Delist.ru

Совершенствование методики расчета при проектировании нежестких дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями (18.02.2009)

Автор: Коленова Екатерина Валерьевна

зависимость для определения минимально допустимых толщин нижнего слоя асфальтобетонных слоёв, удовлетворяющих критерию сопротивления монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе, в зависимости от суммарного движения, типа асфальтобетона, дорожно-климатической зоны;

значения динамических модулей упругости асфальтобетона, рассчитанные при различной длительности действия нагрузки.

Публикации. По результатам исследования опубликовано семь печатных работ в профильных изданиях, в том числе находящихся в списке ВАК России, в которых отражены все основные положения диссертационной работы.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Она содержит первый том печатного текста на 151 странице, включая 26 рисунков, 14 таблиц и второй том из 9 приложений на 125 страницах. Список использованной литературы насчитывает 95 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследований, сформулирована цель и основные направления работы.

Первая глава содержит системный анализ существующих отечественных и зарубежных методов расчёта нежёстких дорожных одежд. Вопросами расчёта нежёстких дорожных одежд занимались такие известные учёные, как В.К. Апестин, В.И. Барздо, А.К. Бируля, А.М. Богуславский, А.П. Васильев, Н.Н. Иванов, В.Д. Казарновский, М.С. Коганзон, М.Б. Корсунский, А.М. Кривисский, А.М. Кулижников, В.П. Матуа, А.Е. Мерзликин, Б.С. Радовский, А.В. Руденский, А.В. Смирнов, А.М. Стрижевский, П.И. Теляев, Ю.М. Яковлев и многие другие в нашей стране, а также Ватанатад, Веверка, Гшвендт, Финн, Хушек и др. за рубежом. Анализ современных методов расчёта нежёстких дорожных одежд позволил выявить ряд основных недостатков и определить основные направления в совершенствовании методики расчёта. В частности, установлено, что в действующих нормах недостаточно чётко обоснованы рекомендации, касающиеся последовательности расчёта дорожной конструкции, вследствие чего расчёт конструкции представляется процессом, требующим значительных временных затрат при ручном счёте, который в настоящий момент используется во многих проектных организациях. Принятые в инструкции по расчёту дорожных одежд требования к минимальным толщинам конструктивных слоёв не обоснованы с точки зрения расчёта дорожной одежды и являются, по сути, значительно заниженными для сравнения: толщина из битумосодержащих слоёв и слоёв из каменных материалов на дорогах США и Канады почти в два раза больше, чем по российским нормам). Кроме того, расчёт конструкции по действующим нормам производится для горизонтальных участков (продольный уклон менее 30 ‰), следовательно, воздействие автомобиля на дорожную одежду и характер её напряжённо-деформированного состояния на наклонных поверхностях не учитывается. Также действующими нормами на проектирование дорожной одежды не учитывается скорость движения грузовых автомобилей, а иными словами, – продолжительность действия нагрузки. Формально продолжительность действия нагрузки учтена в величинах динамических модулей упругости материалов слоёв и составляет 0,1 с, что не соответствует реальной продолжительности нагружения. Данный аспект отмечен в исследованиях А.М. Богуславского, Б.С. Радовского, А.В. Руденского, А.В. Смирнова, Ю.М. Яковлева, П.П. Петровича и др.

Исходя из цели работы и анализа методов расчёта нежёстких дорожных одежд, автором поставлены следующие задачи.

Обосновать наиболее значимые параметры при назначении конструкции дорожной одежды.

Оценить область применения критериев расчёта нежёстких дорожных одежд.

Определить и обосновать значения минимально допустимых толщин конструктивных слоёв дорожной одежды.

Исследовать основные расчётные показатели: скорости движения грузовых автомобилей и фактические транспортные нагрузки, осевые расчётные нагрузки.

Во второй главе произведён ряд теоретических исследований, цели которых заключались в оценке области применения асфальтобетона с различными расчетными характеристиками в нижней части пакета из асфальтобетонных слоев, определении, в каких случаях проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость актуальна, а также определении степени применимости критерия сдвигоустойчивости слоёв из малосвязных материалов и подстилающего грунта земляного полотна. Для этого был произведён расчётный эксперимент, который состоял из трёх разделов, при этом было просчитано около 800 конструкций дорожной одежды по трём основным и одному вспомогательному (морозному пучению) критериям расчёта с изменением исходных параметров.

При проведении расчётного эксперимента №1 для критерия обеспечения сопротивления монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе было просчитано 360 вариантов дорожных одежд с изменением таких исходных расчётных характеристик, как суммарное движение, тип асфальтобетона в нижнем слое трёхслойного пакета асфальтобетонных слоёв и динамические модули упругости асфальтобетона. В результате расчётного эксперимента по критерию сопротивления монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе была получена зависимость минимально допустимой толщины нижнего слоя из высокопористого (песчаного) или пористого асфальтобетона от суммарного расчётного числа приложений расчётной нагрузки для различных динамических модулей упругости асфальтобетона, общий вид которой представлен на рис.1. Для определения минимально допустимой толщины нижнего слоя из высокопористого или пористого асфальтобетона, исходя из условия обеспечения сопротивления усталостному разрушению от растяжения при изгибе, можно рекомендовать следующую формулу, полученную в результате теоретического эксперимента:

см (1)

- минимально допустимое значение толщины нижнего слоя пакета асфальтобетонных слоёв из пористого или высокопористого (песчаного) асфальтобетона, см;

- суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки;

а, b – эмпирические параметры, зависящие от марки битума и сочетания толщин двух верхних слоев трехслойного пакета, табл. 1.

Таблица 1

Значения эмпирических параметров a и b для определения минимальной толщины нижнего слоя из высокопористого (песчаного) и пористого асфальтобетона трёхслойного пакета асфальтобетонных слоёв

Толщины двух верхних слоев 3-слойного пакета: плотного; пористого асфальтобетона соответственно Марка битума

БНД 40/60 БНД 60/90 БНД 90/130

1 2 3 4 5 6 7

II дорожно-климатическая зона

При использовании в нижнем слое высокопористого асфальтобетона

4 см; 6 см 4,8031 48,349 4,3252 44,282 3,4765 34,029

4 см; 8 см 4,3199 41,872 4,4738 46,095 3,4765 34,029

5 см; 7 см 4,9857 52,819 3,8124 38,711 3,5848 37,592

5 см; 9 см 5,2371 58,450 4,3252 48,282 3,2250 34,398

5 см; 11 см 5,0830 58,391 3,9654 45,088 3,2251 36,398

При использовании в нижнем слое пористого асфальтобетона

4 см; 6 см 3,9654 45,088 3,2819 37,885 2,5415 28,196

4 см; 8 см 3,8124 44,711 2,9232 34,373 2,5415 30,196

5 см; 7 см 3,3573 38,474 2,9975 35,279 2,3359 27,060

5 см; 9 см 3,4316 41,380 2,9975 37,279 2,7691 35,314

5 см; 11 см 3,9139 50,011 2,9232 38,373 2,5634 34,179

Примечание: независимо от результата, полученного по формуле (1), общая толщина асфальтобетонных слоев должна быть не менее рекомендованной по ОДН 218.046-01.

Рис.1. Зависимость общей толщины трехслойного пакета асфальтобетонных слоев (см) от суммарного расчётного числа приложений расчетной нагрузки: 1,2,3 – толщина монолитных слоёв из асфальтобетона на битуме БНД 90/130, БНД60/90, БНД40/60 соответственно; 4,5 – рекомендованное ОДН 218.046-01 минимально допустимое значение общей толщины асфальтобетонных слоёв для капитальных и облегчённых дорожных одежд соответственно, определённое исходя из требований к температурной трещиностойкости материала.

Примечание. График построен при сочетании двух верхних слоёв из плотного и пористого асфальтобетона толщиной 4 и 6 см соответственно и при минимально допустимой толщине третьего слоя из высокопористого асфальтобетона, удовлетворяющей критерию обеспечения сопротивления монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе

При выполнении расчётного эксперимента №2 по критерию обеспечения морозоустойчивости конструкции дорожной одежды было просчитано 108 конструкций дорожных одежд с изменением следующих исходных данных: тип дорожной одежды, группа грунта по степени пучинистости, расчётная влажность грунта, глубина промерзания дорожной конструкции. В результате выполненного расчётного эксперимента для критерия обеспечения морозоустойчивости конструкции дорожной одежды были получены зависимости минимально допустимой толщины дорожной одежды, удовлетворяющей рассматриваемому критерию, от расчётной влажности грунта (рис. 2).

загрузка...