Приложение 19. Примеры расчета усиления жесткой дорожной одежды

Приложение 19

Примеры расчета усиления жесткой дорожной одежды

Требуется произвести расчет усиления жесткой дорожной одежды следующей конструкции цементобетонное покрытие из бетона марки 350 толщиной 22 см; основание из грунта, укрепленного цементом толщиной 16 см; дополнительный слой основания из мелкозернистого песка толщиной 40 см; грунт земляного полотна - суглинок пылеватый. Высота насыпи 1,0-1,2 м, 2-й тип местности по условиям увлажнения, II дорожно-климатическая зона. Дорожная одежда к моменту усиления прослужила 20 лет и пропустила 20 млн. проходов расчетных автомобилей.

По данным натурных измерений с помощью УДН средний динамический модуль упругости жесткой дорожной одежды на полосе наката в расчетный период составляет при коэффициенте вариации . Предполагаемый суммарный размер движения (с учетом перспективы и влияния сезонов года) после усиления составляет 25 млн. проходов расчетных автомобилей (группы А) в одном направлении на одну полосу.

Произведем расчет двух вариантов усиления с применением нежестких и жестких конструктивных слоев.

А. Расчет 1-го варианта усиления.

По первому варианту в качестве слоя усиления предполагается устроить двухслойное асфальтобетонное покрытие .

Согласно данным табл. 2.10, суммарному размеру движения проходов соответствует величина требуемого динамического модуля упругости на полосе наката на поверхности усиленной дорожной одежды .

С учетом условного коэффициента запаса средний динамический модуль упругости усиленной дорожной одежды должен быть

,

.

При ; и получим

.

Следовательно, .

Для усиления используем асфальтобетон со средним динамическим модулем упругости . Отношение

.

Отношение .

По номограмме рис. 2 инструкции ВСН 46-72 этим величинам соответствует .

При D = 33 см см, т. е. потребная толщина слоя усиления соответствует 20 см.

Проверяем прочность усиленной дорожной одежды по изгибу. Эквивалентная толщина усиленного покрытия равна:

см.

Условие прочности по нижнему волокну бетона старого покрытия ,

.

При и .

.

,

кгс.

.

; ; ;

;

;

;

;

.

Условие прочности по критическим напряжениям в дополнительном слое основания

,

;

; ;

;

.

Условие прочности поверхностного слоя

,

;

;

.

Таким образом, все условия прочности выполнены.

Б. Расчет 2-го варианта усиления

В качестве усиления устраивается непрерывно-армированное покрытие из бетона марки 350. Арматура периодического профиля из стали А класса А-II диаметром 14 мм.

Определяем процент армирования

;

.

Определяем толщину плиты усиления.

Задаемся толщиной усиления .

;

кгс;

;

;

(для воздушно-сухого бетона);

.

Определяем площадь арматуры на 1 м ширины сечения

.

Принимаем 5 стержней диаметром 14 мм () площадью , уточненный процент армирования равен:

.

Определяем раскрытие трещин

;

; ;

Определяем высоту сжатой зоны бетона в трещине

;

;

;

см.

Погонная жесткость сечения в зоне трещины равна:

;

;

кгс.

Приведенный момент инерции 1 м сечения в зоне трещины

.

Напряжение в сжатом бетоне от автомобильной нагрузки

,

что существенно меньше усталостной прочности бетона на сжатие при изгибе

Напряжение в арматуре от автомобильной нагрузки

.

Расстояние между трещинами

,

где - коэффициент усадки бетона; - коэффициент температурного расширения бетона; = 60°С - годовой перепад температуры; с = 7  - сцепление непрерывно-армированного покрытия с основанием.

Напряжение в бетоне от годового перепада температуры

.

.

Напряжение в арматуре от годового перепада температуры

Характеристика цикла напряжений в арматуре

.

Предел усталостной прочности арматуры

;

.

Таким образом, выносливость арматуры обеспечена. Определим эквивалентный модуль упругости усиленной жесткой дорожной одежды:

а) над швами старого покрытия без учета трещин

; ;

; ;

Следовательно,

;

б) над швами старого покрытия в зоне трещины слоя усиления: приведенная толщина плиты усиления

;

; ;

; ;

следовательно, на 2%.

Из двух рассмотренных вариантов усиления 2-й предпочтительнее, так как при общем меньшем расходе материалов на усиление он более экономичен по расходу материалов и трудоемкости работ по эксплуатации после усиления.