Расчет дорожной одежды

Исходные данные:

Регион – Тверская обл., II дорожно-климатическая зона

Суточная интенсивность автотранспорта – 6000 авт/сут

Прирост интенсивности – 4%

Состав автомобильного движения(%)–легковые–50, грузовые–40,автобусы–10

Состав грузового автом. движения грузоподъемностью тонн – 1-2т – 20%, 2-5т – 30%, 5-8т – 40%, свыше 8т – 10%

Состав автобусного движения – 100% автобусы большие

Тип местности по увлажнению – II

Грунт земляного полотна – суглинок легкий

Глубина промерзания – 1,5 м

Определение категории дороги

Определяется текущая интенсивность видов автомобильного движения:

N_{тек,легк,груз}=N_тек*n_{легк,груз,авт}/100;

N_{тек.легк.}= 6000·50/100=3000 авт/сут

N_{тек.груз}=6000·40/100=2400 авт/сут

N_{тек.авт.}=6000·10/100=600 авт/сут

Определяется текущая интенсивность грузового автотранспорта по грузоподъемности:

N_{тек.гр.m}=N_тек.гр*n_m/100;

N_{тек.авт.s}=N_{тек.авт}*n_s/100;

N_{тек.гр.1-2т}=2400 ·20/100=480 авт/сут

N_{тек.гр.2-5т}=2400 ·30/100=720 авт/сут

N_{тек.гр.5-8т}=2400 ·40/100=960 авт/сут

N_{тек.гр.св.8т}=2400 ·10/100=240 авт/сут

N_pасч=3000+(1,5*480+720*2+960*2,5+240*3)+600*2,5=9780 авт/сут

I категория дороги с дорожной одеждой капитального типа.

N_{пер.гр.1-2т}= 5057·20/100=1012 авт/сут

N_{пер.гр.2-5т}= 5057·30/100=1518 авт/сут

N_{пер.гр.5-8т}= 5057·40/100=2023 авт/сут

N_{пер.гр.св.8т}= 5057·10/100=506 авт/сут

Определение суммарного количества приложений нагрузки за срок службы дороги

Приведенная интенсивность движения автотранспорта на последний год до капитального ремонта автомобильной дороги определяется по формуле:

N_p=f_пол*( )

N_p=0,55·(1012·0,005+1518·0,2+2023·0,7+506·1,25+1265·0,7)=1784 ед/сутки

Суммарное количество приложений расчетной нагрузки за весь срок службы дороги до капитального ремонта определяется по формуле:

ед.

Моделирование слоёв дорожной одежды

Перечень основных параметров:

-Нормативная статическая нагрузка на ось – 10 тонн

-Расчетное давление колеса на покрытие Р=0,6 МПа

-Расчетный диаметр следа колеса Д=37 см

-N_р=1784 ед/сутки

- единиц транспорта

-Требуемый уровень надежности – К_н=0,95

-Требуемый коэффициент прочности; по упругому прогибу- К_пр.1=1,30; по сдвигу и растяжению - К_пр.2=1,00

Конструкция дорожной одежды включает:

1-й слой – асфальтобетон плотный на битуме БНД 60/90 – h₁=5 см

2-й слой - асфальтобетон пористый на битуме БНД 60/90 – h₂=8 см

3-й слой – черный щебень – h₃=18 см

4-й слой – щебень – h₄=25 см

5-й слой – песок – h₅=30 cм

6-й слой суглинок легкий

Определение модуля упругости грунта

Модуль упругости грунта определяется по типу грунта Е_гр=50 Мпа

Расчет дорожной одежды по критерию упругого прогиба

Конструкция дорожной одежды удовлетворяет требованиям надежности и прочности по критерию упругого прогиба, если

К_пр.1≤Е_общ/Е_тр

Определяется требуемый для нашей конструкции модуль упругости

Е_тр.1=98,65 [lg (∑*N_p)-c]

Е_тр.2 определяется по таблице П.15, по приведенной расчетной интенсивности с интерполяцией на конструкцию N_р=1891

Е_тр.1=98,65[ lg 2990940-3,55]=290 МПа

Составляется таблица модулей упругости материалов.

№ слоя	Материал	Е, МПа		Толщина слоя, см	Общий модуль упругости, МПа
		значение	источник
1	А/б плотный	Е1=3200	табл. П.16	7	Еобщ=448
2	А/б пористый	Е2=1400	табл. П.16	10	Еобщ1=350
3	Черный щебень	Е3=800	табл. П.17	12	Еобщ2=248
4	Щебень	Е4=450	табл. П.17	24	Еобщ3=175,5
5	Песок	Е5=120		40	Еобщ4=86,4
6	Супесь тяжелая	Егр=50	табл. П.12, П.13		Егр=50

Расчет общего модуля упругости дорожной одежды ведется послойно снизу-вверх.

Схема 1: песок

супесь пылеватая

Е_гр/Е₅=50/120=0,42

H₅/Д=30/37=0,81

По номограмме определяется:

Е_общ.4/Е₅=0,67 и Е_общ.4=0,67·Е₅=0,67·120=80,4 МПа

Схема 2: Щебень

Песок + грунт

Е_общ4./Е₄=86,4/350=0,25

H₄/Д=25/37=0,68

По номограмме определяется:

Е_общ.3/Е₄=0,47 и Е_общ.3=0,47·350=164,5 МПа

Схема 3: Черный щебень

щебень + песок + грунт

Е_общ.3/Е₃=164,5/600=0,27

h₃/Д=18/37=0,49

По номограмме определяется:

Е_общ.2/Е₃=0,43 и Е_общ.2=0,43·600=258 МПа

Схема 4: А/б пористый

черный щебень +щебень + песок + грунт

Е_общ.2/Е₂=258/2000=0,13

H₂/Д=8/37=0,22

По номограмме определяется:

Е_общ1/Е₂=0,18 и Е_общ=0,18·2000=360 МПа

Схема 5 А/б плотный

а/б пористый+черный щебень+щебень+песок+грунт

Е_общ1/Е₁=360/3200=0,11

Н₁/Д=5/37=0,14

По номограмме определяем

Е_общ/Е₁=0,13 Е_общ0,13*3200=416 Мпа

Проверка условия:

К­_пр.1=1,3<Е_общ/Е_тр.=416/290

1,3<1,43 По критерию упругого прогиба условие выполняется.

Расчет по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта

Определяется допускаемое напряжение сдвига

Т_доп=С_тр·К₁·К₂·К₃=0,009·0,6·0,698·1,5=0,0057 Мпа

С­_тр-табл. П.18=0,009

К₁=0,6; К₂=0,698 (табл. П.19); К₃=1,5 (табл. П.20)

Составляется таблица модулей упругости для расчета сдвигоустойчивости грунта, в котором модули упругости асфальтобетона выбираются из таблицы П.16 при температуре для II ДКЗ +20ºС.

№ слоя	Материал	Е, МПа		Толщина слоя, см		Угол внутреннего трения, (град)		Сцепление, МПа.
		значение	источник
1	А/б плотный	Е1=1800	табл.П.16		5
2	А/б пористый	Е2=1200	табл.П16		8
3	Черный щебень	Е3=600	табл.П.17		18
4	Щебень	Е4=350	табл.П.17		25
5	Песок	Е5=120			30
6	Суглинок легкий	Егр=50			______		φдин=7 φстат=21		0,009

Определение среднего модуля упругости всей дорожной одежды:

(22),

n – число слоев дорожной одежды

Е_i – модуль упругости i-того слоя

h_i – толщина i-того слоя

Определяется отношение:

, и

По номограмме используя вычисления отношения и угол внутреннего трения грунта в динамическом аспекте φ_дин=7º, находим: и =0,012·0,6=0,0072 МПа

По номограмме с использованием значения общей толщины дорожной одежды и значения угла внутреннего трения в статическом аспекте , находим: =-0,0025 МПа

Активное напряжение сдвига равно:

Т=0,0072-0,0025=0,0047

Определяется выполнение условия:

К_пр.2=1,0 Т_доп/Т=2,038

Расчет конструкций на растяжение при изгибе

Определяется средний модуль упругости монолитного слоя из асфальтобетона:

МПа

Определяется отношение среднего модуля упругости к общему модулю упругости на верхнем слое основания:

и с помощью номограммы определяем максимальное удельное растягивающее напряжение от единичной нагрузки: МПа

Данное растягивающее напряжение:

R_расч=К₁*Р*К_б

R_расч=0,755 МПа

К_у=

m,R₀,α – из табл. П.21

R₀=7,8

t=1,71 – из табл. П.22

К_нк – 0,8 из табл. П.23

V_R=0.1

R_доп=R₀*(1-t*V_R)*К_у*К_нк=7,8*(1-1,71*0,1)*0,159*0,8=0,823 МПа

Проверяется выполнение условия:

К^тр_пр.2.=1,0<R_доп/R_расч=1,09

Условие прочности на растяжение нижнего слоя асфальтобетона при изгибе выполняется.

Проверка величины дренирующего слоя.

Должно выполняться условие: h_др≥h_n

Предварительно определяется расчетное значение воды, поступающей за сутки:

q_p=q*K_n*K_r*K_вог*К_р/1000

q=1,5 таблю П.25

K_n=1,4 табл. П.26

K_r=1 табл. П.26

K_вог=0,25

К_р=1,547 табл. П.30

q_p=1,5*1,4*1*0,25 *1,547 /1000=0,000812 м³/м²

Полная допускаемая толщина дренирующего слоя определяется по формуле:

h_n=1/(1-φ_зим)*(q_p*T_зап/n+0,3*h_зап)

h_n=1/(1-0,4)*(0,000812*4/0,32+0,3*0,145)=21,53 см

φ_зим=0,4 табл. П. 24

Т_зап=4 дня для II ДКЗ

n=0,3

h_зап=0,145

Проверяется условие:

h_др>h_n=30см>21,53 см

Проверка дорожной одежды на морозное пучение

Толщина дорожной одежды должна быть не менее толщины, при которой происходит морозное пучение:

Н_д.о≥Н_м.п.

Н_д.о.=86 см

Н_м.п.=(Z-100f_доп/К_пуч)*

Z=155 глубина промерзания, см

f_доп= допускаемое зимнее пучение покрытия – 4 см

%

К_n=3,5

β=1,3 для II типа местности

α=50

γ =1,2 насыпь высотой 1,2-2,5 м

Определяется средневзвешенное значение коэффициента теплопроводности материалов дорожной одежды (λ_д.о.) и земляного полотна (λ_з.п.)

Вт/М*К

Вт/М*К

Определение минимально допустимой толщины дорожной одежды, соответствующая морозному пучению:

см

Проверяется условие:

86 см>38,32 см

Таким образом, толщина проектируемой дорожной одежды превышает допустимую толщину морозного пучения.