Конструирование и расчет дорожной одежды с экстремальным градиентом распределения прочности и жесткости по толщине в курсовом проекте.

Исходные данные принимают по заданию в виде:

1. Расчетный срок службы: 20 лет.

2. Интенсивность движения (для номера марки автомобиля по таблице 3.2.3):

3. Число полос движения: 4.

4. Прирост интенсивности: 3%.

5. Эквивалентный модуль основания, полученный расчетом в соответствии с действующими нормативными документами: 150 МПа.

Расчет дорожного покрытия:

На основании данных таблицы 3.2.3 и исходных данных рассчитывается приведенная интенсивность движения по формуле 3.2.7:

Np = 0, 35× (7355× 0, 012 + 145× 0, 02 + 25× 0, 26 + 18× 0, 47 + 15× 1, 27 + 22× 1, 64 + 14× 2, 12 + 12× 3, 68 + 22× 2, 31 + 7× 3, 42 + 23× 2, 83 + 11× 4, 56 + 28× 5, 52 + 28× 2, 29 + 10× 3, 71 + 9× 5, 15 + 14× 3, 10 + 10× 2, 67 + 13× 3, 21 + 10× 5, 63 + 16× 3, 10 + 5× 5, 13 + 16× 1, 50 + 12× 2, 07) = 357 осей/сут.

Следовательно, для проектирования конструкции может быть применена методика расчета дорожных одежд с градиентом физической и температурной жесткости.

Для расчетного срока службы 20 лет и эквивалентного модуля основания 150 МПа, в соответствии с таблицей 3.5 назначается конструкция № 3.1 с минимальной толщиной слоев: верхний слой покрытия – 4 см; нижний несущий слой покрытия - 8 см; нижний слой покрытия – 8 см.

Используя данные зависимости на рис. 3.8 для срока службы 20 лет и расчетной интенсивности 357 осей/сут определяется уровень надежности, который в конкретном случае составляет 0, 88. Коэффициент запаса прочности по рис. 3.2.4 составит 1.1.

Расчет дорожной одежды на сдвигоустойчивость при 50^оС:

Исходные расчетные характеристики (таблица 3.2.6):

Верхний слой покрытия: ЩМСц-10 на модифицированном битуме, либо с вводом модифицирующих добавок непосредственно в асфальтобетонную смесь – 4 см; расчетный модуль упругости – 800 МПа; внутреннее сцепление – 0, 50 МПа; тангенс угла внутреннего трения – 0, 85.

Нижний слой покрытия: ЩМСц-20 на битуме БНД 60/90 – 8 см; расчетный модуль упругости – 850 МПа; внутреннее сцепление – 0, 40 МПа; тангенс угла внутреннего трения – 0, 90.

Нижний несущий слой покрытия: песчаный асфальтобетон на битуме БНД 90/130 – 8 см; расчетный модуль упругости – 650 МПа; внутреннее сцепление – 0, 45 МПа; тангенс угла внутреннего трения – 0, 70.

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

Максимальные нормальные напряжения, определенные с использованием программы «Nomoread», составляют:

- верхний слой покрытия: -0, 954 МПа;

- нижний несущий слой покрытия: - 0, 487 МПа;

- нижний слой покрытия: -0, 248 МПа.

Тогда, коэффициент запаса прочности составляет (формула 3.2.8):

- верхний слой покрытия:

- нижний несущий слой покрытия:

- нижний слой покрытия:

Требуемое значение коэффициента запаса прочности составляет для исходных 1, 1.

Таким образом, конструкция соответствует требованиям по указанному критерию прочности.

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

Касательные и нормальные напряжения, определенные с использованием программы «Nomoread», составляют:

- верхний слой покрытия: касательные напряжения 0, 165 МПа; нормальные напряжения -0, 163МПа;

- нижний несущий слой покрытия: касательные напряжения 0, 136 МПа; нормальные напряжения -0, 02МПа;

- нижний слой покрытия: касательные напряжения 0, 286 МПа; нормальные напряжения -0, 001 МПа.

Тогда, коэффициент запаса прочности составляет (формула 3.2.9):

- верхний слой покрытия:

- нижний несущий слой покрытия:

- нижний слой покрытия:

Таким образом, конструкция соответствует требованиям по указанному критерию прочности.

Расчет дорожной одежды на усталостную трещиностойкость при температуре 0^оС:

Исходные расчетные характеристики (таблица 3.2.6):

Верхний слой покрытия: ЩМСц-10 на модифицированном битуме, либо с вводом модифицирующих добавок непосредственно в асфальтобетонную смесь – 4 см; расчетный модуль упругости – 2250 МПа; внутреннее сцепление – 2, 50 МПа; тангенс угла внутреннего трения – 0, 85.

Нижний несущий слой покрытия: ЩМСц-20 на битуме БНД 60/90 – 8 см; расчетный модуль упругости – 2400 МПа; внутреннее сцепление – 2, 00 МПа; тангенс угла внутреннего трения – 0, 90.

Нижний слой покрытия: песчаный асфальтобетон на битуме БНД 90/130 – 8 см; расчетный модуль упругости – 3250 МПа; внутреннее сцепление – 2, 25 МПа; тангенс угла внутреннего трения – 0, 70.

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

Растягивающие напряжения, определенные с использованием программы «Nomoread», составляют:

- верхний слой покрытия: 0, 165 МПа;

- нижний несущий слой покрытия: 0, 274 МПа;

- нижний слой покрытия: 0, 852 МПа.

Тогда, коэффициент запаса прочности составляет (формула 3.2.10):

- верхний слой покрытия:

- нижний несущий слой покрытия:

- нижний слой покрытия:

Таким образом, конструкция соответствует требованиям по указанному критерию прочности.

Расчет дорожной одежды на упругий прогиб при температуре 10^оС:

Исходные расчетные характеристики (таблица 3.2.6):

Верхний слой покрытия: ЩМСц-10 на модифицированном битуме, либо с вводом модифицирующих добавок непосредственно в асфальтобетонную смесь – 4 см; расчетный модуль упругости – 1750 МПа.

Нижний несущий слой покрытия: ЩМСц-20 на битуме БНД 60/90 – 8 см; расчетный модуль упругости – 1900 МПа.

Нижний слой покрытия: песчаный асфальтобетон на битуме БНД 90/130 – 8 см; расчетный модуль упругости – 1950 МПа.

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

Расчетное значение упругого прогиба конструкции, определенное с использованием программы «Nomoread» составляет 0, 224 мм.

Тогда, коэффициент запаса прочности составляет (формула 3.2.11, 3.2.12):

Таким образом, конструкция соответствует требованиям по указанному критерию прочности.

Расчет дорожной одежды на температурную трещиностойкость при температуре -20^оС

Исходные расчетные характеристики (таблица 3.2.6):

Верхний слой покрытия: ЩМСц-10 на модифицированном битуме, либо с вводом модифицирующих добавок непосредственно в асфальтобетонную смесь – 4 см; расчетный модуль упругости – 4000 МПа; коэффициент температурного расширения – 3, 10*10^-5 1/^оС; предельная структурная прочность – 7, 50 МПа.

Нижний несущий слой покрытия: ЩМСц-20 на битуме БНД 60/90 – 8 см; расчетный модуль упругости – 4250 МПа; коэффициент температурного расширения – 3, 10*10^-5 1/^оС; предельная структурная прочность – 7, 00 МПа.

Нижний слой покрытия: песчаный асфальтобетон на битуме БНД 90/130 – 8 см; расчетный модуль упругости – 3250 МПа; коэффициент температурного расширения – 3, 70*10^-5 1/^оС; предельная структурная прочность – 5, 50 МПа.

1. Проверка критерия прочности по температурной трещиностойкости:

Температурные напряжения, определенные с использованием программы «Nomoread» составляют:

- верхний слой покрытия: 2, 4 МПа;

- нижний несущий слой покрытия: 2, 2 МПа.

Тогда, требуемое значение предельной структурной прочности составляет (формула 6.7):

- верхний слой: МПа;

- нижний несущий слой: МПа.

Таким образом, конструкция соответствует требованиям по указанному критерию прочности.

Следовательно, предложенная конструкция дорожной одежды принимается окончательно.

В случае не выполнения какого либо из условий увеличивают толщины слоев либо применяют другие материалы.