2549

- форма вертикальных перемещений конструкции, её затухающий во времени характер совершенно не адекватны статической теории изгиба плит и многослойных сред.

92

86

Рис. 10.2. Деформации дорожной конструкции при воздействии двухосного автомобиля с нагрузкой на ось 100 кН (нагрузка группы А1) и при скорости движения V = 60 км/ч

93

Вертикальные колебания поверхности

Скорость колебаний поверхности

87

Ускорение колебаний поверхности

Рис. 10.3. Деформации дорожной конструкции взлетно-посадочной полосы аэродрома при воздействии самолета «БОИНГ 747-40» с нагрузкой на опору 463,4 кН с посадочной скоростью V = 260 км/ч

94

Общим гарантом устойчивости слоистой дорожной конструкции при выполнении условия (10.1) является конкретная толщина слоев конструкций, эквивалентная по способности изгибаться под нагрузкой одному из слоев (нижнему или верхнему). Это виртуальная величина, измеряемая в единицах толщины (см, м) и называемая эквивалентной толщиной слоистой конструкции.

Для двухслойной конструкции с толщиной первого слоя h1 и модулем упругости E1, лежащем на слое бесконечной толщины с модулем упругости Е0, эквивалентная толщина составит

Для конструкции из М числа слоев и с нижним бесконечным слоем

Для современных нагрузок на дороги I-III категорий (нагрузки группы А1-100 кН на ось) эквивалентная толщина конструкций нормирована на рис. 10.4 в результате многочисленных расчетов по программе DINWAY-2.

Назначение эквивалентной толщины из рис. 10.4 производится умножением на коэффициент ψ (табл. 10.3), учитывающий расчетную влажность и вид грунтов в основании дорожной конструкции.

Таблица 10.3

Значение коэффициента ψ

95

Эквивалентная толщина Нэ, см

Рис. 10.4. Эквивалентная толщина дорожных конструкций

Эквивалентная толщина из рис. 10.4 может быть представлена и как эквивалентная свойствам покрытий дорог. Для этого эквивалентная толщина конструкции с асфальтобетонными покрытиями и дискретными основаниями уменьшается в 4,95 раза, а с цементобетонными покрытиями и укрепленными цементом основаниями в 9 раз. При этом в формулах табл. 10.4 вместо модуля упругости грунтового основания Е0 используют модуль упругости покрытия Е1.

Таблица 10.4

Формулы для комбинаторного расчета толщины слоев конструкций на основе эквивалентной толщины

96

Расчет толщины каждого слоя многослойной конструкции при известной эквивалентной толщине Нэ производится по формулам табл. 10.4 путем последовательного придания толщинам других слоев постоянных значений. Это дает возможность рассчитать значительное количество равнопрочных вариантов конструкций. Количество вариантов многократно увеличивается при расширении набора применяемых материалов.

При этом возможны многочисленные комбинации соотношений толщин и свойств материалов дорожных конструкций и сам расчет становится комбинаторным.

Независимо от результатов расчета и для предварительного назначения толщин слоев конструкции она должна быть не менее:

-в покрытии верхний слойh1 изплотногоасфальтобетона–4÷6 см;

-в покрытии нижний слой h2 из пористого асфальтобетона –

6÷24 см;

97

-в основании слой h3 из дискретных материалов – 12÷36 см, из укрепленных грунтов и каменных материалов – 16÷32 см;

-подстилающий слой h4 из дренирующих материалов (пески и т.п.) – 20÷50 см.

Пример расчета

Рассчитать толщину щебеночного основания дороги II категории с покрытием из плотного асфальтового бетона типа Б (смесь I марки) для 3-х вариантов: толщиной 10, 14 и 18 см, песчаного подстилающего слоя из среднезернистого песка толщиной 30 см и при расчетной относительной влажности суглинка тяжелого в земляном полотне 0,8.

Решение. Толщина щебеночного основания определяется по формуле для четырехслойной системы из табл. 10.4:

При Е1 = 5000 МПа, Е0 = 47 МПа, Е3 = 600 МПа, Е2 = 120 МПа и для толщины асфальтобетонного покрытия в 10 см толщина щебеночного основания составит

В приведенном примере расчета толщины основания использовали один вид материала для устройства оснований дорог. В действительности таких материалов гораздо больше, что дает возможность создать значительное количество комбинаций различных материалов в конструкциях. Минимальное число таких комбинаций (или вариантов) равнопрочных дорожных конструкций с асфальтобетонным покрытием и с дискретными основаниями из

98

материалов норматива ОДН 218.46-01 – 44, а с монолитными основаниями – 36.

Очевидно, что чем больше вариантов равнопрочных конструкций будет рассмотрено при окончательном обосновании (техническом или экономическом), тем надежнее и рациональнее будет результат.

Таким образом, комбинаторный метод расчета толщины многослойных конструкций дорог и аэродромов многовариантен, основан на физической волновой теории динамического напряженнодеформированного состояния и достаточно прост для инженерного применения.

Конструирование

Конструирование слоистых дорожных конструкций проезжей части – это процесс последовательного наложения слоев конструкции друг на друга, начиная снизу вверх, при максимальном использовании ресурса слоев в части распределяющей способности, характеризуемой параметром затухания сжимающих напряжений по толщине слоя или конструкции в целом. При этом предварительное назначение толщины слоев покрытий, оснований и подстилающих слоев и их распределяющая способность должны обеспечить выполнение условия не превышения сжимающих напряжений на нижележащий слой грунта допускаемых его сопротивлений сжатию и возникновению сдвига. Конструирование сводится к назначению количества слоев M с учетом нижнего, их толщины Hi , параметров затухания напряжений i и вычислению напряжений сжатия на поверхность любого слоя:

слоя дорожной конструкции.

На поверхности слоистой дорожной конструкции напряжения сжатия равны удельному давлению от нагрузок q:

1 q.

Удельные давления от автотранспортных средств q составляют в РФ от 0,2 до 0,6 МПа, а на аэродромные покрытия до 2,2 МПа.

99

Наибольший эффект распределения напряжений по глубине конструкций возникает, когда отношение модулей упругости

Ei 1

Напряжения сжатия в нижнем слое М конструкции не должны превышать допустимое сопротивление сжатию:

Значения сопротивления сжатию связных грунтов и песков приведены в табл. 10.5. При конструировании слоистой дорожной конструкции на скальных, щебенистых, гравийных грунтах и их смесях с песками проверку устойчивости не производят.

Таблица 10.5

Значения сопротивления сжатию грунтов[R], МПа, при относительной расчетной влажности

глины

Примечание. Сопротивление сжатию [R] при суммарном числе приложений нагрузки до 106 раз уменьшается: для супеси в 3 раза, суглинков в 2,5 раза, песков в 2 раза.

Примеры конструирования

Пример 1. Назначить дорожную конструкцию дороги III технической категории под нагрузку АК-100 с удельным давлением на покрытие 0,6 МПа.

Назначим 5 слоев конструкции.

100

Покрытие асфальтобетонное 2-слойное, основание – щебеночное, подстилающий слой – песок, грунт земляного полотна – суглинок. Дорожно-климатическая зона – III, тип местности по характеру увлажнения – 3. Расчетная относительная влажность грунтов 0,7.

Значения модулей упругости приняты по ОДН 218.046-01. Расчет напряжений i послойно приведен в табл. 10.6, а сопротивление грунта сжатию [R] принято по табл. 10.7.

Hi 56см.

1

Из табл. 10.6 следует, что напряжения сжатия на грунт составляют 0,02 МПа, что меньше в 1,6 раза допустимого

сопротивления R =0,032 МПа.

Таким образом, для примера 1 условие конструирования (10.11) выполнено.

101