ОДН 218.046-01, введенными в действие в 2001 году.

2) Суммарное количество приложенной нагрузки за весь срок службы

Для расчета применяем формулу:

где ? Np - число марок автомобилей за весь срок службы ДО;

Nр - приведенная интенсивность на последний год срока службы, авт/сут;

Трдг =135 количество расчетных дней в году (наихудшему состоянию погоды)

kn - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (табл. 2.4);

Кс - коэффициент суммирования по интерполяции (прил. 1, табл. 4)

Тсл - расчетный срок службы (прил. 1, табл. 3) [l];

g - коэффициент роста интенсивности движения;

Тсл =15

Кс = 21,6 (15 лет, табл. 4, стр. 48)

Кn =1,49

g=1,05

С учетом поправки в примечании Трдг - 135 дней

(Самарская область; III - дородно-климатическая зона).

УNр = 0,7*666*(21,6/1,05¹⁴) *135*1,38 = 947488 ед.

2. Расчет требуемого и общего модуля упругости конструкции

Минимальный требуемый модуль упругости нежёстких дорожных одежд (категория дороги III; капитальная; ?Np min =375000) (табл. 2.7)

Етр min =220 МПа

Так как Етр =239 МПа > Етр min = 220 МПа, принимаем Етр =238 МПа

Из условия прочности: Кпр* Етр ? Еобщ

Кпр - нормативный коэффициент прочности по критерию упругого прогиба (тип ДО - капитальный, III - категория дороги) (табл. 2.3) [Уч. пособие 4/36]

Кпр = 1,17

Eтр = 98,65 [lg (? Np) - c] МПА

с =3,55 - эмпирический параметр, принимаемый для расчётной нагрузки на ось 100 кПа

Етр = 98,65 [lg(947488) - 3,55] = 239 МПа

Так как Етр =239 МПа > Етр min = 220 МПа, принимаем Етр =239 МПа

III - категория Кн =0,95; Кпр =1,17 (стр. 18, табл. 2.3) [Уч. пособие 4/36]

Еобщ = Етр * Кпр

Еобщ =239*1,17=279,6 МПа

Еобщ =280МПА

3. Расчетные характеристики грунтов и материалов слоев дорожной одежды

Определение расчетных характеристик грунта рабочего слоя земляного полотна.

Основными параметрами физико-механических свойств грунта земляного полотна, которыми пользуется в расчётах дорожных одежд на прочность, являются модуль прочности грунта Егр, угол внутреннего трения ?гр, Сгр - сцепление.

В соответствии с приложением 1 СНиП 2.05.02-85 Самарская область относится к III дорожно-климатической зоне, тип местности по увлажнению II.

Среднее значение влажности (супесь пылеватая):

Wcp = 0,67 доли Wт грунта (прил. 2, табл. 1, стр. 60)

Определим расчетную влажность грунта (супесь пылеватая) Wр:

t - коэффициент нормативного отклонения по уровню надёжности

Кн = 0,95 (прил. 4, табл. 2)) [Уч. пособие 4/36]

t= 1,71 (табл. 2, стр60)) [Уч. пособие 4/36]

нw =0,1 коэффициент вариации влажности грунта рабочего слоя земляного полотна (прил. 4, табл. 1, стр. 60)) [Уч. пособие 4/36]

В зависимости от расчетной влажности Wр и типа грунта определяем расчетные характеристики грунта рабочего слоя земляного полотна (прил. 2, табл. 4):

Егр = 32 МПа; цгр = 19⁰; Сгр = 0,010 МПа

Определяем расчетную прочность асфальтобетона на растяжение при изгибе.

Расчётная прочность асфальтобетона на растяжение при изгибе определяется с учётом усталостных явлений при многократном нагружении по формуле:

RN = Rн *(1- t нR)* Kу*Км,

где Rн - нормативное значение предельного сопротивления растяжению при изгибе (стр. 55, табл. 1, прил. 3);

нR =0,1 коэффициент вариации прочности асф. бетона слоёв на растяжение при изгибе (прил. 4, табл. 1)) [Уч. пособие 4/36]

t =1,71 коэффициент нормированного отклонения (прил. 4, табл. 2);

Ку =1,2 коэффициент, учитывающий снижение прочности следствие усталых явлений (график зависимости стр. 59, прил. 3, 2-я кривая);

Км =1 коэффициент, учитывающий снижение прочности под воздействием погодно-климатических факторов (для а/б марок I-II);

Для верхнего слоя из мелкозернистого плотного асфальтобетона марки I-II типа Б на битуме БНД 90/130

Rн =1,4 МПа

Для верхнего слоя из мелкозернистого плотного асфальтобетона марки I-II типа Б на битуме БНД 90/130 (прил. 3, табл. 1)

Ru =2,4 МПа

RN1 = 2,4* (1-1,71*0,1)*1,1*1=2,2 МПа

Для нижнего слоя из крупнозернистого пористого асфальтобетона марки I-II типа Б на битуме БНД 90/130 (прил. 3, табл. 1)

Ru =1,4 МПа

RN2 = 1,4*(1-1,71*0,1)*1,1*1 =1,3 МПа

Расчётные характеристики для асфальтобетонных слоёв дорожной одежды III дорожно-климатической зоны принимаем при t= 30 С (табл. 2.6)

Расчётные характеристики материалов дорожной одежды сводим в (таб. 2 . прил. 6, стр. 65)

4. Расчёт по упругому прогибу дорожной конструкции

5. Расчёт на сдвиг в грунте

Рис. 2. Расчетная схема приведения многослойной дорожной конструкции к двухслойной при определении сопротивления сдвигу в подстилающем грунте

Недопустимые деформации под действием кратковременных или длительных нагрузок, в течении всего срока службы дорожной конструкции, не будут накапливаться в подстилающем грунте и малосвязных слоях основания, если будет обеспечено условие прочности:

Кпр * Т ? Тдоп,

где Кпр - нормативный коэффициент прочности сдвига и растяжения при изгибе (табл. 2.3) [l];

Кпр =1

Тдоп - предельное (допускаемое) напряжение сдвига;

Т - активное напряжение сдвига в грунте и малосвязных слоях основания то воздействия нагрузи. Складывается из двух составляющих:

Такт = фн + фв,

где фн - активное напряжение сдвига в грунте и малосвязанных слоях основания от нагрузки А1 (транспортных средств) определяем по формуле:

фн=ф? * p

p = 0,6 МПа - давление в колёсах;

фв - напряжение сдвига в грунте и малосвязанных слоях от

1) Для определения фн предварительно назначенную конструкцию дорожной одежды приводим к двухслойной расчётной модели. В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь лёгкая) со следующими характеристиками:

при Wр = 0,65 от Wт и ?Np =947488) Eгр= 32 МПа, цгр= 19?, Сгр=0,01 МПа.

2) Определяем средний модуль упругости по критерию прочности на сдвиг в грунте и малосвязанных слоях основания всей конструкции дорожной одежды, по формуле:

Еср = (?EЯ * hЯ) / ?hЯ

ЕЯ - (табл. 2 данной работы)

Еср = (660*6+610*8+450*22+130*52) / (6+8+22+52) =25500 / 88 = 290 МПа

3) Определим отношения:

Еср / Егр =290 / 32 =9,1

? hЯ / D = 88 / 37 = 2,4

По номограмме (рис. 2.5) зависимости от вычисленных отношений и угла внутреннего трения грунта (ц=19?) определяем ф? от единичной нагрузке (p=1МПА);

ф?= 0,012

фн = 0,012 * 0,6 = 0,007 МПА

3) По номограмме (рис. 2.6) определяется фв напряжение сдвига в грунте от веса дорожной конструкции:

фв=-0,0061 МПА

Определяем полное активное напряжение сдвига в грунте:

Такт = фн + фв=0,007 + (- 0,0061) = 0,0009 МПа

Определяем допускаемое напряжение сдвига в грунте по формуле:

Тдоп = Сгр * К1 * К2 * К3,

где К1 =0,6 коэффициент для кратковременных нагрузок;

К2=0,82 коэффициент, учитывающий количество приложений нагрузки (интенсивность движения), в зависимости от приведённого количества приложений расчётной нагрузки в сутки на последний год срока службы Np=598 ед./сут. (табл. 2.8);

К3 =1,5 коэффициент, учитывающий особенности работы грунтов и материалов слоёв в конструкции (защемление, зацепление, сопряжения) (табл. 2.9);

Тдоп = 0,01 * 0,6 * 0,82 * 1,5 =0,007

Проверяем условия прочности: Кпр * Т ? Тдоп

1 * (0,0009) ? 0,007 - условия прочности выполняются.

7. Расчёт конструкции по критерию прочности монолитных слоёв растяжения при изгибе

Монолитные слои дорожной одежды (из асфальтобетона) проектируются так, чтобы напряжения, возникающие в этих слоях под воздействием повторных кратковременных нагрузок, не вызывали усталостных разрушений (трещин), т.е. должно быть обеспечено условие прочности:

Кпр * у?--? RN,

где Кпр - нормативный коэффициент прочности по критерию прочности прочности на растяжение при изгибе (табл. 2.3)

у? - max. растягивающее напряжение в монолитном слое возникающее под воздействием повторных кратковременных нагрузок.

RN - прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учётом усталых явлений.

Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя.

Рис. 4. Расчетная схема приведения многослойной дорожной конструкции к двухслойной при определении растягивающих напряжений при изгибе для верхних слоев покрытия.

Толщина слоя Нв принимается равной сумме толщин всех

асфальтобетонных слоёв:

Нв =? hЯ

Нв= 6 + 8 =14 см;

2) Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле:

Еср асф. б = ?(ЕЯ *hЯ) / Нв

Еср.асф. б = (3600 * 6 + 2200 * 8) / 14 =2800 МПа

3) Модуль упругости основания Е?общ. оснв (смотреть пред. расчёт)

Е?общ. оснв = 182 МПа

По отношениям Н_в/D; Еср.асф.б / Е?общ.осн и по номограмме (рис. 2.8; [l]) определяем у?? - растягивающее напряжение от воздействия, единичной нагрузки (p= 1,0 МПа);

Нв/D =14 /37 = 0,38

Eср. асф. б / Е?общ. осн. = 2800/182 = 15,4

у?? = 2 МПа

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле:

у? = у?? * p *Кб,

где Кб =0,85 коэффициент, учитывающий уменьшение напряжения в монолитном слое под нагрузкой спаренного колеса;

у? = 2 * 0,6 * 0,85 = 1,02 МПа

Проверяем условие прочности Кпр * у? ? RN

RN1 = 2,2 (верхний слой асф. б; смотреть пред. расчёт),

RN2 = 1,3 (нижний слой асф. б; смотреть пред. расчёт).

Сравниваем с прочностью асфальтобетона RN2 - нижнего слоя пакета, т.к. находится в худших условиях (растянутая зона).

1 * 1,02 ? 1,3 - условия выполняются.

Выбранная конструкция дорожной одежды удовлетворяет всем критериям прочности.

Список использованной литературы

1. СНиП 2.05..20-85. Автомобильные дороги.

2. Проектирование нежестких дорожных одежд. Отраслевые дорожные нормативы ОДН 218.046. - 01. - М., 2001.

3. Проектирование нежестких дорожных одежд. Межгосударственные отраслевые дорожные нормы МОДН 2-2001. - М., 2002.

4. ГОСТ 9128-97 Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия.

5. Изыскания и проектирование дорог.

Учебно-методическое пособие по конструированию и расчету дорожных одежд нежесткого типа для студентов 5 курса специальности автомобильные дороги и аэродромы. №4/36

Размещено на Allbest.ru