Файл: Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд..pdf

По формулам (IV. 19) — (IV.24)

1) назначают несколько модулей по величине меньших и больших определенных ранее £ р , например в пределах (0,9—1,1) £ р ; 2) для каж­ дого из этих значений £ р для выбранного ранее варианта дорожной одежды, наиболее дешевого по сметной стоимости (см. I этап), уточ­ няется толщина одежды в целом и толщина отдельных слоев; 3) вычис­ ляют сметную стоимость К дорожной одежды (см. формулу IV.20) по приведенной выше методике для принятых значений £ р ; 4) определяют годовые эксплуатационные затраты по формуле (IV.22); 5) для каждого значения £ р определяют приведенные затраты З п р и строят график (рис. IV. 15); 6) по этому графику принимают .значения Ер, соответ­ ствующие минимуму приведенных затрат.

На втором этапе рекомендуется дальнейшее снижение сметной сто­ имости за счет рационального технико-экономического проектирова­ ния всей комплексной конструкции [17]. '

При проектировании комплексной конструкции особое внимание необходимо уделять повышению прочности грунта земляного полотна, которая существенно влияет на прочность и экономичность дорожной одежды.

Повышение модуля упругости грунтов земляного полотна требует сравнительно небольших затрат, которые компенсируются снижением стоимости на устройство дорожных одежд.

Оптимальный вариант комплексной дорожной конструкции будет соответствовать минимуму сметной стоимости

щественно (на 20—30%) снизить стоимость дорожных одежд.

В целом проектирование дорожных одежд по методу ХАДИ реко­ мендуется вести в такой последовательности:

293

1.В зависимости от категории дороги, состава и интенсивности

движения выбирают тип покрытия, определяют требуемый Етр и рас­ четный £ р модули упругости дорожной одежды.

2.Обосновывают расчетные значения модулей покрытия Ев и грун­ та земляного полотна Е0.

3.Рассчитывают толщину дорожной одежды Н.

4.Конструируют дорожную одежду — строят эпюры модулей, вы­ бирают материалы для одежды и устанавливают для них расчетные

значения модулей; вписывают эпюру модулей принятых материалов

врасчетную эпюру.

5.На основе сравнения капиталовложений в различные конструк­ ции выбирают наиболее дешевый вариант.

6. Обосновывают технико-экономическими соображениями но­ вое значение расчетного модуля дорожной одежды £ р , при котором для получения оптимального варианта одежды толщиной Н дости­ гается в течение полного срока службы минимум приведенных затрат.

7. Разрабатывают мероприятия по повышению прочности грунта полотна. Для этого проектируют несколько вариантов усиления верх­

значений Ер и Е0.

9. Обосновывают окончательно оптимальный вариант дорожной конструкции на основе технико-экономических расчетов по приведен­ ным затратам.

Такая методика проектирования дорожных конструкций обеспечи­ вает наиболее эффективное использование капиталовложений в дорож­ ном строительстве. Хотя при этом и увеличивается частично продол­ жительность проектирования, однако затраты времени полностью оп­ равдываются достигаемым экономическим эффектом.

Г л а в а 17

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД С РАЗЛИЧНЫМИ ИЗМЕНЕНИЯМИ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ ПО ГЛУБИНЕ

§ IV.6. Основные положения

Большинство современных расчетных схем проектирования не­ жестких дорожных одежд, включая рассмотренные выше, независимо от других особенностей базируются на том, что уменьшение напряже­ ний с глубиной приводит к необходимости (и целесообразности) кон­ струирования многослойных одежд, у которых модули упругости или модули деформации также убывают с глубиной. Для соблюдения ука­ занного принципа в методе расчета, разработанном под руководством Н. Н. Иванова (метод Союздорнии [21] и его развитие, изложенное в части I I I ) , соотношения модулей смежных слоев (верхнего и нижнего) из дискретных материалов не рекомендуется принимать выше 2,5—

294

Соблюдение принципа соответствия между изменением напряжений и модулей упругости или модулей деформации с глубиной связано с применением линейной теории упругости к решению проблемы проч­ ности неоднородных слоистых систем и было бы целиком приемлемо, если бы слои дорожных одежд состояли из линейно-деформируемых упругих материалов.

Развитие существующих и разработка новых расчетных схем ока­ жутся продуктивными, если они будут базироваться на дальнейших исследованиях напряженно-деформированного состояния конструк­ тивных слоев дорожных одежд и учитывать их реальные физико-ме­ ханические показатели [5].

Как показали исследования [4], максимальные вертикальные на­ пряжения i перемещения грунтовых слоев (или прослоек, выделенных внутри слоя) могут быть описаны уравнением, полученным на основе некоторых положений теории вероятностей, приложенных к описанию напряженно-деформированного состояния слоя, находящегося под воз­ действием подвижной нагрузки в виде колеса:

зующий закономерность изменения плотности по глубине сЛоя, по опытным данным колеблется в пределах от0,05 до 0,2; б с р — средняя плотность прослойки конечной толщины, расположенной на глу­ бине г; К — абсолютное значение напряжений или перемещений на поверхности слоя.

Как свидетельствует анализ уравнения IV.26, с повышением плот­ ности абсолютные значения вертикальных напряжений и перемещений убывают точно так же, >как происходит их уменьшение с глубиной слоя.

295

В зависимости от структуры материалов, составляющих слои, могут иметь место' различные интенсивности затухания напряжений и вертикальных перемещений.

Установленные закономерности изменения напряжений и пере­ мещений дают основание для более строгого решения вопроса о нахож­ дении модуля упругости или модуля деформации Е на любой глубине слоя.

Величина модуля упругости или модуля деформации в общем виде

z" dz

априменительно к решению задач конструирования дорожных одежд — с использованием метода конечных разностей.

Сэтой целью вся толщина слоя разбивается на прослойки толщи­ ной Н, в пределах которых устанавливаются осредненные значения напряжений az (рис. IV. 17). Относительные деформации составляют

к=Х-АН ^ (IV.-28)

где ЛЯ — сжатие прослойки, расположенной на глубине Z.

По известным напряжениям и относительным деформациям на лю­ бой глубине'определяют модули деформации, а с учетом коэффициента Пуассона и модули упругости

в зависимости от интенсивности убывания напряжений и перемещений по глубине слоя могут возникнуть различные закономерности изме­ нения модуля упругости или деформации (рис. IV. 18):

а) постоянные значения модуля по глубине (при о 2 = const);

б) убывание модуля с глубиной (когда интенсивность уменьшения напряжений превосходит интенсивность уменьшения относительных деформаций);

296

в) возрастание модуля с глубиной (когда интенсивность уменьше­ ния относительных деформаций превосходит интенсивность умень­ шения напряжений с глубиной).

Последняя закономерность является весьма характерной для грун­ товых слоев при их нелинейной деформируемости и возрастании плотности по глубине.

Ни расчетная схема метода Союздорнии, ни другие расчетные схе­ мы современных методов расчета не могут этого обнаружить, потому что они заранее предполагают наличие обязательного соответствия между уменьшением напряжений и уменьшением модуля упругости или деформаций с глубиной ( это положение кладется в основу расчет­ ных формул).

Многочисленные расчеты, произведенные нами по уравнениям (IV.28) и (IV.29), свидетельствуют о том, что в нелинейно-деформируе­

симо от наших исследований установлено в работе К. Грубана, хотя метод решения задачи и исходные предпосылки были различными [2].

Теоретические и экспериментальные исследования напряженнодеформированного состояния грунтового слоя, выполненные с боль­ шим приближением к реальным условиям, позволили установить до­ полнительно к имеющимся новые закономерности возможного .распре­ деления модулей упругости или модулей деформации по глубине слоя в процессе воздействия временной нагрузки, а именно — возрастание их с глубиной.

Применительно к нежестким дорожным одеждам О. Ф. Никитиным под руководством Я. А. Калужского были выполнены теоретическоэкспериментальные исследования напряженно-деформированного со­ стояния в лабораторных условиях и на моделях дорожных одежд. Эти исследования охватывали как обычные конструкции, у которых расчетные модули слоев убывали с глубиной, так и конструкции, в ко­ торые вводились более жесткие прослойки, образуя «скачок» (перепад) в изменении модулей по глубине [13].

Внутри слоев или на границе между ними измеряли вертикальные напряжения и перемещения. Характерной особенностью изменения их по глубине являлось, как правило, более интенсивное уменьшение

Ввиду того что в реальных слоях материалов происходит интенсив­ ное убывание относительных деформаций и соответственно относитель­ ное повышение модулей в нижележащих слоях дорожных одежд, сле­ дует рассмотреть и такие расчетные схемы и конструкции дорожных одежд, у которых плавного убывания или возрастания модулей с глу­ биной не будет [7].

На практике существует большое число конструкций, у которых общепринятое изменение жесткости по глубине не имеет места в дей­ ствительности. В качестве примера можно привести реконструируемые