Файл: Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд..pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 297

Скачиваний: 1

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

 

 

 

Т а б л и ц а

1.3

 

 

Скорость волн Релея, м/сек

 

 

Материалы

для плохих материалов

для хороших

материалов,

 

 

и при нарушении структуры

уложенных

правильно

Битумоминеральные смеси

До 1200* > 1600**

Между 1200 и

1600

при 10—15 °С

700—1200

1200 до 2000 и

более

Гравийный

материал, об-

работанный

цементом

800—1200

 

 

 

Шлак

 

 

 

 

Дробленый гравий

До 300

300—450

 

 

Гравий

 

<200

250—300

 

 

Грунт

 

<200

200—300

 

 

* Трещины и неуплотненные места в покрытии.

**Переуплотненные и неустойчивые места в покрытии.

Для испытания дорожных одежд в натуре применяют пульсатор, дающий вертикальные синусоидальные нагрузки с частотой 10—75 гц. Амплитуда изменений нагрузок составляет от нескольких сот до 2000 кГ. Эксперименты подтвердили необходимость того, чтобы жест­ кость соседних слоев отличалась минимально и чтобы сцепление между ними было обеспечено.

Напряжения и деформации в дорожной конструкции рассчиты­ вают по таблицам Джонса для трехслойных систем. Расчеты и экс­ перименты, проведенные в ФРГ, показали:

1. При щебеночном основании весной, когда грунт и основание насыщены водой, динамический модуль упругости Елин верхнего слоя сравнительно высок и поэтому изгибающие напряжения могут вызвать трещины в покрытии. При основании из битумоминеральных смесей неблагоприятным периодом является лето ввиду заметного уменьшения несущей способности дорожной одежды и падения сопро­ тивления изгибу на нижней поверхности основания. Величина напря­ жения изгиба зависит в первую очередь от толщины основания и зна­ чительно меньше от температуры. Это совпадает с данными МАДИ.

2.Конструктивные слои из битумоминеральных смесей при равной их прочности со слоями из необработанного щебня могут быть в 2 раза тоньше.

3.Испытания по методике компании Шелл дают возможность измерить растягивающие напряжения внутри конструкции при помощи специальных датчиков, заключенных в битумоминеральную оболочку,

т.е. не меняющих однородность слоя. Опыты показали, что факти­ ческие деформации не соответствуют теоретическим. Объяснения этому пока не даны. По-видимому, здесь сказывается неопределенность связи между слоями.

Дорожная исследовательская лаборатория Англии наряду с опре­ делением динамических модулей упругости материалов конструктив­ ных слоев одежды по скорости распространения упругих волн вела подробный учет нагрузок на колесо при помощи специальных автома­ тических устройств, работающих без остановки движения.

22


В последние годы в ряде стран (Англия, Франция) строят круговые экспериментальные дороги для решения вопросов, .которые не были достаточно выяснены в опытах AASHO. В частности, во Франции строительство осуществляется по нормальным требованиям без предо­ сторожностей, принятых в эксперименте AASHO для получения спе­ циальной однородности материалов. Участки длиной не менее не­ скольких сот метров построены по обычной технологии. Предложены смелые конструкции, но ни в коем случае не заведомо непрочные. В верхнем слое основания преимущественно применены материалы, обработанные вяжущими. В нижнем слое также в некоторых случаях использованы материалы, обработанные органическими или мине­ ральными вяжущими. Все конструкции рассчитаны по математическим моделям, существующим в данное время, материалы испытаны в ла­ боратории (сопротивление изгибу, усталость, деформативность). На дороге намечено проводить измерение продольного и поперечного про­ филей, статических и динамических прогибов в разное время года, про­ водить испытания легким вибратором. Должны быть заложены дат­ чики; в ходе испытаний намечено фиксировать выбоины, трещины

ит. д. Непрерывно будет вестись учет движения по количеству осей

ипо нагрузке на них. Вместо автомобилей должны автоматически двигаться только нагруженные оси с легким поперечным перемеще­ нием. Частота движения будет такой, чтобы не прибегать к экстрапо­ ляции, как у AASHO, и в один-два года пропустить весь расчетный поток.

ВАнглии испытания различных типов покрытий и оснований (ук­ репленных и не укрепленных вяжущими) производят на круговом треке диаметром 33,5 м. Секции уложены на однородном грунте тол­ щиной 1,5 м. Уровень грунтовых вод может изменяться. Толщина покрытия — 10 см, нижний слой основания — 20 см из гравия. Верх­ ние слои основания различные: тощий бетон, асфальтобетон, грунт, обработанный цементом, щебень различного типа. Нагрузка на колесо изменяется от 900 до 1800 кГ. Трек оборудован датчиками для изме­ рения напряжений, деформаций, температуры.

Различные методы . испытаний, применяемые в разных странах, дают неодинаковые и даже иногда противоречивые результаты. Объ­ ясняется это как различием в методике испытаний, так и определен­ ными особенностями материалов и климатических условий. Например, наибольшие модули упругости получают по скорости распространения поверхностных волн, когда наблюдаются только упруго-линейные деформации. При других испытаниях в большей степени сказываются вязкие свойства материалов. В этом случае модули упругости могут иметь меньшие числовые значения.

§1.6. Методы расчета дорожных одежд, применяемые за рубежом

Анализируя высказывания различных зарубежных исследователей в области расчета дорожных одежд, можно сделать вывод, что в бли­ жайшее время трудно ожидать разработки приемлемого для всех

23


 

 

 

 

стран с учетом конкретных

 

 

 

 

 

местных

 

условий

метода

 

 

f

 

 

расчета.

 

Как

и

раньше,

 

 

m

 

 

методы

имеются двух

ви­

 

 

 

 

дов — теоретического

и

 

 

 

 

эмпирического.

 

Первые

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

близки

к

методам,

приме­

 

 

1

 

 

 

 

 

 

няемым для

искусственных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сооружений. Для принятой

 

 

 

 

 

математической

 

модели

 

 

 

 

 

многослойного

полупрост­

 

 

 

 

 

ранства

вычисляют

напря­

 

 

 

 

 

жения

и

деформации

под

 

 

 

 

 

воздействием

внешних сил

 

 

 

 

 

и сопоставляют

их

с

нор­

 

 

 

 

 

мативными

величинами,

 

 

 

 

 

которые

могут

выдержать

 

 

 

 

 

без

разрушения

соответст­

 

 

 

 

 

вующие

материалы с

уче­

 

 

 

 

 

том

перегрузки,

условий

 

 

 

 

 

работы,

в

том.числе

пов­

Рис. 1.6. График для вычисления радиуса

кри­

торяемости нагрузок (уста­

лости),

 

 

однородности

визны R в точке

С

по Одемарку

 

свойств

материалов..

Ме­

 

 

 

 

 

тоды эмпирического

характера

в

настоящее

время

в

основном

ба­

зируются на опытах

AASHO.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В социалистических

странах

находят

применение несколько мето­

дов назначения толщин дорожных одежд. Однако наиболее распростра­ нен метод расчета по величине упругого прогиба с учетом размеров движения (Венгрия, ГДР, Польша, Румыния). Значительное внимание, в частности в ГДР (работы Ф. Мюллера, К. Штрунка [27] и др.), обра­ щают на измерение наряду с прогибом также радиуса кривизны по­

верхности покрытия под нагрузкой

от колеса автомобиля 113, 15,21].

В ГДР (по Одемарку) (рис. 1.6)

радиус кривизны под колесом вы­

ражается зависимостью

 

 

 

 

 

 

R = - ^

F

R ,

 

(1.8)

 

Зр

 

 

 

 

 

где Ег — модуль

упругости верхних

слоев, содержащих

вяжущее;

р — удельное давление от расчетного колеса; г —радиус

площади,

равновеликой

следу колеса;

FR

определяется по

графику

(см. рис. 1.6) в зависимости от

соотношения

модулей верхнего

и

нижнего слоев и hlr (h— толщина верхних слоев).

 

 

Чем больше hlr

и меньше - р 5 - ,

тем ближе FR

к 1. Из графика

на

рис. 1.7 видно, что между логарифмом прогиба и логарифмом радиуса кривизны имеется прямолинейная зависимость, изменяющаяся только' от величины модуля упругости подстилающих слоев. Пунктирная прямая соответствует однороднрму полупространству.

24


На рис. 1.8 показана зависимость допускаемого удлинения е в верх­ них слоях конструкции от количества прошедших расчетных автомо­ билей, дополняющая и уточняющая подобную зависимость, получен­ ную ранее Саалем и Пеллом, а теперь уже многими авторами в СССР

и за рубежом. Как видно из рис. 1.8, увеличение в 10 раз количества прошедших автомобилей уменьшает допускаемое удлинение примерно в 1,5 раза. От относительного удлинения е легко перейти к допускае­ мому напряжению а:

 

 

 

а —

Ее

(1.9)

 

 

 

 

где — коэффициент

Пуассона.

 

 

Зная радиус кривизны

покрытия в весенний период, можно

при­

ближенно

установить величину требуемого утолщения по графику на

рис. 1.9 в

зависимости

от

класса дороги.

 

В табл. 1.4 (ГДР) даны численные значения допустимых относи­ тельных удлинений для асфальтобетонных покрытий в зависимости от класса дороги и размера движения. Там же приведены коэффициенты запаса для материалов, обработанных цементом. На эти коэффициенты нужно делить допустимые относительные удлинения, рекомендован­ ные для асфальтобетона.

Пользуясь графиком, приведенным на рис. 1.10, можно приближен­ но установить величину необходимого утолщения существующей одежды по известным величинам допустимого и измеренного прогибов, а из рис. 1.11, зная прогиб и радиус кривизны, ориентировочно опре-

10

20' 30 40 50

100 200 J 4 5

IO0O 2000 3008

 

Радиус

нриЗизны, м

 

Рис. 1.7. Зависимость между радиусом кривизны R и прогибом / в двухслойной

системе

25


"10* M3

W

1UJ

W

10' 10°

 

 

 

 

 

Число no6торенda расчетной

OS

10

15

20

 

 

нагрузки

 

вепичина.

усилениями

Рис. 1.8. Допускаемое

относительное

Рис. 1.9.

Номограмма

для

расчета

удлинение в битумоминеральных

сме­

толщины

усиления

по

измеренному

сях

(по

Гернке):

 

радиусу

кривизны

в период

оттаива­

/ — для гравия обработанного битумом

ния (цифры обозначают класс дви­

при +25° С; 2 — для

плотных

битумомине-

ральных

смесей при

+5° С

 

 

жения)

 

 

делить модуль упругости нижних слоев несвязанных материалов и установить, с какой точностью определяется напряжение или удли­ нение по приближенным формулам.

Величину Ff>, необходимую для пользования этим графиком, определяют по номограмме на рис. 1.6.

Т а б л и ц а

1.4

Класс

дороги

Интенсивность

Число расчет­

ных автомоби­

движения

лей на одну

расчетных

полосу за срок

автомобилей

службы

в сутки

103

 

Допустимое

Коэффициент

Срок

относитель­

ное

удлинение

запаса для

службы

для

асфаль­

материалов,

 

тобетона

обработанных

 

е - Ю - *

цементом

 

 

1

До 5

8,3

8

4

1,26

2

20

13,4

8

3

1,37

3

100

84

10

2,15

1,50

4

350

444

15

1,42

1,62

5

700

1170

20

1,18

1,70

П р и м е ч а н и е .

Д л я гравийных

смесей,

обработанных

битумом, отно­

сительное

удлинение уменьшаетсяна 10%.

 

 

В ГДР в 1969 г. принят стандарт на назначение толщины дорож­ ной одежды нежесткого типа (Т91 22853 и Т91 9992). В основу поло­ жен допустимый прогиб под расчетной нагрузкой 5 Г на колесо при удельном давлении 5,5 кГ/см2 и D = 34 см.

В зависимости от класса нагрузки и жесткости основания установ­ лен допустимый (нормативный) прогиб и рекомендуемая толщина по­ крытия (табл. 1.5). Если слои обработаны вяжущим, то необходимо проверять их на изгиб.

В табл. 1.5 в скобках даны общие модули упругости одежды, со­ ответствующие прогибам, вычисленным по формуле, применяемой

26