5 РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ ПО ДОПУСКАЕМОМУ УПРУГОМУ ПРОГИБУ МЕТОДОМ «СВЕРХУ ВНИЗ»

Упругий прогиб самым непосредственным образом связан с предельным состоянием дорожных одежд. Чем больше прогиб, тем большие напряжения возникают во всех конструктивных слоях. При этом возрастает вероятность того, что растягивающие и сдвигающие напряжения могут превысить допустимые значения.

Допустимым прогибом принято считать такую его величину, выше которой появляются деформации (трещины), свидетельствующие о недостаточной прочности дорожной одежды, т.е. упругий прогиб - это показатель жесткости, характеризующий прочность.

Установлено, что нецелесообразно вычислять прогиб слоистого полупространства, а рациональнее заменить его однородным полупространством с таким модулем упругости, при котором вертикальная деформация на поверхности однородного полупространства будет равна вертикальной деформации на поверхности слоистого полупространства.

Конструкция дорожной одежды удовлетворяет требованиям прочности и надежности по критерию упругого прогиба при условии:

, (5.1)

где - общий расчетный модуль упругости конструкции, МПа;

- минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции с учетом капитальности дорожной одежды, МПа, определяемый по эмпирической формуле:

;(5.2)

- суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды, определяемое по формуле (1.5);

с - эмпирический параметр, принимаемый по [1, п. 3.25] в зависимости от расчетной нагрузки на ось (таблица 5.1);

- требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба, принимаемый по [1, табл. 3.1] в зависимости от требуемого уровня надежности К_Н(см. таблицу 2.1).

Таблица 5.1 - Параметры зависимости от расчетной нагрузки на ось

Расчет по допускаемому упругому прогибу (по требуемому модулю деформации) ведем в следующей последовательности:

1. Определяем требуемый минимальный общий модуль упругости конструкции по формуле (5.2).

По [1, п. 3.25] или табл. 5.1 для расчетной нагрузки на ось кН эмпирический коэффициент с = 3,05. В результате расчета имеем: для капитального типа ()

дорожная одежда асфальтобетонное покрытие

(МПа);

2. Сравниваем полученное значение с требуемым модулем упругости , указанным в [1, табл. 3.4].

При этом должно выполняться условие

.

Придля капитального типа дорожной одежды

МПа:

МПа.

За расчетный требуемый модуль упругости принимаем наибольший:

МПа.

В целях проектирования дорожных одежд наименьшей материалоемкости и обеспечения минимального запаса прочности расчет по допускаемому упругому прогибу выполняем методом «сверху вниз».

5.1 Расчет по допускаемому упругому прогибу первого капитального типа дорожной одежды

Определяем общий расчетный модуль упругости конструкции, исходя из условия (5.1) и расчетной схемы (см. рис.5.1.1):

(МПа).

см

МПа

МПа см

МПа см

МПа см

МПа см

МПа см

МПа

Рисунок 5.1.1 - Расчетная схема общего расчетного модуля упругости

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.

Расчет выполняем до определения толщины нижнего слоя дорожной одежды из щебеночно-песчаной смеси С7 и дополнительного слоя дорожной одежды из песка средней крупности.

Данные для расчета сводим в табл.5.1.1

Таблица 5.1.1 - Данные для расчета толщины нижнего слоя дополнительного слоя

Расчетные схемы приведены на рис.5.1.2.

а) D б) D

в) D г) D

д) D

Рисунок5.1.2 - Расчетные схемы

Последовательность расчета:

1. Определяем общий модуль упругости на поверхности асфальтобетона высокопористого (рис.2.5.1.2, а):

а.;

б.;

в.По номограмме ;

г. ; (МПа).

2.Определяем общий модуль упругости на поверхности песка средней крупоности обработанного цементом М60 (рис.2.5.1.2, б):

а.;

б.;

в.По номограмме ;

г.; (МПа).

3. Определяем общий модуль упругости на поверхности щебеночно - песчаной смеси С7 (рис.2.5.1.2, в):

а.;

б.;

в.По номограмме ;

г.; (МПа).

4. Определяем толщину дополнительного слоя основания по методу дренироввания:

м.

м.

5. Определяем общий модуль упругости на поверхности песка средней крупности (рис.2.5.1.2, д):

а.;

б.;

в.По номограмме ;

г.; (МПа).

6. Определяем толщину слоя щебеночно - песчаной смеси С7(рис.2.5.1.2, г):

а.;

б.;

в.По номограмме ;

г.см.

С учетом минимальной толщины нижнего слоя и дополнительного слоя дорожной одежды принимаем и

Результаты расчета сводим в табл.5.1.2

Таблица 5.1.2 - Общие модули упругости на поверхности слоев

5.2 Расчет по допускаемому упругому прогибу второго капитального типа дорожной одежды

Определяем общий расчетный модуль упругости конструкции, исходя из условия (5.1) (см. рис.5.2.1):

(МПа).

см

МПа

МПасм

МПасм

МПа см

МПа

МПа

Рисунок 5.2.1 - Расчетная схема общего расчетного модуля упругости

Выполняем послойный расчет многослойной конструкции по номограмме [1, рис.3.1] до определения толщины нижнего слоя основания дорожной одежды из щебеночно-песчаной смеси.

Данные для расчета сводим в табл.5.2.1

Таблица 5.2.1 - Данные для расчета толщины дополнительного слоя

Последовательность расчета:

1. Определяем общий модуль упругости на поверхности асфальтобетона пористого (рис.2.5.1.2, а):

а.;

б.;

в.По номограмме ;

г.; (МПа).

2. Определяем общий модуль упругости на поверхности щебеночно-песчаной смеси обработанной битумом БНД 60/90 (рис.2.5.1.2, б):

а.;

б.;

в.По номограмме ;

г.; (МПа).

3. Определяем общий модуль упругости на поверхности щебеночно-песчаной смесиС7(рис.2.5.1.2, в):

а. ;

б.;

в.По номограмме ;

г.; (МПа).

4. Определяем толщину слоя щебеночно-песчаной смеси(рис.2.5.1.2, г):

а.;

б.;

Линии по номограмме не пересекаются, поэтому увеличиваем толщину слоев

Пересчитываем конструкцию дорожной одежды снизу в вверх.

1. Определяем общий модуль упругости на поверхности щебеночно-песчаной смеси С7 (рис. 2.5.1.2, в):

а.;

б.

в) По номограмме ;

г.; (МПа).

2. Определяем общий модуль упругости на поверхности щебеночно-песчаной смеси обработанной битумом БНД 60/90 (рис.2.5.1.2, б):

а.;

б.;

в.По номограмме ;

г.; (МПа).

3. Определяем общий модуль упругости на поверхности асфальтобетона пористого (рис.2.5.1.2, а):

а.;

б.;

в.По номограмме ;

г.; (МПа).

4. Определяем общий модуль упругости на поверхности асфальтобетона плотного (рис.2.5.1.2, а):

а.;

б.;

в.По номограмме ;

г.; (МПа).

;

Условие соблюдается, поэтому принимаем

Результаты расчета сводим в табл.5.2.2

Таблица 5.2.2 - Данные для расчета толщины дополнительного слоя