Файл: Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд..pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 248

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

расчета, так как не было еще найдено теоретического решения для слоистого полупространства.

В связи с появлением доступных для практического использования решений о напряженном состоянии и деформациях двухслойных упру­ гих систем, а также с новыми возможностями в части создания более совершенной аппаратуры для измерения напряжений и перемещений, в Ленфилиале Союздорнии была проведена, как уже указывалось, новая серия экспериментов.

Эксперименты при длительном и кратковременном воздействии на­ грузок проводили на моделях слоистых систем, а также на реальных дорожных одеждах. Модели изготавливали в металлических формах диаметром 20 см'. Верхний слой толщиной 1 и 2 см из песчаного асфаль­ тового бетона укладывали на подготовленное основание. Испытывали также модели с верхним слоем из грунта, укрепленного добавкой 8% цемента. Часть используемых для устройства покрытия плиток имела гладкую нижнюю поверхность, которую к тому же перед укладкой в модель смазывали тонким слоем вазелина. Этим воспроизводилась работа конструкций в условиях, приближающихся к свободному сме­ щению слоев на контакте. Другая часть плиток имела шероховатую нижнюю поверхность, что достигалось втапливанием в смесь при уплот­ нении гранитных высевок. В основание моделей укладывали с послой­ ным уплотнением с.углинисто-пылеватый грунт, имевший влажность в отдельных опытах от 0,54 до 0,78 WT (WT — влажность при границе текучести).

Для измерения напряжений в процессе опытов как в лаборатории, так и на дорогах использовали датчики, разработанные лабораторией измерений Ленинградского филиала Союздорнии. Датчики представ­

ляли собой

полые

металлические

коробки с размерами

для

моделей:

диаметр — 24 мм, высота — 5 мм, для испытания реальных

конструк­

ций: диаметр — около 60 мм, высота — 18 мм.

 

 

и}

3

5

6

7

8

 

Рис. 11.12. Датчики для измерения напряжений:

/ — рабочие тензометры; 2 — компенсирующие

тензометры;

3— рабочая мембрана;

4 — шту­

цер; 5 —якорь; 6 •—• упорный винт якоря; 7—индуктивные

катушки; 8 — кольцо;

9— корпус

датчика; 10 —

упругая шайба

 

80

Под действием

возникающих в грунте

напряже­

 

 

 

 

 

ний

торцовые

мембраны

датчиков

прогибаются.

 

 

 

 

 

Воспринимающий элемент, помещенный внутри дат­

 

 

 

 

 

чика,

преобразует

прогиб мембраны

в

изменение

 

 

 

 

 

тока,

протекающего

через датчик,

что и

регистри­

 

 

 

 

 

руют с помощью

гальванометра

или

 

записывают

 

 

 

 

 

на ленту

осциллографа.

Датчики

были

двух

ти­

 

 

 

 

 

пов: с

воспринимающим

элементом в

виде

двух

 

 

 

 

 

индуктивных

катушек и якоря между

ними

конст­

 

 

 

 

 

рукции И. И. Зактрегера (рис. 11.12, а) и с воспри­

 

 

 

 

 

нимающим элементом

в

виде

тензорешеток,

на­

 

 

 

 

 

клеенных

на

внутреннюю

 

поверхность

 

мембраны

 

 

 

 

 

(рис. 11.12, б).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перед

закладкой

в

конструкцию

датчики

та­

 

 

 

 

 

рировали

в грунте в специальном приборе по типу

 

 

 

 

 

прибора трехосного сжатия. При испытании моде­

 

 

 

 

 

лей

в

каждую

из них устанавливали

 

три-четыре

 

 

 

 

 

датчика на разной глубине от контакта с покры­

 

 

 

 

 

тием,

но не глубже 8 см. Часть

датчиков

распола­

 

 

 

 

 

галась рабочей мембраной параллельно поверхно­

Рис.

 

11.13.

Датчик

сти

для

измерения

вертикальных

напряжений, а

 

часть — перпендикулярно

для регистрации

гори­

для

 

регистрации

вертикальных

пере­

зонтальных

составляющих

напряжений.

 

 

 

 

 

мещений

 

Измерение

вертикальных

перемещений поверх­

 

 

штампа:

 

ности

при

испытании моделей

кратковременными

1 — индикатор;

2 —

индуктивные

катуш­

нагрузками

осуществляли

специально

 

сконструи­

ки;

3

— сердечник;

рованном прибором (рис. 11.13). Прибор

состоит из

4 — заплечик

штампа

 

 

 

 

 

стрелочного

индикатора,

двух

дифференциально

 

 

 

 

 

включенных

катушек

и помещенного

внутри пос­

 

 

 

 

 

ледних подвижного сердечника.

Перемещение

сер­

 

 

 

 

 

дечника

относительно

закрепленных

на

штативе

 

 

 

 

 

катушек приводит

к изменению

протекающего

по

Рис.

 

11.14.

Датчик

датчику тока, что регистрируется с помощью осцил­

 

для

 

регистрации

лографа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

во

времени при

нагрузок

на

Измерение величины нагрузки

 

 

штамп:

 

испытании кратковременными нагрузками

моделей

/ —

 

тензометр

со­

осуществлялось датчиком (рис. 11.14); датчик

снаб­

противления;

 

2 —

 

 

штамп

 

 

жен мембраной, на нижнюю плоскость

которой

 

 

 

 

 

наклеены

два проволочных

тензометра

сопротивления,

соединенные

в полумост. Модели

испытывали

штампами диаметром 4 и 6 см.

 

Испытание статическими нагрузками проводили на обычном ры­

чажном прессе. Нагрузки

прикладывали

возрастающими

ступенями

с выдерживанием каждой ступени до практически полного затухания деформации. После этого производили разгрузку с выдерживанием до прекращения восстановления деформации.

Испытание моделей при кратковременном воздействии нагрузок производили на прессе (рис. 11.15). Пресс позволял создавать нагруз­ ки длительностью от 0,15 до 1 сек, изменяющиеся во времени по сину­ соидальному закону. Одновременно были испытаны в условиях дли-

81

тельного и кратковременного нагружения образцы материалов, ис­ пользованных при изготовлении моделей.

Испытание реальных одежд проводили преимущественно на доро­ гах с интенсивным и тяжелым движением, находящихся в эксплуата­ ции достаточно длительное время, с хорошо сформировавшейся прочной дорожной одеждой.

На рис. 11.16 приведены характерные конструкции одежд и указа­ но размещение датчиков. Чтобы исключить по возможности элемент случайности, датчики устанавливали по двум вертикалям, расположен­ ным на полосе наката на расстоянии 2 м одна от другой. При закладке датчиков в скважины стремились возможно меньше нарушать сложив­ шуюся структуру конструкции. Особое внимание обращали на уплот­ нение укладываемых обратно в скважину грунта и материалов слоев одежды.

Для замера вертикальных перемещений поверхности покрытия при испытании проездом автомобилей на каждом участке были установлены датчики деформации (рис. 11.17). Корпус датчика заделывается в пок­ рытие. В корпусе закреплена индуктивная катушка, образующая с якорем зазор 1,5—2 мм. Якорь жестко связан с верхним концом репера, стержень которого прочно заделан нижним концом в грунт на достаточно большой глубине. Для устранения трения грунта по стен-, кам стержень репера помещен в резиновую трубку, наполненную соли­ долом. При вертикальных перемещениях покрытия корпус датчика

вместе с катушкой смещается по отношению к якорю, что

приводит

к изменению индуктивности катушек. Это регистрируется

на ленте

осциллографа. Тарировку датчиков деформаций производят

непосред­

ственно перед испытанием, путем статического нагружения

покрытия

с измерением прогиба стрелочными индикаторами.

 

Рис. 11.15. Пресс для кратковременных на­ грузок:

/ — нагружающее устрой­ ство; 2 — кривошипный механизм; 3 — электро­ двигатель; 4 — испыты­ ваемый образец

82

Статическими нагрузками одежды испытывали с помощью передвижного пресса Союздорнии. Нагрузки прикла­ дывали возрастающими ступенями с ин­ тервалом в 2 кГ/см2. Нагружение про­ изводили штампами диаметром 25, 34 и 50 см. Каждую ступень выдерживали до практически полного затухания дефор­ мации, после чего производили разгруз­

ку. Штампы устанавливали

непосред­

ственно

над

вертикалями

с

датчиками,

а также

на

расстояниях

25,

50, 100 и

150 см от них.

Помимо статических, была произве­ дена серия испытаний гружеными авто­ мобилями МАЗ-200 и других марок, дви­ жущимися со скоростями до 70 км/ч. На всех участках испытаний при каж­ дой скорости движения, изменяющейся ступенями по 10 км/ч, на ленту осцил­ лографа записывали 20—25 проходов автомобиля. Фиксировали также напря­ жения и деформации под колесом стоя­ щего автомобиля. Следует подчеркнуть, что все эксперименты как в лаборато­ рии, так и на дорогах производили под действием нагрузок, не вызывавших сколько-нибудь существенных остаточ­ ных деформаций.

Испытания как

в лаборатории,

так

и на дорогах показали, что между

на­

грузками на штамп,

вертикальными сме­

щениями поверхности и напряжениями в толще конструкций существуют за­ висимости, близкие к линейным. Линей­ ная зависимость сохраняется в широком диапазоне нагрузок на штамп при раз­ ных размерах последнего.

Измеренные вертикальные напряже­ ния в основании моделей при установке штампов над датчиками показаны на рис. 11.18. Здесь, как и далее, на рис. 11.19 и 11.21, жирными отрезками обозначены пределы изменения относи­ тельных величин напряжений при раз­ ных ступенях нагрузки; сплошными кривыми линиями даны величины на­ пряжений, рассчитанные при соответст­ вующих условиях для двухслойных

al

J t=iNa3

Рис. 11.16. Конструкции дорож­ ных одежд на участках испы­ таний и схемы размещения

датчиков; а — асфальтобетон на щебе­

ночном основании и нижнем песчаном слое; б — покрытие из цементогрунта

/ 3 2

Рис. 11.17. Датчик для реги­ страции вертикальных переме­ щений покрытия:

J — корпус датчика; 2 — индуктив­ ная катушка; 3 — якорь; 4 — репер

'83

а)

упругих систем. Полученные в опы­

тах значения

напряжений

достаточно

 

 

удовлетворительно согласуются с вы­

 

численными

в широком

диапазоне

 

нагрузок.

 

 

 

 

0,2

 

 

Величины

измеренных

горизон­

 

 

 

 

 

тальных

составляющих

напряжений

 

 

 

 

 

в моделях (см. рис. 11.19) существенно

 

 

 

 

 

зависят от условий сопряжения

слоев

 

 

EH;JUH=0JS

на контакте. В опытах

на

моделях, у

 

 

 

 

 

которых верхний

слой

имел

шерохо­

 

 

 

 

 

ватую

нижнюю

поверхность,

изме­

 

 

 

 

 

ренные напряжения были близки к

 

 

 

 

 

вычисленным для

случая

совместной

 

 

 

 

 

работы слоев на контакте, а -при глад­

 

 

 

 

 

кой

нижней

поверхности — к

рас­

 

 

 

 

 

считанным по схеме с гладким кон­

Z/*

 

 

 

тактом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты

лабораторных

испыта­

 

 

 

 

 

1)

#'2СМ

 

 

 

ний

подтвердились

также

экспери­

 

 

 

ментами на дорогах. На рис.

11.20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

приведены результаты

испытания до­

 

 

 

 

 

рожной

конструкции с покрытием из

 

 

 

 

 

двухслойного

асфальтобетона,

осно­

 

 

 

 

 

ванием из известнякового щебня и

 

 

 

 

 

песчаным подстилающим слоем. Грунт

 

 

 

 

 

земляного полотна — суглинок

пыле-

 

 

 

 

 

ватый. Можно видеть, что зависи­

 

 

 

 

 

мость вертикальных

смещений штам­

 

 

 

 

 

па

от

нагрузки

носит

практически

 

 

 

 

 

линейный

характер.

 

 

 

 

 

Рис. 11.18. Вертикальные состав­

Измеренные

вертикальные напря­

ляющие

напряжений

в моделях:

жения в земляном полотне (рис.

11.21)

а — под

центром

нагруженной

при

установке

штампов

разных диа­

площади;

б — на контакте

слоев

метров над одной из вертикалей с

в

стороне

от оси действия

нагруз­

ки

(г — расстояние

от

центра

датчиками близки

к

вычисленным.

штампа до места измерения на­

Аналогичные результаты

получены и

 

 

пряжений)

 

 

при

испытаниях

с установкой

штам­

 

 

 

 

 

пов над второй

вертикалью,

а также

на разных расстояниях от вертикалей. Это наблюдалось в широком диапазоне значений нагрузки.

Кроме статических испытаний, были проведены опыты при кратко­ временном воздействии нагрузок. Установлено, что во всех случаях, когда верхний слой моделей или покрытия реальных одежд выполнен из асфальтового бетона, средние величины напряжений в нижних слоях с уменьшением длительности действия нагрузки снижались (кривые 1, 2 на рис. 11.22, а и рис. 11.23, а). В частности, уменьшение напряжений в грунте земляного полотна на 'контакте с одеждой при проезде автомобилей достигало 25—30% по сравнению со статическим

84

a)

r

 

 

61

 

 

 

шШ

рг1нГ'см!

i ' w

 

 

 

 

 

 

 

If

 

 

 

 

 

 

05

 

 

 

 

 

 

1,0

 

 

 

 

 

 

1,5

 

 

 

 

 

 

2,0

 

 

 

 

 

 

2,5

 

 

Рис. 11.19. Горизонтальные составляющие

напряжений

в моделях

под центром

 

 

 

нагруженной

площади:

 

 

а — при совместной

работе

слоев; б — при свободном

смещении

верхнего слоя

 

 

 

по нижнему

 

 

действием колеса. Снижались также с уменьшением времени действия нагрузки и вертикальные прогибы поверхности покрытия.

Иная картина наблюдалась при испытании конструкций с верхним слоем из цементогрунта. Здесь как в экспериментах с моделями, так и при испытании конструкций на дорогах с уменьшением длительности действия нагрузки средние величины напряжений в нижнем слое несколько возрастали (кривые 3 на рис. 11.22 и рис. 11.24, а). Верти­ кальный же прогиб, как и при испытании одежд с покрытием из ас­ фальтобетона, с уменьшением времени действия нагрузки несколько снижался (рис. 11.24, б).

Объясняются эти особенности напряженно-деформированного сос­

тояния различными

реоло­

о

г

 

ь

РкГ/смг

гическими свойствами ела-

 

гающих

конструкцию

ма­

 

 

 

 

 

 

териалов.

В гл. 3

отмеча­

 

 

 

 

 

 

лись особенности деформи­

 

 

 

 

 

 

рования

во

времени

раз­

м а »

 

 

 

 

 

личных

 

материалов. Они

 

 

 

 

 

 

подтвердились и при испы­

 

 

 

 

 

 

тании

материалов," приме­

о,ооч\

 

 

 

 

 

ненных

для

изготовления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

моделей.

Можно

 

видеть

 

 

 

 

 

 

(рис. 11.25), что

с

умень­

0,00В

 

 

 

 

 

шением

времени

действия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нагрузки до величины, со­

 

 

 

 

 

 

ответствующей

 

времени

 

 

 

 

 

 

действия

напряжений

в

Рис. II.-20. Испытание дорожной одежды штам­

реальных конструкциях от

пами разного размера

(р — удельное

давление

движущихся

автомобилей

/ — штамп

на поверхности):

 

34 см; 3 —

(0,1—0,2 сек), деформируе­

диаметром

25

см; 2 — т о же,

 

то

же, 50 см

 

 

85

Смотрите также файлы