Приложение Е (справочное). Пример расчета на прочность и эксплуатационную надежность

Приложение Е
(справочное)

Пример расчета на прочность и эксплуатационную надежность

Е.1 Пример расчета дорожной одежды переходного типа

Требуется запроектировать дорожную одежду переходного типа на автомобильной дороге с НИД на подъезде к коттеджному поселку категории IVБ-п, устраиваемой в дорожно-климатической зоне II, подзона 1. Ежегодный прирост интенсивности движения составляет 3 %. Коэффициент надежности дорожной одежды 0,82. Прогнозируемая, на срок службы дорожной одежды 12 лет (до ремонта), среднесуточная интенсивность движения в неблагоприятный (весенний) период года будет равна 300 авт./сут.

Состав движения, следующий:

- легковые автомобили - 227 авт./сут;

- двухосные грузовые автомобили - 52 авт./сут;

- трехосные грузовые автомобили - 16 авт./сут;

- четырехосные грузовые автомобили - 5 авт./сут.

Конструкция дорожной одежды переходного типа согласно рисунку А.1а) представлена в таблице Е.1.

Таблица Е.1 - Предлагаемая конструкция дорожной одежды

Схема	Материалы слоев	Модуль деформации, МПа	Толщина, см
	1 - защитный слой из одиночной шероховатой поверхностной обработки	-	3 (в расчете не учитывается)
	2 - щебеночно-гравийно-песчаная смесь, обработанная органическим вяжущим	130	10
	3 - крупный песок	35	30
	4 - легкий суглинок	13	-

Е.2 Расчет интенсивности движения нормативной нагрузки и требуемого модуля деформации для заданных конструкций

Согласно 6.2 Q = 100 кН, P = 0,6 МПа, D = 32,6 см.

Определяют по формуле (5) величину интенсивности движения нормативной нагрузки N _p на последний год срока службы:

.

Определяют коэффициент, учитывающий повторность воздействия нагрузки K в соответствии с формулой (4):

.

Определяют требуемый модуль деформации дорожной одежды с учетом состава и интенсивности перспективного движения по формуле (3):

.

Е.3 Расчет конструкции дорожной одежды по модулю деформации

Общий модуль деформации дорожной одежды по номограмме (см. рисунок 1):

- общий модуль деформации дорожной одежды на поверхности крупного песка:

;

;

- общий модуль деформации дорожной одежды на поверхности щебеночно-гравийно-песчаного слоя обработанного органическим вяжущим:

;

.

.

E _д.общ = 33,8 МПа > 28,7 МПа, что на 17,8 % больше, это не противоречит требованиям 6.4 настоящего стандарта.

Конструкцию дорожной одежды, определенную по условиям прочности (см. таблицу Е.1), проверяют на эксплуатационную надежность.

Проверку на эксплуатационную надежность выполняют по следующим условиям: колееобразования, износа покрытия, морозоустойчивости и осушения дорожной одежды.

Е.4 Проверка на колееобразование

Интенсивность движения различных типов автомобилей N ₀ на первый год эксплуатации дорожной одежды определяют по формуле

,

(Е.1)

где N _t - интенсивность движения на t-й год эксплуатации;

q ^t - показатель ежегодного роста интенсивности движения на t-й год эксплуатации.

а) для легковых автомобилей:

;

б) для двухосных грузовых автомобилей:

;

в) для трехосных грузовых автомобилей:

;

г) для четырехосных грузовых автомобилей:

.

Определяют интенсивность движения нормативной нагрузки N _p на первый год эксплуатации дорожной одежды N _p0 по формуле (9):

.

Определяют толщину истирания материала покрытия в полосе наката h _н по формуле (8):

,

- при T = 1:

h _н = 2,5(1,4  1 + 5  57((1,07  1,03) ¹ - 1)/1000  (1,07  1,03 - 1)) = 4 мм;

- при T = 2:

h _н = 2,5(1,4  2 + 5  57((1,07  1,03) ² - 1)/1000  (1,07  1,03 - 1)) = 9 мм;

- при T = 3:

h _н = 2,5(1,4  3 + 5  57((1,07  1,03) ³ - 1)/1000  (1,07  1,03 - 1)) = 13 мм;

- при T = 4:

h _н = 2,5(1,4  4 + 5  57((1,07  1,03) ⁴ - 1)/1000  (1,07  1,03 - 1)) = 17 мм;

- при T = 5:

h _н = 2,5(1,4  5 + 5  57((1,07  1,03) ⁵ - 1)/1000  (1,07  1,03 - 1)) = 22 мм;

- при T = 6:

h _н = 2,5(1,4  6 + 5  57((1,07  1,03) ⁶ - 1)/1000  (1,07  1,03 - 1)) = 27 мм;

- при T = 7:

h _н = 2,5(1,4  7 + 5  57((1,07  1,03) ⁷ - 1)/1000  (1,07  1,03 - 1)) = 31 мм;

- при T = 8:

h _н = 2,5(1,4  8 + 5  57((1,07  1,03) ⁸ - 1)/1000  (1,07  1,03 - 1)) = 36 мм;

- при T = 9:

h _н = 2,5(1,4  9 + 5  57((1,07  1,03) ⁹ - 1)/1000  (1,07  1,03 - 1)) = 41 мм;

- при T = 10:

h _н = 2,5(1,4  10 + 5  57((1,07  1,03) ¹⁰ - 1)/1000  (1,07  1,03 - 1)) = 47 мм;

- при T = 11:

h _н = 2,5(1,4  11 + 5  57((1,07  1,03) ¹¹ - 1)/1000  (1,07  1,03 - 1)) = 52 мм;

- при T = 12:

h _н = 2,5(1,4  12 + 5  57((1,07  1,03) ¹² - 1)/1000  (1,07  1,03 - 1)) = 57 мм.

Вычисляют значение общей толщины износа материала покрытия h _ср по формуле (10):

- при T = 1: h _ср = kh _н = 0,6  4 = 3 мм;

- при T = 2: h _ср = kh _н = 0,6  9 = 5 мм;

- при T = 3: h _ср = kh _н = 0,6  13 = 8 мм;

- при T = 4: h _ср = kh _н = 0,6  17 = 10 мм;

- при T = 5: h _ср = kh _н = 0,6  22 = 13 мм;

- при T = 6: h _ср = kh _н = 0,6  27 = 16 мм;

- при T = 7: h _ср = kh _н = 0,6  31 = 19 мм;

- при T = 8: h _ср = kh _н = 0,6  36 = 22 мм;

- при T = 9: h _ср = kh _н = 0,6  41 = 25 мм;

- при T = 10: h _ср = kh _н = 0,6  47 = 28 мм;

- при T = 11: h _ср = kh _н = 0,6  52 = 31 мм;

- при T = 12: h _ср = kh _н = 0,6  57 = 34 мм.

Определяют остаточную деформацию слоев дорожной одежды и грунта земляного полотна S по формуле (7):

.

Определяют глубину колеи по формуле (6):

h _k = S + h _н,

- при T = 1: h _k = S + h _н = 16 + 4 = 20 мм;

- при T = 2: h _k = S + h _н = 16 + 9 = 25 мм;

- при T = 3: h _k = S + h _н = 16 + 13 = 29 мм;

- при T = 4: h _k = S + h _н = 16 + 17 = 33 мм;

- при T = 5: h _k = S + h _н = 16 + 22 = 38 мм;

- при T = 6: h _k = S + h _н = 16 + 27 = 43 мм;

- при T = 7: h _k = S + h _н = 16 + 31 =49 мм;

- при T = 8: h _k = S + h _н = 16 + 36 = 52 мм;

- при T = 9: h _k = S + h _н = 16 + 41 = 57 мм;

- при T = 10: h _k = S + h _н = 16 + 47 = 63 мм;

- при T = 11: h _k = S + h _н = 16 + 52 = 68 мм;

- при T = 12: h _k = S + h _н = 16 + 57 = 73 мм.

Толщина истирания материала покрытия в полосе наката, общая толщина износа покрытия, глубина колеи за годы эксплуатации рассчитываемой дорожной одежды приведены на рисунке Е.1 и в таблице Е.2.

- толщина истирания материала покрытия, мм;

- общая толщина износа материала покрытия, мм;

- глубина колеи, мм.

Рисунок Е.1 - Изменение толщины истирания полосы наката, износа покрытия и глубины колеи в процессе эксплуатации дорожной одежды

Таблица Е.2 - Изменение толщины истирания полосы наката, износа покрытия и глубины колеи в процессе эксплуатации дорожной одежды

Расчетные характеристики	Год эксплуатации дорожной одежды
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Толщина истирания материала покрытия в полосе наката, мм	4	9	13	17	22	27	31	36	41	47	52	57
Общая толщина износа покрытия, мм	3	5	8	10	13	16	19	22	25	28	31	34
Глубина колеи, мм	20	25	29	33	38	43	49	52	57	63	68	73

Результаты расчета на колееобразование показывают (см. рисунок Е.2), что при отсутствии защитного слоя шероховатой поверхностной обработки глубина колеи достигнет в течение трех лет службы предельных значений (согласно ГОСТ 33220 для дорог категории IV при первом и втором уровнях содержания - 30 мм). Поэтому, для защиты покрытия дорожной одежды, согласно 5.1.2 настоящего стандарта в конструкции дорожной одежды изначально был предусмотрен защитный слой одиночной шероховатой поверхностной обработки с одиночным распределением щебня общей толщиной 20 мм.

- сплошная линия - глубина колеи с учетом изначального устройства поверхностной обработки, мм;

пунктирная - без устройства поверхностной обработки после трех лет эксплуатации, мм;

- глубина колеи с учетом устройства поверхностной обработки после трех лет эксплуатации, мм

Рисунок Е.2 - Изменение глубины колеи дорожной одежды в процессе эксплуатации

Слой поверхностной обработки толщиной 20 мм не позволит образоваться колее, превышающей по глубине предельное значение, в течение эксплуатации менее семи лет.

Для обеспечения межремонтного срока службы на основе технико-экономического сравнения вариантов могут быть выбраны следующие проектные решения с учетом работ по содержанию в процессе эксплуатации:

- единовременные строительные затраты, а именно: в проектной документации конструкции дорожной одежды помимо защитного слоя дополнительно предусматривают устройство слоя износа на толщину 20 мм (проектная толщина будет равна 100 + 20 = 120 мм) для обеспечения поперечной ровности в процессе эксплуатации до следующего межремонтного срока (что и выполнено в настоящем примере);

- разновременные эксплуатационные расходы, а именно: устройство на седьмой год эксплуатации покрытия нового защитного слоя поверхностной обработки толщиной 20 мм;

- выполнение работ по содержанию в процессе эксплуатации [устранение колеи, досыпка щебня (при необходимости) и т.д.].

Е.5 Проверка на износ покрытия

Износ щебеночного слоя покрытия при отсутствии защитного слоя шероховатой поверхностной обработки на конец межремонтного срока службы (двенадцать лет) составит 34 мм (см. рисунок Е.3), то есть в этом случае т