Приложение 4. Расчет колебаний земляного полотна на торфяном основании при воздействии подвижных нагрузок

Приложение 4

Расчет колебаний земляного полотна на торфяном основании при воздействии подвижных нагрузок

Расчет проводится в случае, если cуммарная толщина дорожной одежды и насыпного слоя оказывается меньше значений, приведенных в таблице.

Минимальные суммарные толщины насыпей и дорожных одежд, при которых не требуется проверка конструкции на упругие колебания

Толщина слоя торфа под насыпью после его уплотнения под весом насыпи, м	Суммарная толщина насыпного слоя из минеральных грунтов и дорожной одежды при типах дорожной одежды, м
	капитальные	облегченные	переходные
До 0,5	2,0	1,5	1,2
1,0	2,5	2,0	1,5
2,0	3,0	2,5	2,0
3,0 и более	3,5	3,0	2,5

Примечания. 1. Для промежуточных значений мощности слоя уплотненного торфа требуемая минимальная суммарная толщина устанавливается по линейной интерполяции.

2. Суммарная толщина насыпи и дорожной одежды указана по оси насыпи с учетом осадки.

3. При дорожных одеждах с монолитными слоями, обладающими плитным эффектом (цементобетон, асфальтобетон, цементогрунт и т. п.) за толщину дорожной одежды допускается принимать эквивалентную толщину слоя грунта насыпи.

При суммарных толщинах, менее указанных в таблице, конструкция проверяется динамическим расчетом.

Динамический расчет сводится к удовлетворению следующего условия:

, (1)

где - ускорение колебаний проектируемой насыпи на торфе; - предельно допустимое ускорение колебаний насыпи на торфе, определяемое в зависимости от типа проектируемого покрытия и частоты собственных колебаний насыпи (рис. П.4.1).

Ускорение колебаний проектируемой насыпи на торфе определяют по формуле

, (2)

где - амплитуда колебаний насыпи; - круговая частота собственных колебаний насыпи.

Динамический расчет необходимо производить в такой последовательности:

а) определить частоту собственных колебаний насыпи на торфяном основании;

б) определить амплитуду колебаний насыпи;

в) вычислить ускорение колебаний проектируемой насыпи;

г) определить предельно допустимые ускорения колебаний;

д) проверить допустимость ускорений колебаний проектируемой насыпи;

е) наметить мероприятия по уменьшению ускорений колебаний, если они превышают предельно допустимые величины.

Определение частот собственных колебаний насыпей на торфяном основании

При определении частот собственных колебаний в зависимости от отношения толщины насыпи к толщине оставляемого слоя торфа (в уплотненном состоянии) , следует рассматривать два расчетных случая: 1-й - и 2-й для < 100 см.

Частоты собственных колебаний насыпей на торфяном основании для 1-го случая определяют по номограмме (рис. П.4.2), которая составлена на основе решения задачи о колебаниях насыпи на упругом торфяном основании.

Частоты собственных колебаний насыпей на торфяном основании для 2-го расчетного случая определяют по формуле

. (3)

В формуле (3) - приведенный модуль упругости торфа, учитывающий отсутствие боковых перемещений колеблющейся призмы торфяного основания

, (4)

где - модуль упругости торфа в уплотненном состоянии, определяемый по графику рис. П.4.3; - среднее значение коэффициента Пуассона для торфа.

При отсутствии данных испытаний допускается принять = 0,35.

В этом случае ,

,

,

здесь - общая толщина насыпного слоя, - толщина слоя торфа под насыпью, и - соответственно средние значения удельного веса для грунта насыпи и торфа, - ускорение свободного падения.

Общая толщина насыпного слоя

, (5)

где - высота насыпи; - осадка основания.

Амплитуду колебаний насыпи на торфе при воздействии на дорожную конструкцию транспортной нагрузки (расчетная нагрузка группы А) определяют по формуле:

, (6)

где - упругий прогиб торфяного основания, вызываемый статической нагрузкой от колеса расчетного автомобиля; - динамический коэффициент, характеризующий увеличение прогиба за счет эффекта подвижности нагрузки.

Упругий прогиб торфяного основания

, (7)

где и - параметры расчетной нагрузки ( = 198 кгс/см).

Коэффициент определяют по графику рис. П.4.4, а в зависимости от отношений и ( - толщина однородного песчаного слоя, эквивалетного по распределению напряжений многослойной системе дорожная одежда-насыпь). Коэффициент устанавливают по графику рис. П.4.4, б.

, (8)

где - эквивалентная толщина дорожной одежды.

, (9)

здесь - толщина слоев дорожной одежды, расположенных выше песчаного слоя; - средний модуль упругости дорожной одежды; - модуль упругости грунта насыпи.

, (10)

где - расчетные модули упругости отдельных конструктивных слоев, толщина которых равна .

Динамический коэффициент , равный отношению максимального динамического прогиба торфяного основания, вызываемого движущимся автомобилем, к величине статического прогиба определяют по графику (рис. П.4.5) в зависимости от коэффициента демпфирования . Для 1-го расчетного случая равен , для второго - ( в МПа) или ( в ).

В случаях, когда не выполняется требование формулы (1), обеспечивающее допустимые колебания насыпи на торфе, находящейся под действием динамической нагрузки, необходимо наметить мероприятия по снижению колебаний.

Основным и наиболее простым способом снижения ускорений колебаний земляного полотна на торфяном основании является увеличение толщины насыпного слоя, что обеспечивает уменьшение частот и амплитуд колебаний, и, в конечном счете, снижает ускорения колебаний.

Если по условиям продольного профиля поднятие насыпи нежелательно, для увеличения толщины насыпного слоя можно пользоваться методами временной пригрузки или частичного выторфовывания.