Файл: Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд..pdf

Поэтому при проектировании одежд с усовершенствованными по­ крытиями надо обязательно соблюдать условие, гарантирующее со­ хранение сплошности монолитных слоев одежды.

Одежды с капитальными покрытиями следует рассчитывать на наиболее высокие нагрузки из возможных к обращению в расчетное время года. Что касается интенсивности движения, она здесь имеет подчиненное значение, поскольку накопления деформаций не проис­ ходит. Однако повторяемость нагрузок нужно учитывать при назна­ чении расчетных характеристик материалов, а также грунтов, в кото­ рых проявляются усталостные и другие явления (тиксотропные изме­ нения и т. п.), влияющие на сопротивляемость их нагрузкам.

К одеждам с усовершенствованными облегченными покрытиями предъявляют также достаточно высокие требования в отношении экс­ плуатационных качеств. Но, принимая во внимание менее высокие рас­ четные скорости на таких дорогах, а также более короткие сроки между восстановительными ремонтами, здесь целесообразно несколько облег­ чить конструкцию по сравнению с одеждами капитального типа.

Одежды с усовершенствованными облегченными покрытиями воз­ можно проектировать на работу в стадии малых пластических дефор­ маций, когда лишь в особо неблагоприятные периоды так называемых расчетных годов можно ожидать образование сравнительно небольших остаточных деформаций. Вообще вопрос оптимальной прочности такого рода одежд следует решать исходя из технико-экономических сообра­ жений, так как со снижением прочности уменьшается размер первона­ чальных капиталовложений, но зато возрастают эксплуатационные затраты в связи с сокращением межремонтных сроков.

Одежды с покрытиями переходного типа — из гравийных и подоб­ ных им материалов, из смесей с жидкими вяжущими, ровность которых можно поддерживать на необходимом уровне простейшими средствами: утюжкой, профилированием, — а также одежды на временных доро­ гах целесообразно проектировать на работу в упруго-пластической стадии. Предельным состоянием в данном случае является образование максимально допустимой по величине накопленной за срок службы деформации. При расчете таких одежд наряду с величиной нагрузки на колесо большое значение имеет также интенсивность движения.

Различными будут и расчетные схемы при проектировании дорог разных категорий.

Для характеристики напряженно-деформированного состояния до­ рожных конструкций, работающих в стадии весьма малых, практически полностью обратимых деформаций, когда отсутствуют пластические смещения и сохраняется сплошность монолитных слоев, могут быть использованы законы теории упругости, в частности, имеющиеся реше­ ния задачи о напряжениях и деформациях упругих слоистых систем под действием осесимметричной нагрузки (гл. 5).

Иное положение с конструкциями, работающими в упруго-пла­ стической стадии. Здесь под действием нагрузок наряду с обратимыми возникают также остаточные деформации, обусловленные пластиче­ скими смещениями. Закономерности накопления деформаций в данном случае зависят не только от величины нагрузки, но также от времени

75

ее действия и числа приложений. Поэтому для описания напряженнодеформированного состояния конструкций, работающих в. упругопластической стадии, необходимо привлекать уже законы деформиро­ вания упруго-вязко-пластических сред.

Из изложенного очевидно, что не может быть единого метода рас­ чета дорожных одежд нежесткого типа, который с необходимой под­ робностью позволял бы учитывать при проектировании главнейшие

деформаций. В качестве расчетной схемы здесь используется модель слоистого упругого полупространства. За критерии предельного со­ стояния принимают в данном случае: достижение местного предельного равновесия по сдвигу в подстилающем грунте или в слабосвязных материалах одежды; возникновение предельно допустимых растяги­ вающих напряжений при изгибе в монолитных слоях одежды.

Второй метод предназначен для дорожных одежд, проектируемых на работу в упруго-пластической стадии. Предельное состояние в дан­ ном случае — накопление максимально допустимой деформации. При расчетах здесь должны учитываться упруго-вязко-пластические свой­ ства грунта и материалов.

Что касается дорожных одежд с облегченными усовершенствован­ ными покрытиями, здесь, вообще говоря, могут найти применение оба приведенные выше метода: на начальном этапе, когда возникают оста­ точные деформации, — второй метод, а в дальнейшем, после упрочнения конструкции, — первый.

Для создания в должной степени обоснованных методов назначе­ ния конструкций нежестких дорожных одежд всех категорий требует­ ся достаточно длительное время, поэтому встает вопрос об очередности разработки отдельных методов.

Для проектирования важен надежный метод назначения конструк­ ций одежд с капитальными и с усовершенствованными облегченными покрытиями, затраты на сооружение которых велики, а требования к эксплуатационным качествам достаточно высоки, возобновление и последующее усиление которых сопряжено со значительной потерей сделанных уже капиталовложений. Поэтому здесь в первую очередь необходим метод расчета, гарантирующий безусловную надежность и в то же время достаточную экономичность проектируемых одежд.

Возможные ошибки в назначении конструкции одежд с переход­ ными покрытиями могут быть легко исправлены путем последую­ щего усиления либо за счет более интенсивного содержания и ремонта.

Такая очередность диктуется и современным состоянием наших знаний в смежных областях. Теория слоистых упругих систем в послед­ ние годы трудами отечественных и зарубежных ученых разработана в такой мере, что ее уже можно с успехом использовать для решения практических задач, тогда как для создания метода расчета дорожных одежд, работающих в упруго-пластической стадии, приходится привле­ кать законы деформирования слоистых упруго-вязко-пластичных

76

сред, разработанные пока несравненно слабее. Этим объясняется, что основное внимание на настоящем этапе уделено созданию обосно­

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД, РАБОТАЮЩИХ В СТАДИИ ОБРАТИМЫХ ДЕФОРМАЦИИ

§ 11.7- Ранее проведенные исследования

Важные исследования напряжений в земляном полотне автомо­ бильных дорог проводили в 30-х годах В. Ф. Бабков, А. К. Бируля, В. Г. Булычев, Н. Н. Иванов, А. А. Иноземцев, Г. И. Покровский, М. Я. Якунин и др. Согласование теории и опыта в этих исследованиях производили путем введения в формулы Буссинеска коэффициента концентрации напряжений или методом эквивалентного слоя. Уточ­ ненные теоретические формулы позволяли вычислять вертикальные напряжения и перемещения лишь по оси действующей нагрузки. Но и это было значительным шагом вперед, давшим возможность создать метод расчета Союздорнии, основывающийся в качестве критерия

и методов расчета дорожных одежд на базе новых предложений о кри­ териях предельного состояния возникла необходимость в исследова­ нии всех составляющих напряжения и перемещения в любой точке слоистой конструкции. Для этого потребовались функциональные зависимости, пригодные для инженерных расчетов. Такого рода зави­ симости, в которых содержатся только элементарные функции, были

такте верхнего слоя (плиты) и подстилающего полупространства от­ сутствует трение (гладкий контакт). Другой крайний случай сопряже­ ния слоев характеризуется непрерывностью перемещений на границе слоя и подстилающего полупространства (спаянные слои). Этому слу­ чаю соответствуют решения осесимметричной задачи о двухслойном упругом полупространстве, полученные независимо Д. Бурмистером й

Р. М. Раппопортом, а затем развитые Б. И. Коганом. Однако сложность

ивесьма большая трудоемкость вычислений сдерживали использова­ ние этих решений, пока они не были реализованы применительно к па­

77

и касательных напряжений, возникающих в подстилающем полу­

На основе данных о вертикальных перемещениях по оси действую­ щей нагрузки П. И. Теляевым построена номограмма для определения

Рис. 11.11. Номограмма для определения общего модуля упругости Е0бщ двух­ слойных конструкций (цифры на кривых обозначают отношение модуля упруго­ сти двухслойной системы £овщ к модулю упругости верхнего слоя С в )

78

общего модуля упругости £ о б щ двухслойных конструкций (рис. 11.11).

Обстоятельством, сдерживавшим практическое использование ре­ шений теории упругости, явилось также наличие различных взглядов в части правомерности применения этих решений для расчета дорож­ ных одежд, особенно нежесткого типа. В общем если иметь в виду дорожные одежды нежесткого типа в широком разнообразии их кон­ струкций и условий работы, то наличие разных мнений, несомненно, оправдано. Но в данном случае речь идет только об одеждах капиталь­ ного типа, работающих под действием многократных нагрузок в стадии обратимых деформаций, величины которых крайне невелики.

В этих условиях в диапазоне расчетных нагрузок для водосвязных материалов основания и грунтов, как показали исследования, сохра­ няется линейная зависимость между напряжениями и деформациями. Динамические модули упругости для этих сред практически не отли­ чаются или отличаются очень мало от статических.

Что касается материалов, содержащих органическое вяжущее, их поведение при нагружении не подчиняется целиком указанным зако­ номерностям, характерным для водосвязных сред, однако исследова­ ния показывают, что под' действием кратковременных нагрузок эти материалы деформируются как сплошное изотропное упругое тело.

Чтобы выяснить, в какой степени теоретические решения соответ­ ствуют фактическим значениям напряжений и перемещений в реальных дорожных конструкциях, были проведены экспериментальные ис­ следования.

§ П.8. Экспериментальные исследования

Экспериментам по измерению напряжений в грунтах посвящено большое количество работ [1—5, 7, 9, 13, 21 и др.]. Были измерены напряжения в земляном полотне по оси действия нагрузки от стоя­ щего на покрытии и движущегося с различными скоростями автомоби­ ля [4, 21]. Определены также напряжения в грунтовом основании двухслойных моделей с верхним слоем из укрепленного битумом или цементом грунта и грунтощебня [5, 7, 13], а также из грунтощебня без специального вяжущего.

Значительные по объему эксперименты были проведены еще в 1936— 1939 гг. на конструкциях, характерных для того периода, с исполь­ зованием применяемой в то время аппаратуры. Полученные результаты измерения не могли быть в должной мере сопоставлены с данными

79