Проектирование непрерывно армированных оснований

 

5.1. Непрерывно армированные бетонные основания рекомендуется устраивать на автомобильных дорогах с интенсивным движением.

5.2. Дорожные одежды с непрерывно армированными основаниями в районах массового строительства можно устраивать в два этапа:

а) на первом этапе, продолжительность которого составляет от двух до пяти лет и включает период массового строительства, непрерывно армированная бетонная плита работает в качестве покрытия для пропуска тяжелого строительного транспорта;

б) на втором этапе непрерывно армированная плита перекрывается слоем асфальтобетона и работает в режиме основания на пропуск автомобильного транспорта.

5.3. Конструкция дорожных одежд с непрерывно армированными основаниями принимаются по пп.2.1-2.10, 2.11 с устройством дополнительного верхнего слоя из асфальтобетона. Непрерывно армированные основания можно также укладывать непосредственно на песчаный подстилающий слой.

5.4. Непрерывную арматуру следует располагать на нейтральной оси основания. Поперечные швы на основании не устраиваются. Продольные швы устраивают через 7,0-7,5 м.

5.5. Требования к материалам для непрерывно армированных оснований следует принимать по пп.3.1-3.10, за исключением:

а) класс бетона должен быть не ниже В 15,0;

б) морозостойкость бетона должна быть не ниже F 100.

5.6. Нагрузки на непрерывно армированные основания следует принимать в виде автомобиля гр.А.

5.7. Расчет непрерывно армированных оснований в продольном и поперечном направлениях следует производить по первому предельному состоянию, гарантирующему конструкцию от исчерпания несущей способности по прочности и выносливости при воздействии автомобильного транспорта.

5.8. Расчет оснований производится в соответствии с пп.4.7-4.11 и состоит из двух этапов:

а) на первом этапе непрерывно армированное основание без учета верхних слоев асфальтобетона рассчитывается на суммарное воздействие транспорта за весь период массового строительства;

б) на втором этапе основание с учетом асфальтобетонного покрытия рассчитывается на заданный срок службы для пропуска транспорта.

Толщина непрерывно армированного основания при расчетах на втором этапе принимается равной h_ц.б. + D h',

где

. (32)

5.9. Расчет концевых упоров производится в соответствии с пп.4.4, 4.14-4.20.

5.10. Непрерывно армированные основания разрешается открывать для движения строительного транспорта при достижении им прочности равной 70% от проектного класса, но не ранее чем через 14 сут с момента укладки бетонной смеси.

 

Пример расчета непрерывно армированного покрытия

 

Требуется запроектировать конструкцию дорожной одежды с непрерывно армированным покрытием.

6.1. Исходные данные

Местность по условию увлажнения относится к I типу, проходит в нулевых отметках. Грунт земляного полотна - суглинок тяжелый – Е_гр =35 МПа.

Расчетный срок службы покрытия - 35 лет. Суммарный размер движения за срок службы - 20 млн (приведенных к группе А) автомобилей. Суточные перепады температуры на поверхности покрытия (D t_п) в течение года даны в табл.1.

Дорожная одежда включает:

подстилающий слой из среднезернистого песка – Е_п = 120 МПа;

верхний слой основания из песка, стабилизированного цементом М 75, с модулем упругости Е_пц =600 МПа;

непрерывно армированное покрытие из бетона В 30,0 и арматуры класса A-III.

Величина сил сцепления бетона с арматурой составляет 7,0 МПа. Сцепление покрытия с основанием равно 0,7 МПа.

 

Таблица 1*

 

Перепад температуры на поверхности покрытия, °С
Повторяемость дней в году с данным перепадом

____________________

* Табл.1 составляется по СНиП, в зависимости от суточного перепада температуры воздуха, или по опытным данным.

 

6.2. Проектирование дорожной одежды

6.2.1. Общая толщина дорожной одежды и толщина песчаного подстилающего слоя определяется общепринятыми методами (см. ОДН 218.046-01) по условию морозоустойчивости и осушения дорожной одежды. Для принятых данных они составляют соответственно 75 и 25 см.

6.2.2. Толщина покрытия предварительно назначается равной 24 см, толщина слоя стабилизированного песка - 14 см.

Для получения общей толщины дорожной одежды H = 75 см толщина песчаного слоя должна составлять не менее 37 см. Принимаем округленно h_п = 40 см.

6.2.3. Процент армирования покрытия в продольном направлении определяется по формулам (3) и (4):

6.2.4. Раскрытие трещин определяется по формуле (5). При диаметре арматуры 14 мм раскрытие трещин составляет

см, или 0,37 мм,

где q = 44 / 15,4 = 2,86.

При диаметрах арматуры 12, 10, 8 и 6 мм раскрытие трещин соответственно уменьшается до 0,31, 0,26, 0,21 и 0,15 мм.

Из условия минимального раскрытия трещин выбираем арматуру диаметром 6 мм.

6.2.5. Эквивалентный модуль упругости основания определяется последовательным решением по номограмме двухслойной системы на упругом основании (см. ОДН 218.046-01). Принятая конструкция имеет эквивалентный модуль упругости основания (Е_экв), равный 90,0 МПа.

6.2.6. В предварительном расчете дорожной одежды на автомобильную нагрузку покрытие считается как бетонное без учета арматуры.

По формуле (10) определяется радиус жесткости покрытия:

см.

6.2.7. Изгибающий момент в покрытии определяется по формуле (7):

М^н = 6,0 (0,0592 – 0,09284 ln (18,25 / 94)) = 1,20 тм.

Влияние соседних колес учитывается по формуле (8). Приведенные ординаты ближайшего колеса равны: h = 160 / 94 = 1,70; x = 0.

= 0,025; = 0,15 тм.

Суммарный нормативный изгибающий момент равен 1,35 тм.

6.2.8. Проверка бетонного сечения на выносливость проводится по формуле (20):

1,35 · 10⁵ кг·см = 45 · 0,7 · 0,43 · 9600 = 1,35 · 10⁵ кг·см.

Таким образом, покрытие обладает достаточной несущей способностью по выносливости.

6.2.9. Толщина покрытия армированного непрерывной арматурой в верхней зоне плиты уменьшается на величину D h по формуле (21), где F_a = m · F_б:

D h = 0,0059 · 24 · (100 / 100) · 17 = 2,5.

Принимаем D h = 3 см и толщину покрытия - 21 см.

При расположении арматуры на нейтральной оси покрытия или ниже толщины плиты может быть уменьшена на 2D h (до 18 см) с последующей проверкой расчетом. Принимаем толщину покрытия h = 18 см с расположением арматуры на нейтральной оси покрытия.

6.2.10. Расчет железобетонного покрытия на автомобильную нагрузку производится в следующем порядке:

а) задаем процент армирования покрытия в продольном и поперечном направлениях.

Процент армирования в продольном направлении принимаем по расчету на объемные изменения материала равным 0,59%. Процент армирования в поперечном направлении принимаем равным 0,15%, из стали A-III диаметром 6 мм с расположением арматуры на расстоянии 9,6 см от поверхности покрытия;

б) определяем геометрические характеристики сечения.

По формуле (14) находим высоту сжатой зоны бетона (X_c) в продольном и поперечном направлениях:

в продольном направлении X_c = 2,9 см;

в поперечном направлении X_c = 1,7 см.

По формуле (12) определяем жесткость сечения:

в продольном направлении

В = 2,0 · 10⁶ · 11,0 · (9,0 – 2,9 / 3) (9,0 – 2,9) = 1,17 · 10⁹ кг·см²;

в поперечном направлении

В = 2,0 · 10⁶ · 2,7 · (9,9 – 1,7 / 3) (9,6 – 1,7) = 0,41 · 10⁹ кг·см².

Погонная жесткость, соответственно, равна:

в продольном направлении В_п = 1,17 · 10⁷ кг·см;

в поперечном направлении В_п = 0,41 · 10⁷ кг·см;

в) определяем радиус жесткости покрытия по формуле (11):

в продольном направлении

см;

в поперечном направлении

см;

г) по формуле (7) находим изгибающий момент:

в продольном направлении

М = 6,0 (0,0592 – 0,09284 ln (18,25 / 30)) = 0,63 тм;

в поперечном направлении М = 6,0 (0,0592 – 0,09284 ln (18,25 / 21)) = 0,43 тм;

д) проверку железобетонного сечения на выносливость производим по формулам (22) и (23):

в продольном направлении

для бетона

0,63 · 10⁵ кг·см < 305 · 100 · 2,9 (9,0 – 2,9 / 3) · 0,7 · 0,43 = 2,13 · 10⁵ кг·см;

для арматуры

0,63 · 10⁵ кг·см < 4000 · 11,0 · (9,0 – 2,9 / 3) · 0,85 · 0,52 = 1,55 · 10⁵ кг·см.

в поперечном направлении

для бетона

0,43 · 10⁵ кг·см < 305 · 100 · 1,7 (9,6 – 1,7 / 3) · 0,7 · 0,43 = 1,4 · 10⁵ кг·см;

для арматуры

0,43 · 10⁵ кг·см < 4000 · 2,7 (9,6 – 1,7 / 3) · 0,85 · 0,52 = 0,43 · 10⁵ кг·см.

Непрерывно армированное покрытие обладает несущей способностью по выносливости.