Приложение А. Примеры расчёта

Приложение А

Примеры расчёта

Пример 1

Требуется запроектировать дорожную одежду при следующих исходных данных:

- дорога располагается во II дорожно-климатической зоне, в Московской области;

- категория автомобильной дороги - I;

- заданный срок службы дорожной одежды - = 15 лет;

- заданная надёжность = 1,49;

- приведённая к осевой нагрузке 115 кН (Приложение 1 табл. П. 1.1 ОДН 218.046-01) интенсивность движения на конец срока службы = 3200 ед./сут; приращение интенсивности q = 1,04;

- грунт рабочего слоя земляного полотна - супесь пылеватая с расчётной влажностью 0,7 , относится к сильнопучинистым грунтам;

- материал для основания - щебеночно-гравийно-песчаная смесь, обработанная цементом марки 20;

- высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды - 0,60 м;

- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III;

- глубина залегания грунтовых вод - 1,1 м.

Расчёт требуется выполнить на различных участках дороги:

- для перегонов с уровнем загрузки движением менее 0,7 при длительности нагружения 0,1 с;

- для перегонов с уровнем загрузки движением 0,7 и более при длительности нагружения 1 с;

- для участков пересечения дороги в одном уровне с уровнем загрузки движением менее 0,7 при длительности действия нагрузки 0,1 с и 10 с;

Доля от общего количества автомобилей в потоке, задерживаемых у пересечений дороги в одном уровне, определено на основе технико-экономических изысканий составляет = 0,2.

А.1 Расчёт дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием повышенной долговечности на перегонах при уровне загрузки движением не более 0,7 при длительности действия нагрузки 0,1 с по критерию сопротивления усталостному разрушению от растяжения при изгибе

А.1.1 Вычисление суммарного расчётного количества приложений расчётной нагрузки за срок службы

Вычисляем суммарное расчётное количество приложений расчётной нагрузки за срок службы по формуле (3.6) ОДН 218.046-01:

, где = 20,02 (Приложение 6 табл. П. 6.3 ОДН 218.046-01);

= 125 дней (табл. П.6.1 ОДН 218.046-01); = 1,49 (табл. 3.3 ОДН 218.046-01);

ед.

А.1.2 Назначение конструкции

Предварительно назначаем конструкцию и расчётные значения расчётных параметров:

- для расчёта по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2 табл. П. 2.5, Приложение 3 табл. П. 3.2 и Приложение 3 табл. П. 3.9 ОДН 218.046-01);

- для расчёта по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2 табл. П. 2.4, Приложение 3 табл. П. 3.2 и Приложение 3 табл. П. 3.6 ОДН 218.046-01);

- для расчёта на сопротивление монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3 табл. П. 3.1 и табл. П. 3.6 ОДН 218.046-01):

N	Материал слоя	h слоя, см	Расчёт по упруг. прогибу, Е, МПа	Расчёт по усл. сдвигоуст, Е, МПа	Расчётные характеристики для расчёта на растяжение при изгибе
					E, МПа	, МПа		m
1	Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90	4	3200	800	4500	9,80	5,2	5,5
2	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	8	2000	200	2800	8,0	5,9	4,3
3	Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 60/90	22	2000	200	2100	5,65	6,3	4,0
4	Щебеночно-гравийно-песчаная смесь, обработанная цементом, М20	26	420	420	420	-	-	-
5	Супесь пылеватая	-	46	46	46	-	-	-

А.1.3 Расчёт по допускаемому упругому прогибу

Расчёт по допускаемому упругому прогибу ведём послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:

1) ;

2) по Приложению 1 табл. П. 1.1 ОДН 218.046-01 р=0,6 МПа, согласно табл. 2 D=39 см, тогда ; МПа;

3) ; МПа;

4) ; МПа;

5) ; МПа;

6) требуемый модуль упругости определяем по формуле 3.9 ОДН 218.046-01:

МПа;

7) определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

.

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчёта по допускаемому упругому прогибу - 1,30 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

А.1.4 Расчёт конструкции по условию сдвигоустройчивости в грунте

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (3.13) ОДН 218.046-01:

.

Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчётной модели.

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при и = 4 824 135 ед.); = 51,6 МПа (табл. П.2.4), = 12° и с = 0,004 МПа (табл. П.2.4 ОДН 218.046-01).

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01, где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П. 3.2 ОДН 218.046-01 при расчётной температуре +20°С (табл. 3.5 ОДН 218.046-01):

МПа.

По отношениям и и при = 12° с помощью номограммы (рис. 3.3 ОДН 218.046-01) находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки: = 0,0159 МПа.

Таким образом: МПа.

Предельное активное напряжение сдвига в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.14) ОДН 218.046-01,

где = 0,004 МПа, = 1,0;

= 4 + 8 + 22 + 26 = 60 см;

= 35° (Приложение 2 табл. 2.4 ОДН 218.046-01);

;

;

где 0,1 - коэффициент для перевода в МПа;

, что больше = 1,00 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.

А.1.5 Расчёт конструкции на сопротивление асфальтобетонных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе

Расчёт выполняем в следующем порядке.

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоёв, т.е. щебёночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:

МПа.

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя ( = 34 см) устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:

МПа.

б) По отношениям и по номограмме рис. 3.4 ОДН 218.046-01 определяем = 0,838.

Расчётное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3):

МПа.

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (4):

при = 5,65 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета согласно табл. 5;

= 0,10 (табл. П.4.1 ОДН 218.046-01);

t = 1,71 (табл. П.4.2 ОДН 218.046-01);

- по формуле (4);

m = 4; = 6,3 (табл. 5); = 4 824 135 ед.;

;

= 0,85 (табл. 14),

тогда по формуле (4) получим:

МПа.

г) На основании условия (2) получаем: , что больше, чем = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, выбранная дорожная одежда удовлетворяет всем критериям прочности и определяющим критерием прочности является сопротивление монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

А.2 Расчёт дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием повышенной долговечности на перегонах при уровне загрузки движением более 0,7 при длительности действия нагрузки 1 с по критерию сопротивления усталостному разрушению от растяжения при изгибе

А.2.1 Назначение дорожной одежды

Назначаем дорожную одежду и устанавливаем соответствующие значения расчётных характеристик дорожно-строительных материалов и грунта:

N	Материал слоя	h слоя, см	Расчётные характеристики для расчёта на растяжение при изгибе
			Е, МПа	, МПа		M
1	Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90	4	2880	6,45	5,2	5,5
2	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	8	1860	4,68	5,9	4,3
3	Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 60/90	22	1510	3,18	6,3	4,0
4	Щебеночно-гравийно-песчаная смесь, обработанная цементом, М20	26	407	-	-	-
5	Супесь пылеватая	-	40,5	-	-	-

А.2.2 Расчёт дорожной одежды на сопротивление асфальтобетонных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе

Расчёт выполняем в следующем порядке.

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоёв, т.е. щебёночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:

МПа.

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя ( = 34 см) устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:

МПа.

б) По отношениям и по номограмме рис. 3.4 ОДН 218.046-01 определяем = 0,67.

Расчётное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (7):

МПа.

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (8):

при = 3,18 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета согласно табл. 5;

= 0,10 (табл. П.4.1 ОДН 218.046-01);

t = 1,71 (табл. П.4.2 ОДН 218.046-01);

- по формуле (9);

m = 4; = 6,3 (табл. 5); = 4 824 135 ед.;

;

= 0,8 (табл. 14),

тогда по формуле (8) получим:

МПа;

г) На основании условия (6) получаем: , что меньше, чем = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, выбранная конструкция не удовлетворяет критерию прочности на растяжение при изгибе, что требует внесения соответствующих корректив.

Для обеспечения прочности конструкции по критерию прочности на растяжение при изгибе, предусматривается увеличить толщины слоёв либо изменить материалы конструктивных слоёв дорожной одежды.

А.2.3 Повторный расчёт на прочность при длительности действия нагрузки 1 с

А.2.3.1 Изменение материалов конструктивных слоёв без изменения толщин

Назначаем конструкцию дорожной одежды и устанавливаем соответствующие значения расчётных характеристик дорожно-строительных материалов и грунта:

N	Материал слоя	h слоя, см	Расчётные характеристики для расчёта на растяжение при изгибе
			Е, МПа	, МПа		m
1	Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90	4	2880	6,45	5,2	5,5
2	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	8	1860	4,68	5,9	4,3
3	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	22	1860	4,68	5,9	4,3
4	Щебеночно-гравийно-песчаная смесь, обработанная цементом, М20	26	407	-	-	-
5	Супесь пылеватая	-	40,5	-	-	-

Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Расчёт выполняем в следующем порядке.

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоёв, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:

МПа.

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя ( = 34 см) устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:

МПа.

б) По отношениям и по номограмме рис. 1 определяем:

= 0,75.

Расчётное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (7):

МПа.

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (8):

при = 4,68 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. 5);

= 0,10 (табл. П.4.1 ОДН 218.046-01);

t = 1,71 (табл. П.4.2 ОДН 218.046-01);

- по формуле (9);

m = 4,3; = 5,9 (табл. 5); = 4 824 135 ед.;

;

= 0,80 (табл. 14),

тогда по формуле (8) получим:

МПа.

г) На основании условия (6) получаем: , что больше, чем = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет критерию прочности на растяжение при изгибе, однако имеет чрезмерно высокий коэффициент прочности, что не удовлетворяет требований данных рекомендаций согласно п. 6.1 с точки зрения экономичности.

Таким образом, для компенсации уменьшения коэффициента прочности, при увеличении длительности действия нагрузки на дорожную одежду с 0,1 с до 1 с, оказалось достаточно эффективным замена высокопористого асфальтобетона на пористый, имеющий повышенную прочность и устойчивость к повторным нагружениям, что привело к завышению коэффициента прочности. Поэтому целесообразно уменьшить толщины конструктивных слоёв.

А.2.3.2 Изменение материалов конструктивных слоёв с изменением толщин

Назначаем конструкцию дорожной одежды и устанавливаем соответствующие значения расчётных характеристик дорожно-строительных материалов и грунта:

N	Материал слоя	h слоя, см	Расчётные характеристики для расчёта на растяжение при изгибе
			Е, МПа	, МПа		M
1	Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90	4	2880	6,45	5,2	5,5
2	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	8	1860	4,68	5,9	4,3
3	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	18	1860	4,68	5,9	4,3
4	Щебеночно-гравийно-песчаная смесь, обработанная цементом, М20	22	407	-	-	-
5	Супесь пылеватая	-	40,5	-	-	-

Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Расчёт выполняем в следующем порядке.

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоёв, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:

МПа.

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя ( = 34 см) устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:

МПа.

б) По отношениям и по номограмме рис. 1 определяем = 0,92.

Расчётное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (7):

МПа.

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (8):

при = 4,68 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. 5);

= 0,10 (табл. П.4.1 ОДН 218.046-01);

t = 1,71 (табл. П.4.2 ОДН 218.046-01);

- формуле (9);

m = 4,3; = 5,9 (табл. 5); = 4 824 135 ед.;

;

= 0,80 (табл. 14),

тогда по формуле (8) получим:

МПа.

г) На основании условия (6) получаем: , что больше, чем = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет критерию прочности на растяжение при изгибе и обеспечивает заданную надёжность и экономичность в соответствии с п. 6.1.

Таким образом, для компенсации уменьшения коэффициента прочности, при увеличении длительности действия нагрузки на дорожную одежду с 0,1 с до 1 с, эффективной оказалась замена слоя высокопористого асфальтобетона на слой из пористого асфальтобетона меньшей толщины (на 4 см), который имеет повышенную прочность и устойчивость к повторным нагружениям, что дало возможность уменьшить толщину нижнего асфальтобетонного слоя на 4 см, а также уменьшить толщину слоя основания на 4 см.

А.3 Расчёт дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием повышенной долговечности на участках пересечения дороги в одном уровне при уровне загрузки движением не более 0,7 с длительностями действия нагрузки 0,1 с и 10 с по критерию сопротивления усталостному разрушению от растяжения при изгибе

А.3.1 Назначение конструкции

Назначаем конструкцию дорожной одежды и устанавливаем соответствующие значения расчётных характеристик дорожно-строительных материалов и грунта:

N	Материал слоя	h слоя, см	Расчётные характеристики для расчёта на растяжение при изгибе
			Е ( = 0,1 с), МПа	, МПа	, МПа		m
1	Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90	4	1800	9,80	4,24	5,2	5,5
2	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	8	1250	8,0	2,74	5,9	4,3
3	Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 60/90	22	1050	5,65	1,79	6,3	4,0
4	Щебеночно-гравийно-песчаная смесь, обработанная цементом, М20	26	395	-	-	-	-
5	Супесь пылеватая	-	33	-	-	-	-

А.3.2 Расчёт конструкции на сопротивление асфальтобетонных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе

Расчёт выполняем в следующем порядке.

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоёв, т.е. щебёночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1:

МПа.

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя ( = 34 см) устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:

МПа.

б) По отношениям и по номограмме рисунка 1 определяем = 0,6.

Расчётное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (16):

МПа.

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (12) для этого используем исходные данные:

= 1,79 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. 5);

= 0,10 (табл. П. 4.1) ОДН 218.046-01;

t = 1,71 (табл. П. 4.2) ОДН 218.046-01;

= 0,80 (табл. 14);

= 0,2;

m = 4,0; = 6,3 (табл. 5); = 4 824 135 ед.

Предварительно вычислим значение по формуле (15), по формуле (14), по формуле (13):

;

ед.;

Тогда значение предельного растягивающего напряжения, определяемого по формуле (12), будет равно:

МПа.

Расчётное растягивающее напряжение равно = 0,5 МПа, согласно п. 1.5 б данного примера.

г) Вычисляем коэффициент прочности на основании формулы (10):

, что меньше от требуемого значения = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, выбранная конструкция не удовлетворяет критерию прочности на растяжение при изгибе, что требует внесение соответствующих корректив.

Для обеспечения прочности конструкции по критерию прочности на растяжение при изгибе, предусматривается увеличить толщины слоёв либо изменить материалы конструктивных слоёв дорожной одежды.

А.3.3 Повторный расчёт на прочность

А.3.3.1 Замена материалов конструктивных слоёв без корректировки их толщин

Назначаем конструкцию дорожной одежды и устанавливаем соответствующие значения расчётных характеристик дорожно-строительных материалов и грунта:

N	Материал слоя	h слоя, см	Расчётные характеристики для расчёта на растяжение при изгибе
			Е ( = 0,1 с), МПа	, МПа	, МПа		m
1	Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90	4	1800	9,80	4,24	5,2	5,5
2	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	8	1250	8,0	2,74	5,9	4,3
3	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	22	1250	8,0	2,74	5,9	4,3
4	Щебеночно-гравийно-песчаная смесь, обработанная цементом, М20	26	395	-	-	-	-
5	Супесь пылеватая	-	33	-	-	-	-

Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Расчёт выполняем в следующем порядке.

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоёв, т.е. щебёночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:

МПа.

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя ( = 34 см) устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:

МПа.

б) По отношениям и по номограмме рис. 1 определяем = 0,6.

Расчётное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (16):

МПа;

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (12), для этого используем исходные данные:

= 2,74 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. 5);

= 0,10 (табл. П.4.1 ОДН 218.046-01);

t = 1,71 (табл. П.4.2 ОДН 218.046-01);

= 0,80 (табл. 14);

= 0,2;

m = 4,3; = 5,9 (табл. 5); = 4 824 135 ед.

Предварительно вычислим значение по формуле (15), по формуле (14), по формуле (13):

;

;

.

Тогда значение предельного растягивающего напряжения, определяемого по формуле (12), будет равно:

МПа.

Расчётное растягивающее напряжение = 0,5, согласно п. 1.5 б данного примера.

г) Вычисляем коэффициент прочности на основании формулы (10):

, что больше от требуемого значения = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет критерию прочности на растяжение при изгибе.

Таким образом, для компенсации уменьшения коэффициента прочности, при увеличении длительности действия нагрузки на дорожную одежду с 0,1 до 10 с, эффективным оказалось заменить слой высокопористого асфальтобетона на слой пористого асфальтобетона, имеющий повышенную прочность и устойчивость к повторным нагружениям, без изменения его толщины.

Следовательно, для обеспечения необходимой прочности и повышенной долговечности асфальтобетонного покрытия эффективной для данной конструкции оказалась замена материала в слое, работающем на изгиб материалом, имеющим повышенную прочность и устойчивость к повторным нагружениям.

Пример 2

Требуется запроектировать дорожную одежду при следующих исходных данных:

- дорога располагается во II дорожно-климатической зоне, в Московской области;

- категория автомобильной дороги - III;

- заданный срок службы дорожной одежды - = 18 лет;

- заданная надежность = 0,95;

- приведенная к осевой нагрузке 100 кН (Приложение 1 табл. П. 1.1 ОДН 218.046-01) интенсивность движения на конец срока службы = 900 ед./сут.; приращение интенсивности q = 1,04;

- грунт рабочего слоя земляного полотна - супесь пылеватая с расчетной влажностью 0,7 относится к сильно пучинистым грунтам;

- материал для основания - гравийная смесь;

- высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды - 0,70 м;

- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - 3;

- глубина залегания грунтовых вод - 0,6 м.

Расчёт требуется выполнить на различных участках дороги:

- для перегонов с уровнем загрузки движением менее 0,7 при длительности нагружения 0,1 с;

- для подходов к пересечениям с железнодорожными путями с уровнем загрузки движением более 0,7 при длительности действия нагрузки 1 с и 600 с.

Доля от общего количества автомобилей в потоке, задерживаемых у пересечений с железнодорожными путями, определена на основе технико-экономических изысканий и составляет = 0,2.

А.4 Расчёт дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием повышенной долговечности на перегонах при уровне загрузки движением менее 0,7 при длительности действия нагрузки 0,1 с по критерию сопротивления усталостному разрушению от растяжения при изгибе

А.4.1 Вычисление суммарного расчётного количества приложений расчётной нагрузки за срок службы

Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы по формуле (3.6) ОДН 218.046-01:

, где = 25,9 (Приложение 6 табл. П. 6.3 ОДН 218.046-01);

= 125 дней (табл. П.6.1 ОДН 218.046-01), = 1,38 (табл. 3.3 ОДН 218.046-01);

ед.

А.4.2 Назначение конструкции

Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров:

- для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2 табл. П. 2.5, Приложение 3 табл. П. 3.2 и Приложение 3 табл. П. 3.9 ОДН 218.046-01);

- для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2 табл. П. 2.4, Приложение 3 табл. П. 3.2 и Приложение 3 табл. П. 3.6 ОДН 218.046-01);

- для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3 табл. П. 3.1 и Приложение 3 табл. П. 3.6 ОДН 218.046-01).

N	Материал слоя	h слоя, см	Расчет по упруг. прогибу, Е, МПа	Расчет по усл. сдвигоуст., Е, Па	Расчет на растяжение при изгибе
					Е, МПа	, МПа		m
1	Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90	4	3200	1800	4500	9,80	5,2	5,5
2	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	4	2000	1200	2800	8,0	5,9	4,3
3	Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 60/90	14	2000	1200	2100	5,65	6,3	4,0
4	Гравийная смесь	48	205	205	205	-	-	-
5	Супесь пылеватая	-	46	46	46	-	-	-

А.4.3 Расчёт по допускаемому упругому прогибу

Расчёт по допускаемому упругому прогибу ведём послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:

1) ;

по Приложению 1 табл. П. 1.1 ОДН 218.046-01

р = 0,6 МПа, D = 37 см;

МПа;

2) ;

МПа;

3) МПа;

4) МПа;

5) требуемый модуль упругости определяем по формуле (3.9) ОДН 218.046-01:

МПа;

6) определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

.

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу - 1,17 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

А.4.4 Расчёт конструкции по условию сдвигоустройчивости в грунте

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (3.13) ОДН 218.046-01:

.

Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при и = 1444943 ед.) = 46 МПа (табл. П.2.4), = 12° и с = 0,004 МПа (табл. П. 2.4 ОДН 218.046-01).

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01, где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П. 3.2 ОДН 218.046-01 при расчетной температуре +20°С (табл. 3.5 ОДН 218.046-01):

МПа.

По отношениям и , и при = 12° с помощью номограммы (рис. 3.3 ОДН 218.046-01) находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки: = 0,0153 МПа.

Таким образом, МПа.

Предельное активное напряжение сдвига в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.14) ОДН 218.046-01,

где = 0,004 МПа, = 1,0;

= 4 + 8 + 14 + 48 = 70 см;

= 35° (Приложение 2 табл. 2.4 ОДН 218.046-01);

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Имеется в виду "табл. П.2.4"

;

МПа,

где 0,1 - коэффициент для перевода в МПа;

, что больше = 1,00 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.

А.4.5 Расчёт конструкции на сопротивление асфальтобетонных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе

Расчет выполняем в следующем порядке.

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:

МПа.

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя ( = 22 см) устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:

МПа.

б) По отношениям и по номограмме рис. 3.4 ОДН 218.046-01 определяем = 1,38 МПа.

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3):

МПа.

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (4):

при = 5,65 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета согласно табл. 5;

= 0,10 (табл. П.4.1 ОДН 218.046-01);

t = 1,71 (табл. П.4.2 ОДН 218.046-01);

- по формуле (4);

m = 4; = 6,3 (табл. 5); = 1444943 ед.;

;

= 0,85 (табл. 14),

тогда по формуле (4) получим:

МПа.

г) , что больше, чем = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности и определяющим критерием прочности является сопротивление монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

А.5 Расчёт одежды автомобильной дороги, имеющей уровень загрузки движением более 0,7 и при длительности действия нагрузок 1,0 с и 600 с, на подходах к пересечениям с железнодорожными путями

А.5.1 Назначение дорожной одежды

Назначаем дорожную одежду и устанавливаем соответствующие значения расчётных характеристик дорожно-строительных материалов и грунта:

N	Материал слоя	h слоя, см	Расчётные характеристики для расчёта на растяжение при изгибе
			Е ( = 1 с), МПа	Е ( = 600 с), МПа	, МПа	, МПа		m
1	Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90	4	2880	830	6,45	2,02	5,2	5,5
2	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	4	1860	650	4,68	1,06	5,9	4,3
3	Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 60/90	14	1510	510	3,18	0,64	6,3	4,0
4	Гравийная смесь	48	201	188	-	-	-	-
5	Супесь пылеватая	-	40	33	-	-	-	-

А.5.2 Расчёт конструкции на сопротивление асфальтобетонных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе

Расчет выполняем в следующем порядке.

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1:

- при времени действия нагрузки 1 с МПа;

- при времени действия нагрузки 600 с МПа.

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя ( = 22 см) при времени действия нагрузки 1 с устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:

МПа.

Аналогично устанавливаем модуль упругости верхнего слоя ( = 22 см) при времени действия нагрузки 600 с: = 594 МПа.

б) По отношениям и по номограмме рисунка 1 определяем = 1,05.

Расчётное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (32):

МПа.

По отношениям и по номограмме рисунка 1 определяем = 0,59.

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (32):

МПа.

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (33) для этого используем исходные данные:

= 3,18 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. 5);

= 0,10 (табл. П. 4.1 ОДН 218.046-01);

t = 1,71 (табл. П. 4.2 ОДН 218.046-01);

= 0,80 (табл. 14);

= 0,2;

m = 4,0; = 6,3 (табл. 5); = 1444943 ед.

Предварительно вычислим значение по формуле (36), по формуле (35), по формуле (34):

;

ед.;

.

Тогда значение предельного растягивающего напряжения, определяемого по формуле (12), будет равно:

МПа.

Расчётное растягивающее напряжение равно = 0,54 МПа, согласно п. 5.2 б данного примера.

г) Вычисляем коэффициент прочности на основании формулы (10):

, что меньше от требуемого значения = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, выбранная конструкция не удовлетворяет критерию прочности на растяжение при изгибе. Требуется изменить конструкцию.

Для обеспечения прочности конструкции по критерию прочности на растяжение при изгибе необходимо увеличить толщину слоев, либо изменить материалы конструктивных слоев.

А.5.3 Повторный расчёт на прочность

Назначаем конструкцию дорожной одежды и устанавливаем соответствующие значения расчётных характеристик дорожно-строительных материалов и грунта:

N	Материал слоя	h слоя, см	Расчётные характеристики для расчёта на растяжение при изгибе
			Е( = 1 с), МПа	Е( = 600 с), МПа	, МПа	, МПа		m
1	Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90	4	2880	830	6,45	2,02	5,2	5,5
2	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	6	1860	650	4,68	1,06	5,9	4,3
3	Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 60/90	14	1510	510	3,18	0,64	6,3	4,0
4	Щебеночно-гравийно-песчаная смесь, обработанная цементом М20	50	387	359	-	-	-	-
5	Супесь пылеватая	-	40	33	-	-	-	-

А.5.4 Расчёт конструкции на сопротивление асфальтобетонных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе

Расчет выполняем в следующем порядке.

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя.

Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1:

- при времени действия нагрузки 1 с МПа;

- при времени действия нагрузки 600 с МПа.

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя ( = 24 см) при времени действия нагрузки 1 с устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:

Мпа.

Аналогично устанавливаем модуль упругости верхнего слоя ( = 24 см) при времени действия нагрузки 600 с = 598 Мпа.

б) По отношениям и по номограмме рисунка 1 определяем = 0,76.

Расчётное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (32):

МПа.

По отношениям и по номограмме рисунка 1 определяем = 0,45.

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (32):

МПа.

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (33) для этого используем исходные данные:

= 3,18 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. 5);

= 0,10 (табл. П. 4.1 ОДН 218.046-01);

t = 1,71 (табл. П. 4.2 ОДН 218.046-01);

= 0,80 (табл. 14);

= 0,2;

m = 4,0; = 6,3 (табл. 5); = 1444943 ед.

Предварительно вычислим значение по формуле (36), - по формуле (35), - по формуле (34):

;

ед.;

.

Тогда значение предельного растягивающего напряжения, определяемого по формуле (12), будет равно:

МПа.

Расчётное растягивающее напряжение равно = 0,387 МПа, согласно п. 5.2 б данного примера.

г) Вычисляем коэффициент прочности на основании формулы (10):

, что больше от требуемого значения = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет критерию прочности на растяжение при изгибе.

Таким образом, для уменьшения коэффициента прочности при действии на дорожную одежду комбинированной нагрузки 1 с и 600 с эффективными оказались: замена слоя из гравийной смеси на слой из щебеночно-гравийно-песчаной смеси, обработанной цементом, М20 с увеличением его толщины на 2 см и с увеличением толщины слоя пористого асфальтобетона на 2 см.

Следовательно, для обеспечения необходимой прочности и повышенной долговечности асфальтобетонного покрытия для данной конструкции эффективной оказалась замена в слое основания из материала, не обработанного вяжущим, материалом, обработанным цементом.

Руководитель организации-разработчика

ФАУ "РОСДОРНИИ"

Генеральный директор       _________________________   О.Н. Ярош

Руководитель разработки

Начальник отдела

конструкций дорожных

одежд, к.т.н               _________________________   А.Е. Мерзликин