Приложение В. Пример расчета конструкции дорожной одежды

Приложение В
(рекомендуемое)

Пример расчета конструкции дорожной одежды

В.1. Исходные данные для расчета дорожной одежды

Наименование объекта - Тротуар с основанием из ЩПС.

Область проектирования - г. Москва.

Категория проектируемой дороги - IV.

Дорожно-климатическая зона - II.

Подзона - 2.

Тип местности по увлажнению - 2.

Заданная надежность - (принимается по согласованию с заказчиком).

Тип дорожной одежды - облегченный.

Грунт рабочего слоя земляного полотна - Мелкий песок с содержанием пылеватых частиц 8%.

Уровень грунтовых вод, считая от низа дорожной одежды, - 2,00 м.

Коэффициент уплотнения грунта земляного полотна .

В.2. Определение суммарного расчетного количества приложений расчетной нагрузки за срок службы

Расчетная нагрузка - А-10 (P = 0,6 МПа).

Срок работ по капитальному ремонту, лет - 24.

Срок работ по ремонту, лет - 12.

Параметры расчетной нагрузки.

Нагрузка на колесо Q = 50,00 кН.

Давление в шине P = 0,60 МПа.

Диаметр штампа колеса  см.

Диаметр штампа колеса от статической нагрузки  см.

Суммарное расчетное число приложений нагрузки задано исходно и составляет 236936,81 авт.

В.3. Определение расчетных характеристик грунта и песка

Расчетные сдвиговые характеристики (модуль упругости и сдвиговые характеристики) грунта и песка приведены в таблице А.1.

Таблица В.1

Материал слоя	E, МПа	Угол внутреннего трения, градусы	Угол внутреннего трения (статика), градусы	Сцепление, МПа	Сцепление (статика), МПа
Мелкий песок с содержанием пылеватых частиц 5%	100,00	24,85	31,00	0,0038	0,0050
Мелкий песок с содержанием пылеватых частиц 8%	100,00	24,70	31,00	0,0028	0,0060

В.4. Расчетные характеристики слоев дорожной одежды

Расчетные характеристики слоев дорожной одежды приведены в таблице В.2.

Таблица В.2

Материал слоя	Толщина, см	Модуль упругости по упругому прогибу, МПа	Модуль упругости по сдвигу, МПа	Модуль упругости на изгиб, МПа
Плитка тротуарная гранитная	8,0	2126,00	2126,00	2126,00
Щебеночно-песчаная смесь 0-45, размер зерен 45 мм	30,0	265,00	265,00	265,00
Мелкий песок с содержанием пылеватых частиц 5%	30,0	100,00	100,00	100,00

Общая толщина дорожной одежды 68,00 см, без учета подстилающего слоя, принимаемого толщиной 5 см.

Толщина дорожной одежды с учетом подстилающего слоя 73 см.

В.5. Расчет на статическую нагрузку

Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если в грунте земляного полотна и в малосвязных (песчаных) слоях обеспечено условие:

где - требуемое минимальное значение коэффициента прочности (таблица 11, ПНСТ 542-2021), равный 0,94;

T - расчетное активное напряжение сдвига от действующей временной нагрузки, МПа;

T _пр - предельная величина активного напряжения сдвига, превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг, МПа.

Предельное активное напряжение сдвига в слое определяют по формуле 12, ПНСТ 542-2021:

где - сцепление в рассматриваемом слое при статической нагрузке;

k _d - коэффициент, учитывающий особенности рабочей конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания;

z _оп - глубина расположения поверхности проверяемого на сдвигоустойчивость слоя, от верха конструкции, см;

 _ср - средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см;

 _ст - величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки.

Действующие активные напряжения сдвига в слое вычисляют по формуле 14, ПНСТ 542-2021:

где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки p = 1 МПа, определяемое с помощью номограмм E.3-E.50 ПНСТ 542-2021, в зависимости от угла внутреннего трения;

- расчетное давление от колеса на покрытие, равное 0,60 МПа.

При практических расчетах многослойную дорожную конструкцию приводят к двухслойной расчетной модели и рассчитывают для каждого требуемого слоя в отдельности.

В.6. Расчет для слоя Мелкий песок с содержанием пылеватых частиц 8%

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют как средневзвешенный по формуле 16, ПНСТ 542-2021:

где n - число слоев дорожной одежды;

E _i - модуль упругости i-го слоя;

h _i - толщина i-го слоя.

Общий модуль упругости нижних слоев определяют с помощью номограммы E.1, E.2, ПНСТ 542-2021:

, , , Е ₁=100,00МПа

Общий модуль упругости нижних слоев - 100,00 МПа.

Действующие в грунте или в песчаном слое активные напряжения сдвига вычисляют по формуле 14, ПНСТ 542-2021:

МПа

где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм, в зависимости от угла внутреннего трения, равного 31,000 град.;

- расчетное давление от колеса на покрытие, равное 0,60 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига в слое определяют по формуле 12, ПНСТ 542-2021:

Т _пр=k _d·(C _N+0,1· _ср·Z _оп·tan _ср)=2.00·(0.006+0.1·0.00195·68.00·tan31.000)=0,02790

где C _N - сцепление в грунте или песчаном слое от статического действия нагрузки;

k _d - коэффициент, учитывающий особенности рабочей конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания;

z _оп - глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см;

 _ср - средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см;

 _ср - величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки.

Коэффициент прочности конструкции, полученный по расчету, равен:

Требуемый коэффициент прочности равен 0,94.

Прочность обеспечена.

В.7. Расчет для слоя Мелкий песок с содержанием пылеватых частиц 5%

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют как средневзвешенный по формуле 16, ПНСТ 542-2021:

МПа

где n - число слоев дорожной одежды;

E _i - модуль упругости i-го слоя;

h _i - толщина i-го слоя.

Общий модуль упругости нижних слоев определяют с помощью номограммы E.1, E.2, ПНСТ 542-2021:

, , , МПа

=, =, =, E ₁=100,00МПа

Общий модуль упругости нижних слоев - 99,59 МПа.

Действующие в грунте или в песчаном слое активные напряжения сдвига вычисляют по формуле 14, ПНСТ 542-2021:

МПа

где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм, в зависимости от угла внутреннего трения, равного 31,000 град.;

- расчетное давление от колеса на покрытие, равное 0,60 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига в слое определяют по формуле 12, ПНСТ 542-2021:

МПа

где C _N - сцепление в грунте или песчаном слое от статического действия нагрузки;

k _d - коэффициент, учитывающий особенности рабочей конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания;

z _оп - глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см;

 _ср - средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см;

 _ср - величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки.

Коэффициент прочности конструкции, полученный по расчету, равен:

Требуемый коэффициент прочности равен 0,94.

Прочность обеспечена.

В.8. Сводная таблица результатов расчета

N слоя	Материал слоя	Критерий расчета	Предельное значение	Фактическое значение	К пр	К пр.требуемый
1	Плитка тротуарная гранитная
2	Щебеночно-песчаная смесь 0-45, размер зерен 45 мм
3	Мелкий песок с содержанием пылеватых частиц 5%	Статика	0,01923	0,01967	0,98	0,94
4	Мелкий песок с содержанием пылеватых частиц 8%	Статика	0,02790	0,00928	3,01	0,94

Расчет на морозоустойчивость и осушение не выполняется, т.к. рабочий слой выполнен из непучинистого или слабопучинистого грунта.