Расчетно-графическая работа

Проверка нежесткой дорожной одежды по критериям прочности

Исходные данные:

-район расположения проектируемой дороги – Курская область

- заданный срок службы дорожной одежды - = 15 лет;

- состав потока автотранспортных средств:

легковые	600
грузовые 3,5т	55
грузовые 5т	45
грузовые 8т	30
грузовые 10 т	40
грузовые 12 т	10
автопоезда 12 т	40
автопоезда 20 т	10
автобусы 3,5 т	40
автобусы 8 т	10

- приращение интенсивности = 1,03

Тип АТС	Кп	Ni	Nприв
легковые	1	600	600
грузовые 3,5т	1,69	55	92,95
грузовые 5т	1,875	45	84,375
грузовые 8т	2,5	30	75
грузовые 10 т	2,67	40	106,8
грузовые 12 т	2,83	10	28,3
автопоезда 12 т	3,5	40	140
автопоезда 20 т	4	10	40
автопоезда 30 т	5	0	0
автобусы 3,5 т	1,69	40	67,6
автобусы 8 т	2,5	10	25
автобусы 12	2,83	0	0
		N1=	1260,025

авт/сут

Автомобильная дорога 4 категории

1. 
   Приведение заданного потока к потоку АТС с нагрузкой типа А (Приложение 1 табл.П.1.1)/ОДН/.
   

Величину приведенной интенсивности на первый год службы определяют по формуле:

ед/сут

Значения на последний год службы в зависимости от капитальности дорожной одежды и категории дороги следует принимать в соответствии с табл.3.1 /2/.

Категория дороги		III
Заданная надежность		0,98	0,95	0,90
Требуемый коэффициент прочности по критерию:	упругого прогиба	1,29	1,17	1,10
	сдвига и растяжения при изгибе	1,10	1,00	0,94

Примем показатели для надежности 0,95
Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции за срок службы определяют по формуле:

,

где: - коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним, определяемый по табл.3.2 /2/.

- коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (табл.3.3 /2/);

- расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции (определяемое в соответствии с Приложением 6);
Таблица 3.3

Тип дорожной одежды	Значение коэффициента при различных категориях дорог
	I	II	III	IV	V
Капитальный	1,49	1,49	1,38	1,31	-

Типы автомобилей	Коэф. приведения к расчетной нагрузке	кол.автомобилей	привед авто
Легкие грузовые автомобили q=от 1 до 2 т	0,005	0	0
Средние грузовые автомобили q=от 2 до 5 т	0,200	100	20
Тяжелые грузовые автомобили q=от 5 до 8 т	0,700	30	21
Очень тяжелые грузовые автомобили q=более 8 т	1,250	50	62,5
Автобусы	0,700	50	35
Тягачи с прицепами	1,500	50	75
		сумма 1 года =	213,5

1. Вычисляем суммарное расчетное количество приложений за срок службы:
Для расчета по допускаемому упругому прогибу и условию сдвигоустойчивости по формуле (3.6)

С учетом поправки в примечании табл.П.6.1 = 135.

f пол= 0,550

коэф.отклонения Кп= 1,310

Число дней работы в году= 135,000

Сум. число воздействий= 732 932

мин. Модуль= 228,4
2. Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров:
- для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2 табл.П.2.5, Приложение 3 табл.П.3.2 и Приложение 3 табл.П.3.8);

- для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2 табл.П.2.4, Приложение 3 табл.П.3.2, Приложение 3 табл.П.3.8);

- для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3 табл.П.3.1 и Приложение 3 табл.П.3.8).

конструкция дорожной одежды

N	Материал слоя	слоя, см	Расчет по допустимому упругому прогибу, , МПа	Расчет по усл. сдвигоустойчи-вости,, Па	Расчет на растяжение при изгибе
					, МПа	, МПа
1.	Асфальтобетон высокоплотный на БНД марки 90/130	5	2400	2400	4600	9,50	6,3	5,0
2.	Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 40/60	10	1400	1400	1700	5,5	7,9	3,8
	Щебеночно-гравийно-песчаные смеси, обработанные цементом:- соответствующие марке: 40	20	550	550
4.	Щебеночно-гравийно-песчаные смеси, крупнообломочные грунты (оптимальные/неоптимальные), обработанные зольным или шлаковым вяжущим соответствующие марке: 20	20	350	350		-	-	-
5.	Супесь - легкая	-	54	54	54	-	φ=12	С= 0,004

Расчетная относи- тельная влажность	Сцепление, МПа при суммарном числе приложений нагрузки ()					Угол внутреннего трения, град. при суммарном числе приложений нагрузки ()
	1	10	10	10	10	1	10	10	10	10
Супеси
0,60					0,004	36				12

3. Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис.3.1: ОДН

по Приложению 1 табл.П.1.1 = 0,6 МПа, = 37 см
=

По номограмме

1) МПа

Далее расчет ведем по формуле

модуль верхний	350,00	550,00	1400,00	2400,00
модуль нижний	54,00	106,95	195,32	278,94
толщина слоя	20,00	20,00	10,00	5,00
экв. Диаметр	37,00	37,00	37,00	37,00
h/d	0,541	0,541	0,270	0,135
экв. Модуль	106,95	195,32	278,94	329,32

Требуемый модуль упругости определяем по формуле (3.9):
МПа

где - суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды,

- эмпирический параметр, принимаемый равным для расчетной нагрузки на ось 100 кН - 3,55; 110 кН - 3,25; 130 кН - 3,05.

Определяют коэффициент прочности по упругому прогибу:

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу при уровне надежности 0,95 - 1,17 (табл.3.1).

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
4. Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустойчивости в грунте.
Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (3.13):



где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм (рис.3.2 и 3.3);

- расчетное давление от колеса на покрытие.

Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при и =732 932.) = 54 МПа (табл.П.2.5); = 12° и = 0,004 МПа (табл.П.2.4).

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл.П.3.2 при расчетной температуре +20 °С (табл.3.5).
МПа

По отношениям и и при = 12° с помощью номограммы (рис.3.3) находим удельное активное напряжение: = 0,025 МПа.
Таким образом: = 0,025·0,6 = 0,015 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.14),

,

где - сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), МПа, принимаемое с учетом повторности нагрузки (Приложение 2, табл.П.2.6 или П.2.8);

- коэффициент, учитывающий особенности рабочей конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания.

При устройстве нижнего слоя из укрепленных материалов, а также при укладке на границе «основание - песчаный слой» разделяющей геотекстильной прослойки, следует принимать значения равными:

- 4,5 - при использовании в песчаном слое крупного песка;

- 4,0 - при использовании в песчаном слое песка средней крупности;

- 3,0 - при использовании в песчаном слое мелкого песка;

- 1,0 - во всех остальных случаях.

0,1 - коэффициент для перевода в МПа;

- глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см;

- средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см;

- величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки.

По исходным данным = 0,004 МПа, 1,0. 5+10+20+20 = 55 см 36° (табл.2.4)

= 0,002 кг/см

= 0,004+0,1·0,002·55·tg36° = 0,012,

, что меньше 1,00 (табл.3.1).

Прочность не обеспечена

5. Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
Расчет выполняем в следующем порядке:
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.e. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис.3.1. Определено ранее о формуле

195 МПа

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле (3.12)

МПа
Модули упругости асфальтобетонных слоев назначаем по табл.П.3.1.

б) По отношениям 0,59 и по номограмме рис.3.4 определяем = 1,7 МПа.
Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.16):

, (3.16)
где - растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку, определяемое по номограмме рис.3.4;

- коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном. Принимают равным 0,85 (при расчете на однобаллонное колесо = 1,00);
- расчетное давление, принимаемое по табл.П.1.1 Приложения 1.

= 1,7·0,6·0,85 = 0,87 МПа.

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17):

, (3.17)

где - нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки, принимаемое по табличным данным (Приложение 3, табл.П.3.1);

- коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;

- коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (табл.3.6);

- коэффициент вариации прочности на растяжение (Приложение 4);

- коэффициент нормативного отклонения (Приложение 4).

Таблица 3.6

	Материал расчетного слоя
	Асфальтобетон
1	Высокоплотный	1,0
3	Пористый и высокопористый	0,80

3.42. Коэффициент , отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляют по выражению:

, (3.18)

где - расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия, определяемое по формуле (3.6) или (3.7) с учетом числа расчетных суток за срок службы (см. Приложение 6);

- показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя (Приложение 3, табл.П.3.1);

при = 5,5 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл.П.3.1)

= 0,10 (табл.П.4.1) = 1,71 (табл.П.4.2) = 4,3; = 7,1 (табл.П.3.1)

=732 932.;

= 0,80 (табл.3.6)


5,5·0,226·0,80 (1 - 0,1·1,71) = 0,82

г) , что меньше, чем 1,0 (табл.3.1).

Следовательно, выбранная конструкция не удовлетворяет этому критерию прочности.