Оценка необходимости усиления дорожной одежды по критерию допустимого упругого прогиба

Исходными данными для оценки работоспособности дорожной одежды являются интенсивность и состав движущегося по ней транспортного потока, а также конструкция дорожной одежды (очередность и толщина отдельных слоев, характеристика их прочности), вид грунта земляного полотна (рис. 5).

Рисунок 5 - Конструкция дорожной одежды

 

Оценка выполняется в следу­ющей последовательности:

1. Определяется эквивалентный модуль упругости существующей конструкции дорожной одеж­ды Е_экв путем расчета в соответствии с пособием [7, 9].

2. Определяется требуемый модуль упругости дорожной одежды Е_тр, при котором обеспечивается пропуск заданного транспортного потока без ее повреждения. Проверяется полученное значение Е_тр на соответствие минимальным требованиям с учетом типа дорожной одежды (прил. 9, последний столбец). Если Е_тр < Е_тр.мин, в качестве Е_тр принимается Е_тр.мин, определенное из прил. 9.

3. Рассчитывается отношение Е_экв/Е_тр. Полученное значение сравнивается с нормативным значением коэффициента прочности К_{п р} (прил. 9). Конструкция дорожной одежды удовлетворяет требованиям надежности и прочности по критерию упругого прогиба, если

К_{п р} < Е_экв/Е_тр. (11)

2.1.6.1. Определение эквивалентного модуля упругости Е_экв

Расчет выполняют в два этапа (для двухслойной дорожной одежды), на каждом из которых определяют модуль упругости двухслойной системы, состоящей из разнородных материалов. Последовательность выполнения этапов - от нижних слоев дорожной одежды к верхним. Характеристики прочности (модули упругости) некоторых материалов, применяемых в дорожном строительстве, приведены в прил. 11.

На первом этапе определяют модуль упругости двухслойной системы, состоящей из грунта земляного полотна (нижний слой системы) и основания дорожной одежды (верхний слой). Определяют отношения Е₀ / Е₁ и h₁ / D,

где Е₀ - модуль упругости нижнего слоя (грунта земляного полотна), МПа;

Е₁ -модуль упругости верхнего слоя (основания дорожной одежды), МПа;

h₁ - толщина верхнего слоя, см;

D - диаметр круга, равновеликого по площади отпечатку колеса на дорогу, см.

Величина D зависит от расчетной (эквивалентной) нагрузки на ось, к которой приводятся все типы транспортных средств, движущихся по дороге, а также от вида нагрузки, прикладываемой к дорожной одежде (движущейся или неподвижной). Расчетная нагрузка выбирается в зависимости от категории дороги по прил. 2 (для большинства категорий она составляет 115 кН), величина D – по прил. 8. Вид нагрузки зависит от места устройства дорожной одежды. Для полос движения принимается движущаяся нагрузка, для стоянок, участков перед железнодорожными переездами, остановочных площадок маршрутных транспортных средств – неподвижная.

После определения отношения Е₀ / Е₁ и h₁ / D полученные значения откладывают на осях номограммы (прил. 7), и проводят из них горизонтальную и вертикальную линии. В точке пересечения линий по наклонным линиям номограммы получают отношение Е_общ / Е₁, где Е_общ -общий модуль упругости двухслойной системы «грунт земляного полотна - основание дорожной одежды».

По известному модулю упругости основания дорожной одежды Е₁ определяют Е_общ.

На втором этапе расчета определяют модуль упругости двухслойной системы, характеристикой нижнего слоя которой является полученное на предыдущем этапе значение Е_общ, а верхним слоем является покрытие дорожной одежды с характеристиками Е₂ и h₂. Последовательность расчетов аналогична первому этапу:

· определяется отношения Е_общ / Е₂ и h₂ / D;

· по номограмме определяется отношение Е_экв / Е₂, где Е_экв -эквивалентный (итоговый) модуль упругости двухслойной системы «Е_общ - покрытие дорожной одежды».

· по известному модулю упругости покрытия дорожной одежды Е₂ определяют Е_экв.

 

Расчет Е_экв повторяют для расчетного (наиболее неблагоприятного весеннего) периода года, когда из-за повышенного увлажнения в наибольшей степени снижается прочность грунтового основания. Перед началом расчета необходимо уменьшить прочность грунта земляного полотна. Степень снижения прочности зависит от вида грунта земляного полотна:

* для песчаных грунтов - на 10%;

* для супесей - на 20%;

* для суглинков - на 30%.

 

2.1.6.2. Определение требуемого модуля упругости Е_тр

Величина требуемого модуля упругости дорожной конструкции вычисляется по эмпирической формуле:

, МПа, (12)

где - суммарное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды, ед.;

- эмпирический параметр (для расчетной нагрузки на ось 115 кН = 4,0).

Суммарное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности дорожной одежды определяется по формуле:

, ед., (13)

где 145 – число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости дорожной одежды;

- приведенная интенсивность движения по наиболее загруженной полосе проезжей части, прив. ед./сут.;

- расчетный срок службы материала покрытия дорожной одежды, лет (определяется по прил. 6);

- показатель изменения интенсивности движения по годам (в курсовой работе принимается равным 1,02);

- коэффициент, учитывающий вероятность отклонения интенсивности от средней ожидаемой (для автомобильных дорог I и II категорий =1,4; для III и IV категорий =1,3; для V и VI категорий =1,2).

Для расчета заданную интенсивность движения на каждом участке дороги приводят к расчетной нагрузке на ось, используя коэффициенты приведения:

, прив. ед./сут., (14)

где - коэффициент многополосности, учитывающий распределение транспортного потока обоих направлений по полосам проезжей части (для дорог c 2 полосами для движения в обоих направлениях = 0,55, для трехполосных дорог – 0,5, для четырехполосных – 0,35);

- фактическая интенсивность движения в обоих направлениях i - го вида транспортных средств, авт./сут.;

- коэффициент приведения i- го вида транспортных средств, применяемый при расчете дорожной одежды (прил. 10);

m - количество градаций состава транспортного потока (видов, групп, марок транспортных средств, на которые распределен транспортный поток).

Полученное значение Е_тр проверяется на соответствие минимальному нормативному значению (прил. 9). Если Е_тр < Е_{тр мин}, в качестве Е_тр принимается значение Е_{тр мин}.

 

2.1.6.3. Определение коэффициента прочности К_пр

Для каждого участка дороги определяется отношение Е_экв/Е_тр. Полученное значение сравнивается с нормативным значением коэффициента прочности К_{п р} (прил. 9).

Результаты расчетов сводятся в таблицу, в которой для каждого участка дороги приводятся значения Е_экв в летний период и в расчетный (весенний) период, , Е_тр, Е_экв/Е_тр (в оба периода), К _пр.

Вывод по разделу должен содержать информацию, удовлетворяет ли дорожная одежда на каждом из участков требованиям надежности и прочности по критерию упругого прогиба.