Рисунок Д.1 — Расчетная схема

 

Д.1.6 Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустойчивости.

Расчетные характеристики материалов конструктивных слоев принимаем при температуре 50 ^оС. Требуемый минимальный коэффициент запаса прочности К_i  = 1,23.

Проверяем сдвигоустойчивость материала слоя № 1 на участках перегонов:

— модуль упругости верхнего слоя = 438 МПа;

— общий модуль упругости нижних слоев Е_н = 221 МПа (см. номограмму на рисунке 8.3);

— касательные напряжения τ = 0,204 МПа (см. рисунок 8.9);

— нормальные напряжения s = 0,123 МПа (см. рисунок 8.11);

— коэффициент запаса прочности К_пр = 3,4 (см. (8.25)).

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию прочности по критерию сдвигоустойчивости на участках перегонов.

Учитывая, что суммарная интенсивность движения транспортных средств на полосу составляет = 1000 ед/сут, проверяем сдвигоустойчивость материала слоя № 1 на участках разгона-торможе­ния и остановках общественного транспорта:

 

— модуль упругости верхнего слоя = 438 МПа;

— общий модуль упругости нижних слоев Е_н = 221 МПа;

— касательные напряжения τ = 0,408 МПа (с учетом коэффициентов В, представленных в 8.5);

— нормальные напряжения s = 0,209 МПа (с учетом коэффициентов, представленных в 8.5);

— коэффициент запаса прочности К_пр = 1,43.

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию прочности по критерию сдвигоустойчивости на участках разгона-торможения и остановках общественного транспорта. Необходимо отметить, что при применении битумов с показателем глубины проникания иглы при температуре 25 ^оС более 90 мм^–1, данное условие не выполняется.

Проверяем сдвигоустойчивость материала слоя № 2 на участках перегонов:

— модуль упругости верхних слоев = 438 МПа;

— общий модуль упругости нижних слоев Е_н = 221 МПа;

— касательные напряжения τ = 0,196 МПа (см. рисунок 8.10);

— нормальные напряжения s = –0,026 МПа (см. рисунок 8.12);

— коэффициент запаса прочности К_пр = 1,75 (см. (8.25)).

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию прочности по критерию сдвигоустойчивости на участках перегонов.

Учитывая, что суммарная интенсивность движения транспортных средств на полосу составляет = 1000 ед/сут, проверяем сдвигоустойчивость материала слоя № 2 на участках разгона-торможе­ния и остановках общественного транспорта:

— модуль упругости верхних слоев = 438 МПа;

— общий модуль упругости нижних слоев Е_н = 221 МПа;

— касательные напряжения τ = 0,274 МПа;

— нормальные напряжения s = –0,031 МПа;

— коэффициент запаса прочности К_пр = 1,23.

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию прочности по критерию сдвигоустойчивости на участках разгона-торможения и остановках общественного транспорта. Необходимо отметить, что при применении битумов с показателем глубины проникания иглы при температуре 25 ^оС более 90 мм^–1, данное условие не выполняется.

Проверяем сдвигоустойчивость материала слоя № 3 на участках перегонов:

— модуль упругости верхних слоев = 438 МПа (см. (8.24));

— общий модуль упругости нижних слоев Е_н = 201 МПа;

— касательные напряжения τ = 0,128 МПа (см. рисунок 8.10);

— нормальные напряжения s = –0,022 МПа (см. рисунок 8.12);

— коэффициент запаса прочности К_пр = 1,84.

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию прочности по критерию сдвигоустойчивости на участках перегонов.

Учитывая, что суммарная интенсивность движения транспортных средств на полосу составляет = 1000 ед/сут, проверяем сдвигоустойчивость материала слоя № 3 на участках разгона-торможе­ния и остановках общественного транспорта:

— модуль упругости верхних слоев = 438 МПа;

— общий модуль упругости нижних слоев Е_н = 201 МПа;

— касательные напряжения τ = 0,179 МПа;

— нормальные напряжения s = –0,026 МПа;

— коэффициент запаса прочности К_пр = 1,28.

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию прочности по критерию сдвигоустойчивости на участках разгона-торможения и остановках общественного транспорта.

Проверяем сдвигоустойчивость материала слоя № 4 на участках перегонов:

— модуль упругости верхних слоев = 406 МПа;

— общий модуль упругости нижних слоев Е_н = 173 МПа;

— касательные напряжения τ = 0,047 МПа (см. рисунок 8.10);

— нормальные напряжения s = –0,016 МПа (см. рисунок 8.12);

— коэффициент запаса прочности К_пр = 2,15.

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию прочности по критерию сдвигоустойчивости на участках перегонов.

Учитывая, что суммарная интенсивность движения транспортных средств на полосу составляет = 1000 ед/сут, проверяем сдвигоустойчивость материала слоя № 4 на участках разгона-торможе­ния и остановках общественного транспорта:

— модуль упругости верхних слоев = 406 МПа;

— общий модуль упругости нижних слоев Е_н = 173 МПа;

— касательные напряжения τ = 0,067 МПа;

— нормальные напряжения s = –0,019 МПа;

— коэффициент запаса прочности К_пр = 1,42.

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию прочности по критерию сдвигоустойчивости на участках разгона-торможения и остановках общественного транспорта.

Проверяем сдвигоустойчивость материала слоя № 5 на участках перегонов:

— модуль упругости верхних слоев = 449 МПа;

— общий модуль упругости нижних слоев Е_н = 101 МПа;

— касательные напряжения τ = 0,035 МПа (см. рисунок 8.10);

— нормальные напряжения s = 0,067 МПа (см. рисунок 8.12);

— коэффициент запаса прочности К_пр = –0,5 (т. к. нормальные напряжения значительно выше касательных).

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию прочности по критерию сдвигоустойчивости на участках перегонов.

Учитывая, что суммарная интенсивность движения транспортных средств на полосу составляет = 1000 ед/сут, проверяем сдвигоустойчивость материала слоя № 5 на участках разгона-торможения и остановках общественного транспорта:

— модуль упругости верхних слоев = 449 МПа;

— общий модуль упругости нижних слоев Е_н = 101 МПа;

— касательные напряжения τ = 0,05 МПа;

— нормальные напряжения s = 0,08 МПа;

— коэффициент запаса прочности К_пр = –5,93 (т. к. нормальные напряжения значительно выше касательных).

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию прочности по критерию сдвигоустойчивости на участках разгона-торможения и остановках общественного транспорта.

Проверяем сдвигоустойчивость материала слоя № 6 на участках перегонов:

— модуль упругости верхних слоев = 288 МПа;

— модуль упругости нижнего слоя Е_н = 66 МПа;

— касательные напряжения τ = 0,015 МПа (см. рисунок 8.10);

— нормальные напряжения s = 0,185 МПа (см. рисунок 8.12);

— коэффициент запаса прочности К_пр = –0,06 (т. к. нормальные напряжения значительно выше касательных).

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию прочности по критерию сдвигоустойчивости на участках перегонов.

Учитывая, что суммарная интенсивность движения транспортных средств на полосу составляет = 1000 ед/сут, проверяем сдвигоустойчивость материала слоя № 6 на участках разгона-торможения и остановках общественного транспорта:

— модуль упругости верхних слоев = 288 МПа;

— модуль упругости нижнего слоя Е_н = 66 МПа;

— касательные напряжения τ = 0,022 МПа;

— нормальные напряжения s = 0,222 МПа;

— коэффициент запаса прочности К_пр = –0,05 (т. к. нормальные напряжения значительно выше касательных).

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию прочности по критерию сдвигоустойчивости на участках разгона-торможения и остановках общественного транспорта.

Д.1.7 Определяем деформационную устойчивость материала монолитных слоев на действие транспортной нагрузки и погодно-климатических факторов.

Определяем уровень повреждаемости слоя № 1.

Учитывая, что между первым и вторым слоями обеспечено сцепление, растягивающие напряжения в верхней и нижней частях слоя определяем по номограммам, представленным на рисунках 8.4 и 8.6:

— модуль упругости верхнего слоя = 5750 МПа;

— общий модуль упругости нижних слоев Е_н = 385 МПа (см. рисунок 8.3);

— максимальное растягивающее напряжение в слое s_р = 0,252 МПа (см. рисунок 8.6);

— фактический уровень повреждаемости материала слоя y = 0,13 (см. (8.23)).

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию устойчивости по данному критерию.

Определяем уровень повреждаемости слоя № 2.

Учитывая, что между вторым и третьим слоями обеспечено сцепление, растягивающие напряжения в верхней и нижней частях слоя определяем по номограммам, представленным на рисунках 8.4 и 8.6:

— модуль упругости верхнего слоя = 5273 МПа (см. (8.24));

— общий модуль упругости нижних слоев Е_н = 285 МПа (см. рисунок 8.3);

— максимальное растягивающее напряжение в слое s_р = 0,224 МПа (см. рисунок 8.4);

— фактический уровень повреждаемости материала слоя y = 0,02.

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию устойчивости по данному критерию.

Определяем уровень повреждаемости слоя № 3.

Учитывая, что между третьим и четвертым слоями отсутствует сцепление, растягивающие напряжения в нижней части слоя определяем по номограмме, представленной на рисунке 8.5.

— модуль упругости верхнего слоя = 4190 МПа (см. (8.24));

— общий модуль упругости нижних слоев Е_н = 173 МПа (см. рисунок 8.3);

— максимальное растягивающее напряжение в слое s_р = 0,651 МПа (см. рисунок 8.5);

— фактический уровень повреждаемости материала слоя y = 0,21.

Следовательно, материал слоя удовлетворяет условию устойчивости по данному критерию.

Таким образом, запроектированная конструкция дорожной одежды обеспечивает устойчивость материала монолитных слоев на воздействие транспортной нагрузки и погодно-климатических факторов.

Д.1.8 Для обеспечения надежности материала покрытия и требуемого срока службы подрядчик должен обеспечить подбор состава с уровнем надежности Р = 0,98 в соответствии с требованиями приложения В.

Д.2 Расчет 2

Д.2.1 Требуется запроектировать дорожную одежду городской улицы при проведении капитального ремонта со следующими исходными данными:

— дорога располагается во II дорожно-климатической зоне, в г. Минске;

— категория дороги — А по СНБ 3.03.02;

— расчетный срок службы старой дорожной одежды до капитального ремонта Т_сл — 12 лет;

— требуемый срок службы дорожной одежды после капитального ремонта Т₁ — 15 лет;

— конструкция старой дорожной одежды (толщина слоя, см) (по результатам обследований):

1 слой (асфальтобетон)          » 5,9;

2 слой (асфальтобетон)          » 12,3;

3 слой (асфальтобетон)          » 5,8;

4 слой (щебень)                       » 15;

5 слой (песок)                          » 20;

грунт земляного полотна — супесь легкая крупная;

— расчетная суточная интенсивность движения транспортных средств на одну полосу составляет 860 ед/сут (по результатам замеров);

— по результатам визуальных обследований покрытия получены следующие данные:

общая площадь покрытия                                        — 42 247 м²;

площадь покрытия со сдвиговыми деформациями — 4347,5 м²;

площадь покрытия с температурными трещинами   — 3843 м²;

площадь покрытия с усталостными трещинами       — 1731,5 м²;

площадь покрытия с коррозионными разрушениями — 2656 м².

Основные расчетные характеристики материалов слоев представлены в таблицах Д.2—Д.4.

Таблица Д.2

Место отбора
(номер слоя)

Толщина слоя h, см

Средняя плотность r_ср, г/см³

Водонасыщение
W, %

Тангенс угла
внутреннего
трения tgj

Внутреннее
 сцепление C, МПа

Предел прочности
на растяжение R₀, МПа,
 при температуре 0 ^оС

Предел прочности
на растяжение R₁₀, МПа, при температуре 10 ^оС

Предельная
структурная
прочность R_c, МПа

5,9

2,48

1,80

0,844

0,399

1,96

1,24

6,46

12,3

2,43

1,42

0,886

0,325

3,20

1,73

6,63

5,8

2,35

1,11

0,860

0,155

3,65

6,41

2,26

 

Таблица Д.3

Место отбора
(номер слоя)

Уровень надежности
по сдвигоустойчивости Р₁

Уровень надежности
по температурной
трещиностойкости Р₂

Уровень надежности
по усталостной
трещиностойкости Р₃

Уровень надежности
по коррозионной
стойкости Р₄

Общий уровень
надежности Р_об

Фактический
уровень надежности P_n

Фактический уровень
повреждаемости y

Уровень
надежности Р_y

0,95

0,98

0,83

0,87

0,91

0,70

0,24

0,70

0,62

0,65

0,88

1,00

0,77

—

0,32

0,52

0,32

0,33

0,82

1,00

0,54

—

0,31

0,37

 

Таблица Д.4

Место отбора
(номер слоя)

Прочность
на изгиб R_u, МПа,
при температуре 0 ^оС

Расчетный модуль
упругости Е₅₀, МПа,
при температуре 50 ^оС

Расчетный модуль
упругости Е₀, МПа,
при температуре 0 ^оС

Расчетный модуль
упругости Е₁₀, МПа,
 при температуре 10 ^оС

Расчетный модуль
упругости Е^y₁₀, МПа,
при температуре 10 ^оС
с учетом
уровня надежности Р_y

6,67

8,76

10 590

9,12

12 212

Д.2.2 Проверяем прочность существующей дорожной одежды.

Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы по формуле (8.6) при Т_рдг = 145 дней, k_n = 1,4 (см. таблицу 8.2).

Откуда

Требуемый общий модуль упругости определяем по формуле (8.5)

= 98,65 · (lg2 671 074 – 4,0) = 239 МПа.

Рассмотрим расчетную схему конструкции существующей дорожной одежды с учетом уровня повреждаемости материалов слоев, представленную на рисунке Д.2.

Коэффициент запаса прочности составляет К_пр =  = 357/239 = 1,49.

Требуемый минимальный коэффициент запаса прочности по рисунку 8.1 составляет 1,25 для уровня надежности Р = 0,98 и срока службы Т_сл = 15 лет.

Следовательно, существующая дорожная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу и ее усиление не требуется. Однако, учитывая неудовлетворительное состояние материалов покрытия, капитальный ремонт дорожной одежды необходим.