Проектирование дорожных одежд

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра «Автомобильные дороги и мосты»

Курсовая работа

«Проектирование дорожных одежд»

Пермь

Содержание

Введение

1. Характеристика условий проектирования

2. Проектирование нежесткой дорожной одежды

2.1 Определение расчетной интенсивности и требуемого модуля упругости

2.2 Конструирование дорожной одежды нежесткого типа

2.3 Расчет дорожной одежды на прочность

2.3.1 Расчет конструкции по допускаемому упругому прогибу

2.3.2 Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта

2.3.3 Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе

2.4 Проверка конструкции дорожной одежды на морозоустойчивость

2.5 Расчет конструкции дорожной одежды на осушение

3. Проектирование жесткой дорожной одежды

3.1 Определение расчетной интенсивности и суммарного расчетного числа приложения приведенной расчетной нагрузки

3.2. Конструирование дорожной одежды жесткого типа

3.3 Расчет дорожной одежды

3.3.1 Назначение расчетных параметров

3.3.2 Расчет монолитного цементобетонного покрытия

3.3.3 Расчет параметров конструкций деформационных швов

3.3.4 Расчет по сдвигу в грунте земляного полотна

3.4 Проверка конструкции дорожной одежды на морозоустойчивость

3.5 Расчет конструкции дорожной одежды на осушение

Список использованной литературы

Введение

Для обеспечения круглогодичного движения автомобилей на проезжей части дороги устраивается дорожная одежда, которая непосредственно воспринимает все основные воздействия колёсной нагрузки от подвижного состава. От состояния дорожной одежды напрямую зависит безопасность и комфортность движения транспорта по дороге, поэтому проектирование дорожной одежды является важнейшим этапом строительства автомобильной дороги.

Целью данного курсового проекта является проектирование дорожной одежды. Необходимо рассмотреть два вида дорожной одежды: нежесткого и жесткого типов.

Проектирование дорожных одежд состоит из двух последовательно выполняемых этапов: конструирования и расчета. На этапе конструирования назначается конструкция дорожной одежды с учетом общих принципов конструирования. Расчет дорожной одежды заключается в проверке выбранной конструкции на прочность, морозоустойчивость и осушение. При этом расчет на прочность нежесткой дорожной одежды предполагает ее проверку по трем критериям прочности: допустимому упругому прогибу, растяжению при изгибе в монолитных слоях дорожной одежды и на сдвиг в грунте земляного полотна и слоях из слабосвязных материалов. Жесткая дорожная одежда проверяется по прочности монолитного покрытия и на сдвигающие напряжения грунта земляного полотна и слоев из слабосвязных материалов.

1. Характеристика условий проектирования

Район проектируемой дороги - Архангельская область - находится во II дорожно-климатической зоне, II₁ подзоне.

Климат суровый, характерна неустойчивость погоды.

Глубина залегания грунтовых вод - 4,0 м.

Тип местности по условиям увлажнения 2-й, характерными признаками которого являются необеспеченный сток поверхностных вод и залегание грунтовых вод на достаточной глубине, вследствие чего не оказывающих влияния на условия увлажнения верхней толщи. Участок проектируемой дороги проходит в выемке и возвышение поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод превышает требования табл.21 [1] более чем в 1,5 раза, поэтому схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна 2-я - источниками увлажнения являются кратковременно стоящие (до 30 суток) поверхностные воды и атмосферные осадки.

Грунт рабочего слоя земляного полотна - супесь легкая крупная. Данный грунт по степени пучинистости относится ко II группе - слабопучинистый грунт (в соответствии с табл.7 Приложения 2 [1]), поэтому допускается его применение в рабочем слое на глубине 1м от поверхности асфальтобетонных покрытий (п. 6.14 [1]).

Рис.1 Схема поперечного профиля проектируемого участка дороги.

В Архангельской области осуществляется добыча бокситов, известняков и глин для цементного производства. Из общераспространенных полезных ископаемых наибольшим спросом пользуются магматические и метаморфические породы для производства щебня (граниты, гранито-гнейсы, базальты), ПГС, песок.

Перспективная интенсивность движения составляет 1356 авт/сут, что соответствует интенсивности III технической категории дороги.

2. Проектирование нежесткой дорожной одежды

2.1 Определение расчетной интенсивности и требуемого модуля упругости

Перспективный состав движения и данные о нагрузках, передаваемых на дорожное покрытие рассматриваемыми транспортными средствами, приведены в табл. 1: дорожный цементобетонный сдвигоустойчивость

Таблица 1

Марка транспортного средства	Количество проездов	Нагрузка на покрытие от заднего колеса, кН
	%	авт/сут	неподв. Qн	движущ. Qд
МАЗ - 500А	18	244,08	50	65
ЗИЛ - 130 - 76	10	135,60	39,5	51,4
МАЗ - 503А	21	284,76	50	65
ЗИЛ - 131В	19	257,64	20,3	26,4
Икарус - 255	16	216,96	46,5	60,4
Легковые автомобили	16	216,96

В соответствии с п.3.18 [2] при проектировании дорожных одежд в качестве расчетного типа автомобиля используют наиболее тяжелый автомобиль из систематически обращающихся по дороге, доля которых составляет не менее 10%. Из вышеперечисленных транспортных средств данным требованиям наиболее удовлетворяет автомобиль МАЗ - 503А, поэтому за расчетную принимается нагрузка группы А1 со следующими параметрами (Табл. 2):

Таблица 2

Группа расчетной нагрузки	Нормативная статическая нагрузка на ось, кН	Нормативная статическая нагрузка на поверхность покрытия от колеса расчетного автомобиля, кН	Расчетные параметры нагрузки
			Р, МПа	D, см
А1	100	50	0,60	37/33*

^* - в числителе - для движущегося колеса, в знаменателе - для неподвижного.

Величина приведенной к расчетной нагрузке интенсивности на последний год срока службы определяется по формуле:

,

где - коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним, при двухполосном движении (табл. 3.2 [2]);

- общее число различных марок транспортных средств в составе транспортного потока;

- число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m-й марки;

- суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства т-й марки к расчетной нагрузке, определяется в соответствии с п.П.1.7 Приложения 1 [2].

Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции за срок службы определяется по формуле:

,

где - показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам, ;

- расчетный срок службы дорожной одежды ( по табл. П.6.2 Приложения 6 [2]);

- коэффициент суммирования, определяется по табл. П.6.3 Приложения 6 [2] в зависимости от показателя изменения интенсивности движения по годам и срока службы дорожной одежды;

- расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции, определяется по табл. П.6.1 Приложения 6 [2];

- коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (табл. 3.3 [2]).

Величину минимального требуемого общего модуля упругости конструкции вычисляют по эмпирической формуле:

,

где - эмпирический параметр, принимаемый равным для расчетной нагрузки на ось

100 кН - 3,55.

2.2 Конструирование дорожной одежды нежесткого типа

Конструкцию дорожной одежды и вид покрытия следует принимать исходя из транспортно-эксплуатационных требований и категории проектируемой дороги с учетом интенсивности движения, а также обеспеченности района строительства дороги местными строительными материалами (п. 7.2 [1]).

Тип покрытия для проектируемой дороги III категории - усовершенствованный облегченный - принимается в соответствии с п. 2.17 [2]. Покрытие двухслойное, материалы слоев следующие (согласно требованиям п. 7.34 [1]):

- верхний слой покрытия - горячая, плотная, мелкозернистая асфальтобетонная смесь II марки, тип Б;

- нижний слой покрытия - горячая, пористая, крупнозернистая, асфальтобетонная смесь II марки.

Марка битума для приготовления асфальтобетонной смеси - БНД 90/130, принимается в зависимости от ДКЗ района проектирования согласно Приложению 1, табл. 2 ГОСТ 22245-97.

Несущее основание для облегченных дорожных одежд с усовершенствованным покрытием предусматривают из монолитных или каменных материалов (п. 2.19 [2]). В конструкции данной дорожной одежды предусмотрено устройство щебеночного основания, что обусловлено наличием в районе проектирования предприятий - производителей щебня. Для уменьшения притока воды к земляному полотну, связанного с необеспеченным стоком и кратковременно стоящими поверхностными водами (2-й тип местности, 2-я схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна), слой щебня целесообразно устраивать по способу пропитки вязким битумом, марка применяемого битума - БНД 90/130.

Основание из зернистых материалов должно быть, как правило, двухслойным: несущий слой из жестких и сдвигоустойчивых материалов и дополнительный слой, выполняющий морозозащитные и дренирующие функции (требования п. 2.5 [2]). В качестве дополнительного слоя основания с учетом предотвращения втапливания частиц щебня в грунт земляного полотна применяется ПГС.

Конструкция выбранной дорожной одежды и предварительная толщина каждого из слоев, назначаемая в соответствии с п. 7.24 [1], изображены на рис.2:

Рис. 2 Конструкция дорожной одежды: 4 см - асфальтобетон плотный, мелкозернистый II марки, тип Б, битум БНД 90/130, 6 см - асфальтобетон пористый, крупнозернистый II марки на битуме БНД 90/130, 8 см - слой из щебня, устроенного по способу пропитки вязким битумом БНД 90/130, 20см - ПГС - грунт земляного полотна - супесь легкая крупная

Расчетные характеристики материалов слоев и грунта земляного полотна назначаются в соответствии с Приложениями 2 и 3 [2] и сводятся в таблицу (Табл. 3):

Таблица 3

№ слоя	Материал слоя и грунт земляного полотна	Толщина, см	Источник исходных данных	Расчет по
				допустимому упругому прогибу	сопротивл. сдвигу	сопротивл. растяжению при изгибе
1.	Асфальтобетон плотный, мелкозернистый II марки, тип Б на битуме БНД 90/130	4	Прил.3[2] табл.П.3.2 Прил.3[2] табл.П.3.1
2.	Асфальтобетон пористый, крупнозернистый II марки на битуме БНД 90/130	6	Прил.3[2] табл.П.3.2 Прил.3[2] табл.П.3.1
3.	Слой из щебня, устроенного по способу пропитки вязким битумом БНД 90/130	8	Прил.3 табл.П.3.5 [2]
4.	ПГС, непрерывная гранулометрия С6 - 20 мм	20	Прил.3 табл.П.3.8 [2]
5.	Грунт земляного полотна - супесь легкая крупная	-	Прил.2 табл.П.2.5 табл.П.2.6 [2]

2.3 Расчет дорожной одежды на прочность

Прочность конструкции количественно оценивается величиной коэффициента прочности. Коэффициент прочности вновь проектируемой конструкции должен быть таким, чтобы в заданный межремонтный период не наступил отказ по прочности с вероятностью более заданной, т.е. чтобы была обеспечена заданная (требуемая) надежность. При проектировании данной дорожной одежды заданная надежность принимается равной 0,95. Коэффициент прочности проектируемой конструкции при расчетах не должен быть ниже минимального требуемого значения, определенного по табл. 3.1 [2]:

-- при расчете по допустимому упругому прогибу;

-- при расчетах на сдвиг и растяжению при изгибе.

2.3.1 Расчет конструкции по допускаемому упругому прогибу

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба при условии:

,

где - общий расчетный модуль упругости конструкции, МПа, определяется с помощью номограммы рис. 3.1 [2].

Расчетная схема:

Рис.3 Схема дорожной одежды к расчету конструкции по допустимому упругому прогибу.

Расчет ведется послойно, начиная с подстилающего грунта:

1) по номограмме рис.3.1 [2]: ,

тогда ;

2) тогда ;

3) тогда ;

4) тогда .

- условие прочности не выполняется.

Для выполнения условия прочности необходимо изменить материал какого-либо слоя конструкции или толщину. Конструкция измененной дорожной одежды (изменены толщины нижних слоев, поэтому расчетные характеристики материалов остались прежними) представлена в табл.4:

Таблица 4

№	Материал слоя
1	Асфальтобетон плотный, мелкозернистый II марки, тип Б на битуме БНД 90/130	4
2	Асфальтобетон пористый, крупнозернистый II марки на битуме БНД 90/130	6
3	Слой из щебня, устроенного по способу пропитки вязким битумом БНД 90/130	17
4	ПГС	36
5	Грунт земляного полотна - супесь легкая крупная	-

Расчет выполняется послойно, начиная с подстилающего грунта:

1) по номограмме рис.3.1 [2]: ,

тогда ;

2) тогда ;

3) тогда ;

4) тогда .

- условие прочности выполняется.

Выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

2.3.2 Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта

Дорожную одежду проектируют из расчета, чтобы под действием нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации формоизменения. Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если обеспечено условие:

,

где - предельная величина активного напряжения сдвига, превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг, МПа;

- расчетное активное напряжение сдвига в расчетной (наиболее опасной) точке конструкции от действующей временной нагрузки, МПа.

Многослойную дорожную конструкцию приводят к двухслойной расчетной модели:

Расчетная схема:

Рис.4 Схема дорожной одежды к расчету конструкции по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта.

В качестве нижнего слоя принимается грунт (с его характеристиками), а в качестве верхнего - вся дорожная одежда.

Толщина верхнего слоя принимается равной сумме толщин слоев одежды:

.

Модуль упругости верхнего слоя вычисляется как средневзвешенный по формуле:

.

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляются по формуле:

,

где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограммы рис.3.2 [2];

- расчетное давление от колеса на покрытие, МПа.

по номограмме: , тогда .

Предельное активное напряжение сдвига определяется по формуле:

,

где - сцепление в грунте земляного полотна, МПа;

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

- средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, ;

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

- расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки, град.

.

- условие выполняется.

Выбранная конструкция удовлетворяет условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта.

2.3.3 Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе

В монолитных слоях дорожной одежды возникающие при прогибе одежды напряжения под действием повторных кратковременных нагрузок не должны в течение заданного срока службы приводить к образованию трещин от усталостного разрушения. Для этого должно быть обеспечено условие:

,

где - прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений, МПа;

- наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, устанавливаемое расчетом, МПа.

Многослойную дорожную конструкцию приводят к двухслойной расчетной модели:

Расчетная схема:

Рис.5 Схема дорожной одежды к расчету конструкции на сопротивление монолитных слоев усталому разрушению от растяжения при изгибе.

К верхнему слою модели относятся все асфальтобетонные слои, включая рассчитываемый. Толщина верхнего слоя принимается равной сумме толщин асфальтобетонных слоев одежды:

.

Значение модуля упругости верхнего слоя модели вычисляется как средневзвешенное для всего пакета асфальтобетонных слоев по формуле:

.

Нижним слоем модели служит часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, включая грунт рабочего слоя земляного полотна. Модуль упругости нижнего слоя определяется путем приведения слоистой системы к эквивалентной по жесткости с помощью номограммы рис.3.1 [2]:

1) по номограмме рис.3.1 [2]: ,

тогда ;

2) тогда .

Расчетное растягивающее напряжение определяется по формуле:

,

где - растягивающее напряжение от единичной нагрузки, определяемое по номограмме рис.3.4 [2];

- расчетное давление от колеса на покрытие, МПа;

- коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном, .

по номограмме рис.3.4 [2]: , тогда

.

Прочность материала монолитного слоя при многократном растяжении при изгибе определяется по формуле:

,

где - нормативное значение предельного сопротивления растяжению при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки, принимаемое по табличным данным (табл.П.3.1 [2]);

- коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки:

,

где - коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности, определяемый по табл.П.3.1 [2];

- показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя, определяемый по табл.П.3.1 [2].

- коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (табл.3.6 [2]);

- коэффициент вариации прочности на растяжение, определяемый по табл.П.4.1 [2];

- коэффициент нормативного отклонения, определяемый по табл.П.4.2 [2].

, тогда

.

- условие выполняется.

Выбранная конструкция удовлетворяет условию сопротивления монолитных слоев усталому разрушению от растяжения при изгибе.

Выбранная конструкция нежесткой дорожной одежды удовлетворяет всем критериям прочности.

2.4 Проверка конструкции дорожной одежды на морозоустойчивость

В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях, наряду с требуемой прочностью и устойчивостью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд.

Конструкция считается морозоустойчивой, если выполняется условие:

,

где - расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна, см;

- допускаемое для данной конструкции пучение грунта, см.

Величина возможного морозного пучения определяется по формуле:

,

где - величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая в зависимости от толщины дорожной одежды, группы грунта по степени пучинистости и глубины промерзания :

,

где - средняя глубина промерзания для данного района, см, устанавливаемая при помощи карт изолиний (рис.4.3 [2]);

При до 2,0 м, устанавливается по графикам рис.4.3 [2], при от 2,0 до 3,0 м, определяется по формуле:

,

где - величина морозного пучения при ;

при ,

при .

- коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительностоящих поверхностных вод; при отсутствии их влияния для супеси легкой крупной;

- коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя земляного полотна (табл.4.4 [2]);

- коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки (принимается по табл.4.5 [2]);

- коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания (рис.4.2 [2]);

- коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта (табл.4.6 [2]).

, тогда ;

.

Допустимая величина морозного пучения принимается по табл.4.3 [2] - для облегченного типа дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием:

.

- условие морозоустойчивости выполняется.

2.5 Расчет конструкции дорожной одежды на осушение

Дренажная конструкция (дренирующий слой и водоотводящие устройства) необходима при традиционных конструкциях дорожных одежд из зернистых материалов на участках с земляным полотном из слабофильтрующих грунтов (пылеватых песков, пылеватых и тяжелых супесей, суглинков и глин) во II ДКЗ при всех типах увлажнения.

Грунт земляного полотна рассматриваемой конструкции - супесь легкая крупная - не относится к слабофильтрующему, поэтому расчет конструкции дорожной одежды на осушение не требуется.

Поперечный профиль участка дороги и расположение в нем запроектированной нежесткой дорожной одежды - см. Приложение.

3. Проектирование жесткой дорожной одежды

3.1 Определение расчетной интенсивности и суммарного расчетного числа приложения приведенной расчетной нагрузки

При проектировании жестких дорожных одежд расчетная интенсивность движения определяется исходя из данных об интенсивности и составе транспортного потока и группы расчетной нагрузки. Перспективный состав движения и данные о нагрузках, передаваемых на дорожное покрытие рассматриваемыми транспортными средствами, остаются такими же, какие использовались при расчете нежесткой дорожной одежды, поэтому расчетная интенсивность движения

Суммарное расчетное число приложения приведенной расчетной нагрузки к расчетной точке на поверхности конструкции зависит от срока службы конструкции и для жесткой дорожной одежды со сроком службы 25 лет определяется по формуле:

,

где - показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам, ;

- расчетный срок службы дорожной одежды (принимается 25 лет);

- коэффициент суммирования, определяется по формуле:

;

- расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции, определяется по табл. П.6.1 Приложения 6 [3];

- коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (табл. 3.3 [3]).

3.2 Конструирование дорожной одежды жесткого типа

При конструировании дорожной одежды необходимо назначить тип покрытия, количество слоев, материалы конструктивных слоев и их расположение в конструкции с учетом категории дороги, интенсивности и состава транспортного потока.

Жесткая дорожная одежда относится к дорожным одеждам с капитальным покрытием. Вид покрытия выбирается в зависимости от категории дороги и условий проектирования. Для проектируемой автомобильной дороги III категории назначается цементобетонное монолитное покрытие (в соответствии с п.7.4 [1]).

Основание под цементобетонное покрытие устраивают для уменьшения давления на подстилающий грунт. На дорогах III категории возможно устройство основания из ПГС с устройством на него выравнивающего слоя для обеспечения наилучших условий взаимодействия покрытия с основанием при действии нагрузок, температур. Материал выравнивающего слоя - необработанный песок толщиной 4 см.

Минимальная толщина цементобетонного покрытия при устройстве основания из ПГС в зависимости от интенсивности движения принимается 18 см (в соответствии с требованиями табл. 2.1 [3]). Толщина основания - 25 см.

Конструкция жесткой дорожной одежды изображена на рис.6.

Рис.6 Конструкция дорожной одежды.

В покрытии устраивают продольные и поперечные швы (сжатия и расширения), делящие покрытие на плиты определенной длины и ширины. В швах предусматривают штыревые соединения. Пазы швов заполняют герметизирующим материалом для предотвращения проникания влаги, пыли.

Длину плит (расстояние между поперечными швами сжатия) на укрепленном основании и на устойчивом земляном полотне принимают по расчету, но не более 25. Продольные швы предусматривают при ширине покрытия более 23.

Контрольные швы, по конструкции аналогичные швам сжатия, обеспечивающие температурно-усадочную трещиностойкость в раннем возрасте, устраивают через каждые 2-3 плиты.

При устройстве швов расширения руководствуются данными табл.2.2 [3]. Ширину швов расширений (толщину прокладки) принимают равной 3 см. Расстояние между швами расширения должно быть кратным длине плиты.

Конструкции швов сжатия и растяжения изображены на рис.7 и 8.

Рис.7 Конструкция шва сжатия.

Рис.8 Конструкция шва расширения.

Размеры плиты в плане и расположение штырей в швах покрытия изображены на рис.9:

Рис.9 Размеры плиты в плане и расположение штырей в швах покрытия: 1 - поперечный шов сжатия; 2 - поперечный шов расширения; 3 - продольный шов.

3.3 Расчет дорожной одежды

3.3.1 Назначение расчетных параметров

Для проведения расчета жесткой дорожной одежды назначаются следующие показатели:

1) Требуемый уровень надежности и соответствующий ему коэффициент прочности назначаются по табл. 3.1 [3]: для интенсивности расчетной нагрузки уровень надежности составляет 0,8, соответствующий ему коэффициент прочности .

2) Расчетные характеристики грунта:

Расчетный модуль упругости грунта земляного полотна (супеси легкой крупной) назначается в соответствии с табл. П 3.5 [3]: .

Расчетные характеристики сопротивления сдвигу определяются в зависимости от суммарного расчетного числа приложения приведенной расчетной нагрузки к расчетной точке на поверхности конструкции по табл. П.3.6 [3]:

3) Расчетные характеристики основания:

Модуль упругости материала (ПГС) назначается в соответствии с табл. П 4.8 [3]: .

4) Расчетные характеристики покрытия:

Класс бетона, сопротивление растяжению при изгибе и начальный модуль упругости бетона назначаются по табл. П.1.1, П.1.2 [3]:

3.3.2 Расчет монолитного цементобетонного покрытия

Расчет проводят путем проверки прочности покрытия:

,

где - коэффициент прочности, определяемый в зависимости от категории дороги, ;

- расчетная прочность бетона на растяжение при изгибе, определяемая по обязательному приложению 1 [3];

- напряжения растяжения при изгибе, возникающие в бетонном покрытии от действия нагрузки, с учетом перепада температуры по толщине плиты.

Расчетное сопротивление бетона на растяжение при изгибе определяется по формуле:

,

где - класс бетона на растяжение при изгибе;

- коэффициент набора прочности со временем; для бетона естественного твердения для районов с умеренным климатом ;

- коэффициент усталости бетона при повторном нагружении:

,

где - суммарное расчетное число приложения приведенной расчетной нагрузки за расчетный срок службы;

- коэффициент, учитывающий воздействие попеременного замораживания-оттаивания, равный 0,95.

Коэффициент усталости бетона при повторном нагружении, при :

,

тогда

Напряжения растяжения при изгибе определяются, исходя из решений теории упругости, по следующей аппроксимирующей зависимости, отражающей наличие контакта плиты с основанием:

где - расчетная нагрузка, кН:

,

где - динамический коэффициент, принимаемый равным 1,3;

- номинальная статическая нагрузка на колесо, кН;

- коэффициент, учитывающий влияние места расположения нагрузки, для неармированных покрытий ;

- коэффициент, учитывающий условия работы, ;

- коэффициент, учитывающий влияние штыревых соединений на условия контактирования плит с основанием; при наличии в поперечных швах штырей ;

- толщина плиты, см;

- коэффициент, учитывающий влияние температурного коробления плит, определяемый по табл.3.4 [3];

- радиус отпечатка колеса, см:

,

где - давление в шинах, принимаемое равным 0,6 МПа;

- упругая характеристика плиты, см:

где и - модуль упругости и коэффициент Пуассона бетона, определяемые по обязательному приложению 1 [3];

- коэффициент Пуассона основания;

- эквивалентный модуль упругости основания.

Для нескольких значений толщин цементобетонного покрытия строится график зависимости, т.е.

.

С помощью этого графика определяется толщина покрытия, соответствующая требуемому .

Определение толщины покрытия:

Для определения толщины покрытия необходимо для нескольких значений толщин цементобетонного покрытия построить график зависимости :

,

определив предварительно значения величин, входящих в данную формулу.

Эквивалентный модуль упругости основания, как многослойной конструкции, определяется путем последовательного приведения слоистой системы к двухслойной:

по номограмме рис.3.1 [2]: , тогда

Расчетная нагрузка определяется по формуле:

;

радиус отпечатка колеса:

Тогда при толщине плиты:

:

;

(по табл.3.4 [3]);

;

;

:

;

(по табл.3.4 [3]);

;

;

:

;

(по табл.3.4 [3]);

;

.

По полученным значениям строится график зависимости (Рис.10), с помощью которого находится значение толщины плиты , соответствующее требуемому значению .

Рис.10 График зависимости

По графику с помощью уравнения линии тренда определяется толщина плиты соответствующая значению :

,

округлив полученное значение до целого числа в большую сторону, толщина плиты принимается равной 20 см.

3.3.3 Расчет параметров конструкций деформационных швов

Необходимость устройства швов расширения определяется исходя из допустимых температурных напряжений сжатия, которые для оценочных расчетов можно принять равными:

где

- толщина плиты, см.

Из условия сохранения прочности бетона в зоне швов: .

- условие выполняется.

Из условия прочности швы расширения устраивают, если:

,

где ,

где - коэффициент линейной температурной деформации бетона,

;

- максимальная и исходная температура бетона в середине по

толщине плиты, ⁰С (принимается по табл.П.4.12 [3] ).

- условие выполняется.

3.3.4 Расчет по сдвигу в грунте земляного полотна

Дорожную одежду проектируют из расчета, чтобы под действием нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации формоизменения. Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если обеспечено условие:

,

где - предельная величина активного напряжения сдвига, превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг, МПа;

- расчетное активное напряжение сдвига в расчетной (наиболее опасной) точке конструкции от действующей временной нагрузки, МПа.

Многослойную дорожную конструкцию приводят к двухслойной расчетной модели:

Расчетная схема:

Рис.11 Схема дорожной одежды к расчету конструкции по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта.

В качестве нижнего слоя принимается грунт (с его характеристиками), а в качестве верхнего - вся дорожная одежда.

Толщина верхнего слоя принимается равной сумме толщин слоев одежды:

.

Модуль упругости верхнего слоя вычисляется как средневзвешенный по формуле:

,

где - расчетный модуль упругости бетонного покрытия, принимаемый в зависимости от класса бетона по табл. 3.7 [3].

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляются по формуле:

,

где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограммы рис.3.2 [2];

- расчетное давление от колеса на покрытие, МПа.

по номограмме: , тогда .

Предельное активное напряжение сдвига определяется по формуле:

,

где - сцепление в грунте земляного полотна, МПа;

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

- средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, ;

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

- расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки, град.

.

- условие выполняется.

Выбранная конструкция удовлетворяет условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта.

3.4 Проверка конструкции дорожной одежды на морозоустойчивость

В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях, наряду с требуемой прочностью и устойчивостью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд.

Конструкция считается морозоустойчивой, если выполняется условие:

,

где - расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна, см;

- допускаемое для данной конструкции пучение грунта, см.

Величина возможного морозного пучения определяется по формуле:

,

где - величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая в зависимости от толщины дорожной одежды, группы грунта по степени пучинистости и глубины промерзания :

,

где - средняя глубина промерзания для данного района, см, устанавливаемая при помощи карт изолиний (рис.4.3 [2]);

При до 2,0 м, устанавливается по графикам рис.4.3 [2], при от 2,0 до 3,0 м, определяется по формуле:

,

где - величина морозного пучения при ;

при ,

при .

- коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительностоящих поверхностных вод; при отсутствии их влияния для супеси легкой крупной;

- коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя земляного полотна (табл.4.4 [2]);

- коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки (принимается по табл.4.5 [2]);

- коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания (рис.4.2 [2]);

- коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта (табл.4.6 [2]).

, тогда ;

.

Допустимая величина морозного пучения в соответствии с п.3.36 [3] для цементобетонных монолитных покрытий:

.

- условие морозоустойчивости выполняется.

3.5 Расчет конструкции дорожной одежды на осушение

Дренажная конструкция (дренирующий слой и водоотводящие устройства) необходима при традиционных конструкциях дорожных одежд из зернистых материалов на участках с земляным полотном из слабофильтрующих грунтов (пылеватых песков, пылеватых и тяжелых супесей, суглинков и глин) во II ДКЗ при всех типах увлажнения.

Грунт земляного полотна рассматриваемой конструкции - супесь легкая крупная - не относится к слабофильтрующему, поэтому расчет конструкции дорожной одежды на осушение не требуется.

Поперечный профиль участка дороги и расположение в нем запроектированной нежесткой дорожной одежды - см. Приложение.

Список использованной литературы

1. СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги. М.:1986.

2. ОДН 218.046-01 Проектирование нежестких дорожных одежд.

3. Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд. М.:2004.

Размещено на Allbest.ru

...