Исходные данные и результаты расчета приведены в таблицах 3.1, 3.2, 3.3
Предлагаемая конструкция
Исходные данные
Тип дорожной одежды- 1
Тип местности по условиям увлажнения- 2
Время непрерывной эксплуатации- 11,0 лет
Автоварьирование при расчёте- да
Дорожно-климатическая зона- 2
Категория дороги -3
Поправка к относительной влажности- 0
Тип расчетной нагрузки –автомобили А
Признак расчета на динамические нагрузки –да
Дорожно-климатическая подзона -1
Таблица 3.1 Исходные данные
№ |
Код материала |
Начальная толщина |
Максимальная толщина |
Шаг приращения толщины |
Модуль упругости для расчета Е экв. |
Сопротивление растяжению при изгибе |
Угол внутреннего трения |
Сцепление |
Коэффициент сопряжения слоев |
см |
см |
см |
МПа |
МПа |
град |
МПа |
|||
1 2 3 4 |
3 10 50 52 204 |
5.0 7.0 22.0 30.0 0.0 |
5.0 7.0 22.0 30.0 0.0 |
0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 |
2400 1400 200 120 75 |
2.400 1.6650 0.0000 0.0000 0.0000 |
0.0 0.0 40.0 40.0 40.0 |
0.2000 0.3000 0.0300 0.0060 0.0050 |
1.1 1.6 7.5 6.0 3.0 |
Слой N1 Щебневая мелкозернистая плотная горячая а/б смесь тип Б по
СТБ 1033-04
Слой N2 Щебневая крупнозернистая пористая а/б смесь по
СТБ 1033-04
Таблица 3.2 Расчетные модули упругости асфальтобетонных смесей
№ |
Код материала |
Для расчета Е экв. |
Для расчета на изгиб в монолитном слое |
Для расчета на сдвиг в монолитном слое |
Для расчета на сдвиг в слоях основания |
1 2 |
2 8 |
3200.0 2000.0 |
4500.0 3600.0 |
200.0 250.0 |
1000.0 1700.0 |
Диаметр следа колеса – 37.00 см;
Коэффициент прочности – 0.94
Расчетная приведенная интенсивность движения – 142.0 ед/сут
Среднее давление колеса на покрытие – 0.60 МПа;
Требуемый модуль упругости – 206.00 МПа
Таблица 3.3 Результаты расчета
Материал слоя |
Толщина слоя |
Общий модуль упругости |
|
Код |
Наименование |
||
2 |
Щебневая мелкозернистая плотная горячая а/б смесь тип Б по СТБ 1033-04 |
5,0 |
230,90 |
8 |
Щебневая крупнозернистая пористая а/б смесь по СТБ 1033-04 |
7,0 |
180,57 |
50 |
Гравийно-песчаная смесь С5 |
10,0 |
122.70 |
52 |
Песок средней крупности |
22,0 |
76.53 |
204 |
Супесь легкая крупная |
,0 |
75.0 |
Толщина конструкции – 64.00 см
Надежность дорожной одежды на стадии проекта
Для оценки надежности дорожной одежды на стадии проекта необходимо вычислить частные уровни надежности по критериям прочности, а затем оценить общий уровень надежности.
Коэффициенты запаса по критериям прочности определяют следующим образом:
1) Коэффициент запаса по упругому прогибу:
КЕ = ЕФ/Етр
(3.1)
Где ЕФ – фактический модуль упругости на покрытии дорожной одежды, принятый по расчету (таблица 3.3);
Етр – требуемый модуль упругости (исходные данные).
КЕ = 210.1/206.00=1.0 > Кпр = 0.94
По номограмме (рисунок 1.6 [1]) находим уровень надежности, который составил 0.90
2) Коэффициент запаса по второму критерию прочности (сплошность монолитных слоев)
2.1) Расчет сопротивления растяжению при изгибе асфальтобетонного покрытия:
1. Расчетная величина модуля упругости для слоев асфальтобетонного покрытия: Е1 = 2400МПа, Е2 = 1400 МПа (таблица 3.2)
2. Средний модуль упругости двухслойного асфальтобетона:
Еср = (Е1*h1 + Е2*h2)/(h1 + h2) (3.2)
Еср = (2400*5+1400*7)/(5+7)=1816.66 МПа
3. Растягивающее напряжение в асфальтобетоне:
Еср/Еобщ =1816.66/160.57=11.31
Где Еобщ – общий модуль упругости основания;
(h1 + h2)/D = (5 + 7)/37= 0.32
где hi – толщина i-го слоя (исходные данные);
D - диаметр следа колеса ( 37.0 см – исходные данные);
По номограмме (рисунок 7.9 [2]) находим σр = 1.4 МПа;
σр = p* σр (3.3)
где σр – наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое;
σр – растягивающее напряжение, определяемое по номограмме;
p – давление на покрытие от расчетного автомобиля (p = 0.6 МПа – исходные данные);
σр = 1.4*0.6=0.84 МПа
4. Допускаемое растягивающее напряжение для нижнего слоя асфальтобетонного покрытия:
Rдоп = R*(1-θ*υR)*Ку*Км
Где R – нормативное значение сопротивления растяжению при изгибе (таблица 3.1);
θ = 0.32 – коэффициент нормативного отклонения (ст.134 [2]);
υR = 0.1 – коэффициент вариации;
Ку – коэффициент усталости (Ку = 0.7 – по таблице 7.6 [2]);
Км – коэффициент снижения прочности от воздействия природных факторов, принимается для асфальтобетонов 3марок Км = 1;
Rдоп = 2.4*(1-1.32*0.1)*1.2*0.8=1,7МПа
5. Коэффициент прочности на растяжение при изгибе:
Кизг = Rдоп/ σр (3.4)
Кизг = 1.7/0.0.84=1.3> Кпр =0.94
Так как Кизг > Кпр, следовательно устойчивость на растяжение при изгибе обеспечена.
По номограмме (рисунок 1.7 [1]) находим уровень надежности, который составил 0.97
2.2) Расчет сопротивления растяжению при изгибе промежуточного слоя дорожной одежды
1. Расчетное значение модуля упругости:
Ер = Ез =200МПа (таблица 3.1)
2. Средний модуль упругости верхних слоев:
Еср = 1817.6 МПа (таблица 3.1)
3. Растягивающее напряжение в слое:
Е1/Е2 = Еср/Ез = 1817.6/200=9.08
Е2/Е3 = Е3/Е3общ = 200/122.70=1.6
(h1 + h2 + h3)/D = 22/37=0.59
По номограмме (рисунок 7.9 [2]) находим σр = 0.11МПа
По формуле (3.3):
σр = 0.6*0.11=0.20 МПа
Допускаемое растягивающее напряжение для песка Rдоп = 0.25 МПа
По формуле (3.4):
Кизг = 0,25/0.20=1.24> Кпр =0.94
Так как Кизг > Кпр, следовательно устойчивость на растяжение при изгибе обеспечена.
По номограмме (рисунок 1.7 [1]) находим уровень надежности, который составил 0.93
3) Коэффициент запаса по третьему критерию прочности (сдвигоустойчивость слабосвязных слоев и грунта)
3.1) Расчет сопротивления сдвигу в подстилающем грунте:
1. Средний модуль упругости дорожной одежды:
Еср = (Е1*h1 + Е2*h2 + Е3*h3 + Е4*h4)/(h1 + h2 + h3 + h4) (3.5)
Где Еi – модуль упругости i-го слоя;
hi – толщина i-го слоя;
Еср = (2400*5+1400*7+200*22+120*30)/64=465.6 МПа
2. Расчетное значение модуля упругости грунта:
Егр = 75.00
3. Напряжение сдвига от временной нагрузки:
Еср/Егр = 465.6/75=6.2
∑h/D = 64/37 = 1.72
φ = 40о
По номограмме (рисунок 7.7 [2]) находим:
t = tн/p = 0.009
tн = 0.009*0.6=0.0054
4. Напряжение сдвига от массы одежды:
для hдо = 64 и φ гр = 40° по графику (рисунок 7.8 [2]) находим tв = - 0.0034
5. Суммарное напряжение сдвига в грунте:
Т = tн + tв
Т = 0.0054-0.0034=0.002
6. Расчетная величина сцепления в активной зоне:
Сгр = Сгр*(1 - θ*υс) (3.7)
Где Сгр – сцепление (исходные данные);
υс = 0.15 - коэффициент вариации сцепления;
Сгр = 0.003*(1-1.32*0.15)=0.002
7. Допускаемое сдвигающее напряжение в грунте:
Тдоп = Сгр*К1*К2*К3 (3.8)
Где К1 = 0.6 – коэффициент, учитывающий снижение сопротивления сдвигу;
К2 = 1.09 -коэффициент неоднородности условий работы дорожной одежды
(рисунок 7.6 2]);
К3 = 1.5 коэффициент, учитывающий особенности работы грунта в конструкции
(ст. 131 [2]);
Тдоп = 0.002*0.6*1.09*1.5=0.0021
8. Коэффициент прочности по сдвигу:
Ксдв = Тдоп/Т (3.9)
Ксдв = 0.0021/0.002=1.1> Кпр =0.94
Напряжение сдвига в грунте не меньше допускаемого сдвигающего напряжения, т.е. устойчивость на сдвиг обеспечена.
По номограмме (рисунок 1.7 [1]) находим уровень надежности, который составил 0.70
Расчет сопротивления сдвигу в песчаном слое основания
1. Средний модуль упругости одежды, расположенной выше слоя песка:
Еср = (5*2400+7*1400+22*200)/34=1154.54 МПа
2. Напряжение сдвига от временной нагрузки:
Еср/Еобщ = 1454.54/122.70=11.80
∑h/D = 0.34
φ = 40о
По номограмме (рисунок 7.7 [2]) находим:
t = tн/p = 0.004
tн = 0.004*0.6=0.024
3. Напряжение сдвига от массы одежды:
для hдо = 34 см и φ гр = 40° по графику (рисунок 7.8 [2]) находим tв =0.0023
4. Суммарное напряжение сдвига в песчаном слое:
Т = tн + tв
Т = 0.024+0.002=0.026
1. Расчетная величина сцепления в активной зоне:
Сп = С4*(1 - θ*υс)
(3.10)
Где Сгр – сцепление (исходные данные);
υс = 1.32 - коэффициент вариации сцепления;
Сгр =0.02*(1 – 1.32*0.15) = 0.02
2. Допускаемое сдвигающее напряжениев песке:
Тдоп = Сгр*К1*К2*К3
Где К1 = 0.6 – коэффициент, учитывающий снижение сопротивления сдвигу;
К2 =1.09 – коэффициент неоднородности условий работы дорожной одежды
(рисунок 7.6 2]);
К3 = 8.0 - коэффициент, учитывающий особенности работы грунта в конструкции
(ст. 131 [2]);
Тдоп =0.02*0.6*1.09*8= 0.023
3. Коэффициент прочности по сдвигу:
Ксдв = Тдоп/Т
Ксдв = 0.023/0.02 = 1.3> Кпр = 0.94
Напряжение сдвига в грунте больше допускаемого сдвигающего напряжения, т.е. устойчивость на сдвиг в песчаном слое обеспечена.
По номограмме (рисунок 1.7 [1]) находим уровень надежности, который составил 0.97
Определяем общий проектный модуль упругости:
Роб = 5√0.90*0.97*0.93*0.70*0.97=0.90
2. Оценка строительного уровня надежности
В результате испытания образцов материала покрытия получены следующие значения прочности:
прочность при 0 °С – 2.4 МПа;
прочность при +10 °С – 1.5 МПа;
прочность при -15 °С и скорости деформации 3 мм/мин – 2.7 МПа;
прочность при -15 °С и скорости деформации 10 мм/мин – 3.2 МПа.
Вычисляем значение предельной структурной прочности по формуле:
Rс = R/((1 + 1.92*lg(R1/R2) (3.11)
Где R1 и R2 – прочность на растяжение при -15 оС со скоростью 3 и 10 мм/мин соответственно;
R = (R1 + R2)/2
R = (2.7 + 3.2)/2 = 3.10 МПа
Rс = 3.10/((1 + 1.92* lg(2.7/3.2) = 3.40 МПа
По формуле вычисляем значение прочности на изгиб в расчетных условиях соответственно при 0 и +10 оС:
Ru(10) = (2.5*R10)/(0.431 + (R10/Rc)) (3.12)
Ru(0) = (2.5*R0)/(0.431 + (R0/Rc)) (3.13)
Ru(10) = (2.5*1.5)/(0.431 + (1.6/3.40)) =3.0 МПа
Ru(0) = (2.5*2.5)/(0.431 + (2.5/3.40)) =3.3 МПа
Находим максимальное значение модуля упругости:
Ес = 3.6*(16.3*Rc)1.9 (3.14)
Ес = 3.6*(16.3*3.5)1.9 =5037.19 МПа
Находим значения модуля упругости при температурах 0 и +10 оС соответственно:
lg(Е/Ес) = (lg(R/Rc))/m (3.15)
где m– параметр, учитывающий структуру материала (для асфальтобетона m = 0.8)
Для 0 оС получим:
lg(Е/Ес) = (lg(2.2/2.82))/0.8 = -0.18
Е/Ес = 0.67
Е = 3838 МПа
Для 10 оС получим:
lg(Е/Ес) = -0.20
Е/Ес = 0.36
Е = 2541 МПа
Определяем коэффициент запаса:
1. По модулю:
Кз = Еф/Епр (3.16)
Где Еф – полученный модуль при 10 оС;
Епр – проектный модуль (таблица 3.1);
Кз = 2541/2400 = 1.2
По номограмме (рисунок 1.7 [1]) находим уровень надежности, который составил 0.90
2. По прочности:
Кз = Rф/Rпр
Где Rф – фактическая прочность на изгиб;
Rпр – проектная прочность (таблица 3.1);
Кз = 3.2/2.4 = 1.2
По номограмме (рисунок 1.7 [1]) находим уровень надежности, который составил 0.90
Определяем общий строительный модуль упругости:
Роб = √0.90*0.90=0.90
Заключение: технологический уровень надежности равен проектному
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.