6816

12

где: q – коэффициент, зависящий от типа покрытия;

∑hi - сумма максимальных просветов под 3-х метровой рейкой.

13

Лекция № 4

Тема: Состояния покрытий и условия движения по ним.

Вопрос 1. Состояния покрытий, продолжительность действия.

Под воздействием метеорологических факторов, а также в зависимости от интенсивности движения, уровня содержания покрытие может находится в различном состоянии:

Сухое( чистое) – наблюдается при отсутствии на микроповерхности материала сплошной пленки воды, при относительной влажности воздуха до 90%.

Влажное ( чистое)– наблюдается при наличии на микроповерхности покрытия сплошной пленки связной воды и относительной влажности воздуха 90-100%.

Мокрое (чистое)– покрытие на микроповерхности которого присутствует слой свободной воды. Снежный накат – наличие на поверхности слоя снега, уплотненного колесами транспортных

средств.

Заснеженное – наличие на покрытие слоя рыхлого снега.

Гололедица – наличие на покрытии всех видов зимней скользкости независимо от природы образования.

В зависимости от качества содержания покрытия дополнительно к перечисленным состояниям покрытия следует добавить:

Сухое (грязное ) - наличие на покрытии слоя грунтовых наносов.

Мокрое, влажное ( грязное) – наличие на поверхности покрытия кроме пленки свободной (связной) воды слоя грунтовых наносов.

Метеорологические факторы ( определяющие то или иное состояние покрытия), характеризуются вероятностью появления ( повторяемостью), продолжительностью действия и продолжительностью последействия. Следовательно продолжительность того или иного состояния покры-

тия возможно определить по зависимости:

Т = Р x × (t 1 + t 2 )

где: Рх – вероятность появления метеорологического фактора, определяющего характерное состояние покрытия;

t1 – продолжительность действия метеорологического фактора, час;

t2 - продолжительность последействия, время с момента прекращения метеорологического фактора до прекращения или ликвидации его последствий на состояние покрытия, час.

Для практических целей продолжительность состояний поверхности следует определять по формуле:

Т i = λ iл × D л + λ iв.о × D в.о + λ iз × D з

где: λiз, λiв.о, λiз – коэффициенты длительности различных состояний покрытия, учитывающие влияние метеорологических факторов, интенсивности движения, технического уровня и уровня содержания;

Dл, Dв.о, Dз – продолжительность расчетного периода соответственно летнего, осенневесеннего, зимнего.

Коэффициенты длительности состояний следует назначать по табл.4.1 Таблица № 4.1 – Коэффициенты длительности расчетных состояний.

Примечания: 1. Большие значения λ для сухого покрытия ( соответственно меньшие для мокрого) в летний и осенне-весенний периоды принимают при наличии краевых укрепительных полос и укрепленных обочин.

2. Для зимнего периода, минимальные значения λ для характерного состояния принимают при 100% оснащенности организации спецтехникой по отношению к

15

При движении по мокрому шероховатому покрытию с увеличением скорости движения коэффициент сцепления снижается на меньшую величину, по сравнению с гладким ( рис.6).

0,6

0,4

0,2

Рис 6. Зависимость коэффициента сцепления от скорости движения.

Приведенные зависимости действуют для небольшой толщины слоя воды до 10 мм, при большей толщине избежать аквапланирования практически невозможно.

Коэффициент сопротивления качению увеличивается примерно на 5% на каждый миллиметр толщины слоя воды:

f = fo × (1+ 0.05× hв )

где: fo – коэффициент сопротивления качению сухого покрытия; hв – толщина слоя воды на покрытии.

2.2 Взаимодействие с заснеженным и оледеневшим покрытием.

При движении автомобиля по заснеженному покрытию на значения ƒ и φ оказывают влияние толщина слоя рыхлого снега, плотность, влажность и температура. Причем при одной и той же толщине значения ƒ и φ могут колебаться в широких пределах в зависимости от сочетания температуры, влажности и плотности снега.( рис.7).

Рис. 7. Зависимость коэффициентов сопротивления качению и сцепления от толщины слоя рыхлого снега на покрытии.

При движении автомобиля по покрытию на поверхности которого присутствует слой уплотненного снега (снежный накат ) значения ƒ и φ зависят от прочности снега, которая в свою очередь зависит от плотности и температуры ( рис.8.).

0,1 0,2 0,3 0,4 ƒ, φ

Рис. 8. Зависимость коэффициентов сопротивления качению и сцепления от прочности снежного наката.

16

Следует отметить ,что структура поверхности покрытия ( параметры шероховатости) на величины ƒ и φ влияния практически не оказывают, но при определенных соотношениях температуры и плотности снега, интенсивности, состава и скорости потока на шероховатых покрытиях ( при высоте выступов 1,5-2,0 мм) наблюдается процесс быстрого разрушения снежного слоя и происходит самоочистка.

Таким образом, шероховатые покрытия уменьшают продолжительность действия расчетного состояния, что оказывает благоприятное воздействие на условия движения.

17

Лекция № 5

Тема: Деформации и разрушения на автомобильных дорогах.

Вопрос 1.Сущность возникновения деформаций и разрушений.

1.1 Факторы, влияющие на возникновение деформаций и разрушений.

На работу дорожной конструкции оказывают влияние ряд факторов, которые по степени воздействия следует разделить на две группы: объективные и субъективные.

Факторы, вызывающие деформации и разрушения

1.2 Влияние субъективных факторов на работу дорожной конструкции.

Субъективные факторы, как правило, не оказывают непосредственного воздействия на дорожную конструкцию, а прогнозируют и обеспечивают условия ее работы, а так же управляют процессом развития деформаций и разрушений в течение заданного срока службы.

Прогноз условий работы дорожной конструкции в конкретных условиях осуществляется на стадии проектирования автомобильных дорог в результате учета и анализа объективных факторов. Здесь же назначаются необходимые инженерные решения, направленные на снижение негативного воздействия этих факторов на условия работы конструкции.

Прогнозируемые условия работы конструкции обеспечиваются на стадии строительства дороги. Особое внимание, на данном этапе, следует обращать на:

-качество дорожно-строительных материалов и полуфабрикатов ( соответствие требованиям ГОСТ);

-соблюдение технологии производства дорожно-строительных работ, а так же технологии приготовления полуфабрикатов и изделий;

-качество готовой продукции ( на стадии сдачи – приемки выполненных работ). Управление процессом развития деформаций и разрушений производится на стадии экс-

плуатации автомобильных дорог в процессе систематического наблюдения за условиями работы дорог, оперативного и качественного воздействия на состояние дорожной конструкции.

На правильно спроектированной, построенной и эксплуатируемой дороге не должно быть разрушений (кроме износа покрытия), но могут возникать в допустимых пределах деформации под влияние автомобильных нагрузок и природно-климатических факторов. Любые недостатки, допущенные на любой из отмеченных стадий, в конечном итоге приведут к проявлению разрушений дорожных конструкций.

1.3 Влияние объективных факторов на работу дорожной конструкции.

Воздействие объективных факторов на дорожную конструкцию, как правило, носит совместный характер, в результате чего происходит изменение ее размеров и формы.

1.3.1 Воздействие автомобильных нагрузок и условия возникновения деформаций и разру-

шений.

В зависимости от состояния покрытия, главным образом ровности, под действием автомобильной нагрузки, дорожная конструкция подвергается воздействию кратковременных статических и динамических усилий. В результате в слоях дорожной одежды и земляном полотне возни-

18

кают деформации, которые исчезают в течении определенного интервала времени ΔТ после снятия нагрузки.

Условия работы дорожной конструкции в процессе эксплуатации определяются характером нагружения, который в свою очередь зависит от интервала действия нагрузки ti. Необходимо выделить следующие случаи работы конструкции:

1)ti> ΔТ – материалы дорожной одежды успевают восстанавливать свою первоначальную структуру до приложения нагрузки, в результате наблюдаются только упругие деформации;

2)ti< ΔТ – материалы слоев дорожной одежды и земляного полотна не успевают восстанавливать свою структуру, в результате возникают усталостные явления, переходящие со временем в пластические деформации.

Размеры деформаций и возникающие в дорожной конструкции напряжения определяются прилагаемой нагрузкой, на величину которой большое влияние оказывает состав транспортного потока ( главным образом доля тяжелых автомобилей).

Для оценки разрушающего воздействия автомобильной нагрузки на дорожную конструкцию, транспортные средства различных марок приводят к расчетному, по средствам суммарного коэффициента приведения:

Qрасч – расчетная нагрузка на ось.

Воздействие нагрузки от подвижного состава, в местах её концентрации (полосы наката), приводит к возникновению деформации дорожной конструкции ( упругий прогиб ) и возникновению напряжений сжатия, растяжения, изгиба и сдвига (рис. 9 ).

1

Рис. 9. Схема образования напряженно-деформированного состояния дорожной конструкции под воздействием автомобильной нагрузки. 1- нагрузка на дорожную конструкцию; 2 – деформация дорожной конструкции ( упругий прогиб ); 3 – дорожная одежда; 4 – земляное полотно; 5 – чаша прогиба; 6 –

зона растяжения и образования трещин; 7 – зона выдавливания грунта; 8 – зона сжатия грунта.

Напряженно-деформированное состояние дорожной конструкции зависит от конструктивных особенностей, структуры и свойств материалов, а также от условий его работы в конструкции. Для возведения земляного полотна и устройства дорожной одежды применяются различные материалы, имеющие структуру контактного, коагуляционного и кристаллизационного типов.

-структура контактного типа характерна для слоев устраиваемых из материалов не обладающих связностью и практически не проявляющих вязких свойств ( щебень, гравий, песок и т.д.);

-структура коагуляционного типа наблюдается у материалов, отличающихся повышенной вязкостью и под действием нагрузки проявляющим как упругие, так и вязкие свойства ( материалы укрепленные органическим вяжущим, битумоминеральные и асфальтобетонные смеси);

-структура кристаллизационного типа характерна для материалов, обладающих повышенной жесткостью и прочностью, а так же проявляющими четко выраженные упругие свойства ( материалы и грунты укрепленные неорганическим вяжущим, различным видам бетонов и т.д.).

19

Учитывая, что в дорожной конструкции одновременно могут присутствовать материалы с различной структурой, то ее работа при многократном нагружении без накопления пластических деформаций возможна при условии, когда ни водном из конструктивных элементов не проявятся необратимые деформации.

В соответствии с изложенным, применительно к существующим методам расчета прочности, для оценки работы дорожной конструкции приняты следующие критерии предельного состояния:

- относительный упругий прогиб Еобщ ≤ Кпр × Етр ;

-условие достижения местного предельного равновесия по сдвигу в подстилающем грунте или в слабосвязном материале одного из слоев одежды

Т≤ Тдоп × Кпр

-растягивающее напряжение при изгибе в монолитных слоях одежды

σ r ≤ R и К пр

где: σr – наибольшее растягивающее напряжение в данном слое из монолитных матералов, Мпа;

Tобщ – общий модуль упругости дорожной одежды, Мпа;

Етр – требуемый модуль упругости на данный срок работы конструкции, Мпа; Т – активное напряжение сдвига, Мпа;

Тдоп – допустимое напряжение сдвига, обусловленное сцеплением в грунте или материале, Мпа;

Rи – предельно допустимое растягивающее напряжение материала с учетом усталостных явлений, Мпа;

Кпр – коэффициент прочности.

В том случае, когда хотя бы одно из перечисленных условий не выполняется допускаемые в процессе работы деформации начинают быстро прогрессировать и в конечном итоге переходят в повсеместные разрушения.

Фактические напряжения возникающие в конструкции от воздействия транспортных средств вычисляют исходя из деформации, которую определяют в ходе инструментального обследования, при этом многослойные дорожные конструкции приводят к двухслойным.