§ XVI 1.5. Расчет жестких дорожных одежд на температурные напряжения

Температурные напряжения возникают в жестких дорожных одеж­дах от сопротивления трения плиты о грунт при изменении ее длины в результате нагревания или охлаждения, а также и от того, что при неравномерном нагревании по толщине плнты не могут свободно ко-

35

1робиться из-за взаимной заклинки и противодействия их собственного веса.

Конструктивные мероприятия по уменьшению температурных на­пряжений сводятся к ограничению размеров плит до величин, при ко­торых эти напряжения невелики, и к снижению трения плит по осно­ванию.

При укладке бетонной смеси в результате энергичного уплотне­ния отдельные щебенки вдавливаются в основание, и нижняя поверх­ность бетонной одежды получается шероховатой. При температурном сжатии или расширении плиты можно считать, что центр ее остается на месте, а края перемещаются. Величина деформации постепенно на­растает от середины плиты к краям. Для возможности перемещения плите необходимо преодолеть сопротивление грунта по поверхности контакта плиты с грунтом.

Сопротивление грунта зависит от величины деформации "сдвига и возрастает до некоторого предела по параболическому закону (рис. ХУП.б).

Можно принять, что по концам плиты сопротивление грунта сдвигу достигает предельного возможного значения

«та*=Р*1?Ф + с, (XVII. 17)

где р — давление плиты на грунт, равное Ну; V — плотность плиты, кг/см⁸; Н — толщина плиты, см; ф — угол внутреннего трения; с — сцепление грунта, кгс/см²

Поскольку наибольшие напряжения в бетоне возникают в периоды сильного нагревания или охлаждения плит покрытия, значения с относятся к плотному маловлажному или мерзлому состоянию грунта.

По свойствам параболы средняя величина сопротивления по пло­щади соприкасания с грунтом будет:

5_0р » 0,75_тах = 0,7 (Ну (в _Ф + с). (XVII. 18)

Суммарное сопротивление грунта сдвигу плиты

5 = 5_ср ВЬ =0,7ВЬ (Ну Ф + с). (XVII. 19)

Рис. ХУП.б. Схема к определению длины плиты: а — возникновение сил трения по подошве плиты; б — эпюра сопротивления грунта сдвигу* по длине плиты; в — изменение сопротивления сдвигу по мере деформации

Поскольку это сопротивление приложено к нижней поверхности плиты, оно вызывает в поперечных сечениях плиты напряжения вне- центренного сжатия

Учитывая, что расстояние от точки приложения силы до оси Я

плиты е = —, получаем, что наи­большее значение растягивающего напряжения составляет:

°=-Ц. (XVII.21)

откуда

= — (XVII. 22)

1,4 (Ну +с)

Величины сопротивления сдвигу неоднократно определялись ря­дом исследователей. Значения с и ф для разных типов основа­ний по данным опытов проф. Б. С, Раева-Богословского приве­дены в табл. ХУ.8.

Неравномерное распределение температуры по толщине бетонной плиты возникает при нагреве ее поверхности солнечными лучами и при охлаждении ночью. Разница температур верхней и нижней по­верхностей плиты может достигать 20—30°. Более нагретая поверхность испытывает большее удлинение, в результате чего плита коробится, об­разуя криволинейную поверхность. При нагревании верхней поверх­ности плита стремится выпучиться средней частью вверх, а при охлаждении образует вогнутую поверхность с приподнятыми краями.

Поскольку свободному короблению препятствуют собственный вес плит и их взаимная заклинка, из-за расширения при нагревании и замыкания швов при изгибе, а также наличия соединительных штырей в плитах возникают дополнительные температурные на­пряжения.

Рис. ХУП.7. Значение коэффициентов С* и Су для определения температур­ных напряжений в плитах при невоз­можности коробления

По Уэстергарду температурные напряжения, возникающие в пли­тах бетонных покрытий в результате противодействия их короблению, составляют:

- СЕр а&!

на краю плиты:

(ХУИ.23) 353в середине плиты

о - ^Е*^аА1 _(С+С)

(С^ + р-С^);

(XVII.24)

' тах 2 (1 —ц²)

"

В этих формулах: а — коэффициент линейного распределения бетона; Е_в и ц — модуль упругости и коэффициент Пуассона бетона; С_х и С_у — па­раметры, зависящие от размеров плиты в плане и характеристики ее же­сткости .

Значения С_х и С_у даны на рис. XVII.7 в долях отношений и -г, где

и Ь_у — характеристика жесткости плиты (радиус относительной жесткости), который определяется по формуле

А1 = ря — расчетный перепад температуры, град; Я — толщина плиты, см; Р — температурный градиент, град/см, который можно принять равным для средней полосы европейской части СССР 0,5, для южных районов страны — I.

Расчеты по формуле Уэстергарда показывают, что температурные напряжения необходимо учитывать при размерах бетонных плит в плане более 4X4 м.

Плиты со стороной более 10 м могут разрушаться от действия одних температурных напряжений даже при отсутствии временной нагрузки.

В правильно запроектированной плите сумма напряжений от внешней нагрузки и температуры не должна превышать нормативной прочности бетона на растяжение при изгибе.

Методика Уэстергарда является наиболее простой, обеспечиваю­щей достаточную точность для практических целей. Более точные, но сложные методы расчета плит на температурные напряжения раз­работаны рядом авторов — Томлинсоном в Англии, Л. И. Горецким и В. А. Черниговым в СССР.

Следует отметить, что в последнее время появилась тенденция не вести специального расчета на температурные напряжения, а учиты­вать их влияние комплексно в величине коэффициента условий работы цементобетона в дорожных покрытиях.

Однако в условиях резко различающихся климатических райо­нов Советского Союза это не всегда может гарантировать полную надежность расчетов

.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Г о р е ц к и й Л. И. Теория и расчет цементобетонных покрытий иа температурные воздействия. М., «Транспорт», 1965. 284 о.

Реконструкция бетонных покрытий аэропортов. М., «Транспорт», 1965. 222 с Авт.: Г. И. Глушков, Л. И. Манвелов, А. В. Михайлов, Б. С. Раев-Богос- ловский

Сборные покрытия автомобильных дорог. Под ред. В. М. Могилевича. М., «Высшая школа», 1972. 384 с.

Чернигов В А, ПавловО В. Методика определения влияния и повторяемости температурных напряжений в бетонных покрытиях.— «Труды Союздорнии», 1969, вып. 28, с. 18—25.ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

А

«Автогрейд» 301 Автомобили: габариты, нагрузки 14, 15 движение по криволинейному про­дольному профилю 50—52 — на спусках 56—58 преодолеваемые уклоны 47—50 расчетные 15, 319, 325 сопротивление движению 35—39 тяговые расчеты 40—43. См. также Динамические характеристики Автопоезда: движение на кривых 78 преодоление подъемов 97 тяговые расчеты 58—60 Аквапланирование 45 Аккумуляция ливневых вод 168—172 Активная зона 283

Активное напряжение сдвига 328, 330 Б

Банкет 34

Бассейн — см. Водосбор — испарительный Бермы 291 Бетон:

марки для покрытий и оснований

306, 343 модули упругости 344 Бетонные покрытия 300, 301. См. так­же Жесткие дорожные одежды Бровка земляного полотна 29. См, также Возвышение бровкн

В

Видимость на дороге: боковая 86

из условия обгона 83—85 на вогнутых кривых 93, 94 — кривых в плане 86—89 Вираж 79—83 Влагоемкость 127, 129, 335 Влажность грунта оптимальная 276

расчетная 315

Внешняя скоростная характеристика 41, 54

Водно-тепловой режим земляного по­лотна 121—123, 136, 137, 315 Водоотвод поверхностный 139

• подземный — см. Дренаж Водосбор 142, 149, 156 Возвышение бровки 136—138, 173,

174, 209

• низа дорожной одежды 138, 204 ' Воздушная линия 22, 178, 179, 188,

189

Время реакции водителя 54, 55 Вспучивание — см. Пучение Выемка 24, 29, 32, 33 141. См. также Земляное полотно

• объем 213, 214

• откосы 32

• поперечные профили 33

Г

Геологические условия проложения

трассы 116—118 Глубина промерзания 125, 127, 129, 314, 335

критическая 127, 129, 334

Городские дороги 200—202 График распределения земляных масс

217—219 Грузонапряженность 18 Грунтовые воды — см. Уровень гру­нтовых вод Грунтовые дороги 305, 313 Грунты: виды 271—273

земляного полотна (подстилающие) 299

напластования 270, 271 размещение в земляном полотне

273, 274 расчетное состояние 269, 270 слабые 278

сопротивление сдвигу 280, 281 Д

Дальность возки грунта, средняя 218 Динамические характеристики: по мощности двигателя 42, 43, 47, 51

— условиям сцепления 46, 47 Динамический фактор 42, 48, 49, 52 Дорожная полоса — см. Полоса отво­да

Дорожные одежды: деформации — см. Прогиб жесткие 309, 342. См также Жест­кие дорожные одежды конструктивные слои 298, 299, 307) конструирование 309—312 материалы 311, 312, 316, 317 напряжения 297, 298 нежесткие 308. См. также Нежест­кие дорожные одежды расчет 309—312 Дренаж 147 •— вертикальный 288

• висячий 152, 153

• перехватывающий (экранирую­щий) 151

Дренажная воронка 147, 148 •— прорезь 288

• труба 148, 151

Дренирующий слой 147, 148, 333—338

Жесткие дорожные одежды — см. также Бетонные покрытия: методы расчета 342 на укрепленных основаниях 349, 350 расчет толщины 344—349 ' температурные напряжения 351 усиление 350—351 Жесткость плиты 344, 345, 350, 353 — цилиндрическая 327

3

Загрузка дорог движением 110,111 Защита от шума 226—229 Земляное полотно: деформации 266,267 индивидуальные проекты 257 прочность 266 степень уплотнения 275

• минимальная 276

типовые поперечные профили 31—33 257, см. также Профиль дороги поперечный увлажнение 120—123 устойчивость 266 См. также Устой чивость земляного полотна

И

Износ шин 62. 63, 68 Интенсивность движения 15, 16. 19

в период пик 17

• максимальная 109

перспективная 20

при выборе типа покрытия 306

среднегодовая суточная 17

среднечасовая 17

эквивалентная приведенная 18

Интенсивность ливня 158, 159

К

Кавальеры 29, 33, 34 Канавы боковые (кюветы) 29,32,141, 142—144,211,212

• гидравлический расчет 149

• забанкетные 34

• иагорные 143, 144

укрепление 144, 145, 149, 160

&Канализирование движения 244, 245 Категории дорог, 19, 20, 305, 308, 325 — рельефа 115—117 Классификация дорог: по административному подчинению 12, 18

• народнохозяйственному значению и интенсивности движения 19 См. также Категории дорог

• снегозаносимости 191 Климатический параметр 126 Климатические характеристики 118—

120, 122 Клотоида 74—76., 234—237 Кожно-гальваническая реакция (КГР) 223, 224 Консолидация 287, 288 Конфликтные точки 244 245 Коэффициент: безопасности 224

влагопроводимости 127—129. 335 заложения откоса 29, 30 интенсивности торможения 53,55 поперечной силы 65—68, 69

допустимый 70

на съездах 258

пористости 274, 285 приведения 15, 16, 325 Пуассона 324, 327

пучения 125, 333, 334. См. также

Пучение развития трассы 21, 22 редукции 157 сопротивления воздуха 38

• качению (движению) 36, 37, 48, 53, 55, 313

• уводу колеса 68 стока 157 сцепления 43, €6

• поперечного 44

• продольного 44—46, 48 теплопроводности 333 уплотнения 276

устойчивости земляного полотна 268

— на косогоре 278

• откоса 291, 292, 294, 295

учета вращающихся масс автомо­биля 39, 49, 50, 53 эффективности торможения 53, 55 358

Кривые: вертикальные 24, 50, 51, 91, 232

• вогнутые 52, 93, 94

• выпуклые 52, 92, 93, 94 круговые в плане (горизонтальные!

,22. 64, 230—232, 234—237. См. также Радиус кривой в плане переходные 21, 72—77 См. также Клотоида. Тормозная кривая

Л

Ландшафт горный 241

• лесостепной 240

• степной 239

• холмистый 241 Ландшафтное проектирование:

земляного полотна 242, 243 проложение трассы 238—242

М

Модуль деформации грунтов 325, 326 Модуль упрогости: бетона 344, 350, 353 грунтов 313—317, 339, 340, 355 материалов дорожной одежды 316,

317, 339, 340 покрытий 325 требуемый 324, 325 эквивалентный 322, 323 326, 327, 331, 350

Морозозащитный слой 333, 335 Мосты: большие 194, 195, 211

• на кривых 195 малые 154, 155, 193

• обеспечение плавности трассы 210

• продольный уклон 209

• расчет бровки насыпн 174 • высоты 173

отверстия 172, 173, 174

• учет аккумуляции 168—172

Н

Нагрузки на дорогу 14. 17

• расчетные для дорожных одежд 318, 319, 320, 325

Напряжения в дорожной одежде 298, 328

• касательные 298, 328

• растягивающие 331, 332

• сдвига 328, 330. См. также Актив­ное напряжение сдвига. Сопротив­ление сдвигу

Насыпи 24. См. также Земляное по­лотно

• возвышение бровки 136—138

• на слабых основаниях 278—283, 287

• объем 212, 213

• осадка 283—289

• откосы 29, 30, 289—297 —"пойменные 296, 297

• поперечный профиль 29, 31, 291

• степень уплотнения 276 Нежесткие дорожные одежды:

деформации 319, 320. См. также Прогиб

• при промерзании 332—335 методы расчета, применяемые за

рубежом 341, 342 нагрузки от автомобилей 317—319 расчет толщины на растягивающие напряжения 331, 332

сопротивление сдвигу 328—

330

по методу ХАДИ 338—340

— предельному допустимому

прогибу 321—328

О

Обочины 29, 82, 98, 140. 141 Ориентирование водителей зрительное 233, 234

Осадка насыпей 274, 283—289 Освещенность дорог фарами 71, 72 Основание дорожной одежды 298 299

• песчаное 337, 338. См. также Дре­нирующий слой

Островки направляющие 244—247 Отгон виража 82, 83 См. также Ви­раж

Откосы выемок 32

• канав 141

• насыпей 29, 30 к:

• устойчивость. — см. Устойчивость откосов

Отметка нулевая 24

• рабочая 24, 207, 210 Охрана природы 9, 10, 225—229

П

Перепады 145

Пересечения в одном уровне: канализированные 244 247 кольцевые 247—249 несимметричные 247 условия движения 243, 244 Пересечения в разных уровнях: выбор схемы 251, 256, 258, 261 клеверный лист 252, 253, 262

неполный 255

линейного типа 253 по типу ромба 254 распределительное кольцо 252—254 с левоповоротными съездами 260— 262

турбинного типа 263 требования к элементам 258, 259 Пересечения с железными дорогами 264, 265

Перспективное изображение дороги

232, 233 Пикетаж 27, 237 План трассы 21, 22

Поверхность скольжения 293, 294. См.

также Устойчивость откосов Показатель устойчивости земляного полотна, нормативный 268, 269. См. также Коэффициент устойчивости Полоса движения: дополнительная на подъем 97, 98 загрузка движением 111 пропускная способность 109—111 число полос 111, 112

на кольцевом пересечении 249

ширина 95—97 Полоса отвода 28, 98—100

• переходно-скоростная 245, 250, 251

• разделительная 28

• укрепительная (краевая) 29, 98 Покрытия 28, 298

• асфальтобетонные 300, 306, 312

гравийные 304, 306, 312, 31

3из укрепленных грунтов 304, 306,

312

— щебня, гравия, обработанных

органическими вяжущими 302, 303

• мостовые 304, 313

• переходно-скоростных полос 251

• типы 299, 300 , 305, 307

• толщина минимальная 312

• цементобетонные — см. Бетонные покрытия

• эксплуатационные показатели 313 Приток воды суточный 336

Прогиб дорожной одежды 314, 320— 322

предельно допустимый 324

Проезжая часть 28, 94—98, 249 Проектирование продольного про­филя:

вертикальными кривыми 205 над трубами 209, 210 назначение контрольных точек 208 по обертывающей 203

• секущей 203, 204 у мостов 209—211

Проектная линия 27, 203. См. также Проектирование продольного про­филя

Проложеиие трассы — см. также Трасса дороги:

в населенных пунктах 199—201

• увязке с ландшафтом — см. Лан­дшафтное проектирование

по склонам 195—199

• клотоиде — см. Трасса клотоид- па я

с учетом снегозаносимости 190—193

требований охраны природы

225

через водотоки 193—195 Промерзание грунта 124, 125, 128, 332.

См. также Глубина промерзания Пропускная способность: кольцевых пересечений 249 полосы движения 106, 109—111 практическая 106, 110 теоретическая 106, 108 Прослойки водонепроницаемые 138, 139

• капилляропрерывающие 138

Профиль грунтовый 27 Профиль дороги: поперечный 28, 29,215 —- в выемках 32, 33

насыпях 29—31, 291

продольный 23—27. См. также Про­ектирование продольного профи­ля

Путепроводы 258 Пучение 124, 332

• весеннее 124

• высота 129,333

допустимая 332—335

• коэффициент — см. Коэффициент пучения

Р

Радиус кривой: вертикальной 92—94 в плане 70

на съездах 259

из условий освещенности 71,

72

Развитие линии на склонах 195—199 Разметка проезжей части 98 Размывы русел 174—177 Резервы грунтовые 29, 31, 32, 99,

142—144 Рельеф местности: влияние на дорогу 115—117 категории сложности 117

С

Сеть дорог 12, 13

выбор начертания 179—186

Себестоимость перевозок: автомобильная составляющая 312, 313

дорожная составляющая 312 Скорость максимально возможная 109

• на криволинейном продольном профиле 52

• равновесная 49, 50

• расчетная 20, 220

• на съездах 259

• транспортного потока 109 Снеговые отложения 30, 191

Снегозаносимость дорог 29—31 учет при назначении возвыше­ния бровки 137

при проложении трассы

190—193

Сопротивление грунта сдвигу 280, 281, 335

Срезка видимости — см. Видимость на

кривых в плане Сопротивления движению автомо­биля:

воздуха 37. См. также Коэффици- . ент сопротивления воздуха движению на подъем 38, 39, 50 инерционных сил 39, 40. См. также Коэффициент вращающихся масс автомобиля качению 35, 36, 37. См. также Ко­эффициент сопротивления каче­нию

Сопротивление растяжению при изги­бе 316, 317 Старение материалов — см. Усталость Сток ливневый 142, 149, 156—160

• талых вод 142, 161—165 Сцепление грунта 281, 282, 290, 291,

296. 316. 317, 328

• шин с покрытием 45. См. также Коэффициент сцепления

Т

Типы местности по характеру увлаж­нения 135, 315, 335—336 Торможение автомобиля 53—56

двигателем 57, 58

Тормозная кривая 74

• характеристика 57 Тормозной путь 55

расчетный 56

.Транспортный поток:

плотность 104 режимы 100—104 состав 15, 18, 89 теории 106 „Трасса:

выбор направления 178, 184, 187,

188, 225 клотоидная 234—237, 239 проложение на местности 188—190.

См. также Проложение трассы пространственная плавность 229— 233, 235 Трубы 154—156. 193

• отметка насыпи 173

• пропускная способность 166—168

• режимы протекания 165—168

• учет аккумуляции 168—172 "Тяговый баланс автомобиля — см.

Уравнение движения автомобиля

У

Увод колеса, боковой 68, 69 Угол внутреннего трения 281, 282, 290, 291, 316, 328

• поворота трассы 22, 230, 231

• сдвига 290

Удельный расход топлива 61, 62 Уклон поперечный 139, 140

• — виража 79—82

• продольный 24, 47—50, 53, 55, 89 виража 83

канав 143—145

максимальный 90, 91

обочин 82, 140

Укрепление канав 144, 145, 149, 150

• русел 174—176 Уравнение водного баланса 121

• движения автомобиля 41. 42, 46, 53, 61

Уровень грунтовых вод 120, 121, 129 Уровни удобства 101, 102 Усталость материалов 323 Устойчивость автомобиля против за­носа 65, 79

опрокидывания 66, 67

Устойчивость земляного полотна: на косогорах 277—278 на слабых основаниях 278—283 требования к устойчивости 268—270 Устойчивость откосов 289—297

Ф

Феллениус, кривая 294 Ц

Центр кривой скольжения 293, 29

4ш

Шаблоны для нанесения клотоидной грассы 237

проектирования продольного

профиля 205, 206 Швы в бетонных покрытиях 300, 301 Шум — см. Защита от шума

Э

построение перспективного изобра­жения 233 проектирование продольного про­филя 208 трассирование дороги 238 Эквивалентный слой грунта 268 Экономическая характеристика двига­теля 60. См. также Удельны! рас­ход топлив

а

ЭВМ:

определение коэффициента устойчи­вости 29