1.Определяем средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя модели по формуле (6.7):

МПа.

2. Определяем растягивающее напряжение от единичной нагрузки по номограмме [1, рис.3.4] (см. рис.7.2.2):

см

МПа

смМПа

Рисунок7.2.2 - Расчетная модель

а) ;

б)



(МПа - общий модуль упругости на поверхности щебеночно-песчаной смеси, обработанной вязким битумом и битумной эмульсией);

г) По номограмме.

3. Определяем расчетное растягивающее напряжение при изгибе в верхнем монолитном слое модели (в пакете асфальтобетонных слоев) по формуле (7.4) при МПа; :

МПа.

4. Определяем предельное растягивающее напряжение в нижнем слое асфальтобетонного пакета по формуле (7.2):

а) МПа; ; [1, прил.3, табл.1];

б) По формуле (7.3) при авт.:

;

в) [1, табл.3.6];

г) [1, прил.4, табл.1];

д) при [1, прил.4, табл.2];

е) МПа.

5. Проверяем выполнение условия прочности на растяжение при изгибе:

;

.



Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности на растяжение при изгибе.

Условие не соблюдается, но при расчете этой конструкции дорожной одежды по допускаемому упругому прогибу эти толщины являются минимальными по этому уменьшать их нельзя.

Таким образом, выбранная конструкция облегченного типа покрытия удовлетворяет всем критериям прочности (упругий прогиб, сдвиг, растяжение при изгибе).



8. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ НА МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТЬ

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

Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдается условие:

, (8.1)

где - расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна, см;

- допускаемое для данной конструкции пучение грунта, см[1, табл. 4.3].

8.1 Расчет на морозоустойчивость конструкции с первым капитальным типом дорожной одежды

В табл.8.1.1 приведены:

- толщина конструктивных слоев дорожной одежды, принятая после расчета конструкции на прочность;

- коэффициент теплопроводности, необходимый для уточненного расчета толщины морозозащитного слоя , выполняемого по термическому сопротивлению конструкций (с учетом теплофизических характеристик отдельных слоев) [1, прил.5, табл.П.5.1].



Таблица 8.1.1 - Расчетные данные

№ п/п	Материал слоя и грунт	Толщина слоя , м	Коэффициент теплопроводности , Вт/(мК)
1	Асфальтобетон плотный	0,04	1,40
2	Асфальтобетон высокопористый	0,14	1,10
3	Песок средней крупности, обработанный цементом М60	0,18	1,62
4	Щебеночно-песчаная смесь С7	0,40	2,02
5	Песок средней крупности	0,58	2,18
6	Суглинок тяжелый пылеватый	-	-
-	-		-

1. Определяем глубину промерзания дорожной конструкции, м:

, (8.2)

где - средняя глубина промерзания для данного района, устанавливаемая по карте изолиний, м [1, рис.4.4].

По [1, рис.4.4] для условий республики Карелии устанавливаем см = 1,31м.

По формуле (8.2):

(м).

2. Определяем величину морозного пучения грунта земляного полотна при осредненных условиях .

Т.к. в нашем случае м<2 м, то величину определяем по графику [1, рис.4.3] (при см и см).

По [1, табл.4.1 и 4.2] устанавливаем, что суглинок тяжелый пылеватый (подстилающий грунт) относится к III группе грунтов по степени пучинистости и является пучинистым.

Тогда по [1, рис.4.3] при: см см;

см см.

Величину при м определяем интерполированием:

см.

3. Определяем величину возможного морозного пучения грунта, cм:

, (8.3)

где - величина морозного пучения грунта при осредненных условиях, м, определяемая по [1, рис.4.3] в зависимости от толщины дорожной одежды (включая дополнительные слои основания), группы грунта по степени пучинистости [1, табл.4.1 и 4.2] и глубины промерзания (см. п.2, cм);

- коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых (УГВ) или длительно стоящих поверхностных вод (УПВ) [1, рис.4.1].

Значение определяется по формуле, м:

, (8.4)

- глубина залегания УГВ или УПВ от низа дорожной одежды, м (см. исходные данные, м);

- толщина дорожной одежды, м (см. табл.8.1.1, м).

В нашем случае:

(м).

Тогда по [1, рис.4.1] .

- коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя [1, табл.4.4].При требуемом коэффициенте уплотнения песка среднего (капитальный тип покрытия) .

- коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки [1, табл.4.5]. Для суглинка тяжелого пылеватого.

- коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания конструкции [1, рис.4.2].При м.

- коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта [1, табл.4.6].

При относительной влажности грунта .

По формуле (8.3):

см.

Если при расчетном сроке службы более 10 лет (лет) полученная величина возможного морозного пучения будет превышать 80% от допустимой (требуемой) (), то необходимо рассмотреть вариант устройства морозозащитного слоя.

Поскольку в нашем случае для капитального типа дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием лет лет (см. табл.1.3), см [1, табл.4.3], смсм, то назначать морозозащитный слой и выполнить расчет его толщины не следует.

8.2 Расчет на морозоустойчивость конструкции со вторым капитальным типом дорожной одежды

В табл.8.2.1 приведены:

- толщина конструктивных слоев дорожной одежды, принятая после расчета конструкции на прочность;

- коэффициент теплопроводности, необходимый для уточненного расчета толщины морозозащитного слоя , выполняемого по термическому сопротивлению конструкций (с учетом теплофизических характеристик отдельных слоев) [1, прил.5, табл.П.5.1].

Таблица 8.2.1 - Расчетные данные

№ п/п	Материал слоя и грунт	Толщина слоя , м	Коэффициент теплопроводности , Вт/(мК)
1	Асфальтобетон плотный	0,04	1,4
2	Асфальтобетон пористый	0,06	1,25
3	Щебеночно-песчаная смесь, обработанная битумом БНД 60/90	0,20	1,35
4	Щебеночно-песчаная смесь С7	0,30	2,02
5	Песок средней крупности	-	-
-	-		-

1. Определяем глубину промерзания дорожной конструкции, м:

,



где - средняя глубина промерзания для данного района, устанавливаемая по карте изолиний, м [1, рис.4.4].

По [1, рис.4.4] для условий республики Карелии устанавливаем см = 1,31см.

По формуле (8.2):

(м).

2. Определяем величину морозного пучения грунта земляного полотна при осредненных условиях , cм.

Т.к. в нашем случае м<2 м, то величину определяем по графику [1, рис.4.3] (при см и см).

По [1, табл.4.1 и 4.2] устанавливаем, что песок средней крупности (подстилающий грунт) относится к II группе грунтов по степени пучинистости и является слабопучинистым.

Тогда по [1, рис.4.3] при: см см;

см см.

Величину при м определяем интерполированием:

см.

3. Определяем величину возможного морозного пучения грунта, cм:

, (8.3)



где - величина морозного пучения грунта при осредненных условиях, м, определяемая по [1, рис.4.3] в зависимости от толщины дорожной одежды (включая дополнительные слои основания), группы грунта по степени пучинистости [1, табл.4.1 и 4.2] и глубины промерзания (cм);

- коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых (УГВ) или длительно стоящих поверхностных вод (УПВ) [1, рис.4.1].

Значение определяется по формуле, м:

, (8.4)

- глубина залегания УГВ или УПВ от низа дорожной одежды, м (см. исходные данные, м);

- толщина дорожной одежды, м (см. табл.8.2.1, м).

В нашем случае по формуле (8.4):

(м).

Тогда по [1, рис.4.1] .

- коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя [1, табл.4.4].При требуемом коэффициенте уплотнения песка средней крупности (облегченный тип покрытия) .

- коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки [1, табл.4.5]. Для песка средней крупности.

- коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания конструкции [1, рис.4.2].При м.

- коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта,

По формуле (8.3):

см.

Если при расчетном сроке службы более 10 лет (лет) полученная величина возможного морозного пучения будет превышать 80% от допустимой (требуемой) (), то необходимо рассмотреть вариант устройства морозозащитного слоя.

Поскольку в нашем случае для капитального типа дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием лет лет (см. табл.1.3), см [1, табл.4.3], смсм, то назначать морозозащитный слой и выполнить расчет его толщины не следует.



9. РАСЧЕТ ДРЕНИРУЮЩЕГО СЛОЯ КОНСТРУКЦИИ С КАПИТАЛЬНЫМ ТИПОМ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ

При расчете дренажной конструкции определяется требуемая толщина дренирующего слоя из дискретных материалов. В районах сезонного промерзания грунтов учитываются два расчетных этапа работы дренажных конструкций:

· первый - для периода, когда основание дорожной одежды под серединой проезжей части уже оттаяло, дренирующий слой у ее краев находится в мерзлом состоянии, а водоотводящие устройства не работают;

· второй для времени, когда дренирующий слой полностью оттаял и водоотводящие устройства начали нормально функционировать. В зависимости от конкретных условий дренажная конструкция может быть рассчитана на один из трех вариантов работы:

· осушение;

· осушение с периодом запаздывания отвода воды;

· поглощение.

Полную толщину дренирующего слоя определяют по формуле:

, (9.1)

где - толщина слоя, полностью насыщенного водой, м;

- дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала, м для песков крупных, м -средней крупности и м - мелких.

Во всех случаях полную толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 0,20 м.

Для дренирующего слоя, работающего по принципу осушения устанавливают по номограмме рис. 9.1 в зависимости от длины пути фильтрации L и расчетной величины притока воды в дренирующий слой на 1 , определяемого по формуле:

,, (9.2)

где q - осредненное (табличное) значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды [1, табл. 5.3];

- коэффициент «пик», учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков [1, табл. 5.4];

- коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги [1, табл. 5.4];

- коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона,;

- коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима,.

Рисунок 9.1 - Расчет толщины дренирующего слоя из песков мелких, средней крупности и крупнозернистых с коэффициентом фильтрации менее 10 м/сут.

Для двускатного поперечного профиля:

, (9.3)

где B - ширина проезжей части, м;

L - длина пути фильтрации, равная половине ширины дренирующего слоя,

.

1. По формуле (9.2):

.

2. По формуле (9.3):

3. По номограмме рис. 9.1 определяем

():

м.

4. Определяем полную толщину дренирующего слоя по формуле(9.1):

м = 25см.

При расчете на сдвигоустойчивость толщина дренирующего слоя получилась 58см > 24 см, следовательно, конструкция удовлетворяет условию по дренированию дорожной одежды.

Для односкатного поперечного профиля:

, (9.3)

где B - ширина проезжей части, м;

L - длина пути фильтрации, равная ширине дренирующего слоя,

.

1. По формуле (9.2):

.

2. По формуле (9.3):

3. По номограмме рис. 9.1 определяем

():

м.



4. Определяем полную толщину дренирующего слоя по формуле(9.1):

м = 93 см.

При расчете дренирующего слоя толщина его получилась равной 93см > 58см, следовательно, конструкция не удовлетворяет условию по дренированию дорожной одежды. Следовательно при устройстве односкатного профиля необходимо увеличивать дренирующий слой дорожной одежды на 35 см.



10. ПЕРЕРАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ ПО ДОПУСКАЕМОМУ УПРУГОМУ ПРОГИБУ МЕТОДОМ «СНИЗУ ВВЕРХ»

Поскольку толщины конструктивных слоев увеличились, делаем перерасчет по допускаемому упругому прогибу методом «снизу вверх». Расчет ведем послойно, начиная с подстилающего грунта.

Выполняем послойный расчет многослойной конструкции по номограмме [1, рис.3.1], с помощью которой определяем требуемые модули на поверхности каждого конструктивного слоя. При этом рассматривается двухслойное полупространство, загруженное с поверхности осесимметричной нагрузкой.

Номограмма связывает между собой следующие величины:

· отношение модулей упругости нижнего и верхнего слоев;

· относительную толщину верхнего слоя;

· отношение общего модуля упругости на поверхности двухслойной системы к модулю упругости верхнего слоя.



10.1 Перерасчет по допускаемому упругому прогибу капитального типа дорожной одежды

см

МПа см

МПа см

МПа см

МПа см

МПа см

МПа

Рисунок 10.1.1 - Расчетная схема общего расчетного модуля упругости

Данные для расчета сводим в табл.10.1.1

Таблица 10.1.1 - Данные для расчета толщины дополнительного слоя

№ п/п	Материал слоя и грунт	Толщина слоя h, см	Расчетные данные
			Е, МПа	D, см
1	Асфальтобетон плотный	4	3200	42
2	Асфальтобетон высокопористый	14	2000
3	Песок средней крупности, обработанный цементом М60	18	700
4	Щебеночно-песчаная смесь С7	40	240
5	Песок средней крупности	58	120
6	Суглинок тяжелый пылеватый	-	29

Последовательность расчета:



1.;

;

По номограмме

;

(МПа).

2) ;

;

По номограмме

;

(МПа).

3) ;

;

По номограмме

;

(МПа).

4) ;

;

По номограмме

;

(МПа).

4) ;

;

По номограмме

;

(МПа).

5) Требуемый модуль упругости определяем по формуле (5.2):

(МПа);



6) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу - 1,29[1, табл.3.1]

> 5%,

но конструкция является оптимальной из условий на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

10.2 Расчет по допускаемому упругому прогибу второго капитального типа дорожной одежды

см

МПа см

МПа см

МПа см

МПа см

МПа

Рисунок 10.2.1 - Расчетная схема общего расчетного модуля упругости

Данные для расчета сводим в табл.10.2.1

Таблица 10.2.1 - Данные для расчета толщины дополнительного слоя

№ п/п	Материал слоя и грунт	Толщина слоя h, см	Расчетные данные
			Е, МПа	D, см
1	Асфальтобетон плотный	4	3200	42
2	Асфальтобетон пористый	6	2000
3	Щебеночно-песчаная смесь С7, обработанная битумом БНД 60/90	20	450
4	Щебеночно-песчаная смесь С7	30	240
5	Песок средней крупности	-	120

Последовательность расчета:

1. ;

;

По номограмме

;

(МПа).

2.;

;

По номограмме



;

(МПа).

3.;

;

По номограмме

;

(МПа).

4.;

;

По номограмме

;

(МПа).

4) Требуемый модуль упругости определяем по формуле (5.2):

(МПа).

5) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу - 1,17[1, табл.3.1]

< 5%,условие соблюдается.

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.



11. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД ПО ПРОГРАММЕ «РАДОН»

«Радон»- пакет программ, предназначенных для автоматизированного конструирования и расчета дорожных одежд нежесткого типа.

В программе реализованы методики расчета и требования нормативных документов: для России -- ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд», ОДН 218.1.052-2002 «Оценка прочности нежестких дорожных одежд», ВСН 49-86, ВСН 197-91, для Украины -- ВБН В.2.3-218-008-97, ВСН 46-83 и для Беларуси -- Пособие 3.03.01-96 к СНиП 2.05.02-85.

Основные функции:

· Конструирование и расчет дорожной одежды на прочность по трем основным критериям: по допустимому упругому прогибу конструкции, по допускаемым напряжениям на сдвиг в слоях с пониженной сопротивляемостью сдвигу, на растяжение при изгибе монолитных слоев;

· Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость и проектирование морозозащитных и теплоизолирующих слоев;

· Определение расчетной влажности грунта рабочего слоя и назначение мероприятий по ее снижению;

· Расчет дренирующих слоев из дискретных материалов;

· Проектирование дорожных конструкций с армирующими и защитными прослойками из синтетических материалов;

· Конструирование дорожных одежд и расчет нежестких оснований с использованием сборных железобетонных плит в качестве покрытий;

· Расчет усиления существующих дорожных одежд с учетом степени износа и общего модуля упругости существующей конструкции;

· Расчет конструкций с использованием трещинопрерывающих прослоек.



11.1 Расчет конструкций первой дорожной одежды с капитальным типом покрытия

После ввода исходных данных в программу «РАДОН» нажимаем кнопку «расчет» и программа выдает результаты расчета. Расчет конструкций первой дорожной одежды с капитальным типом покрытия представлен в приложении А.

Рассчитанная конструкция первой дорожной одежды представлена в таблице 11.1.

I вариант (капитальный) тип дорожной одежды:

Таблица 11.1

№ п/п	Материал слоя и грунт	Толщина слоя h, см
1	Асфальтобетон плотный	4
2	Асфальтобетон высокопористый	14
3	Песок средней крупности, обработанный цементов М60	18
4	Щебеночно - песчанная смесь С7	40
5	Песок средней крупоности	63
6	Суглинок тяжелый пылеватый	-

Расчет коэффициентов запаса по результатам компьютерной программы «РАДОН» для первого варианта дорожной одежды:

по допускаемому упругому прогибу

по сдвигу в грунте земляного полотна и промежуточных слоях из слабосвязных материалов



по сопротивлению монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе

11.2 Расчет конструкций второй дорожной одежды с капитальным типом покрытия

После ввода исходных данных в программу «РАДОН» нажимаем кнопку «расчет» и программа выдает результаты расчета. Расчет конструкций второй дорожной одежды с капитальным типом покрытия представлен в приложении Б.

II вариант (облегчённый) тип дорожной одежды:

Таблица 11.2

№ п/п	Материал слоя и грунт	Толщина слоя h, см
1	Асфальтобетон плотный	4
2	Асфальтобетон пористый	14
3	Щебеночно - песчаная смесь, обработанная битумом БНД 60/90	20
4	Щебеночно-песчаная смесь С7	27
5	Песок средней крупности	-

Расчет коэффициентов запаса по результатам компьютерной программы «РАДОН» для первого варианта дорожной одежды:

по сдвигу в грунте земляного полотна и промежуточных слоях из слабосвязных материалов

по сопротивлению монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе



12 АНАЛИЗ РАСЧЕТОВ И ОКОНЧАТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

При расчете вариантов дорожной одежды с помощью программы «Радон» происходит изменение толщины варьируемого слоя, что связано с недостаточной точностью определения некоторых параметров при ручном расчете (например, по номограммам) и неточным соответствием характеристик материалов, используемых при ручном и автоматизированном расчете.

I вариант дорожной одежды капитального типа. Его толщина посчитанная в программе «Радон» составила больше чем при расчете в ручную на 5 см. В данном варианте потребуется устройство морозозащитного слоя его толщина составила 63см.

II вариант дорожной одежды капитального типа. Его толщина посчитанная в программе «Радон» уменьшилась на 3 см в отличии от варианта посчитанного вручную.

Оба варианта конструкции дорожной одежды удовлетворяют всем критериям прочности (упругий прогиб, сдвиг, растяжение при изгибе, дренирование, морозоустойчивость). Конструкции обладают значительным запасом прочности исходя из оптимальности величин слоев по проведенным расчетам. Конструкции дорожных одежд оформлены графически и представлены в приложении В.



Список литературы

1. МОДН 2-2001. Проектирование нежестких дорожных одежд -- М., 2002. - 155с. (Взамен ОДН 218.04-01 и ВСН 46-83).

2. СНиП 2,05.02-85 Строительные нормы и правила. Автомобильные дороги. М.:ЦИТП Госстроя СССР. 1986-56с.

3. Региональные нормы. Проектирование и строительство автомобильных дорог в нечернозёмной зоне РСФСР. М.: Союздорнии, 1988. -201с.

4. Бабков В.Ф., Андреев О. В. Проектирование автомобильных дорог. Учебник для вузов 2-е изд. перераб. и доп. М., Транспорт. 1987 ч.1 - 368с.

5. Невзорова Н. Г. Расчёт дорожных одежд нежесткого типа. Методические указания. Архангельск: АГТУ,2005 - 56с.

Размещено на Allbest.ru