Конструкция и расчёт дорожных одежд

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конструкция и расчёт дорожных одежд

Дорожные одежды на прочность рассчитывают по трём критериям: сопротивлению сдвигу в грунтах и слоях из слабосвязных материалов; сопротивлению растяжению при изгибе монолитных слоёв; сопротивлению упругому прогибу всей конструкции.

Конструкцию дорожной одежды считают прочной, если коэффициент прочности по каждому из критериев больше или равен К_ПР, найденному с учётом требуемого уровня надёжности проектируемой одежды.

К_н - это отношение протяженности прочных, не требующих капитального ремонта дорожных конструкций к общей протяженности участка с данным значением К_ПР.

В зависимости от типа покрытие и категории дороги (в нашем случае - переходный тип, IV категория) принимаем К_н = 0,85; К_ПР = 0,90.

Согласно нормативным документам независимо от результатов расчёта на прочность минимальная толщина покрытия и других конструктивных слоёв одежды в уплотнённом состоянии должна быть для дорог IV категории не менее:

асфальтобетон крупнозернистый - 6 см;

асфальтобетон мелкозернистый - 3 см;

асфальтобетон песчаный - 3 см;

асфальтобетон мелкозернистый - 3 см;

щебёночные материалы, обработанные органическими вяжущими - 8 см;

щебень, обработанный методом пропитки - 8 см;

щебёночные материалы, не обработанные вяжущими, на песчаном основании - 15см;

щебёночные материалы, не обработанные вяжущими, на прочном основании - 8 см;

грунты и малопрочные каменные материалы, обработанные органическими, комплексными или неорганическими вяжущими - 10 см;

грунт повышенной прочности - 50 см.

Расчётные нагрузки

При расчётах одежд автомобильных дорог в качестве параметров, характеризующих нагрузки, действующие на них, и повторяемость нагрузок, учитываем:

воздействие неподвижного транспортного средства, при этом пользуемся средним расчётным давлением «Р, МПа», колеса и расчётным диаметром «D_Н, см», круга, равновеликого следу колеса неподвижного транспортного средства;

воздействие движущегося транспортного средства, пользуясь давлением «Р, МПа», расчётным диаметром «D_Н, см» следа колеса движущегося транспортного средства, а также приведённой расчётной интенсивностью воздействия нагрузки N_Р, авт./сутки.

В расчете назначаем переходный вид покрытия при перспективной интенсивности движения на 20-й год N = 1000 авт./сут. и средним составом транспортного потока по типам автомобилей, согласно, данных задания.

Расчёт дорожного покрытия выполняем по упругому прогибу.

За расчётную нагрузку принимаем автомобиль группы «Б», максимальная нагрузка на ось - 60 кН; Р = 0,5 МПа; Д = 32 см.

Требуемый уровень надёжности для заданной категории дороги (Б) определяется типом дорожной одежды, о чем сказано выше.

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Каждый слой дорожной одежды при расчете прочности по упругому прогибу рассматривается как верхний слой со своим модулем упругости, а вся нижележащая конструкция, соответственно для каждого слоя как нижний слой с модулем упругости Е_н.

Грунт земляного полотна также рассматривается как конструктивный слой. Расчет начинают с определение прочностных характеристик материалов и грунта, запроектированной одежды дорожных конструкций.

Конструкция дорожной одежды включает:

дорожный покрытие сопротивление прочность

1) покрытие - верхний слой дорожной одежды, непосредственно принимающий воздействие движущего транспорта и характеризующий эксплуатационно-транспортные качества проезжей части. Покрытие состоит из слоя износа, периодически возобновляемого в процессе эксплуатации, и основного слоя. Слой износа обеспечивает ровность и шероховатость, предохраняет лежащий под ним слой от непосредственного воздействия колес движущегося транспорта.

2) Основание (несущий слой) - конструктивный слой одежды, обеспечивающий его прочность и устойчивость. Он воспринимает нагрузки от покрытия и передает их в рассредоточенном виде на подстилающий слой, а в случае его отсутствия на грунт земляного полотна.

3) Дополнительный слой (подстилающий) - слой, непосредственно укладываемый на уплотненный грунт земляного полотна. Он рассредоточивает давление от колес автомобиля на земляное полотно и выполняет функции дренирующего, морозозащитного и выравнивающего слоев.

4) Дренирующий слой предохраняет дорожную одежду от сезонного вспучивания, собирает воду, поступающую в основание дорожной одежды.

Исходные данные:

1. Перспективная интенсивность движения - 1000 авт./сут.

2. Средний состав транспортного потока по типам автомобилей, %:

- легковые - 20 %;

- грузовые:

-ЗИЛ-13Л - 2%;

-МАЗ-500А - 12%;

-КамАЗ-511 - 26%;

-ЗИЛ ММЗ-554 - 8%;

-КрАЗ-226 - 22%;

-Автобусы ЛиАз-667 - 10%.

3. Грунт земляного полотна - глина мягкопластичная .

4. Тип местности по характеру увлажнения для III дорожно-климатической зоны - 1-ый (поверхностный сток обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы серые лесные слабоподзолистые; в северной части зоны - темно-серые лесные и черноземы оподзоленные и выщелоченные). Земляное полотно возведено в насыпи.

5. Местный материал - щебень из изверженных пород.

Для автомобильных дорог IV категории принимаем за расчетный автомобиль группы «Б» с параметрами:

Т - статическая нагрузка на одну ось, равная 60кН;

Р - давление на дорожное покрытие, равное 0,5 МПа;

Д - расчетный след диаметра колеса, равный 32 см.

1. Определяем интенсивность движения по маркам автомобилей - N_М (без учёта легковых), число автомобилей в сутки:

N_Мi=N_i·Р_i авт/сут, (1)

где: N_i - интенсивность движения, авт/сут;

Р_i - относительная часть автомобилей разных марок в общем составе движения, в долях.

N_ЗИЛ-13Л = 1000 * 0, 02 = 20 авт./сут.;

N_МАЗ-500А = 1000 * 0, 12 = 120 авт./сут.;

N_{КамАЗ-511} = 1000 * 0, 26 = 260 авт./сут.;

N_{ЗИЛ ММЗ-554} = 1000 * 0, 08 = 80 авт./сут.;

N_КрАЗ-226 = 1000 * 0, 22 = 220 авт./сут.;

N_ЛиАз-667 = 1000 * 0, 10 = 100 авт./сут.;

Вычисляем расчётную (приведённую к группе «Б» интенсивность движения на одну полосу):

N_{РАСЧ. ПР.} = ?N_Мi·S_i, (2)

где: S_i - коэффициент приведения автомобилей разных марок к расчётному автомобилю (таблица 36 /3/).

N_{РАСЧ.ПР.}=20*2,0+120*3,0+260*2,0+80*2,5+220*2,5+100*2,5=1370 авт.

2. Предварительно намечаем толщину слоев дорожной одежды с учетом основных требований ее конструирования: h₁ = 3 см; h₂ = 5 см; h₃ = 15 см (рисунок 2).

Рисунок 1 Расчетная схема к определению толщины h₄ принятой конструкции дорожной одежды

h₁ - плотный асфальтобетон из горячей мелкозернистый смеси, тип Б, марка I (БНД 60/90), с расчетным модулем упругости при t =10 ?С, Е₁ = 3200 МПа;

h₂ - пористый асфальтобетон из горячей крупнозернистой смеси, марка I (БНД 60/90), с расчетным модулем упругости при t =10 ?С, Е₂ = 2000 МПа;

h₃ - щебень фракционированный I-III класса прочности, уложенный по способу заклинок из изверженных пород, с расчетными характеристиками Е₃ = 250 МПа;

h₄ - песок средней крупности, с расчетными характеристиками Е₄ = 120 МПа, ц =40 ?С, С_м = 0,006 МПа.

Толщину (h1 + h2) верхних слоев из материалов, содержащих органическое вяжущее, ориентировочно назначаем в зависимости от требуемого модуля упругости.

3. Установим расчётные характеристики грунта земляного полотна:

Расчётная влажность грунта W_Р при заданном коэффициенте надёжности К_Н определится как:

W_Р = ·(1 + t·н_W), (3)

где: - средняя влажность грунта, доли W_Т (Для данных условий = 0,55*W_Т (таблица 40 /3/, - для III дорожно-климатической зоны, супеся легкого и 1 типа местности по условиям увлажнения);

t - коэффициент нормативного отклонения, принимаемый в зависимости от заданного уровня проектной надёжности конструкции одежды (при К_Н = 0,85 t = 1,0 (с. 156 /3/);

н_W = 0,1 - коэффициент вариации влажности.

W_Р = 0,55* W_Т *(1 + 0,26*0,1) ? 0,5643*W_Т.

При W_Р?0,5643*W_Т принимаем следующие характеристики грунта (таблица 38 /3/):

Е_ГР = 60МПа;

ц_ГР =36?;

с_ГР =0,014 МПа.

4. По номограмме (рисунок 69 /3/) находим требуемый модуль упругости Е_тр = 175 МПа. Он превышает минимальное значение для заданных условий (таблица 37 /3/) Е_min = 70МПа, поэтому вводим его в расчет.

Тогда требуемый модуль (общий) упругости при учете требуемого уровня надежности коэффициента прочности К_пр = 0,90:

Е_общ = Е_тр·К_п, МПа (4)

Е_общ = 175 * 1 = 175 МПа.

Тогда толщина

(h₁ + h₂) = 6 …8 см (с. 134 /3/).

5. Расчет толщины h₄ выполняем с использованием номограммы, составленной на основании решения задач теории упругости для двухслойного полупространства. Каждый слой дорожной одежды последовательно рассматриваем как верхний слой со своим значением модуля упругости (Е_в), а вся нижележащая конструкция, соответственно, для каждого слоя - как нижний слой с модулем упругости (Е_Н).

Грунт земляного полотна также рассматривается как конструктивный слой.

1) Определяем модуль упругости на поверхности второго слоя:

Е_общ / Е₁ = 175 / 3200 = 0,054; = 3 / 32 = 0,094

По номограмме находим

= 0,054;

Отсюда

= 0,054 * 3200 =172,8 МПа.

2) Определяем общий модуль упругости на поверхности третьего слоя:

= 172,8 / 2000 = 0,086; = 5 / 32 =0, 156;

По номограмме находим

= 0,086; = 0,086 * 2000 = 172 МПа.

3) Определяем общий модуль упругости на поверхности четвертого слоя:

= 172 / 250 = 0,68; = 15 / 32 =0, 47;

По номограмме находим

= 0,68; = 0,68 * 250 = 170МПа.

4) Определяем толщину четвертого слоя по известному

, Е^IV и Д:

= 170 / 120 = 1,41; E_гр / Е^IV = 60 / 120 = 0.5;

Тогда по номограмме:

h₄ / Д = 0,19;

h₄ = Д*0,19 = 32 * 0,19 ? 6 см.

Таким образом, принятая конструкция дорожной одежды: h₁ = 3 см; h₂ = 5 см; h₃ = 15 см; h₄ = 6 см удовлетворяет критерию прочности по упругому прогибу.

Общая толщина дорожного покрытия:

h_общ. = h₁ + h₂ + h₃ + h₄ = 3 + 5 + 15 + 6 = 29 см.

Размещено на Allbest.ru