Расчет устойчивости материала монолитных слоев на совместное действие транспортной нагрузки и погодно-климатических.

 

Составляем расчетную схему конструкции дорожной одежды со слоями усиления. Модули упругости подставляем при температуре 0 градусов.

 

E_тр=273 МПа

E₁=660 МПа h₁=4см

E₂=460 МПа h₂=10см

E₃=336 МПа h₃=5см

E₄=280 МПа h₄=7см

E₅=450 МПа h₄=28см

E₆=130 МПа h₄=38см

E_гр=27 МПа

 

Расчетные характеристики материалов конструктивных слоев (приняты по таблицам 2.5.2 и п.1, Приложение 6):

Слой 1 – щебеночно-мастичный асфальтобетон на модифицированном битуме.

- модуль упругости при температуре 0^оС – 5500 МПа (Табл. 2.5.2.).

- предельная структурная прочность – 10 МПа (Табл. 1. П1 Приложение 6).

- прочность на изгиб – 6 МПа (Табл. 1. П1).

Слой 2 – крупнозернистый плотный асфальтобетон на битуме БНД 60/90.

- модуль упругости при температуре 0^оС – 4500 МПа.

- предельная структурная прочность – 7,5 МПа.

- прочность на изгиб – 5,5 МПа.

Слой 3 – старый асфальтобетон.

- модуль упругости при температуре 0^оС (Е*Кн) – 3600*0.8= 2880 МПа.

Слой 4 – старый асфальтобетон.

- модуль упругости при температуре 0^оС (Е*Кн) – 2200*0.8= 1760 МПа.

Слой 5– щебень, устроенный по способу заклинки

- модуль упругости – 450 МПа.

Слой 6 – песок крупнозернистый.

- модуль упругости – 130 МПа.

Грунт земляного полотна.

- модуль упругости – 27 МПа.

Вычисляем эквивалентные модули упругости на контактах слоев по методике раздела 1.10 с использованием номограммы 1.7.8. Поскольку диаметр отпечатка следа колеса принят для нагрузки А3 расчет ведется по всем слоям.

Расчет ведем снизу вверх.

1)

Е_гр /Е₆ = 27/130=0,208

h₆/Д = 38/41=0,93

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем E_э^V /Е₆=0,49

E_э^V =63,7 МПа

2)

E_э^V /Е₅ = 63,7/450=0,141

h₅/Д = 28/41=0,68

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем E_э^IV /Е₅=0,34

E_э^IV =153 МПа

3)

E_э^IV /Е₄ = 153/1760=0,09

h₄/Д = 7/41=0,25

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем E_э^III /Е₄=0,11

E_э^III =194 МПа

4)

E_э^III /Е₃ = 194/2880=0,067

h₃/Д = 5/41=0,122

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем E_э^II /Е₃=0,08

E_э^II =230 МПа

5)

E_э^II/Е₂ = 230/4500=0,05

h₂/Д = 10/41=0,244

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем E_э^II /Е₂=0,08

E_э^I =360 МПа

 

Определяем суммарную интенсивность движения за весь срок службы (13 лет) (формула 1.6.12). Расчетное число дней в году принимаем 365.

.

 

Определяем растягивающие напряжения в монолитных слоях:

Верхний слой покрытия:

Растягивающие напряжения в нижней части слоя (сцепление с нижележащим слоем обеспечено) для толщины слоя 4 см. (номограмма 2.7.1) – 0 МПа;

Растягивающие напряжения в верхней части слоя для толщины слоя 4 см. (номограмма 2.7.3) – 0,23 МПа.

Слой 2:

Растягивающие напряжения в нижней части слоя (сцепление с нижележащим слоем обеспечено) для общей толщины слоя (4 + 10) = 14 см. (номограмма 2.7.1) – 0,32 МПа.

Принимая во внимание повышающий коэффициент 1,12 для нагрузки А₃, максимальные растягивающие напряжения в монолитных слоях составляют:

- слой 1: 0,26 МПа;

- слой 2: 0,36 МПа;

 

Расчет фактического уровня повреждаемости:

Слой 1.

Интенсивность движения по сезонам года (формула 2.7.2):

Предельное число циклов нагружения для каждого сезона (формула 2.7.3):

Уровень работоспособности по сезонам (формула 2.7.4):

Приведенный к весеннему периоду уровень работоспособности (формула 2.7.5):

Таким образом, влияние транспортной нагрузки при данной толщине слоев и низкой интенсивности движения несущественно. Развитие усталостных деформаций в виде сетки трещин маловероятно.

Уровень работоспособности от перепадов температур (формула 2.7.6):

Уровень работоспособности от попеременного замораживания оттаивания (формула 2.7.8):

Максимальное значение водонасыщения принято по СТБ 1033. Для щебеночно-мастичных асфальтобетонов – 3%.

Уровень повреждаемости от температуры (формула 2.7.10):

Уровень повреждаемости от попеременного замораживания оттаивания (формула 2.7.11):

Общий приведенный уровень работоспособности:

- от температурных факторов (формула 2.7.12):

- от попеременного замораживания оттаивания (формула 2.7.13):

Общий приведенный уровень работоспособности (формула 2.7.14):

Общий уровень повреждаемости (формула 2.7.15):

Общий уровень повреждаемости выше предельно допустимого, равного 0,5 (формула 2.7.1). Учитывая, что наибольшее влияние на его величину оказывает попеременное замораживание оттаивание, следует ограничить максимальную величину водонасыщения. Для обеспечения величины общего уровня повреждаемости, равного 0,5, произведя расчеты от обратного, максимальная величина показателя водонасыщения должна составлять не более 2,0%. Данный уровень не должен быть превышен при подборе состава.

 

Слой 2.

Интенсивность движения по сезонам года (формула 2.7.2):

Предельное число циклов нагружения для каждого сезона (формула 2.7.3):

Уровень работоспособности по сезонам (формула 2.7.4):

Приведенный к весеннему периоду уровень работоспособности (формула 2.7.5):

Таким образом, влияние транспортной нагрузки при данной толщине слоев и низкой интенсивности движения несущественно. Развитие усталостных деформаций в виде сетки трещин маловероятно.

Уровень работоспособности от перепадов температур (формула 2.7.6):

Уровень работоспособности от попеременного замораживания оттаивания (формула 2.7.8):

Максимальное значение водонасыщения принято по СТБ 1033. Для щебеночно-мастичных асфальтобетонов – 2%.

Уровень повреждаемости от температуры (формула 2.7.10):

Уровень повреждаемости от попеременного замораживания оттаивания (формула 2.7.11):

Общий приведенный уровень работоспособности:

- от температурных факторов (формула 2.7.12):

- от попеременного замораживания оттаивания (формула 2.7.13):

Общий приведенный уровень работоспособности (формула 2.7.14):

Общий уровень повреждаемости (формула 2.7.15):

Общий уровень повреждаемости выше предельно допустимого, равного 0,5 (формула 2.7.1). Учитывая, что наибольшее влияние на его величину оказывает попеременное замораживание оттаивание, следует ограничить максимальную величину водонасыщения. Для обеспечения величины общего уровня повреждаемости, равного 0,5, произведя расчеты от обратного, максимальная величина показателя водонасыщения должна составлять не более 1,5%. Данный уровень не должен быть превышен при подборе состава.