Розрахунок одношарового бетонного покриття на піщаній штучній основі

Розрахунок одношарового бетонного покриття на піщаній штучній основі

Вихідні дані:

Клас аеродрому – В. Типи літаків, які будуть експлуатуватися на аеродромі:

Трайдент C, Як-42, Ан-140.

Літак Трайдент C: нормативне навантаження на основну опору кН; число коліс на основній опорі ; відстань між центрами відбитків коліс основної опори м; 0,65м; 0,3м; число осей на основній опорі ; внутрішній тиск повітря в пневматиках коліс основної опори МПа.

Літак Як-42: кН; ; м; м; ; МПа.

Літак Ан-140: кН; ; м; ; МПа.

Середньорічне число зльотів літаків: для Трайдент С зл /рік; для Як-42 зл /рік; для Ан-140 зл /рік.

Розташування району будівництва – ІІІ дорожньо-кліматична зона, на північ від 50° північної широти.

Тип гідрогеологічних умов – І. Грунт природної основи покриття – супісок (з коефіцієнтом пористості ).

 

Розрахунок

Виконуємо розрахунок покриття на ділянках груп А.

Визначаємо розрахунковий тип літака. За розрахунковий приймаємо літак з найбільшим нормативним навантаженням на основну опору . В нашому випадку це – Трайдент C, для якого кН.

1. Згідно п. 5.52 визначаємо розрахункове навантаження на колесо основної опори літака і радіус круга , рівновеликого площі відбитка пневматика колеса на покритті:

кН

м

Де ; .

2. Враховуючи вказівки п. 5.3-5.6, 5.15, 5.16 і 5.24-5.26, призначаємо конструкцію одношарового бетонного покриття і приймаємо проектні класи бетону за міцністю на розтяг при згинанні 4,0 і на стискання В30 (табл.20). Розрахункові характеристики бетону беремо з табл. 1 дод.9: розрахунковий опір розтягу при згинанні МПа; модуль пружності важкого бетону - МПа

 

 

Конструкція одношарового бетонного покриття:

1.–бетон проектних класів 4,0 і В30; 2. –два шари пергаміну; 3. –середньозернистий пісок; 4. –супісок.

3. Згідно п. 4.4 визначаємо глибину стискуваної товщі ґрунтової основи . Залежно від навантаження на одне колесо основної опори кН і числа коліс на опорі з табл. 15 приймаємо м.

4. Враховуючи наявність штучної основи з середньозернистого піску, який підстеляється масивом супіску, за вказівками п. 2 дод.5 визначаємо еквівалентний коефіцієнт постелі у межах стискуваної товщі ґрунтової основи. При цьому маємо см (товщина шару піску); . Спочатку за даними табл.6 дод.9 визначаємо коефіцієнт постелі насипного середньозернистого піску МН/м³. Потім з табл. дод.4 з урахуванням першого типу гідрогеологічних умов, коефіцієнта пористості ґрунту та розташування району будівництва у ІІІ дорожньо-кліматичній зоні (в межах України) приймаємо для супіску в природному стані коефіцієнт постелі МН/м³.

Обчислюємо значення еквівалентного коефіцієнта постелі:

 

МН/м³

Де

 

В наведених обчисленнях умовний діаметр передачі навантаження на основу приймається рівним 2,9м, оскільки літак Трайдент 3 відповідає ІІІ категорії нормативного навантаження.

5. Знаходимо жорсткість плити покриття на одиницю ширини розрахункового розрізу (1м).

6. Згідно з п.5.52 визначаємо пружну характеристику плити

7. Згідно з п.5.52 знаходимо максимальні моменти в розрахункових перерізах плити, перпендикулярних осям X і Y, при центральному її навантаженні.

Розрахункова схема основної опори літака Трайдент 3.

 

Де приймається з табл.1 дод.10 для ; і беруть для кожного і-того, починаючи з другого колеса основної опори з табл.2 дод.10 залежно від значень координат і (числові значення у_і і х_і показані на рис.)

 

Таблиця 5. Проміжні результати розрахунку

Колесо
Перше	0,195	0,2096	-	-	-	-
Друге	-	-	0,37	-	0,0743	0,1384
Третє	-	-	1,16	-	0,0020	0,0438
Четверте	-	-	1,52	-	-	0,0266

 

8. Приймаємо як більше з одержаних значень і :

Аналогічним чином визначаємо для літаків Як-42 та Ан-140

Як-42:

кН

м

Де ;

Згідно п.4.4 визначаємо глибину стискуваної товщі ґрунтової основи . Залежно від навантаження на одне колесо основної опори кН і числа коліс на опорі з табл.15 приймаємо м.

Обчислюємо значення еквівалентного коефіцієнта постелі:

МН/м³

Де

В наведених обчисленнях умовний діаметр передачі навантаження на основу приймався рівним 2,4м, оскільки літак Як-42 відповідає ІV категорії нормативного навантаження.

Знаходимо жорсткість плити покриття на одиницю ширини розрахункового розрізу (1м).

Згідно з п.5.52 визначаємо пружну характеристику плити

м

Згідно з п.5.52 знаходимо максимальні моменти в розрахункових перерізах плити, перпендикулярних осям X і Y, при центральному її навантаженні.

Таблиця 5. Проміжні результати розрахунку

Колесо
Перше	0,21	0,2028	-	-	-	-
Друге	-	-	0,76		0,0163	0,0759
Третє	-	-	1,76	1,2	0,0177	-0,0029
Четверте	-	-		1,2	0,0412	-0,0098

 

Приймаємо як більше з одержаних значень і :

Ан-140:

кН

м

Де ;

Згідно п.4.4 визначаємо глибину стискуваної товщі ґрунтової основи . Залежно від навантаження на одне колесо основної опори кН і числа коліс на опорі з табл.15 приймаємо м.

Обчислюємо значення еквівалентного коефіцієнта постелі:

МН/м³

Де

В наведених обчисленнях умовний діаметр передачі навантаження на основу приймався рівним 2,2м, оскільки літак Ан-140 відповідає V категорії нормативного навантаження.

Знаходимо жорсткість плити покриття на одиницю ширини розрахункового розрізу (1м).

Згідно з п.5.52 визначаємо пружну характеристику плити

м

Згідно з п.5.52 знаходимо максимальні моменти в розрахункових перерізах плити, перпендикулярних осям X і Y, при центральному її навантаженні.

Таблиця 5. Проміжні результати розрахунку

Колесо
Перше	0,23	0,1944	-	-	-	-
Друге	-	-	0,61		0,0326	0,0937

 

Приймаємо як більше з одержаних значень і :

9. Виходячи з визначаємо (розрахунковий згинальний момент):

Де (приймається з урахуванням того, що покриття бетонне і передбачається застосування в плитах стикових з‘єднань або крайового армування); (за наявності на ділянках покриття групи А піщаної штучної основи, не обробленої в‘яжучим); (оскільки жорсткість плит у напрямках X і Y однакова).

10. Визначаємо граничний згинальний момент на одиницю ширини розрахункового перерізу плити (1м):

Де (приймається з табл.31 для бетонного покриття на ділянках групи А при розташуванні аеродрому на північ від 50º північної широти); (визначається з графіка креслення 3 дод.10 залежно від розрахункового числа прикладань навантаження при зльотах літаків ).

Зазначене розрахункове число прикладань навантаження на покриття обчислюємо в такій послідовності. Визначаємо число прикладань навантаження від основної опори кожного типу літака за проектний строк служби покриття Т, який у відповідності з п.5.54 для жорстких покриттів повинен прийматися рівним 20 років:

Для літака Трайдент C:

;

Для літака Як-42:

;

Для літака Ан-140:

;

Залежно від відношення центральних моментів і від навантажень відповідно і-того і розрахункового типу літаків, а також від прийнятих з графіка креслення 4 дод.10 , значень обчислюємо еквівалентне число прикладень навантаження від опори і-того типу літака на покриття , приведене до прикладань навантаження від опори розрахункового літака:

Для розрахункового типу літака Трайдент 3 з урахуванням

і

;

Для другого (і =2) типу літака Як-42 з урахуванням , і , ;

Для третього (і =3) типу літака Ан-140 з урахуванням , і , дуже мале.

Тоді

Де означає число типів літаків, які враховується, а і – порядковий номер типу літака.

11. Перевіряємо міцність плити:

.

Таблиця 5. Проміжні результати розрахунку

Колесо
Перше	0,1538	0,2316	-	-	-	-
Друге	-	-	0,29		0,0951	0,1602
Третє	-	-	1,91		0,0050	0,0612
Четверте	-	-	1,2		-	0,0412

 

15. Приймаємо як більше з одержаних значень і :

Аналогічним чином визначаємо для літаків Як-42 та Ан-140

Як-42:

кН

м

Де ;

Згідно п.4.4 визначаємо глибину стискуваної товщі ґрунтової основи . Залежно від навантаження на одне колесо основної опори кН і числа коліс на опорі з табл.15 приймаємо м.

Обчислюємо значення еквівалентного коефіцієнта постелі:

МН/м³

Де

В наведених обчисленнях умовний діаметр передачі навантаження на основу приймався рівним 2,4м, оскільки літак Як-42 відповідає ІV категорії нормативного навантаження.

Знаходимо жорсткість плити покриття на одиницю ширини розрахункового розрізу (1м).

Згідно з п.5.52 визначаємо пружну характеристику плити

м

Згідно з п.5.52 знаходимо максимальні моменти в розрахункових перерізах плити, перпендикулярних осям X і Y, при центральному її навантаженні.

Таблиця 5. Проміжні результати розрахунку

Колесо
Перше	0,1635	0,2259	-	-	-	-
Друге	-	-	0,6		0,0338	0,0949
Третє	-	-	1,6	1,94	0,0314	0,0089
Четверте	-	-		1,94	0,0589	0,0037

 

Приймаємо як більше з одержаних значень і :

Ан-140:

кН

м

Де ;

Згідно п.4.4 визначаємо глибину стискуваної товщі ґрунтової основи . Залежно від навантаження на одне колесо основної опори кН і числа коліс на опорі з табл.15 приймаємо м.

Обчислюємо значення еквівалентного коефіцієнта постелі:

МН/м³

Де

В наведених обчисленнях умовний діаметр передачі навантаження на основу приймався рівним 2,2м, оскільки літак Ан-140 відповідає V категорії нормативного навантаження.

Знаходимо жорсткість плити покриття на одиницю ширини розрахункового розрізу (1м).

Згідно з п.5.52 визначаємо пружну характеристику плити

м

Згідно з п.5.52 знаходимо максимальні моменти в розрахункових перерізах плити, перпендикулярних осям X і Y, при центральному її навантаженні.

Таблиця 5. Проміжні результати розрахунку

Колесо
Перше	0,1838	0,2151	-	-	-	-
Друге	-	-	0,48		0,0519	0,1148

 

Приймаємо як більше з одержаних значень і :

16. Виходячи з визначаємо (розрахунковий згинальний момент):

Де (приймається з урахуванням того, що покриття бетонне і передбачається застосування в плитах стикових з‘єднань або крайового армування); (за наявності на ділянках покриття групи А піщаної штучної основи, не обробленої в‘яжучим); (оскільки жорсткість плит у напрямках X і Y однакова).

17. Визначаємо граничний згинальний момент на одиницю ширини розрахункового перерізу плити (1м):

Де (приймається з табл.31 для бетонного покриття на ділянках групи А при розташуванні аеродрому на північ від 50º північної широти); (визначається з графіка креслення 3 дод.10 залежно від розрахункового числа прикладань навантаження при зльотах літаків ).

Зазначене розрахункове число прикладань навантаження на покриття обчислюємо в такій послідовності. Визначаємо число прикладань навантаження від основної опори кожного типу літака за проектний строк служби покриття Т, який у відповідності з п.5.54 для жорстких покриттів повинен прийматися рівним 20 років:

Для літака Трайдент 3:

;

Для літака Як-42:

;

Для літака Ан-140:

;

Залежно від відношення центральних моментів і від навантажень відповідно і-того і розрахункового типу літаків, а також від прийнятих з графіка креслення 4 дод.10 , значень обчислюємо еквівалентне число прикладень навантаження від опори і-того типу літака на покриття , приведене до прикладань навантаження від опори розрахункового літака:

Для розрахункового типу літака Трайдент 3 з урахуванням

і

;

Для другого (і =2) типу літака Як-42 з урахуванням , і , ;

Для третього (і =3) типу літака Ан-140 з урахуванням , і , дуже мале.

Тоді

Де означає число типів літаків, які враховується, а і – порядковий номер типу літака.

18. Перевіряємо міцність плити:

.

Розрахунок

Виконуємо розрахунок покриття на ділянках груп А.

1. Згідно з п.5.65 робимо висновок, що при розрахунку покриття літак Ан-140 не повинен враховуватись, оскільки навантаження на його основну опору кН від літака Трайдент 3 . При розрахунку потрібно враховувати навантаження від літаків Трайдент 3 і Як-42 .

2. Призначаємо конструкцію нежорсткого покриття з наступними розрахунковими характеристиками:

- Щебінь, оброблений в‘язким бітумом шляхом змішування в установці з межею міцності при стиску вихідної скельної породи 80МПа: ;

- Щебінь з природного каменю, що вкладений способом розклинювання з межею міцності 60МПа: ;

- Жорства з вивержених гірських порід: .

Модуль пружності супіску в природній ґрунтовій основі - МПа.

Рис. Конструкція щебеневого покриття:

1. щебінь з граничною міцністю при стисканні 80МПа, оброблений бітумом змішуванням в установці;

2. щебінь з граничною міцністю при стисканні 60МПа, укладений способом розклинювання;

3. жорства з вивержених гірських порід;

Супісок.

Сумарна товщина шарів призначеної конструкції покриття:

м

Розрахункове навантаження на колесо основної опори

кН

Мінімальну відстань між найближчими колесами основної опори (у проміжку) а визначаємо з урахуванням геометричних характеристик опори, взятих з креслення 10 дод.10:

м

Максимальна відстань між колесами основної опори (між центрами їхніх відбитків):

м

Так, як

Значення одноколісного еквівалентного навантаження потрібно визначити (п.5.64) за формулою:

, як рівнозначна ,

Де .

Для літака Трайдент 3

.

Тоді кН

3. Аналогічно визначаємо для Як-42:

кН

Мінімальну відстань між найближчими колесами основної опори (у проміжку) а визначаємо з урахуванням геометричних характеристик опори, взятих з креслення 10 дод.10:

м

Максимальна відстань між колесами основної опори (між центрами їхніх відбитків):

м

Так як

і

Значення одноколісного еквівалентного навантаження потрібно визначити (п.5.64) за формулою:

, як рівнозначна ,

Де .

Для літака Як-42:

.

Тоді кН

 

Перевірка прогину покриття

4. Визначаємо діаметр круга, рівновеликого площі відбитка одноколісного навантаження від розрахункового типу літака,

м

5. Середній модуль пружності багатошарової конструкції покриття, включаючи штучну основу,

МПа

6. Обчисливши відношення

і

З номограми креслення 7 дод.10 визначаємо коефіцієнт .

Далі знаходимо еквівалентний модуль пружності нежорсткої конструкції покриття (включаючи штучну основу) і ґрунтової основи

МПа

7. Визначаємо розрахунковий відносний прогин покриття від одноколісного еквівалентного навантаження

8. Використовуючи дані про інтенсивність руху літаків Трайдент 3 і Як-42 знаходимо приведену повторюваність прикладань розрахункового навантаження. Значення визначається за формулою:

зл/добу

Де - означає число типів літаків, які враховуються, а і – порядковий номер літака. В розрахункових нежорстких покриттів на відносний прогин приймаємо . Результати проміжних обчислень записуємо у табличній формі.

Таблиця. Обчислення приведеної повторюваності прикладань розрахункового навантаження.

Тип літака	, МПа	,м			(з креслення 11 дод.10)	, Зл/добу
Трайдент 3	1,14	0,6	1,0	1,0	1,0	10,96
Як-42	0,88	0,55	0,92	0,77	0,12	46,58

 

9. Граничний відносний прогин покриття приймаємо з графіка «а» креслення 8 дод.10 для супіску, враховуючи тиск повітря в пневматиках коліс розрахункового типу літака МПа і приведену повторюваність прикладення навантаження зл/добу:

10. Перевіряємо умову:

Де

Розрахунок одношарового бетонного покриття на піщаній штучній основі

Вихідні дані:

Клас аеродрому – В. Типи літаків, які будуть експлуатуватися на аеродромі:

Трайдент C, Як-42, Ан-140.

Літак Трайдент C: нормативне навантаження на основну опору кН; число коліс на основній опорі ; відстань між центрами відбитків коліс основної опори м; 0,65м; 0,3м; число осей на основній опорі ; внутрішній тиск повітря в пневматиках коліс основної опори МПа.

Літак Як-42: кН; ; м; м; ; МПа.

Літак Ан-140: кН; ; м; ; МПа.

Середньорічне число зльотів літаків: для Трайдент С зл /рік; для Як-42 зл /рік; для Ан-140 зл /рік.

Розташування району будівництва – ІІІ дорожньо-кліматична зона, на північ від 50° північної широти.

Тип гідрогеологічних умов – І. Грунт природної основи покриття – супісок (з коефіцієнтом пористості ).

 

Розрахунок

Виконуємо розрахунок покриття на ділянках груп А.

Визначаємо розрахунковий тип літака. За розрахунковий приймаємо літак з найбільшим нормативним навантаженням на основну опору . В нашому випадку це – Трайдент C, для якого кН.

1. Згідно п. 5.52 визначаємо розрахункове навантаження на колесо основної опори літака і радіус круга , рівновеликого площі відбитка пневматика колеса на покритті:

кН

м

Де ; .

2. Враховуючи вказівки п. 5.3-5.6, 5.15, 5.16 і 5.24-5.26, призначаємо конструкцію одношарового бетонного покриття і приймаємо проектні класи бетону за міцністю на розтяг при згинанні 4,0 і на стискання В30 (табл.20). Розрахункові характеристики бетону беремо з табл. 1 дод.9: розрахунковий опір розтягу при згинанні МПа; модуль пружності важкого бетону - МПа

 

 

Конструкція одношарового бетонного покриття:

1.–бетон проектних класів 4,0 і В30; 2. –два шари пергаміну; 3. –середньозернистий пісок; 4. –супісок.

3. Згідно п. 4.4 визначаємо глибину стискуваної товщі ґрунтової основи . Залежно від навантаження на одне колесо основної опори кН і числа коліс на опорі з табл. 15 приймаємо м.

4. Враховуючи наявність штучної основи з середньозернистого піску, який підстеляється масивом супіску, за вказівками п. 2 дод.5 визначаємо еквівалентний коефіцієнт постелі у межах стискуваної товщі ґрунтової основи. При цьому маємо см (товщина шару піску); . Спочатку за даними табл.6 дод.9 визначаємо коефіцієнт постелі насипного середньозернистого піску