Расчет дорожных одежд на прочность
Под прочностью дорожной одежды понимают способность сопротивляться процессу развития остаточных деформаций и разрушений под воздействием касательных и нормальных напряжений, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от расчетной нагрузки (кратковременной, многократной или длительно действующей однократной), приложенной к поверхности покрытия.
Методика оценки прочности конструкции включает как оценку прочности конструкции в целом (с использованием эмпирической зависимости допускаемого упругого прогиба от числа приложений нагрузки), так и оценку прочности с учетом напряжений, возникающих в отдельных конструктивных слоях и устанавливаемых с использованием решений теории упругости.
Дорожную одежду проектируют с требуемым уровнем надежности, под которой понимают вероятность безотказной работы в течение межремонтного периода. Отказ конструкции по прочности физически может характеризоваться образованием продольной и поперечной неровности поверхности дорожной одежды, связанной с прочностью конструкции (поперечные неровности, колея, усталостные трещины), с последующим развитием других видов деформаций и разрушений (частые трещины, сетка трещин, выбоины, просадки, проломы и т. д.). Номенклатура дефектов и методика количественной оценки их определяется специальными нормами, используемыми при эксплуатации дорог.
В качестве количественного показателя отказа дорожной одежды как элемента инженерного сооружения линейного характера
используют предельный коэффициент разрушения , представляющий собой отношение суммарной протяженности (или суммарной площади) участков дороги, требующих ремонта из-за недостаточной прочности дорожной одежды, к общей протяженности (или общей площади) дороги между корреспондирующими пунктами. Значения К™ на последний год службы в зависимости от
капитальности дорожной одежды и категории дороги следует принимать в соответствии с табл. 6.1.
Прочность конструкции количественно оценивается величиной коэффициента прочности. При оценке прочности конструкции в целом по допускаемому упругому прогибу коэффициент прочности в общем виде определяют по формуле
К =i^L = ^L. (6.1) При оценке прочности конструкции по слоям по допускаемым напряжениям коэффициент прочности определяют по формуле
*пр=^, (6.2)
где Адоп — допустимый общий прогиб конструкции под расчетной нагрузкой;
А — расчетный общий прогиб конструкции под расчетной нагрузкой;
арасч — расчетные действующие напряжения (нормальные или касательные) от расчетной нагрузки;
адоп — допустимые напряжения (нормальные или касательные) от расчетной нагрузки;
ЕЦ — требуемый общий модуль упругости конструкции, определяемый при расчетной нагрузке;
Е0б — расчетный общий модуль упругости конструкции, определяемый при расчетной нагрузке.
Коэффициент прочности вновь проектируемой конструкции должен быть таким, чтобы в заданный межремонтный период не наступил отказ по прочности с вероятностью более заданной, т. е. чтобы была обеспечена заданная (требуемая) надежность.
Для обеспечения заданной надежности (обеспеченности по прочности) коэффициент прочности проектируемой конструкции по каждому из расчетных критериев не должен быть ниже минимального требуемого значения, определяемого по табл. 6.1.
В задачу расчета входит определение толщин слоев одежды в вариантах, намеченных при конструировании, или выбор материалов с соответствующими деформационными и прочностными характеристиками при заданных толщинах слоев.
Отказ дорожной одежды, связанный с ее недостаточной прочностью, может возникнуть в результате:
• накопления недопустимых остаточных деформаций до истечения заданного срока службы конструкции под воздействием касательных напряжений, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от транспортной нагрузки с потерей ровности поверхности покрытия и соответствующим снижением скорости движения;
• усталостных разрушений монолитных слоев конструкции под воздействием растягивающих напряжений от много- кратного приложения транспортной нагрузки с последующей интенсивной потерей транспортно-эксплуатационных свойств дорожной одеждой до истечения заданного срока службы.
В соответствии с этим расчет на прочность в слоях выполняют по допускаемым напряжениям на сдвиг в слоях с пониженной сопротивляемостью сдвигу и на растяжение при изгибе в монолитных слоях.
Расчет прочности конструкции в целом, без рассмотрения механизма нарушения прочности, ведут по допустимому упругому прогибу (или требуемому эквивалентному модулю упругости).
Дорожные одежды на перегонах дорог рассчитывают на кратковременное многократное действие подвижных нагрузок. Принимаемые значения параметров прочностных и деформативных характеристик материалов и грунта в этом случае должны соответствовать указанному характеру приложения нагрузки.
Одежды на остановках, перекрестках дорог, на подходах к пересечениям с железнодорожными путями и т. п. дополнительно проверяются на однократное нагружение при продолжительности нагружения не менее 10 мин.
Одежды на стоянках автомобилей и обочинах дорог рассчитываются на продолжительное нагружение (более 10 мин). Расчет ведется на единичное нагружение. В этом случае используются статические значения расчетных параметров и коэффициенты на повторность не вводятся. Расчет ведут по критериям сдвига в грунте, в слабосвязанных материалах, а также в слоях, обработанных органическим вяжущим.
При расчете конструкций со слоями из битумоминеральных материалов учитывают влияние температуры на их свойства. При расчете слоев асфальтобетонного покрытия на растяжение при изгибе его характеристики должны соответствовать низким весенним температурам (табл. 6.2). При расчете слоев из слабосвязных материалов, а также фунта на сопротивление сдвигу модуль упругости асфальтобетонного покрытия должен соответствовать весенним повышенным температурам (табл. 6.3).
Для основных случаев проектирования значения требуемого коэффициента прочности для различных критериев расчета допускается принимать в зависимости от заданного уровня надежности, типа дорожной одежды и категории дороги по табл. 6.1.
Расчетные значения прочностных характеристик (сдвиговые характеристики и прочность на растяжение при изгибе) конструктивных слоев определяют через нормативные значения этих характеристик, используя зависимость:
Mp = Mp(l-vtt), (6.3)
где Afp — расчетное значение прочностной характеристики;
М — нормативное значение этой характеристики;
/ — коэффициент нормированного отклонения Mv при допустимом уровне надежности;
и, — коэффициент вариации характеристики.
В качестве расчетных значений деформационных характеристик (модулей упругости) конструктивных слоев допускается принимать их нормативные значения.
За расчетные значения прочностных (сдвиговых) и деформационных (модули упругости) характеристик фунта рабочего слоя допускается принимать их нормативные значения, отвечающие расчетному значению относительной влажности грунта.
1. Модули упругости пористого и высокопористого асфальтобетона даны применительно к песчаным смесям. При температуре от 30 до 50 °С модули упругости для мелкозернистых смесей следует увеличивать на 10%, а для крупнозернистых смесей — на 20%.
2. При расчете на упругий прогиб принимать при t— 10 °С.