Расчет дорожной одежды на прочность

1. По требуемому сроку службы (Tс) и cуточному количеству приложений расчетных осей (N _р) в первый год эксплуатации, используя зависимость на рис. 3.2.3, определяется величина требуемого уровня надежности (Р).

2. В случае проектирования конструкции на срок службы свыше 20 лет, расчет верхнего слоя покрытия и всей конструкции на упругий прогиб производится на срок службы 20 лет, а остальных слоев на расчетный срок службы, установленный заказчиком.

Рис. 3.2.3 - Зависимость к определению требуемого уровня надежности (Р)

3. Толщина слоев основания, дренирующего и морозозащитного слоев устанавливается расчетом в соответствии с Пособием 3.03.01 к СНиП 2.05.02. При этом общий эквивалентный модуль на поверхности основания должен быть не ниже значений, указанных в таблице 3.2.5.

4. В общем случае расчет дорожной конструкции на прочность производится в следующей последовательности

1. Расчет дорожной одежды на сдвигоустойчивость:

- по максимальным нормальным напряжениям;

- по нормальным и касательным напряжениям.

2. Расчет дорожной одежды на усталостную трещиностойкость.

3. Расчет дорожной одежды на упругий прогиб.

4. Расчет дорожной одежды на температурную трещиностойкость.

5. Критерием прочности выступают фактические коэффициенты запаса прочности (К_з^ф), устанавливаемые по представленной ниже методике, которые сравниваются с требуемым коэффициентом запаса прочности (К_з^тр), определяемым по зависимости, представленной на рис. 3.2.4.

6. Методика определения коэффициентов запаса прочности следующая:

1. Коэффициент запаса прочности из условия сдвигоустойчивости по нормальным напряжениям при температуре 50^оС:

(3.2.8)

где - внутренне сцепление при температуре 50^оС, МПа, определяемое по СТБ 1115;

- тангенс угла внутреннего трения при температуре 50^оС, ^о, определяемый по СТБ 1115;

- сжимающие напряжения, МПа.

Рис. 3.2.4 - Зависимость к определению коэффициента запаса прочности (К_з^тр)

2. Коэффициент запаса прочности из условия сдвигоустойчивости по касательным напряжениям при температуре 50^оС:

(3.2.9)

где - максимальные касательные напряжения, МПа;

- нормальные напряжения, МПа.

3. Коэффициент запаса прочности из условия усталостной трещиностойкости по растягивающим напряжениям при температуре 0^оС:

(3.2.10)

где - внутренне сцепление при температуре 0^оС, МПа, определяемое по СТБ 1115 при температуре испытания 0^оС;

- растягивающие напряжения, МПа.

4. Коэффициент запаса прочности по упругому прогибу при температуре 10^оС:

, (3.2.11)

где - коэффициент Пуассона, принимаемый равным 0, 35;

- нагрузка на двухскатное колесо расчетной оси, принимаемое для расчетов 65 кН;

- диаметр круга, равновеликого отпечатку двухскатного колеса, определяемый по формуле 3.2.4 или принимаемый (при невозможности определения) для расчетной нагрузки 0, 4 м;

- фактическая расчетная величина упругого прогиба, мм;

- суммарная интенсивность приложения расчетной нагрузки за весь срок службы:

, (3.2.12)

где Т_дн – количество дней в расчетный период года, принимаемое 130 дней;

N_p – суточное количество приложений расчетных осей, определяемое по формуле 3.7;

q – показатель изменения интенсивности в абсолютных единицах;

Тс – требуемый срок службы, лет.

5. Критерием, определяющим долговечность дорожного покрытия из условия восприятия температурных напряжений (расчетная температура минус 20^оС), является:

, (3.2.13)

где – предельная структурная прочность материала конструктивного слоя покрытия, МПа, определяемая по СТБ 1115;

- требуемое значение предельной структурной прочности, МПа.

, (3.2.14)

где - температурные напряжения, возникающие в рассматриваемом слое, МПа.

Расчет производится только для верхнего и нижнего несущего слоев покрытия.

7. Характеристики напряженно-деформированного состояния слоев покрытия (, , , , , ) определяются с использованием специально разработанной компьютерной программы «Nomoread». Интерфейс программы представлен на рисунке 3.2.5. В интерфейсе программы: – S; – mT; – mS; – R; – l; – St.

Рис. 3.2.5 - Общий вид программы для расчета напряжений и

перемещений в слоях дорожных одежд

Для расчетов используются следующие расчетные характеристики асфальтобетонов конструктивных слоев:

- по сдвигоустойчивости: модуль упругости при температуре 50^оС;

- по усталостной трещиностойкости: модуль упругости при температуре 0^оС;

- по упругому прогибу: модуль упругости при температуре 10^оС;

- по температурной трещиностойкости: модуль упругости при температуре минус 20^оС; коэффициент температурного расширения.

В верхней части рабочего окна программы вводятся расчетные характеристики асфальтобетонов слоев покрытия (модули упругости при расчетных температурах 0, 50, 10 и минус 20^оС, а также коэффициент температурного расширения), толщина слоев и эквивалентный модуль упругости основания.

После ввода расчетных характеристик нажатием кнопки «Добавить» они передаются в расчетный блок программы. После нажатия кнопки «Расчет» производится расчет характеристик напряженно-деформированного состояния слоев дорожного покрытия. При этом в нижней части рабочего окна программы выводятся значения, соответствующие:

R – растягивающим напряжениям () в МПа;

S – сжимающим напряжениям () в МПа;

l – фактической расчетной величине упругого прогиба () в мм;

mT – максимальным касательным напряжениям () в МПа;

mS – нормальным напряжениям () в МПа;

St – температурным напряжениям () в МПа.

Расчетные характеристики асфальтобетонов конструктивных слоев покрытия представлены в таблице 3.2.6. Для проведения расчетов на прочность используется среднеарифметическое значение между пороговыми значениями расчетных характеристик из таблицы 3.2.6. При не выполнении условия прочности может использоваться любое значение из требуемого интервала. В этом случае данное значение указывается как контролируемое при подборе состава (например, «не более» или «не менее»). Заложенные в проект расчетные характеристики контролируются на стадии подбора состава смеси по внутреннему сцеплению при температуре 50^оС. Так, если в проекте заложено максимальное значение для асфальтобетона № 1.2 модуля упругости при температуре 0^оС 2475 МПа, то контролируемой характеристикой будет внутреннее сцепление при температуре 50^оС – не менее 0, 55 МПа.

При невыполнении критериев прочности рекомендуется:

1. По первому и второму критериям для верхнего слоя покрытия – увеличить толщину и/или жесткость нижележащих слоев, либо увеличить внутреннее сцепление самого слоя в соответствии с допускаемым интервалом по таблице 3.2.5.

2. По первому и второму критериям для нижнего несущего и нижнего слоев покрытия - увеличить толщину вышележащих слоев, либо увеличить внутреннее сцепление и/или жесткость самого слоя в соответствии с допускаемым интервалом по таблице 3.2.6.

3. По третьему критерию – рекомендуется увеличить толщину слоев, подстилающих данный слой, либо толщину рассматриваемого слоя.

4. По четвертому критерию – следует увеличивать общую толщину слоев трехслойного покрытия, начиная со слоя с минимальной стоимостью асфальтобетона.

5. По пятому критерию – рекомендуется уменьшать модуль асфальтобетона рассматриваемого слоя и/или увеличивать жесткость нижележащего слоя в интервалах по таблице 3.2.6.

Таблица 3.2.6 -