2.1 Износ покрытия

Расчёт на упругий прогиб

При проектировании дорожных одежд в качестве расчетных принимают нагрузки, соответствующие предельным нагрузкам на ось расчетного двухосного автомобиля.

Данные по расчетному автомобилю приведены в таблице (ОДН 218.046-01 стр.62 табл. П.1.1.)

Величина N_p приведенной интенсивности на последний год срока службы определяют по формуле:

N_p= f_полN_mS_{m сут} (авт/сут).

Где,f_пол - коэффициент, учитывающий число полос движения и распределения движения по ним f_доп=0,55 (ОДН 218. стр.27 табл.3.2.);

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

N_m - число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m-ой марки.;

S_{m сут} - суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства m-ой марки и расчетной нагрузки Q_рас.

Допускается приближенно принимать суммарный коэффициент приведения S_{m сут} по таблице (ОДН 218.046-01 стр.64 табл. П.1.3.)

N_p=0,55·(45·0,005+2·0,7+19·0,7+16·0,7+10·1,25)=15 (авт/сут)

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

N_p=0,7 N_p (K_c/q^(Тсп-1))Т_рдгК_n,

где,N_p - приведенная интенсивность на последний год срока службы N_p=15(авт/сут);

Т_рдг - расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции

Т_рдг=125 (ОДН 218.046-01 стр.88 табл.П.6.1.);

K_n - коэффициент учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого K_n=1,38 (ОДН 218.046-01 стр.27 табл. 3.3.);

К_с - коэффициент суммирования определяют по формуле:

К_с=(q^Tсл-1)/(q-1),

где,Т_сп - расчетный срок службы Т_сп=13 лет (ОДН 218.046-01 табл.П.6.2.);

q - показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам q=1,018 %.

К_с=(1,018¹³-1)/(1,018-1)=14,50

N_p=0,7·15·(14,50/1,018^13-1)·125·1,38=21201 авт.

Определим расчетную влажность по формуле:

W_p = ,

где,W_таб - среднее многолетнее значение относительной (в долях от границы текучести) влажности грунта W_таб=0,65%W_Т (ОДН 218.046-01 стр.68 таб. П.2.1. II д.к.з.; II подзона);

t - коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности t=1,71 (ОДН 218.046-01 стр. 85 приложение 4 табл. П.4.2.).

н_w- коэффициент вариации, равный 0,1 (ОДН 218.046-01 стр.85)

W_p= 0,65·(1+0,1·1,71)=0,76 - от границы текучести

Зная W_{p ,}определяем вид грунта: суглинок тяжелый С=0,0044 Мпа, =3,7, Е_гр=33 Мпа (ОДН218.046-01, т.П.2.4, т.П.2.5).

Определим модуль упругости конструкции.

1. Модуль упругости грунта земляного полотна Е_гр=33 Мпа (ОДН 218.046-01 стр.72 табл.П.2.5.);

2. Модуль упругости подстилающего слоя песка Е_п=120 Мпа (ОДН 218.046-01 стр.72 табл.П.2.5.);

3. Модуль упругости основания - рядовой щебень Е=350 Мпа (ОДН 218.046-01 стр.83 табл.П.3.9.);

4. Модуль упругости основания - фракционированный щебень

Е=450 Мпа (ОДН 218.046-01 стр.83 табл.П.3.9.);

5. Модуль упругости нижнего слоя покрытия - крупнозернистый а.б. Е=2000 Мпа (ОДН 218.046-01 стр.77 табл.П.3.1.).

6. Модуль упругости верхнего слоя покрытия - плотный асфальтобетон Е=2400 Мпа (ОДН 218.046-01 стр.77 табл.П.3.2.).

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

Е_общ / E_min K^тр_пр,

где,Е_об - общий расчетный модуль упругости конструкции, Мпа;

E_min - минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции, E_min=220 Мпа (ОДН 218.046-01 табл. 3.4.)

K^тр_пр - коэффициент прочности K^тр_пр=1,20.

Общий модуль упругости конструкции определяют с помощью номограммы, построенной по решению теории упругости для модели многослойной среды. Приведение многослойной конструкции к эквивалентной однослойной ведут послойно, начиная с подстилающего слоя.

1. Е_п=120 Мпа , h=0,65 (м), Р=0,6 Мпа, d=0,37 (м), Е_гр=33 Мпа.

h/d=65/37=1,76; Е_гр/Е_п=33/120=0,275; ₁=0,7;

Е_п¹=120·0,7=84 Мпа.

2. Е_рщ=350 Мпа, h=0,18 (м) Е_п¹=84 Мпа.

h/d=18/37=0,48 Е_п¹/Е_пгс=84/350=0,24; ₂=0,4;

Е_рщ¹=350·0,4=140Па.

3. Е_гц=450 Мпа, h=0,22 (м) Е_пгс¹=140 Мпа.

h/d=22/37=0,59; Е_пгс¹/Е_гц=140/450=0,31; ₂=0,52;

Е_гц¹=450·0,52=234 Мпа.

4. Е_чщ=2000Мпа, h=0,045 (м).

h/d=4,5/37=0,12; Е_гц¹/Е_чщ=234/2000=0,117; ₃=0,14;

Е_чщ¹=2000·0,14=280 Мпа.

5. Е_аб=2400 Мпа, h=0,04 (м).

h/d=4/37=0,11; Е_чщ¹/Е_аб=280/2400=0,12; ₃=0,13;

Е_аб¹=2400·0,13=312 Мпа.

Общий расчетный модуль упругости конструкции Е_общ=312 Мпа.

Е_общ / E_min K^тр_пр,

312/2201,20

1,421,20

Вывод: условие прочности на упругий прогиб выполняется

Общий фактический модуль упругости дорожной одежды уменьшается в процессе эксплуатации дороги за счет износа покрытия, старения и потери прочности материала, накопления напряжений, микроповреждений и деформаций на 1-3% в год.

В общем случае изменение фактической прочности дорожной одежды можно определить по формуле:

где,- общий модуль упругости дорожной одежды по истечению “Т” лет эксплуатации, Мпа;

- общий модуль упругости дорожной одежды в первый год эксплуатации, Мпа;

- знаменатель прогрессии уменьшения прочности дорожной одежды;

=0,99 - 0,98 - дорожная одежда капитального типа с асфальтобетонным типом покрытия;

=0,98 - 0,97 - дорожная одежда облегченного типа покрытия;

=0,97 - 0,96 - дорожная одежда переходного типа.

(Большие значения для 4-5 климатических зон и меньшие для 2-3 климатической зоны). Примем =0,98.

Для определения общего исходного модуля упругости вычерчивают конструкцию дорожной одежды и производят расчёт снизу-вверх.

Требуемый модуль упругости изменяется в зависимости от роста интенсивности движения. Кроме того закономерность изменения не прямолинейная поэтому его вычисляют на 1-ый, 5-ый, 10-ый, 15ый и так далее годы эксплуатации. Вычисления сводят в таблицу и строят график зависимости E=f(T), определяя тем самым срок службы дороги до капитального ремонта.

Участок 2.

Таблица 2.2.1

По данным таблицы строим графики зависимости E=f(T)

Согласно графика, период до капитального ремонта составляет 12 лет и 9 месяцев.

2.2.2 Проверка прочности дорожной одежды на сдвиг в грунте земляного полотна

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

К_прТ_доп/Т_сдв

где,К_пр - коэффициент прочности,К_пр=1,0 (ОДН 218.046-01 стр.20 табл.3.1.).

Т_сдв - расчётное активное напряжение сдвига.

Т_доп - допустимая предельная величина активного напряжения сдвига.

Т_доп =уtq+К_д*С

где C - сцепление в грунте земляного полотна, МПа, С=0,0044 МПа; (ОДН 218.046-01 стр.71 табл.П.2.4.);

- угол внутреннего трения,=3,7

К_д - коэффициент учитывающий особенности работы

К_д=4,0 (ОДН 218.046-01 стр.34.);

у = с₁*z₁*g+с₂*z₂*g+…+p_i*z_i*g

где,z- ширина слоя

p - плотность материала, (с₁=2400 кг/м³, с₂=2300 кг/м³, с₃=1800 кг/м³, с₃=1600 кг/м,³ с₄=1950 кг/м³)(ОДН 218.046-01 стр.86 табл. П.5.1).

у=(2400*0,04+2300*0,045+1800*0,22+1600*0,18+1950*0,65)*9,8=0,021 МПа

Действующее в грунте активное напряжение сдвига вычисляют по формуле:

Т_сдв =_нP,

где,н - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм н=0.016(ОДН 218.046-01 рис.3.2)