Файл: Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд..pdf

Ч а с т ь I I

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД, РАБОТАЮЩИХ В СТАДИИ ОБРАТИМЫХ ДЕФОРМАЦИЙ

Г л а в а 3

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ГРУНТОВ, МАТЕРИАЛОВ И ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОВТОРЯЮЩИХСЯ НАГРУЗОК

§ПЛ. Условия работы дорожной одежды

игрунта земляного полотна под действием автомобилей

Современные высокие требования к эксплуатационным качествам одежды проезжей части на дорогах высших категорий в отношении долговечности и ровности поверхности, допускающей движение с вы­ сокими скоростями, могут быть удовлетворены лишь при условии, если одежда работает под действием эксплуатационных нагрузок в стадии обратимых деформаций. Это условие лежит в основе исследо­ ваний, результаты которых излагаются в этой части книги.

Были изучены закономерности деформирования грунтов, материа­ лов и слоистых конструкций под действием повторных нагрузок, в ре­ зультате чего представилось воможным сформулировать три стадии деформирования применительно к эксплуатационным требованиям, предъявляемым к дорожным одеждам разного назначения [41, 51].

Подробно исследованы условия, при которых обеспечивается ра­ бота дорожных конструкций1 в стадии обратимых деформаций и создана методика расчета таких конструкций. В качестве расчетной модели в данном случае использовано слоистое упруго-изотропное полупро­ странство.

Исследования дали возможность существенно развить имевшиеся решения теории упругости применительно к особенностям конструкций дорожных одежд и создать сравнительно несложный расчетный аппарат для определения напряжений и перемещений в отдельных конструк­ тивных элементах. Разработанная методика расчета [69] основывается на двух обязательных критериях предельного состояния: а) предель­ ное равновесие при сдвиге в грунте земляного полотна и слабосвязных материалах промежуточных конструктивных слоев одежд; б) предельно допустимое растягивающее напряжение при изгибе в монолитных

1 Здесь и далее под термином «дорожная конструкция» авторы имеют в виду дорожную одежду и грунт земляного полотна, напряженное и деформированное состояние которых под действием временных нагрузок определяют в конечном итоге службу проезжей части дороги- в процессе эксплуатации.

47

слоях одежды (асфальтобетон, укрепленные цементом грунты и ма­ териалы и др.). Только при соблюдении обоих этих условий гаранти­ руется сохранение высоких эксплуатационных качеств на протяжении длительного времени.

Хотя книга посвящена расчету и конструированию дорожных одежд нежесткого типа, в гл. 9 приведен разработанный в последнее время в Ленинградском филиале Союздорнии метод расчета оснований одежд с бетонными покрытиями. Объясняется это тем, что указанный метод основывается на тех же предпосылках и в нем используются те же критерии предельного состояния, что и в приводимом методе назначения конструкций одежд нежесткого типа.

ижесткого типов.

Дорожная одежда подвергается воздействию повторных кратковре­

менных нагрузок от проходящих по дороге транспортных средств. Среднее удельное давление на поверхность покрытия от современ­

ных стандартных грузовых автомобилей составляет 4—7 кГ/см2 при площади контакта с покрытием двух сдвоенных колес 600—900 см2. С глубиной удельное давление на нижележащие конструктивные слои снижается. Эпюра давлений на подстилающий нежесткую дорожную одежду грунт имеет колоколообразное очертание. Максимальная величина вертикальных напряжений, передающихся на грунт, в раз­ личных природных и эксплуатационных условиях находится чаще всего в пределах от 0,2 до 1,5 кГ/см2.

Благодаря распределению нагрузки верхними слоями конструк­ ции продолжительность действия напряжений от движущихся авто­ мобилей на подстилающий одежду грунт составляет приблизительно 0,1—0,3 сек, а средняя скорость роста вертикальных напряжений на поверхности грунтового основания находится чаще всего в пределах

вертикальные нагрузки, изменяющиеся во времени со сравнительно высокими скоростями.

Частота нагружения зависит от интенсивности и скорости движе­ ния, а также от вида обращающихся по дороге транспортных, средств.

Наименьший интервал между следующими друг за другом авто­ мобилями исходя из условия безопасности движения определяется, как известно, их скоростью движения и состоянием поверхности по­ крытия. Расчетный минимальный интервал времени между нагруз­ ками от двухосных автомобилей (задние оси расчетные) составляет 2—3 сек.

Значительно более высокая частота нагружения имеет место при движении автопоездов. Здесь интервалы между нагрузками не пре­ вышают 0,3—0,4 сек. Еще более неблагоприятные условия созда­ ются при движении автомобилей с двумя задними осями. Расстоя­ ние между ними у современных моделей составляет 1,2—1,4 м. В связи с этим интервал между нагрузками снижается до 0,05—0,1 сек.

48

Помимо вертикальных на дорожную конструкцию действуют также горизонтальные силы — силы тяги и силы торможения, центробеж­ ные силы на кривых и др.

Наибольшие из них — силы торможения могут в отдельных слу­ чаях приближаться по величине к вертикальным силам. Однако, как показали исследования, напряжения, вызванные горизонтальными силами, затухают с глубиной в несколько раз быстрее, чем напряжения

одежды.

Под действием временных нагрузок в дорожной одежде и грунте земляного полотна происходят обратимые или необратимые измене­ ния, от характера и величины которых зависит в конечном счете экс­ плуатационное состояние дороги. Естественно, поэтому вопросам, связанным с воздействием на грунты, материалы и дорожные конст­ рукции циклических нагрузок, давно уделяется большое внимание как в СССР, так и за рубежом [8, 11, 17, 18, 19, 29, 46, 48, 62, 82, 90,

91и др.].

В процессе исследований установлено, что накопление деформаций

при многократном нагружении происходит более интенсивно, чем под действием постоянной нагрузки той же величины за суммарно одинаковый промежуток времени. Было показано, что с ростом вели­ чины нагрузки интенсивность накопления деформаций возрастает. Установлено также (Ю. Л. Мотылев [46] и др.), что закономерности накопления деформаций -имеют самый' различный характер и, как правило, не подчиняются логарифмическому закону, принимавшемуся вначале отдельными исследователями на основании результатов испы­ таний с небольшим числом приложений нагрузки.

С увеличением времени действия циклической нагрузки, скорости роста напряженного состояния, а также по мере снижения интервалов между нагрузками возрастает интенсивность накопления деформаций. Однако это заметно проявляется лишь при невысоких запасах проч­ ности1 . При больших запасах, порядка 3 и более, влияние перечислен­ ных факторов практически не улавливается [29].

Замечено также, что при относительно малой величине повторяю­ щихся нагрузок накопленная деформация сравнительно быстро ста­ билизируется и поэтому неправильно учитывать сумму работы де­ формаций без учета величины нагрузки.

К сожалению, недостаточное внимание припроводившихся до недавнего времени исследованиях уделялось выяснению физической сущности процессов, происходящих в грунтах и слоистых дорожных одеждах при. повторяющемся нагружении: Между тем, для того чтобы иметь возможность в должной степени обоснованно учитывать в рас­ четах результаты воздействия повторяющихся нагрузок, необходимо знать характер явлений, протекающих в различных случаях. Этому

1 Под этим термином имеется в виду отношение величины разрушающей статической нагрузки к величине нагрузки, действующей многократно. Это от­ ношение иногда называется также коэффициентом прочности.

49