Приложение В. Примеры расчета армированных дорожных одежд

Приложение В

Примеры расчета армированных дорожных одежд

В.1. Исходные данные для расчета

1. Категория дороги - III;

2. Дорожно-климатическая зона - II;

3. Расчетный срок службы дорожной одежды лет;

4. Заданная надежность ;

5. Тип нагрузки - (нагрузка на одиночную ось F = 100 кН, P = 0,6 МПа);

6. Интенсивность движения на конец срока службы авт./сут; приращение интенсивности движения q = 1,02;

7. Грунт рабочего слоя земляного полотна - песок пылеватый, =48 МПа (), c = 0,003 МПа,  = 8°,  = 33°;

8. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - 3;

9. Материалы искусственного основания: несущий слой - щебень изверженных пород фр. 20-40 мм, М 1000 I класса прочности по ГОСТ 8267-93*, дополнительный слой - песок средней крупности по ГОСТ 8736-93*.

В.2. Расчет неармированной дорожной конструкции (в соответствии с ОДН 218.046-01 [2.15])

В.2.1. Вычисляется суммарное количество приложений расчетных нагрузок за срок службы по формуле (3.7) [2.15]:

авт.,

где ;

дней;

.

В.2.2. Предварительно назначается следующая конструкция дорожной одежды: покрытие - 2 слоя асфальтобетона; верхний слой искусственного основания - фракционированный гранитный щебень фракции 20-40 мм, укладываемый по методу заклинки; нижний слой искусственного основания - песок средней крупности.

Материал слоя	h, см	Модуль упругости E, МПа, при расчете		Расчет монолитных слоев на растяжение при изгибе
		по допустимому упругому прогибу	по сдвигоустойчивости	E, МПа	, МПа		m
Асфальтобетон плотный на битуме марки БНД 60/90	7	3200	1800	4500	9,8	5,2	5,5
Асфальтобетон пористый на битуме марки БНД 60/90	12	2000	1200	2800	8,0	5,9	4,3
Щебень изверженных пород фр. 20-40 мм	28	350	350	350	-	-	-
Песок средней крупности	55	120	120	120	-	-	-

В.2.3. Требуемые коэффициенты прочности проектируемой дорожной одежды, соответствующие коэффициенту надежности 0,95 для дороги III категории:

- по допустимому упругому прогибу ;

- по сдвигоустойчивости грунта и слабосвязных слоев ;

- по усталостному разрушению монолитных материалов от растяжения при изгибе .

В.2.4. Расчет по допускаемому упругому прогибу

Расчет ведется послойно, начиная с подстилающего грунта ( МПа).

Общий модуль упругости на поверхности слоя песка:

МПа;

м.

Общий модуль упругости на поверхности слоя щебня:

МПа;

м.

Общий модуль упругости на поверхности нижнего слоя асфальтобетона:

МПа;

МПа;

м

Общий модуль упругости на поверхности покрытия:

МПа;

м.

Таким образом, МПа.

Минимальный требуемый модуль упругости определяется по формуле (3.10) [2.15]:

МПа.

Проверка выполнения условия прочности:

.

Условие прочности выполнено.

В.2.5. Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости грунта

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляются по формуле (3.13) [2.15]:

.

Для определения предварительно назначенная дорожная конструкция приводится к двухслойной расчетной модели. В качестве ее нижнего слоя принимается грунт (песок пылеватый) со следующими характеристиками ( авт.):

МПа; ; c = 0,003 МПа (табл. П 2.4 и П 2.5 [2.15]).

Средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя МПа.

По отношениям и и при с помощью номограммы рисунка 3.2 [2.15] находится единичное активное напряжение сдвига: , тогда T = 0,01088 x 0,6 = 0,00653 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига в грунте рабочего слоя:

МПа.

Проверка выполнения условия прочности по сдвигоустойчивости грунта:

.

Условие прочности выполнено.

В.2.6. Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости слоя песка

Действующие в слое песка активные напряжения сдвига вычисляются по формуле (3.13) [2.15]. Для определения предварительно назначенная дорожная конструкция приводится к двухслойной расчетной модели.

Нижнему слою модели присваиваются следующие характеристики:

МПа (общий модуль упругости на поверхности песчаного слоя),

МПа;

; c = 0,002 МПа.

Средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя МПа.

По отношениям , и при с помощью номограммы рисунка 3.2 [2.15] находится единичное активное напряжение сдвига: , тогда T = 0,0234 x 0,6 = 0,01405 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига в слое песка:

МПа.

Проверка выполнения условия прочности по сдвигоустойчивости слоя песка:

.

Условие прочности выполнено.

В.2.7. Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе

Расчет выполняется в следующем порядке:

а) Конструкция приводится к двухслойной модели, в которой нижний слой - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. слои основания и грунт рабочего слоя. Модуль нижнего слоя определяется как общий модуль слоев основания и грунта рабочего слоя.

Общий модуль упругости нижнего слоя МПа.

К верхнему слою относятся все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя МПа.

б) По отношениям и определяется .

Расчетное растягивающее напряжение вычисляется по формуле (3.16) [2.15]:

МПа.

в) Рассчитывается предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17) [2.15]:

при МПа; ; t = 1,71; а = 5,9; m = 4,3;

;

(таблица 3.6 [57]);

МПа.

Проверка выполнения условия прочности по сопротивлению монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе:

.

В.2.8. Коэффициенты прочности по критериям сдвига в слое песка и усталостному разрушению монолитного слоя от растяжения при изгибе имеют наименьшие значения, значит уменьшение толщины любого слоя дорожной одежды приведет к невыполнению, в первую очередь, данных критериев прочности.

В.4. Исходные данные для расчета

1. Категория дороги - IV;

2. Дорожно-климатическая зона - II, Московская обл.;

3. Расчетный срок службы дорожной одежды лет;

4. Заданная надежность ;

5. Тип нагрузки - (нагрузка на одиночную ось F = 100 кН, P = 0,6 МПа);

6. Интенсивность движения на конец срока службы авт./сут; приращение интенсивности движения q = 1,01;

7. Грунт рабочего слоя земляного полотна - суглинок легкий, МПа (), c = 0,005 МПа, , ;

8. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - 3;

9. Материалы искусственного основания: несущий слой - щебень изверженных пород фр. 20-40 мм, М 1000 I класса прочности по ГОСТ 8267-93*, дополнительный слой - песок средней крупности по ГОСТ 8736-93*.

В.4.1. Расчет неармированной дорожной конструкции (в соответствии с ОДН 218.046-01 [2.15])

В.4.1.# Вычисляется суммарное количество приложений расчетных нагрузок за срок службы по формуле (3.7) [2.15]:

авт.,

где ;

дней;

.

В.4.2. Предварительно назначается следующая конструкция дорожной одежды: покрытие - ЩГПС оптимального состава, обработанная органическим вяжущим; верхний слой искусственного основания - фракционированный гранитный щебень фракции 20-40 мм, укладываемый по методу заклинки; нижний слой искусственного основания - песок средней крупности.

Материал слоя	h, см	Модуль упругости E, МПа, при расчете
		по допустимому упругому прогибу	по сдвигоустойчивости
ЩГПС оптимального состава, обработанная органическим вяжущим	10	450	450
Щебень изверженных пород фр. 20-40 мм, устроенный с заклинкой мелким щебнем	38	350	350
Песок средней крупности	40	120	120

В.4.3. Требуемые коэффициенты прочности проектируемой дорожной одежды, соответствующие коэффициенту надежности 0,80 для дороги IV категории:

- по допустимому упругому прогибу ;

- по сдвигоустойчивости грунта и слабосвязных слоев .

В.4.4. Расчет по допускаемому упругому прогибу

Расчет ведется послойно, начиная с подстилающего грунта ( МПа).

Общий модуль упругости на поверхности слоя песка:

МПа;

м.

Общий модуль упругости на поверхности слоя щебня:

МПа;

м.

Общий модуль упругости на поверхности покрытия:

МПа;

м.

Таким образом, МПа.

Требуемый модуль упругости определяется по формуле (3.10) [2.15]:

МПа.

Проверка выполнения условия прочности:

.

Условие прочности выполнено.

В.4.5. Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости грунта

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляются по формуле (3.13) [2.15]:

.

Для определения предварительно назначенная дорожная конструкция приводится к двухслойной расчетной модели. В качестве ее нижнего слоя принимается грунт (суглинок легкий) со следующими характеристиками ( авт.):

МПа; ; c = 0,005 МПа (таблица П.2.4 и П.2.5 [2.15].

Средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя МПа.

По отношениям и и при с помощью номограммы рисунка 3.2 [2.15] находится единичное активное напряжение сдвига: , тогда T = 0,0164 x 0,6 ~= 0,00984 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига в грунте рабочего слоя:

МПа.

Проверка выполнения условия прочности по сдвигоустойчивости грунта:

.

Условие прочности выполнено.

В.4.6. Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости слоя песка

Действующие в слое песка активные напряжения сдвига вычисляются по формуле (3.13) [2.15]. Для определения предварительно назначенная дорожная конструкция приводится к двухслойной расчетной модели.

Нижнему слою модели присваиваются следующие характеристики:

МПа, ; c = 0,003 МПа.

Средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя МПа.

По отношениям , и при с помощью номограммы рисунка 3.2 [2.15] находится единичное активное напряжение сдвига: , тогда T = 0,0307 x 0,6 ~= 0,01842 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига в слое песка:

МПа.

Проверка выполнения условия прочности по сдвигоустойчивости слоя песка:

.

Условие прочности выполнено.