Проектирование капитальной дорожной одежды нежесткого типа

Расчетные значения модуля упругости принимаем при температуре 50 градусов.

Диаметр отпечатка для  расчета на сдвиг принимаем равным 28 см (табл. 2.6.1) поэтому необходимо пересчитать  эквивалентные модули упругости  на контакте слоев.

Определяем модули упругости  на контактах слоев (рис. 2.5.4).

Расчет ведем  снизу вверх.

Н7/Д= 42/28= 1.5

Ео/Е7=11/130=0.08

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем E_э^y1 /Е1= 0.41

E_э^y1  = 0.41*130=53 МПа            

     Н6/Д= 21/28=0.75

E_э^y1 /Е6=53/280=0.19

По номограмме найдем E_э^y /Е6=0.43

   E_э^y =0.43*280=120 МПа                                                         

          Н5/Д= 22/28=0.79

E_э^y /Е5=120/600=0.20

По номограмме найдем E_э^Iy /Е5= 0.44

  E_э^Iy  = 0.44*600=264 МПа                                                  

 Н4/Д= 5/28=0.18

E_э^Iy /Е4=264/315=0.84

По номограмме найдем E_э^I11 /Е4=0.855

E_э^I11  = 0.855*315=269МПа                                                        

Н3/Д= 1/28=0.04

E_э^I11 /Е3=269/460=0.58

По номограмме найдем E_э¹¹ /Е3=0.59

 E_э¹¹  = 0.59*460=271 МПа                                                        

Н2/Д= 9/28=0.32

E¹¹ /Е2=271/460=0.59

По номограмме найдем E_э¹ /Е2=0.68

E_э¹  =0.68*460=313 МПа                               

Условие устойчивости пластическим деформациям имеет вид  (2.6.2):

, ,   

где  t   и  s  - значения касательных и нормальных напряжений, определенные по номограммам 5.2.6-5.2.9;

        k – коэффициент, равный 0,8;

        C – внутреннее сцепление, МПа;

        В_р – коэффициент, принимаемый по рисунку 2.6.6 в зависимости от интенсивности воздействия транспортной нагрузки и ее вида;

        tgj – тангенс угла внутреннего трения материала слоя дорожной одежды.

Для коэффициента надежности 0,90 коэффициент запаса прочности по условию сдвигоустойчивости табл. 1.4.1. составляет 1,10.

Проверим условие устойчивости верхнего слоя покрытия (№1).

Определим отношение 

,

По номограмме 2.6.2 для  толщины 6 см значения касательных напряжений :

=0,21 МПа.

По номограмме 2.6.4 определим  нормальные напряжения :

=0,122 МПа.

Определим интенсивность  движения расчетных автомобилей  на первый год эксплуатации по измененной формуле (1.6.11):

где Nо- интенсивность движения в первый год эксплуатации (на конец срока службы в разделе 1).

Полученная интенсивность  движения более 300 авт/сут. Следовательно, горизонтальную нагрузку учитываем.

В этом случае учета горизонтальной составляющей нагрузки значение увеличиваем в 2 раза _{= 0,21*2=0,42}, а значение - в 1,7 раза _{= =1,7*0,122 =0,207}.

По рисунку 2.6.6 найдем параметр В_р, который для интенсивности 265 авт/сут. составит 1,11.

Проверяем условие 2.6.2:

,

Проверяем условие прочности

Условие  выполняется.

Проверяем условие устойчивости нижнего слоя покрытия.

Вычисляем средний модуль упругости слоёв №1 и №2:

 

Находим отношение:

По номограмме 2.6.3 для  толщины слоя 13 см и отношения модулей 1,93 найдём:

 МПа

По рис. 2.6.5 найдём МПа.

Вычисляем:

МПа

Мпа

Условие выполняется.

Проверяем условие устойчивости выравнивающего слоя покрытия.

Вычисляем средний модуль упругости слоёв №1 и №2:

 

Находим отношение:

По номограмме 2.6.3 для  толщины слоя 14 см и отношения модулей 1,95 найдём:

 МПа

По рис. 2.6.5 найдём МПа.

Вычисляем:

МПа

Мпа

 Условие выполняется.

Проверяем условие устойчивости старого слоя покрытия.

Вычисляем средний модуль упругости слоёв №1 и №2:

 

Находим отношение:

По номограмме 2.6.3 для  толщины слоя 19 см и отношения модулей 1,95 найдём:

 МПа

По рис. 2.6.5 найдём МПа.

Вычисляем:

МПа

Мпа

Условие выполняется.

 

Расчет устойчивости материала монолитных слоев на совместное действие транспортной нагрузки и погодно-климатических факторов

Условие устойчивости материала  покрытия на совместное действие транспортной нагрузки и погодно-климатических факторов имеет вид:

         

,                         

где  Y- фактический уровень повреждаемости материала покрытия от совместного действия транспортной нагрузки и погодно-климатических факторов;

[Y]- предельно-допустимый уровень повреждаемости.

Значения [Y]- принимают 0.5.

Расчет фактического уровня повреждаемости производят в  следующей последовательности:

1.Определяют интенсивности  движения по сезонам года.

                                            (2.7.2)

Коэффициент a принимают в зависимости от поры года в соответствие с таблицей 2.7.1.

2.Определяют предельное  число циклов нагружения для  каждого сезона.

                                                     (2.7.3)

Коэффициенты b и т принимают в зависимости от поры года по таблице 2.7.1.

3.Определяют уровень работоспособности  по сезонам:

 

                                                  (2.7.4)                                               

4.Вычисляют приведенный  к весеннему периоду уровень  работоспособности.

,(2.7.5)

5.Определяют уровень работоспособности  от перепадов температур.

 

                                                  (2.7.6)

 

,                                               (2.7.7)

 

p_vl принимается равным: 0,80 – для верхнего слоя; 0,75 – для средних слоев; 0,70 – для нижнего монолитного слоя. 

6.Определяют уровень работоспособности  от попеременного замораживания  оттаивания.

                                                (2.7.8)

,                                             (2.7.9)

где W – водонасыщение, материала монолитного слоя, %.

Значение водонасыщения  принимается по данным подбора состава  либо по СТБ 1033.

Значение p_vl1 принимается по таблице 2.7.2.

 

7.Определяют уровень повреждаемости  от температуры.

                                         (2.7.10)

8.Определяют уровень повреждаемости  от попеременного замораживания  оттаивания.

                                        (2.7.11)

9.Определяют общий приведенный  уровень работоспособности.

9.1.От температурных факторов:

                                   (2.7.12)

9.2.От попеременного замораживания  оттаивания:

                                   (2.7.13)

10.Определяют общий приведенный  уровень работоспособности.

                                  (2.7.14)

11.Определяют общий уровень  повреждаемости.

                                        (2.7.15)

Проверяют условие 2.7.1. Если данное условие  не выполняется, увеличивают толщину  покрытия (или основания) до его выполнения.

 

Составляем расчетную  схему конструкции дорожной одежды со слоями усиления (рис. 2.5.5). Модули упругости  подставляем при температуре 0 градусов.

 

Рис. 2.5.5 - Конструкция дорожной одежды

 

Расчетные характеристики материалов конструктивных слоев (приняты по таблицам 2.5.2 и п.1, Приложение 6):

Слой 1 – щебеночно-мастичный  асфальтобетон на модифицированном битуме.

- модуль упругости при  температуре 0^оС – 5500 МПа (Табл. 2.5.2.).

- предельная структурная  прочность – 10 МПа (Табл. 1. П1  Приложение 6).

- прочность на изгиб  – 6 МПа (Табл. 1. П1).

Слой 2 – крупнозернистый  плотный асфальтобетон на битуме БНД 60/90.

- модуль упругости при  температуре 0^оС – 4500 МПа.

- предельная структурная  прочность – 7,5 МПа.

- прочность на изгиб  – 5,5 МПа.

 Слой 3 – песчаный асфальтобетон  на битуме БНД 60/90.

- модуль упругости при  температуре 0^оС – 5400 МПа.

- предельная структурная  прочность – 10 МПа.

- прочность на изгиб  – 6 МПа.

Слой 4 – старый асфальтобетон.

- модуль упругости при  температуре 0^оС (Е*Кн) – 2200*0.9= 1980 МПа.

Слой 5– ПГС, укрепленная  цементом

- модуль упругости –  600 МПа.

Слой 6 – Ўебень обработанный битумом.

- модуль упругости –  280 МПа.

Слой 7 – песок среднезернистый.

- модуль упругости –  130 МПа.

Грунт земляного полотна.

- модуль упругости –  11 МПа.

Вычисляем эквивалентные  модули упругости на контактах слоев  по методике раздела 1.10 с использованием номограммы 1.7.8. Поскольку диаметр  отпечатка следа колеса принят для  нагрузки А3  расчет ведется по всем слоям.

Расчет ведем  снизу вверх.

Н7/Д= 42/41= 1.02

Ео/Е7=11/130=0.085

По номограмме найдем E_э^y1 /Е7= 0.32

E_э^y1  = 0.32*130= 42МПа            

     Н6/Д= 21/41=0.51

E_э^y1 /Е6=42/280=0.15

По номограмме найдем E_э^y /Е6=0.30

   E_э^y =0.30*280=84 МПа                                                         

          Н5/Д= 22/41=0.54

E_э^y /Е5=84/600=0.14

По номограмме найдем E_э^y1 /Е5= 0.29

  E_э^Iy  = 0.29*600=174 МПа

Н4/Д= 5/41=0.12

E_э^Iy /Е4=174/1980=0.09

По номограмме найдем E_э^I11 /Е4=0.09

 E_э^I11  = 0.1*1980=198 МПа                                                     

                                           

  Н3/Д= 1/41=0.02

E_э^I11 /Е3=198/5400=0.04

По номограмме найдем E_э¹¹ /Е3=0.04

 E_э¹¹  = 0.04*5400=216 МПа                                                        

Н2/Д= 9/41=0.22

E_э¹¹ /Е2=216/4500=0.048

По номограмме найдем E_э¹ /Е2=0.075

E_э¹  =0.075*4500=338 МПа                               

Определяем суммарную  интенсивность движения за весь срок службы (11 лет) (формула 1.6.12). Расчетное число дней в году принимаем 365.

 

Определяем растягивающие напряжения в монолитных слоях:

Верхний слой покрытия:

Растягивающие напряжения в  нижней части слоя (сцепление с  нижележащим слоем обеспечено) для  толщины слоя 4 см. (номограмма 2.7.1) – 0 МПа;

Растягивающие напряжения в  верхней части слоя для толщины  слоя 4 см. (номограмма 2.7.3) – 0,13 МПа.

Слой 2:

Растягивающие напряжения в  нижней части слоя (сцепление с  нижележащим слоем обеспечено) для  общей толщины слоя (4 + 9) = 13 см. (номограмма 2.7.1) – 0,31 МПа.

Слой 3:

 

Растягивающие напряжения в  нижней части слоя (сцепление с  нижележащим, старым слоем отсутствует) для общей толщины слоя (4 + 9 +1) = 14 см. (номограмма 2.7.2) – 1,15 МПа.

Принимая во внимание повышающий коэффициент 1,12 для нагрузки А₃, максимальные растягивающие напряжения в монолитных слоях составляют:

- слой 1: 0,15 МПа;

- слой 2: 0,35 МПа;

- слой 3: 1,29 МПа.

 

Расчет фактического уровня повреждаемости:

Слой 1.

Интенсивность движения по сезонам года (формула 2.7.2):