Файл: Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд..pdf

Г л а в а 12

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ТРЕБУЕМОЙ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИИ (ТРЕБУЕМОГО МОДУЛЯ УПРУГОСТИ) ОТ РАЗМЕРОВ ДВИЖЕНИЯ

§ 111.5. Общие положения

Наиболее полно исследованы упругие прогибы от длительного (до практического затухания деформации) действия нагрузки. Для оп­ ределения упругих прогибов дорожной одежды чаще всего применяют нагружение колесом автомобиля, соответствующего расчетной нагруз­ ке с измерением величины прогиба рычажным прогибомером. Подроб­ но методика этих испытаний изложена в гл. 15.

^По величине упругого прогиба, пользуясь формулой ( I I I . 1), вычис­ ляют модуль упругости. Чем выше общий модуль одежды, тем она в общем случае прочнее.

Испытания, как указано выше, нужно производить в период на­ ибольшего ослабления одежды (обычно весной, а в самых южных рай­ онах — зимой). На одежде, обладающей модулем упругости ниже допу­ стимого для данных конкретных условий, возникают характерные деформации, свидетельствующие о недостаточной прочности. К таким деформациям, как показывает практика, относятся отдельные трещины, сетка трещин, просадки, проломы одежды.

Не свидетельствуют о недостаточной прочности дорожной одежды в целом температурные трещины, пересекающие обычно дорожные одежды с асфальтобетонными покрытиями по всей ширине и отстоящие одна от другой на 5—10 м и реже, продольные трещины, возникающие при плохом сопряжении полос покрытия, построенного асфальтоуклад­ чиком, а также различные местные выбоины. Эти деформации, безус­

кой модуль, при котором еще не возникают деформации, свидетель­ ствующие о недостаточной прочности, но ниже которого указанные де­

и т. д.) величина допустимого модуля упругости может в различных точках изменяться в определенных пределах, т. е. в одной точке, об­ ладающей данным модулем, прочность достаточна, а в другой при том же модуле — недостаточна. Указанный разброс, как показывают ис­ следования, обычно невелик, но его необходимо учитывать. Поэтому если для участка, находящегося в данных конкретных условиях, уста-

205

новлены допустимые модули в ряде точек, то численные значения этих модулей будут несколько различны.

Если число точек, в которых определены допустимые модули, до­ статочно велико, то можно считать, что наибольший из них гаранти­ рует необходимую прочность на всем участке. Однако обеспечение на всем участке прочности, соответствующей наибольшему из допустимых модулей, приведет к излишнему запасу в большинстве точек и, естест­ венно, повысит стоимость одежды. Кроме того, следует учесть, что небольшие отклонения в меньшую сторону от минимально допустимого модуля приводят к несущественным дефектам дорожной одежды.

§III . 7 . Факторы, влияющие на величину

допустимого модуля упругости

На величину допустимого, а следовательно, и требуемого модулей упругости оказывают влияние следующие основные факторы:

/. Деформативная способность покрытия. Покрытия, построенные

с применением вязкого битума, особенно асфальтобетонные, обладают сравнительно малой деформативной способностью. Поэтому уже при небольших вертикальных деформациях под повторной нагрузкой в них могут возникнуть растягивающие напряжения от изгиба, превышаю­ щие допустимую величину, что приводит к образованию трещин. До­ рожные одежды с такими покрытиями имеют наиболее высокий допусти­ мый модуль упругости.

Покрытия с большей деформативной способностью (щебеночные и гравийные, обработанные органическим вяжущим), особенно по­ строенные с применением жидкого битума, имеют пониженный допу­ стимый модуль.

Покрытия, не содержащие вяжущих, сохраняют работоспособ­ ность при еще более низком модуле упругости.

2. Величина расчетной нагрузки. Чем больше расчетная нагрузка,

тем большие напряжения при прочих равных условиях возникают в грунте земляного полотна и конструктивных слоях одежды. Для снижения этих напряжений вышележащие слои должны обладать боль­ шей распределяющей способностью и, следовательно, большим модулем

что во всех материалах по мере увеличения числа приложений на­ грузки в общем случае наблюдается снижение допустимых напряже­ ний, т. е. явление усталости. Чем меньшие напряжения от действия нагрузки испытывает материал, тем больше приложений этой нагрузки он может выдержать. Следовательно, по мере увеличения повторяемости

206

приложения нагрузки, т. е. интенсивности движения, которую должна выдержать одежда, сохранив необходимую прочность, увеличивается допустимый модуль.

4. Стоимость ремонта покрытия. Для покрытий, имеющих более высокую стоимость ремонта, целесообразно продление межремонтных сроков. Это влечет за собой в первую очередь увеличение повторя­ емости приложения нагрузки, т. е., как указано выше, увеличение до­ пустимого модуля. Кроме того, усиливается влияние климатических условий, старения материалов. Эти факторы требуют определенного снижения первоначальных напряжений в конструктивных слоях, что влечет в свою очередь необходимость дополнительного увеличения допустимого модуля.

Из сказанного выше видно, что по мере увеличения капитальности покрытия и размера перспективного движения допустимые, а следо­ вательно, и требуемые модули должны возрастать. При этом на капи­ тальных покрытиях вероятность обеспечения достаточной прочности должна быть выше, чем на облегченных и тем более переходных.

На величину допустимого модуля упругости определенное влияние могут оказывать типы оснований и грунта земляного полотна. Как указано в § III . 3, такие материалы, как песок, гравий, грунты, укреп­ ленные цементом, и т. п., способствуют снижению допустимого прогиба и, следовательно, возрастанию допустимого модуля упругости. Однако данный вопрос требует дальнейших исследований, и в настоящей главе он не рассматривается.

§ III . 8 . Установление допустимых модулей упругости

Для того чтобы учесть влияние на допустимые модули упругости основных факторов, указанных в § III . 7, результаты испытаний груп­ пируют по участкам, для которых характерны следующие особен­ ности: 1) одинаковые покрытия и близкие конструкции дорожных одежд; 2) одинаковые климатические условия; 3) одинаковые или доста­ точно близкие условия движения; 4) близкие грунтово-гидрологиче- ские условия.

На каждом из таких участков было проведено от 70 до 750 испыта­ ний в период наибольшего ослабления одежды (весной). Анализ ре­ зультатов испытаний показал, что они подчиняются закону нормаль­ ного распределения. Этот закон может быть выражен зависимостью [1,8]

упругости Е); о — среднее квадратичное отклонение случайной пе­

207

Т а б л и ц а 111.6

В качестве примера в табл. III.6 приведены результаты одной из серий испытаний на непрочных участках. Модули упругости сгруппи­ рованы в интервалах (границах разрядов) через 200 кГ/см2.

Величину среднего статистического при большом количестве слу­ чайных величин можно определить по формуле

208

Рис. III.6. Гистограм­ ма, построенная по результатам одной из серий испытаний на непрочных участках, и выравнивающая кри­

вая

Значения интеграла можно вычислить при разных величинах Е, используя вспомогательные таблицы [1].

На рис. III.7 построена кривая функции F'(E) = 1 — F(E), а так­ же нанесены точки, полученные по результатам рассматриваемых ис­ пытаний. Каждая из точек соответствует количеству модулей (в долях единицы), превышающих данный, по непосредственным полевым ис­ пытаниям. Например, модули, превышающие 1000 кГ/см2, составляют 0,79 (79%) от общего количества испытаний. Точки нанесены в интер­ валах 100 кГ/см2. Как видно из рис. III . 7, точки, соответствующие фак­ тическим испытаниям, достаточно близко лежат к интегральной кри­ вой, построенной по закону нормального распределения.

Для проверки согласованности распределения результатов испы­ таний с интегральной кривой распределения можно воспользоваться наиболее удобным для практического применения критерием А. Н. Кол­ могорова [8]. Этот критерий позволяет установить вероятность P(d) того, что за счет случайных причин максимальное расхождение между результатами испытаний и теоретической кривой распределения будет меньше, чем фактически наблюденное расхождение. Иными словами, максимальное расхождение будет меньше или равно неизбежной ошиб­ ке. Для определения величины d служит формула

0 —

200

209