Файл: Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд..pdf

сти и соответственно снижается деформативная способность, повышает­ ся хрупкость. При повышенных температурах снижаются модули упру­ гости указанных материалов и их сдвигоустойчивость. Вопросы сдвигоустойчивости асфальтобетона и других материалов, содержащих органические вяжущие, изложены подробно в специальной литературе и в данной работе не освещены.

Кроме того, следует учитывать, что материалы, насыщенные водой, при отрицательных температурах, особенно при частых переходах через 0°, подвержены морозному разрушению, что приводит к сни­ жению их механических свойств. Подобное же явление может наблю­ даться и при отсутствии значительного количества влаги, но при резких колебаниях температуры.

§ 1.3. Показатели прочности дорожной одежды

Анализ работы дорожной одежды под влиянием рассмотренных выше факторов (см. § 1.2) позволяет установить основные показатели, определяющие состояние дорожной одежды с точки зрения ее проч­ ности.

Под действием вертикальной нагрузки от колеса автомобиля в слоях дорожной одежды и грунте земляного полотна возникают сдвигающие напряжения (см. рис. 1.1). Если эти напряжения превы­ шают сопротивление сдвигу материала или данного грунта, то вслед­ ствие нарушения предельного равновесия возникают постепенно на­ капливающиеся от многократной нагрузки остаточные деформации. В результате дорожная одежда начинает разрушаться. Отсюда следует, что всякая прочная дорожная одежда в течение круглого года не должна иметь остаточных деформаций, т. е. должна работать в стадии обратимых (упругих) деформаций. Опасность нарушения предельного равновесия, помимо грунтов, часто возникает в несвязных материалах (песок, гравий, загрязненный щебень). Сопротивляемость сдвигу обыч­ но резко снижается в весенний период (в южных районах — зимой) при повышенном увлажнении и разуплотнении, нередко возникающих в I — I I I климатических зонах вследствие образования зимой ледяных линз. Повторяемость нагрузок на величину сопротивления сдвигу влияет несущественно, но способствует накоплению остаточных деформаций.

Растягивающие напряжения, возникающие под колесной нагруз­ кой в связных слоях (см. рис. 1.1), способных работать на изгиб, могут превзойти сопротивление этих материалов растяжению при изгибе. Под действием многократно повторяющейся нагрузки от проходящих автомобилей вследствие явления усталости сопротивления растяже­ нию постепенно снижаются. В материалах, содержащих органическое вяжущее, с понижением температуры сопротивления растяжению при изгибе несколько возрастают, но одновременно резко возрастают и модули упругости этих материалов. В результате значительно уве­ личиваются фактические растягивающие напряжения и опасность нарушения предельного равновесия по растяжению возрастает. Такая ситуация особенно часто возникает весной (в крайних южных районах

8

зимой), когда грунт земляного полотна и нижние слои основания ослаб­ лены, а температура воздуха еще достаточно низка.

Под воздействием колесной нагрузки в дорожной одежде, как известно, возникает прогиб, характеризующий общую деформативную способность (жесткость) дорожной одежды. Как было указано выше, всякая прочная дорожная одежда должна работать в упругой стадии, т. е. ее прогиб после снятия нагрузки должен полностью восстанавли­ ваться. Чем выше модули упругости конструктивных слоев дорожной одежды, тем при прочих равных условиях меньше общий прогиб дорожной одежды и выше ее распределяющая способность. В этом случае в нижних слоях основания и грунте земляного полотна возни­ кают меньшие напряжения и снижается возможность нарушения предельного равновесия по сдвигу. Если снижение прогиба происхо­ дит вследствие повышения модуля упругости грунта, то и в этом слу­ чае опасность нарушения равновесия по сдвигу уменьшается. Ука­ занный факт связан с тем, что возрастание модуля упругости данного грунта обусловлено снижением его влажности и повышением плотно­ сти, а следовательно, увеличением сдвигоустойчивости. При умень­ шении упругого прогиба в общем случае снижаются величины растя­ гивающих напряжений от изгиба в связных слоях. Это ведет к умень­ шению возможности нарушения предельного равновесия по растя­ жению.

Таким образом, упругий прогиб дорожной одежды под нагрузкой или ее общий модуль упругости, не являясь сами по себе-прочност­ ными характеристиками, тесно связаны с ними. Поэтому величину упругого прогиба дорожной одежды под расчетной нагрузкой либо вычисленный общий модуль упругости можно рассматривать с не­ которой условностью как показатели прочности. Причем эта харак­ теристика, как видно из предыдущего, является обобщающей, объ­ единяя в себе и другие показатели прочности. Указанный факт поз­ волил в течение длительного периода производить расчет нежесткой дорожной одежды, только основываясь на показателях ее деформативности под нагрузкой и принимая эти показатели за характеристику прочности [12]. При расчете, особенно усиления нежестких дорожных одежд, этот показатель в настоящее время принимают как основной во многих странах [5, 20, 21, 22].

Одной из положительных сторон применения в качестве показа­ теля прочности упругого прогиба является простота его измерения в полевых условиях и доступность проведения таких испытаний прак­ тически для любой дорожной организации. В то же время определе­ ние в полевых условиях сопротивления сдвигу и сопротивления рас­ тяжения при изгибе представляет значительную трудность. Такие испытания обычно производят в лаборатории, что вносит определен­ ную условность в полученные результаты.

Данные исследований последних лет, проведенных на современных конструкциях дорожных одежд нежесткого типа, показывают, что в ряде случаев нет строгой линейной зависимости между упругими прогибами, сопротивлением сдвигу и прочностью на изгиб. Поэтому

неучет одного из перечисленных показателей может привести к недо-

9

гиб (модуль упругости) одежды, сопротивление сдвигу, сопротивление растяжению при изгибе [5,8]. Такой подход позволяет наиболее все­ сторонне учесть возможные причины разрушения дорожной одежды, увеличивая тем самым ее надежность.

Расчетные параметры следует принимать для периода наибольшего ослабления одежды (в большинстве районов страны весна, на край­ нем юге — зима).

Г л а в а 2

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

§ 1.4. Исследования, проводимые в СССР

Исследования в области расчета нежестких дорожных одежд, проводимые в нашей стране в последние годы, идут по пути дальней­ шего углубления их теоретической базы. Основная задача этих ис­ следований— наиболее полно изучить закономерности, которым под­ чиняется работа дорожных одежд в реальных условиях, и на основе этих закономерностей разработать методику расчета, позволяющую существенно повысить надежность проектируемых одежд в сочетании с их экономичностью. Указанная задача может быть успешно решена только в том случае, если в теоретические зависимости будут введены расчетные параметры, достаточно точно соответствующие тем конкрет­ ным условиям, для которых проектируют одежду. Поэтому все большее внимание уделяется выбору и обоснованию расчетных параметров на основе широких полевых и лабораторных исследований.

В общем виде задача по расчету дорожной одежды может быть сформулирована следующим образом. Надежность работы одежды будет обеспечена, если при наиболее неблагоприятных сочетаниях внешних нагрузок, разном времени их воздействия и заданной повто­ ряемости (интенсивности движения) с учетом возможной неоднород­ ности материалов дорожной одежды и грунта земляного полотна, при реально возможных колебаниях температуры и влажности не воз­ никнет остаточных деформаций, которые могут вызвать нарушение прочности одежды.

В таком общем виде решение задачи в настоящее время трудно осуществить. Объясняется это тем, что работа реальных дорожных одежд не полностью соответствует общеизвестным теориям многослой­ ных конструкций, разработанным как советскими учеными (Б. И. Ко­ ган, А. Г. Булавко, М. Б. Корсунский, Р. М. Рапопорт), так и зарубеж­ ными (см. §1.1—5). Например, некоторые материалы, особенно ниж­ них конструктивных слоев, не обладают сопротивлением изгибу и

распределение напряжений и деформаций в них не всегда подчи-

10