Delist.ru

Совершенствование метода определения прочности нежестких дорожных одежд динамическим нагружением (18.04.2011)

Автор: Мордвин Сергей Сергеевич

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цели и основные направления работы.

В главе 1 проведен анализ отечественных и зарубежных методов и устройств, применяемых для оценки прочности дорожных одежд, выявлены их преимущества и недостатки.

В нашей стране проблемами расчета, контроля и обеспечения прочности дорожных одежд занимались Абдурахманов Ю.Т., Апестин В.К., Бируля А.К., Иванов Н.Н., Илиополов С.К., Казарновский В.Д., Коганзон М.С., Коновалов С.В., Коновалов С.С., Корсунский М.Б., Красиков О.А., Кривисский А.М., Радовский Б.С., Смирнов А.В., Стрижевский А.М., Шак А.М., Яковлев Ю.М. и др. За рубежом вопросами оценки прочности занимались W.Alkaswneh, A.K. Appea, P. Andren, J.A. Bay, R. Belt, J. Bruinsma, E.O. Lukanen, B.B. Guzina, M.A. Kestler, B. Pidwerbesky, B.C. Steinert и др.

Под прочностью дорожной одежды понимают её способность под воздействием многократно повторяющихся нагрузок от движущегося транспорта сохранять необходимую сплошность и требуемую ровность в течение заданного срока службы.

Теоретические и экспериментальные исследования показали, что в большинстве случаев прочность дорожной одежды достаточно полно может быть охарактеризована величиной её упругого прогиба под нагрузкой. Прогиб, измеренный на поверхности дорожного покрытия, является наиболее информативным показателем общего состояния дорожной одежды, так как он еще и косвенно характеризует сдвигающие и растягивающие напряжения в слоях дорожной одежды. Широкому использованию в качестве показателя прочности дорожной одежды величины упругого прогиба способствовало и то, что этот показатель достаточно просто определять в полевых условиях.

Основной показатель прочности – модуль упругости E- определяется по величине прогиба l с использованием зависимости:

где р – удельное давление штампа в зоне контакта с покрытием;

D– диаметр штампа;

l– величина измеренного упругого прогиба;

µ– коэффициент Пуассона.

Известно несколько методов определения прочности, основанных на приложении к испытуемой дорожной одежде нагрузки с последующим измерением величины прогиба, вызванного приложенной нагрузкой.

При статическом методе определения прочности нагрузка на дорожную одежду может передаваться либо через жесткий металлический штамп, площадь которого близка площади отпечатка колеса расчетного автомобиля, либо непосредственно колесом автомобиля с расчетной нагрузкой. При нагружении дорожной одежды колесом расчетного автомобиля условия работы дорожной одежды приближаются к реальным условиям её работы. При технической простоте оценки прочности методом статического нагружения его широкому применению препятствуют два основных недостатка – низкая производительность и зависимость прогибов от влажности грунта земляного полотна. Исследования показали, что даже незначительное увеличение влажности приводит к существенному росту прогибов дорожной одежды. Поскольку при статическом нагружении зависимость прогибов от влажности очень существенна, приобретает первостепенное значение достоверность определения влажности подстилающего грунта. Однако на практике в ходе выполнения обследований дороги чрезвычайно трудно получить достоверные сведения о состоянии влажности грунта под дорожной одеждой.

Динамический способ основан на приложении к дорожному покрытию нагрузки, имитирующей проезд по автомобильной дороге расчетного грузового автомобиля со скоростью 60 км/ч с нагрузкой на ось 10 т. В большинстве конструкций установок динамического нагружения воздействие автомобиля на дорожную одежду имитируется воздействием падающего груза на жесткий либо гибкий штамп через амортизирующее устройство. Пытаясь достичь наиболее полной имитации, авторы устройств регламентируют и силу, и продолжительность динамического воздействия. Для расчетного автомобиля с нагрузкой на колесо 5 т, при внутреннем давлении в шинах 0,6 МПа диаметр круга, равновеликого площади контакта колеса, близок 34 см. При скорости движения автомобиля 60 км/ч время воздействия колеса на площадку покрытия такой величины равно 0,02 с. Исходя из этих величин назначают основные параметры устройств динамического нагружения – продолжительность воздействия нагрузки на штамп и его геометрические размеры.

В используемых в настоящее время устройствах, измеряющих прочность методом динамического нагружения, воздействие на дорожную одежду создается различными способами: падающим грузом, генератором колебаний либо падающим пневматическим колесом. В России самым распространенным прибором динамического нагружения является серийно выпускаемая установка прицепного типа ДИНА-3М.

Приближением динамического воздействия установок к фактическим воздействиям на дорожную одежду движущегося автомобиля не удается достичь идентичности условий работы дорожной одежды. Поскольку диаметр чаши прогиба современных одежд может достигать 8 м и более, дорожная одежда начинает деформироваться в рассматриваемой точке за 4…5 м до наезда на неё, поэтому время воздействия колеса на дорожную одежду при движении автомобиля со скоростью 60 км/ч приближается к секунде.

В последние годы в нашей стране и за рубежом были сделаны попытки оценки прочности одежд малогабаритными портативными приборами динамического нагружения. В 1991г. в Финляндии группой специалистов был разработан портативный прибор определения прочности дорожных одежд LOADMAN, а в последние годы на российском рынке появился портативный прибор для измерения прочности «Микродин», разработанный ФГУ «РосдорНИИ», который в настоящее время используется как для практических, так и для научных целей. Многочисленные сравнительные испытания, проведенные за рубежом, не позволили получить удовлетворительную корреляционную связь показаний прибора LOADMAN с установками динамического нагружения. Аналогичные испытания прибора «Микродин», выполненные в ходе проведения настоящего исследования, дали такой же результат. Видимо, работоспособность устройств динамического нагружения зависит от энергии воздействия падающего груза.

Статические прогибы существенным образом зависят от влажности грунта земляного полотна, тогда как на динамические прогибы вследствие высокой частоты воздействия влажность грунта не оказывает значительного влияния. Наряду с более высокой производительностью это свойство динамического способа оценки прочности определяют его преимущества над способом статического нагружения.

Известен и ещё один способ оценки прочности дорожной одежды – с помощью визуальной оценки состояния покрытия по имеющимся на его поверхности разрушениям. Метод оценки прочности по разрушениям дорожного покрытия может дать хорошие результаты на автомобильных дорогах, не подвергавшихся ремонту картами. Однако на дорогах, находящихся в эксплуатации многие десятки лет, по внешнему виду покрытия трудно делать вывод о состоянии прочности.

На основе анализа отечественных и зарубежных источников, опыта работы по оценке прочности дорожных одежд автором поставлены следующие задачи.

Исследовать влияние параметров динамического импульса установок динамического нагружения на прогибы дорожных одежд и установить связь между прогибами и модулями упругости.

Исследовать влияние температуры связных слоев дорожных одежд на прогибы и разработать методику учета влияния температуры на прогибы при разрушениях дорожной одежды трещинами.

Исследовать влияние на прогибы дорожных одежд процессов, происходящих в грунте при его весеннем оттаивании.

С учетом возросшей производительности установок динамического нагружения разработать методику оценки прочности дорожных одежд на участках планируемого ремонта и выполнить её экспериментальную проверку.

Глава 2 содержит теоретическое рассмотрение работы установок динамического нагружения УДК-2, и УДК-3, с помощью которых выполнялось настоящее исследование.

В главе приводятся результаты исследований параметров динамических воздействий падающего груза на штампы приборов, рассчитаны эпюры действующих сил, определено время воздействия штампа установок динамического нагружения на дорожную одежду. В результате теоретического рассмотрения работы механизма нагружения приборов рассчитано усилие воздействия штампа на дорожную одежду.

где m1 – – масса груза, кг;

m2 – масса штампа, кг;

g – ускорение свободного падения, м/с2;

h – высота падения груза, м;

h – высота падения груза, м;

– прогиб упругого элемента под действием статической нагрузки массой m1, м.

Рис. 1. Установка динамического нагружения УДК – 3

Рис. 2.Пример записи параметров, регистрируемых при динамическом нагружении.

1- ускорение покрытия, 2 – вертикальная скорость перемещения покрытия в центре чаши прогиба, 3 – прогиб дорожного покрытия.

В главе приводятся результаты исследования влияния на прогибы высоты падения груза, жесткости демпфирующего элемента, времени воздействия штампа на одежду. Разработаны зависимости, позволяющие с учетом параметров динамического импульса по прогибам рассчитать модуль упругости. В результате теоретического рассмотрения были получены зависимости, дающие возможность для различных установок, отличающихся параметрами динамического воздействия, по фактическим прогибам определить модуль упругости одежды. Для установки УДК-3 итоговая зависимость имеет вид:

где l – прогиб дорожной одежды, мм.

???????¤??????C?а

температуры связных слоев дорожной одежды и состояния земляного полотна на прогибы при динамическом нагружении. Известно, что и при динамическом, и при статическом нагружениях температура не оказывает заметного влияния на деформации несвязных слоев основания дорожной одежды. В то же время собственный модуль упругости асфальтобетона существенно зависит от температуры, причем в случае динамического нагружения температура влияет в бо?льшей степени, чем при статическом нагружении.

Величина снижения модуля упругости при повышении температуры зависит от толщины связных слоев дорожной одежды. На рис. 3 представлены теоретические зависимости снижения общего модуля упругости от температуры связных слоев дорожных одежд, отличающихся толщиной связных слоев, но имеющих один и тот же модуль упругости на поверхности основания, который равен 234 МПа. Приведенные графики иллюстрируют стремительное снижение роли связных слоев в обеспечении общей прочности дорожной одежды с повышением температуры.

загрузка...