Файл: Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд..pdf

полотна или дорожных одежд закладывают различные термо- и водо­ регулирующие прослойки.

Кроме того, при определенных условиях в конструкциях нежестких дорожных одежд, проектируемых по принципу плавного уменьшения модулей с глубиной в действительности в процессе воздействия нагруз­ ки, фактические модули упругости или модули деформации могут су­ щественно отличаться от их расчетных величин. Как правило, факти­ ческие значения модулей больше расчетных. В этих случаях вместо предполагаемого уменьшения модулей произойдет их увеличение с глу­ биной. Это приведет к тому, что принятая расчетная схема будет ко­ ренным образом отличаться от действительной [8].

Хотя вопрос о несоответствии расчетных значений модулей их фак­ тическим значениям в конструкциях, вызывающий существенные от­ личия предполагаемых (принимаемых) расчетных схем от действитель­ ных, представляет самостоятельную задачу исследований, уже в на­ стоящее время можно выявить причины такого несоответствия.

Как показывают теоретические исследования и испытания моделей дорожных одежд, причины указанного несоответствия состоят в сле­ дующем.

1. Как правило, материалы конструктивных слоев, особенно со­ держащие органические вяжущие вещества, а также состоящие из связ­ ных грунтов, относятся к нелинейно-деформируемым. Нелинейность проявляется тем больше, чем больше абсолютная величина деформации сжатия или деформации прогиба слоев. Существенное влияние оказы­ вает фактор времени (режим приложения нагрузки).

2. В связи с интенсивным уменьшением относительных вертикаль­ ных деформаций сжатия или прогиба слоев послойные модули упру­ гости или деформации, как правило, выше их расчетных значений. Только для верхнего слоя они приближаются к расчетным величинам.

Совпадение величин модулей слоев в дорожной одежде и их значе­ ний при испытаниях штампом может произойти в том случае, когда

298

у линейно-деформируемых слоев совпадают по направлению кривые нагрузка --- осадка, а у нелинейно-деформируемых материалов про­ изойдет полное совмещение этих кривых или когда при одинаковых нагрузках (давлениях) совпадут предельные относительные дефор­ мации.

Метод установления связи между расчетными и фактическими мо­ дулями описан в литературе [8]. В связи с изложенным заслуживают внимания расчетные схемы и конструкции, в которых можно будет

в неоднородной (двухслойной) системе свидетельствуют о том, что в уп­ ругом слое, лежащем па педеформпруемом основании (Мелан, Маргер и др.), происходит концентрация напряжений, достигающая 40— 60% по сравнению с величиной последних в однородном полупрост­ ранстве.

Наоборот, при гибкой прослойке, расположенной в однородном слое, происходит соответственно уменьшение напряжений на 5—6%.

Учитывая нелинейный характер деформации слоев и непостоянство их жесткости по толщине, можно полагать, что концентрация напря­ жений в слоях, расположенных на более жестких, приведет к повыше­ нию их жесткости. Как показали эксперименты 113], при устройстве 10-сантиметровой прослойки цементогрунта между двумя слоями грунта, укрепленного 8% битума, эквивалентный модуль упругости Е э к в системы в 1,4—1,7 раза больше, чем в случае укладки тех же слоев в обычном порядке (цементогрунт сверху).

Учитывая неравномерное распределение модуля упругости или де­ формации по толщине менее жесткого слоя и убывание последних в на­ правлении от плоскости контакта с более жестким слоем, выяснив законы изменения модулей по толщине, можно будет регулировать це­ лесообразную толщину слоя, в пределах которого повышение жест­ кости еще будет значительным. Такие принципы конструирования дорожных одежд, существенно отличные от общепринятых, способст­ вовали бы повышению жесткости слоев в системе, уменьшению их ко­ личества и более широкому использованию разнообразных мате­ риалов.

Главным итогом описанных исследований является установление реально существующих и возможных расчетных схем дорожных одежд, существенно отличных от той расчетной схемы, которая принята в со­ временной практике, а именно схемы с убыванием жесткости слоев по

уменьшения модуля по глубине и постепенный переход в основание, которое представлено полупространством с модулем Е0. В действитель­ ности Е0 может представлять собой £ э к в для неоднородного слоистого полупространства, подстилающего дорожную одежду;

на схеме в представлены конструкции с убывающим по глубине мо­ дулем, лежащим на основании (полупространстве), у которого модуль Е0 меньше или больше, чем модуль нижнего слоя £ н . В этом случае образуется «скачок» (перепад), поскольку модули смежных слоев в ос­ новании могут существенно отличаться по величине;

на схеме г модуль плавно возрастает с глубиной и бе.ч «скачка» переходит в подстилающее полупространство с модулем /:0 , а на схе­ ме д модуль также возрастает с глубиной, по, как и в схеме в, происхо­ дит «скачок» в сторону меньшего или большего модуля Е0 или Е'0.

Случаи со «скачком», как указано выше, характерны для реконст­ руируемых дорожных одежд, когда на старом покрытии с Ежв = Е0 или Еакв == Е'0 укладываются слои утолщения. Эти же схемы харак­ терны для случая укладки дорожных одежд на слабые основания или, наоборот, на весьма жесткие (скальные) основания. Что касается во­ проса о дорожных одеждах с относительно жесткими прослойками (внутри конструкции), то они заслуживают самостоятельного рассмот­ рения, хотя с известным приближением могут быть отнесены к расчет­ ным схемам со «скачком».

Проанализируем, в какой мере современные методы расчета могут быть применены для приведенных расчетных схем и что нового выпол­ нено с этой целью. Схемы а я б (см. рис. IV.20) широко известны, и их применение подробно рассмотрено выше.

Что касается других возможных схем изменения жесткости по глу­ бине, то о них специально вопрос не стоял до производства исследова­ ний, выполненных кафедрой проектирования дорог ХАДИ.

Вместе с тем следует указать на то, что для решения частных за­ дач, связанных с учетом влияния переувлажненных грунтов или отно­ сительно жестких оснований, наряду с классическими решениями тео­ рии упругости (Био, Мергер [20]) известны решения Н. Н. Иванова [3], М. Б. Корсунского [11], а для расчета толщины слоя асфальто-

Рис. IV.20. Характерные расчетные схемы конструкций дорожных одежд

300

бетона на цементобетонном основании — решение И. А. Медникова 1121. Однако до настоящего времени не существовало универсального метода, который был бы пригоден для описания разнообразных и вме­ сте с тем реальных расчетных схем конструирования и расчета дорож­ ных одежд.

На данном этапе разработки этой проблемы по всей вероятности следует прибегнуть к применению теории упругости для слоистой системы с различными закономерностями изменения модулей по глу­ бине (с переменным модулем) и осреднением их значений в пределах каждого слоя применительно к целям конструирования.

Как показали исследования 15, 6, 7, 8J, одним из методов, который может быть положен в основу описания рассмотренных выше расчет­ ных схем, может быть метод Б. И. Когана 19, 10] с некоторым развитием применительно к схемам с возрастающим модулем по глубине и к схе­ мам со скачком.

Основные положения расчетной схемы сводятся к следующему:

1. На поверхности дорожной одежды действует колоколообразная нагрузка (эллиптическая), которая может быть условно приведена к равномерно распределенной.

ются (уменьшаются или увеличиваются) с глубиной по экспоненциаль­ ной кривой с плавным или скачкообразным (прерывистым) переходом

вобласть подстилающего полупространства.

4.На участке непрерывного изменения модулей последние описы­ ваются известной зависимостью

(IV.30)

где Ez — модуль упругости или модуль деформации на расстоянии z от подстилающего полупространства; а — Еи — модуль упругости или модуль деформации нижнего слоя (основания); 6 — показа­ тель, характеризующий кривизну экспоненты, зависящий от соот­ ношения жесткостей верхнего и нижнего слоев.

При этом знак «+» относитя к убывающей, а знак «—» к возраста­ ющей жесткости по глубине.

Как известно [9, 10], исходным уравнением, определяющим при­ ведение многослойной системы к полупространству с переменным моду­ лем упругости, является выражение

(IV.31)

где Ев — модуль упругости покрытия (верхнего слоя); Едкв — экви­ валентный модуль всей слоистой системы, приведенный к массиву; ц. — коэффициент Пуассона; 1г — функция Бесселя первого рода первого порядка; г — радиус штампа; h — толщина всей дорожной одежды; Xh — некоторая функция толщины; Х,г — лЖ; А и Ах — функции, зависящие от Xk, и..

301