Расчет конструкции дорожной одежды

дипломная работа

6. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ ПО СДВИГУ В ГРУНТЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И ПРОМЕЖУТОЧНЫХ СЛОЯХ ИЗ СЛАБОСВЯЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Сдвиг - это основная форма нарушения сплошности грунтов и несвязных материалов.

Дорожную одежду проектируют из расчета, чтобы под действием кратковременных или длительных нагрузок в грунте земляного полотна (подстилающем грунте) или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации формоизменения, вызванные пластическими смещениями.

Недопустимые деформации сдвига в грунте земляного полотна и малосвязных (песчаных) слоях не будут накапливаться, если выполняется условие:

, (6.1)

где - требуемое минимальное значение коэффициента прочности дорожной одежды по критерию сдвига с учетом заданного уровня надежности [1, табл.3.1] (см. табл.2.1);

Т - расчетное (фактическое) активное напряжение сдвига (часть сдвигающего напряжения, непогашенная внутренним трением) в расчетной (наиболее опасной) точке конструкции от действующей кратковременной нагрузки, МПа;

- предельная величина активного напряжения сдвига (в той же точке), превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг, МПа.

Действующие в грунте или песчаном слое активные напряжения сдвига определяются по формуле, МПа:

, (6.2)

где р - расчетное давление от колеса на покрытие, МПа [1, прил.1, табл.П.1.1] (см. табл.1.3.1);

- активное напряжение сдвига от временной единичной нагрузки, МПа, определяемое с помощью номограммы [1, рис.3.2 или 3.3].

Примечание: При пользовании номограммой для определения величину принимают для случая воздействия динамической нагрузки (с учетом числа приложений) [1, прил.2, табл.П.2.4 и П.2.6].

Предельное активное напряжение сдвига в грунте рабочего слоя (или в песчаном материале промежуточного слоя) определяется по формуле, МПа:

, (6.3)

где - сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), МПа, принимаемое с учетом повторности нагрузки [1, прил.2, табл.4 или 6];

- коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания.

- средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, МН/м;

,(6.4)

- глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, м;

- расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки (), град. [1, прил.2, табл.4 или 6];

n -число конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя;

- толщина i-го слоя, м;

- удельный вес i-го слоя, МН/м; определяется по формуле:

, (6.5)

- плотностьi-го слоя, кг/м [1, прил.5, табл.П.5.1];

g - ускорение свободного падения, м/с; м/с.

При устройстве нижнего слоя несущего основания из укрепленных материалов, а также при укладке на границе «несущее основание - песчаный слой или песчаный грунт» разделяющей геотекстильной прослойки, следует принимать значения , указанные в табл.6.1.

Таблица 6.1 - Коэффициент

Крупность песка, используемого в песчаном слое

Крупный песок

4,5

Средней крупности

4,0

Мелкий

3,0

Примечание: При устройстве нижнего слоя несущего основания из неукрепленных материалов и без укладки разделительной прослойки следует принимать . В подстилающих глинистых грунтах земляного полотна .

При практических расчетах многослойную дорожную конструкцию приводят к двухслойной расчетной модели:

1. При расчете дорожной одежды на прочность по сдвигоустойчивости грунта земляного полотна в качестве нижнего слоя модели принимают грунт (с его характеристиками, , ), а в качестве верхнего - всю дорожную одежду.

Толщину верхнего слоя принимают равной сумме толщин слоев дорожной одежды:

. (6.6)

Модуль упругости верхнего слоя модели определяют как средневзвешенный по формуле:

, (6.7)

где n - число слоев дорожной одежды;

- модуль упругости i-го слоя, МПа;

- толщина i-го слоя, см.

Рисунок 6.1 - Модель расчета.

2. При расчете дорожной одежды по условию сдвигоустойчивости в песчаном слое основания в качестве нижнего слоя модели принимают песчаный слой (с его характеристиками , ), а в качестве верхнего - слои, лежащие над песчаным.

Модуль упругости нижнего слоя принимают равным общему модулю упругости на поверхности песчаного слоя, определяемому в расчете по допускаемому упругому методом «сверху вниз».

Толщину верхнего слоя модели принимают равной общей толщине слоев, лежащих над песчаным, а модуль упругости верхнего слоя определяют как средневзвешенное значение для этих слоев по формуле (6.7).

6.1 Расчет на сдвигоустойчивость первого капитального типа дорожной одежды

Данные для расчета сводим в табл.6.1.1.

Таблица 6.1.1 - Расчетные данные

№ п/п

Материал слоя и грунт

Толщина слоя h, см

Модуль упругостиЕ, МПа

1

Асфальтобетон плотный

4

1800

2

Асфальтобетон высокопористый

14

1200

3

Песок средней крупности, обработанный цементом М60

15

700

4

Щебеночно - песчаная смесь С7

24

240

5

Песок средней крупности

26

120

при ?, МПа

6

Суглинок тяжелый пылеватый

-

29

при ?, МПа

Расчетная схема приведена на рис.6.1.1.

см

МПа

МПасм

МПасм

МПа см

МПа см

МПа см

МПа

?,МПа

Рисунок 6.1.1 - Расчетная схема

I. Проверяем на сдвиг грунт земляного полотна (подстилающий грунт) - суглинок тяжелый пылеватый.

1. Определяем средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя модели по формуле (6.7):

МПа

2. Определяем удельное активное напряжение сдвига по номограмме [1, рис.3.2 или 3.3]:

а) ;

б) ;

в) По номограмме [1, рис.3.2] при

,.

3. Определяем действующее в грунте активное напряжение сдвигаТ по формуле (6.2) при МПа:

МПа.

4. Определяем предельное активное напряжение сдвига в грунте рабочего слоя по формуле (6.3):

а) МПа;

б) (см. примеч. к табл.6.1);

в) м;

г) [1, прил.2, табл.4];

д) По формуле (6.4)

.

По [1, прил.5, табл.1] принимаем значения плотности каждого слоя и заносим их в табл.6.1.2.

По формуле (6.5) определяем удельный вес каждого слоя при м/с и результаты расчета также заносим в табл.6.1.2.

Приведем пример определения удельного веса асфальтобетона плотного:

.

Таблица 6.1.2 - Значения плотности и удельного веса каждого слоя

№ слоя

Материал слоя

Плотность

, кг/м

Удельный вес

, МН/м

1

Асфальтобетон плотный

2400

0,0240

2

Асфальтобетон высокопористый

2200

0,0220

3

Песок средней крупности, обработанный цементом М60

2100

0,0210

4

Щебеночно - песчаная смесь С7

1875

0,01875

4

Песок средней крупности

1950

0,0195

Тогда

(МН/м).

Имеем:

МПа.

5. Проверяем выполнение условия сдвигоустойчивости (6.1):

;

.

Следовательно, конструкция не удовлетворяет условию прочности по сдвигу в подстилающем грунте.

Для выполнения условия сдвигоустойчивости увеличиваем толщину песчаного слоя основания и принимаем .

Производим перерасчет конструкции с увеличенной толщиной песчаного слоя.

1. Определяем средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя модели по формуле (6.7):

МПа

2. Определяем удельное активное напряжение сдвига по номограмме [1, рис.3.2 или 3.3]:

а) ;

б) ;

в) По номограмме [1, рис.3.2] при,.

3. Определяем действующее в грунте активное напряжение сдвига Т по формуле (6.2) при МПа:

МПа.

4. Определяем предельное активное напряжение сдвига в грунте рабочего слоя по формуле (6.3):

а) МПа;

б) (см. примеч. к табл.6.1);

в) м;

г) [1, прил.2, табл.4];

д) По формуле (6.4)

.

(МН/м).

Имеем:

МПа.

5. Проверяем выполнение условия сдвигоустойчивости (6.1):

;

.

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в подстилающем грунте.

Условие соблюдается, поэтому принимаем

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в подстилающем грунте при общей толщине слоев дорожной одежды:

.

II. Проверяем на сдвиг малосвязный (песчаный) слой - песок средней крупности (дополнительный слой основания)

1.Определяем средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя модели по формуле (6.7):

МПа

2. Так как толщина песчаного слоя была увеличена, то пересчитываем общий модуль упругости на поверхности этого слоя по номограмме [1, рис. 3.1]

D=42см

=120МПа см

=29 МПа

Рисунок 6.1.2 - Расчетная схема

а) ;

б) ;

в) По номограмме ;

г) ;

(МПа).

3. Определяем удельное активное напряжение сдвига по номограмме [1, рис.3.2 или 3.3]:

а) ;

б) ;

в) при ,.

4. Определяем действующее в песчаном слое активное напряжение сдвига Т по формуле (6.2) при МПа:

МПа.

5. Определяем предельное активное напряжение сдвига в песчаном слое по формуле (6.3):

а) МПа;

б) (см. примеч. к табл.6.1);

в) м;

г) [1, прил.2, табл.6];

д) По формуле (6.4)

.

(МН/м).

е) МПа.

6. Проверяем выполнение условия сдвигоустойчивости (6.1):

;

.

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в малосвязном (песчаном) слое основания при общей толщине слоев, лежащих над песчаным:

.

Условие не соблюдается, но данная толщина слоя является оптимальной по допускаемому упругому прогибу.

6.2 Расчет на сдвигоустойчивость второй капитальный тип дорожной одежды

Данные для расчета сводим в табл.6.2.1.

Таблица 6.2.1 - Расчетные данные

№ п/п

Материал слоя и грунт

Толщина слоя h, см

Модуль упругостиЕ, МПа

1

Асфальтобетон плотный

4

1800

2

Асфальтобетон пористый

6

1200

3

Щебеночно-песчаная смесь С7, обработанная битумом БНД 60/90

20

450

4

Щебеночно-песчаная смесь С7

30

240

4

Песок средней крупности

-

120

при ?, МПа

Расчетная схема приведена на рис.6.2.1.

см

МПа

МПа см

МПа см

МПа см

МПа см

МПа

?,МПа

Рис. 6.2.1 - Расчетная схема

Проверяем на сдвиг грунт земляного полотна (подстилающий грунт) - песок средней крупности.

1.Определяем средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя модели по формуле (6.7):

МПа.

2.Определяем удельное активное напряжение сдвига по номограмме [1, рис.3.2 или 3.3]:

а) ;

б) ;

в) По номограмме [1, рис.3.2] при,.

3. Определяем действующее в грунте активное напряжение сдвига Т по формуле (6.2) при МПа:

МПа.

4. Определяем предельное активное напряжение сдвига в грунте рабочего слоя по формуле (6.3):

а) МПа;

б) (см. примеч. к табл.6.1);

в) м;

г) [1, прил.2, табл. 6];

д) По формуле (6.4)

.

По [1, прил.5, табл.П.5.1] принимаем значения плотности каждого слоя и заносим их в табл.6.2.2.

По формуле (6.5) определяем удельный вес каждого слоя при м/с и результаты расчета также заносим в табл.6.2.2.

Приведем пример определения удельного веса асфальтобетона пористого:

.

Таблица 6.2.2 - Значения плотности и удельного веса каждого слоя

№ слоя

Материал слоя

Плотность

, кг/м

Удельный вес

, МН/м

1

Асфальтобетон плотный

2400

0,024

2

Асфальтобетон пористый

2300

0,023

3

Щебеночно-песчаная смесь, обработанная битумом БНД 60/90

2000

0,020

4

Щебеночно-песчаная смесь С7

1875

0,01875

Тогда

МН/м.

Имеем:

МПа.

5. Проверяем выполнение условия сдвигоустойчивости:

;

.

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в подстилающем грунте при общей толщине слоев дорожной одежды

.

Условие не соблюдается, но данная толщина слоя является оптимальной по допускаемому упругому прогибу.

Делись добром ;)