Критерии расчета дорожных одежд на прочность

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Варианты, намеченные при конструировании, необходимо рассчитать на прочность, то есть определить толщины слоев, соответствие конструкции критериям прочности, а также уровень надежности.

Прочность дорожной одежды представляет собой способность сопротивляться процессу развития остаточных деформаций и разрушений под воздействием касательных и нормальных напряжений, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от расчетной нагрузки (кратковременной, многократной или длительно действующей однократной), приложенной к поверхности покрытия. Дорожную одежду следует проектировать с учетом требуемого уровня надежности (К_Н), под которым понимают вероятность безотказной работы в течение межремонтного периода. В качестве количественного показателя отказа дорожной одежды используют предельный коэффициент разрушения ( ), физическое толкование которого соответствует понятию предельного риска (темпа) разрушения, связанного с требуемым уровнем надежности следующим выражением

. (1)

Риск (темп) разрушения (или коэффициент разрушения) представляет собой отношение суммарной протяженности (или суммарной площади) участков дороги, требующих ремонта из-за недостаточной прочности дорожной одежды, к общей протяженности (или общей площади) дороги.

Значения риска разрушения (или коэффициента разрушения) на последний год службы в зависимости от капитальности дорожной одежды и категории дороги и в соответствии с формулой (1) следует принимать по табл. 3 практической работы №1.

Прочность конструкции количественно оценивается величиной коэффициента прочности. При оценке прочности конструкции в целом по допустимому упругому прогибу коэффициент прочности в общем виде определяют по формуле

(2)

При оценке прочности конструкции послойно по допускаемым напряжениям коэффициент прочности определяют по формуле

, (3)

где - допустимый общий прогиб конструкции, соответствующий минимальному требуемому модулю упругости;

- расчетный общий прогиб конструкции под расчетной нагрузкой;

- допустимые напряжения (нормальные или касательные) от расчетной нагрузки;

- расчетные действующие напряжения (нормальные или касательные) от расчетной нагрузки;

- расчетный общий модуль упругости конструкции, определяемый прочностным расчетном;

- минимальный требуемый общий модуль упругости, определяемый по расчетной нагрузке.

Требуемые минимальные коэффициенты прочности при заданных уровнях надежности для расчета дорожных одежд по различным критериям прочности показаны в табл. 3 практической работы №1.

Дорожные одежды нежесткого типа рассчитывают на прочность по трем критериям:

1) по критерию упругого прогиба на основе зависимости требуемого модуля упругости конструкции от суммарного числа приложения нагрузки;

2) по критерию соответствия сдвигоустойчивости материалов конструктивных слоев и грунта возникающим в них касательным напряжениям. Этот критерий отражает условие ограничения накопления сдвиговых остаточных деформаций (формоизменения) под воздействием многократных кратковременных нагрузок;

3) по критерию соответствия сопротивления материалов монолитных конструктивных слоев возникающим в них растягивающим напряжениям от подвижной многократной нагрузки. Этот критерий отражает сопротивление этих слоев усталостным процессам, обусловливающим развитие микротрещин в монолитных слоях, потерю их сплошности и снижение распределяющей способности.

Капитальные дорожные одежды и дорожные одежды облегченного типа рассчитывают по трем критериям. Дорожные одежды с покрытиями переходного типа для дорог V категории можно рассчитывать только по первым двум критериям. Каждый расчетный критерий характеризуется своим показателем: упругий прогиб - общим модулем упругости ( ); сдвиг – напряжением сдвига в слабосвязанном материале или грунте (Т); растяжение при изгибе – наибольшим растягивающим напряжением в монолитном слое ( ). Критерий расчета считается выполненным, если коэффициенты прочности по этому критерию не менее значений, указанных в табл. 3 практической работы №1.

Характеристики материалов слоев (кроме асфальтобетона) назначают по табл.3- 12 настоящих указаний с учетом примечаний к этим таблицам. Если для материала указана характеристика R, то слой необходимо рассчитывать на растяжение при изгибе. Если для материала указаны характеристики φ и С, то слой необходимо проверить на сдвиг.

Характеристики асфальтобетона назначают отдельно для каждого критерия расчета. Для критерия упругого прогиба модуль упругости асфальтобетона Е назначают по табл. 3 при температуре +10°С. При расчете конструкции по критерию сдвига в грунте и слабосвязанных слоях Е асфальтобетона назначают по той же таблице с учетом примечания. При расчете слоя асфальтобетона на растяжение при изгибе для слоя асфальтобетона назначают модуль упругости Е и среднее сопротивление растяжению при изгибе R (при температуре 0°С) по табл. 4.

При расчете дорожных одежд на статическое действие нагрузки расчетные значения модуля упругости асфальтобетона для всех критериев расчета следует принимать по табл. 5.

Слои из асфальтобетона

Таблица 3 - Нормативные значения кратковременного модуля упругости асфальтобетонов различных составов (при расчете конструкции по допускаемому упругому прогибу и по условию сдвигоустойчивости)

Материал	Марка битума	Кратковременный модуль упругости , МПа, при температуре покрытия °С
+10	+20	+30	+40	+50 (60)
Плотный асфальтобетон и высокоплотный асфальтобетон	Вязкого БНД и БН: 40/60 60/90 90/130 130/200 200/300
	Жидкого: БГ-70/130 СГ-130/200 СГ-70/130 МГ-70/130
Пористый и высоко- пористый асфальто- бетон	Вязкого БНД и БН: 40/60 60/90 90/130 130/200 200/300
Плотный дегтебетон
Пористый дегтебетон	-
Асфальтобетоны холодные:
Бх Вх Гх Дх	-		-	-	-	-
Примечания: 1. Модули упругости пористого и высокопористого асфальтобетона даны применительно к песчаным смесям. При температуре от 30°С до 50°С модули упругости для мелкозернистых смесей следует увеличить на 10%, а для крупнозернистых смесей - на 20%. 2. При расчете на упругий прогиб принимать при t°=+10° С.

Таблица 4 - Характеристики асфальтобетонов при расчете на растяжение

при изгибе под кратковременными нагрузками

Асфальтобетон	Расчетные значения модуля упругости Е, МПа	m	α	Нормативные значения сопротивления растяжению при изгибе, , МПа
Высокоплотный на БНД марки: 40/60		6, 0	5, 0/5, 6*	10, 00
60/90		5, 5	5, 2/5, 9	9, 80
90/130		5, 0	5, 4/6, 3	9, 50
130/200		4, 5	5, 8/6, 8	9, 30
200/300		4, 3	5, 9/7, 1	9, 00
Плотный на БНД марки: 40/60 60/90 90/130 130/200 200/300		6, 0 5, 5 5, 0 4, 5 4, 3	5, 0/5, 6 5, 2/5, 9 5, 4/6, 3 5, 8/6, 8 5, 9/7, 1	10, 00 9, 80 9, 50 9, 30 9, 00
Пористый на БНД марки: 40/60 60/90 90/130 130/200 200/300		4, 5 4, 3 4, 0 3, 75 3, 7	5, 8/6, 8 5, 9/7, 1 6, 3/7, 6 6, 6/8, 2 6, 7/8, 2	8, 30 8, 00 7, 80 7, 60 7, 10
Высокопористый на БНД марки:
40/60		4, 3	5, 9/7, 1	5, 50/6, 50**
60/90		4, 0	6, 3/7, 6	5, 65/6, 20
90/130		3, 8	6, 5/7, 9	5, 50/-
Холодные асфальтобетоны: Бх		3, 0	8, 0/10, 3	4, 90
Вх		2, 5	9, 8/13, 4	4, 60
Гх		2, 0	13, 2/19, 5	4, 20
Дх		2, 0	13, 2/19, 5	3, 90

Примечание: * - в числителе - для II дорожно-климатической зоны, в знаменателе - для III-V дорожно-климатических зон, ** - для песчаного асфальтобетона.

Таблица 5 - Расчетные значения модуля упругости асфальтобетона при расчете на длительную нагрузку

Вид асфальтобетона	Тип смеси	Расчетный модуль упругости при статическом действии нагрузки, МПа, при расчетной температуре, °С
+20	+30	+40	+50
	А
	Б
Плотные смеси	В
	Г
	Д
Пористые и высокопористые смеси	Крупнозернистая Мелкозернистая Песчаная
Асфальтобетоны холодные	Бх Вх Гх Дх		- - - -	- - - -	- - - -

Примечание. Модуль упругости высокоплотного асфальтобетона принимать как для плотного асфальтобетона типа А.

Конструктивные слои из органоминеральных смесей и грунтов,

укрепленных органическим вяжущим

Таблица 6 - Конструктивные слои из черного щебня

N п/п	Материал	Нормативные значения модуля упругости, , МПа
	Черный щебень, уложенный по способу заклинки	600-900
	Слой из щебня, устроенного по способу пропитки вязким битумом и битумной эмульсией	400-600

Примечание. Большие значения - для покрытий, меньшие - для оснований.

Таблица 7 - Конструктивные слои из щебеночно-гравийно-песчаных смесей и грунтов, обработанных органическими и комплексными вяжущими

(органоминеральные смеси - ГОСТ 30491-97)

N п/п	Материал слоя	Нормативные значения модуля упругости, Е, МПа
	Щебеночно-гравийно-песчаные смеси и крупнообломочные грунты (оптимального/неоптимального состава) обработанные:
	- жидкими органическими вяжущими или вязкими, в т.ч. эмульгированными органическими вяжущими;	450/350
	- жидкими органическими вяжущими совместно с минеральными или эмульгированными органическими вяжущими совместно с минеральными.	950/700
	Пески гравелистые, крупные, средние/пески мелкие, супесь легкая и пылеватая, суглинки легкие обработанные:
	- жидкими органическими вяжущими или вязкими, в т.ч. эмульгированными органическими вяжущими;	430/280
	- жидкими органическими вяжущими совместно с минеральными или эмульгированными органическими вяжущими совместно с минеральными.	700/600

Конструктивные слои из щебеночно-гравийно-песчаных смесей и грунтов, обработанных неорганическими вяжущими материалами

Таблица 8 - Конструктивные слои из активных материалов (шлаки, фосфогипс)

N п/п	Материал	Нормативные значения модуля упругости, Е, МПа
	Основание из подобранных оптимальных смесей из высокоактивных материалов с максимальной крупностью зерен до 40 мм, уплотненных при оптимальной влажности	650-870
	То же, из активных материалов	480-700
	Основание из рядовых неоптимальных смесей из высокоактивных материалов с максимальной крупностью 70 мм	450-650
	То же, из активных материалов	370-480
Примечания. 1. К высокоактивным материалам относятся материалы, имеющие прочность при сжатии от 5 до 10 МПа в возрасте 90 сут. 2. К активным материалам - материалы, имеющие прочность при сжатии от 2, 5 до 5 МПа в том же возрасте.

Таблица 9 - Конструктивные слои из смесей щебеночно-гравийно-песчаных и грунтов, обработанных неорганическими вяжущими материалами

N п/п	Материал	Нормативные значения модуля упругости, Е, МПа
	Щебеночно-гравийно-песчаные смеси, крупнообломочные грунты (оптимальные/неоптимальные), обработанные цементом: - соответствующие марке: 20 То же, обработанные зольным или шлаковым вяжущим: - соответствующие марке: 20
	500/400
	600/550
	800/700
	870/830
	1000/950

	450/350
	550/500
	750/650
	870/780
	950/910
	Пески гравелистые, крупные, средние/пески мелкие, супесь легкая и тяжелая, суглинки легкие, обработанные цементом:
	- соответствующие марке: 20 То же, обработанные зольным или шлаковым вяжущим:	400/250 550/400
	700/550
	870/750
	950/870

	- соответствующие марке: 20	300/200
	450/300
	600/450
	730/600
	870/750

Конструктивные слои из щебеночно-гравийно-песчаных материалов, необработанных вяжущими

Таблица 10 - Щебеночные основания, устанавливаемые методом заклинки (ГОСТ 25607-94)

Материал слоя	Нормативные значения модуля упругости, Е, МПа
Щебень фракционированный 40-80 (80-120) мм с заклинкой:
- фракционированным мелким щебнем - известняковой мелкой смесью или активным мелким шлаком - мелким высокоактивным шлаком - асфальтобетонной смесью - цементопесчаной смесью М75 при глубине пропитки 0, 25-0, 75 h слоя	450/350 400/300 450/400 500/450 450-700/350-600

Примечание. Для слоя: в числителе - из легкоуплотняемого щебня; в знаменателе - из трудноуплотняемого щебня.

Таблица 11 - Конструктивные слои из смесей щебеночно-гравийно-песчаных, соответствующих ГОСТ 25607-94 и ГОСТ 3344-83

Материал слоя	Нормативные значения модуля упругости, Е, МПа
Щебеночные/ гравийные смеси (С) для покрытий: - непрерывная гранулометрия при максимальном размере зерен: С₁- 40 мм С₂- 20 мм	300/280 290/265
Смеси для оснований - непрерывная гранулометрия: С₃- 80 мм С₄- 80 мм С₅- 40 мм С₆- 20 мм С₇- 20 мм	280/240 275/230 260/220 240/200 260/180
Шлаковая щебеночно-песчаная смесь из неактивных и слабоактивных шлаков: С₁- 70 мм С₂- 70 мм С₄- 40 мм С₆- 20 мм

Таблица 12 - Механические характеристики теплоизоляционных слоев

Материал	Нормативные значения модуля упругости, Е, МПа
Пенопласт	13, 0-33, 5
Стиропорбетон Аглопоритовый щебень, обработанный вязким битумом	500-800
Керамзитовый гравий, обработанный вязким битумом
Гравий (щебень) с легкими заполнителями, обработанные вязким битумом
Цементогрунт с перлитом
То же, с полистиролом, состава: гранулы полистирола 2-3%, песок 97-98% (% от массы), цемент 7-6%. То же, с керамзитом, состава: -песок 75%, керамзит 25%, цемент 6%. Битумоцементогрунт с перлитом, состава: перлитовый щебень 25-20%, песок 75-80%, цемент 4-6%, битум 12-10% (от массы песка, перлита и цемента). Цементогрунт с аглопоритом, состава: супесь или песок 70-80%, супесь или песок 70-80%, аглопорит 30-20%, цемент 6%.	250-350 250-350
Золошлаковые смеси, укрепленные цементом Грунт, укрепленный золой-уносом Цементогрунт, обработанный битумной эмульсией	-

Вывод по практической работе № 4. Указать сконструированную дорожную одежду нежесткого типа.

ПРИМЕР КОНСТРУИРОВАНИЯ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ

Предварительно намечаем конструкцию дорожной одежды со следующими толщинами слоев:

- асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90- 4см;

- асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90- 8см;

- асфальтобетон высокопористый на БНД марки 60/90- 22см;

- укрепленная цементом марки 20 щебеночно-гравийно- песчаная смесь- 26 см.

⇐ Предыдущая 1 23