Delist.ru

Влияние параметров конструкции дорожной одежды на процесс образования уступов между плитами цементобетонного покрыьтия (20.04.2009)

Автор: Фотиади Андрей Александрович

На защиту выносится

Результаты теоретического анализа процессов взаимного смещения плит цементобетонных покрытий под влиянием многократных нагружений автомобильными нагрузками, изменения температуры, с учётом изменения модуля упругости основания.

Результаты натурных измерений величины уступов на автомобильных дорогах, построенных более 20 лет.

Математическая модель прогнозирования процесса увеличения уступов во времени на основе учёта энергии деформации в зоне поперечных швов сжатия.

Публикации. По результатам исследований опубликовано четыре печатные работы в профильных изданиях, в том числе находящихся в списке ВАК РФ, в которых отражены все основные положения диссертационной работы.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 159 страниц машинописного текста, включая 92 рисунка, 25 таблиц, 4 приложения на 31 страницах. Список использованной литературы насчитывает 87 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Содержание работы

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

В главе 1 приведён краткий исторический обзор применения цементобетонных покрытий в России. Рассмотрены основные тенденции в конструировании дорожных одежд с цементобетонными покрытиями. Большое внимание уделено анализу отечественного и зарубежного опыта строительства автомобильных дорог с цементобетонным покрытием.

Исследованиями в области цементобетонных покрытий в России занимались А.Н. Защепин, М.С. Зельманович, Т.Я. Резник, И.А. Медников, В.П. Носов, В.В. Ушаков, Г.Я. Ключников, В.К. Апестин, Л.С. Малицкий, С.В. Коновалов, Л.Б. Каменецкий, М.С. Коганзон, В.А. Чернигов и др. Значительный вклад в совершенствование расчёта и конструирования цементобетонных покрытий на аэродромах внесли: Г.И. Глушков, Л.И. Горецкий, В.Е. Тригони, А.П. Степушин.

Значительное внимание уделено анализу зарубежного опыта применения цементобетонных покрытий в таких странах, как США, Канаде, Германии, Австрии и Бельгии. Рассмотрен новый подход к расчёту и конструированию цементобетонных покрытий, который помимо определения основных параметров конструкции дорожных одежд включает в себя прогнозирование процессов развития повреждений таких, как образование трещин, разрушение поперечных швов и образование уступов. В табл. 1 представлен перечень проанализированных моделей по расчёту и прогнозированию уступов.

Анализ отечественного опыта проектирования цементобетонных покрытий показал, что наибольшее внимание уделялось предотвращению образования трещин посредством ограничения растягивающих напряжений в цементобетоне. Значительно меньше внимания уделялось образованию уступов между плитами. Недооценивался тот факт, что в процессе эксплуатации автомобильной дороги под воздействием изменяющихся во времени природно-климатических условий и воздействий транспортных средств происходит вертикальное взаимное смещение плит в поперечных швах, приводящее к образованию уступов. На рис. 1 показано относительное влияние основных видов повреждений поверхности цементобетонного покрытия на ухудшение продольной ровности проезжей части (IRI) по зарубежным источникам.

Рис. 1. Влияние количества плит с трещиной, процента разрушенных поперечных швов и величины уступов на показатель ровности IRI

Таблица 1

№ п/п Авторы Расчётные формулы

(модели) Учитываемые параметры

1 ВСН 197-91

Толщина покрытия и основания, модуль упругости основания, интенсивность расчётной нагрузки

2 Simpson, A.L.

Приведённая интенсивность движения, расстояние между поперечными швами, коэффициент постели, срок службы, тип обочины, диаметр штыря

3 Yu, H.T

Приведённая интенсивность движения, коэффициент фильтрации, напряжение смятия бетона создаваемое штырём, расстояние между швами природно-климатические условия, тип основания, ширина плиты, срок службы

4 Owusu-Antwi,

Мера повреждения, тип основания, коэффициент фильтрации, природно-климатические условия

5 Titus-Glover, L

Мера повреждения, природно-климатические условия, диаметр штыря, коэффициент фильтрации, тип основания

6 NCHRP

Мера повреждения, природно-климатические условия, толщина плиты, тип основания, коэффициент постели, расстояние между швами, диаметр штырей

7 PAVESPEC 3.0

Мера повреждения, природно-климатические условия, толщина плиты, тип основания, фактор эрозионности, коэффициент постели, расстояние между швами, диаметр штырей

На основе анализа отечественных и зарубежных литературных источников опыта проектирования и эксплуатации цементобетонных покрытий автором поставлены следующие задачи.

Провести теоретический анализ особенностей процесса образования уступов и установить критерий, определяющий интенсивность этого процесса.

Выполнить натурное обследование ранее построенных участков автомобильных дорог с цементобетонным покрытием, находящихся в разных природно-климатических и дорожных условиях, и установить особенности образования и развития уступов.

Разработать математическую модель прогнозирования уступов для дорожных одежд с цементобетонным покрытием с учётом изменяющихся во времени воздействий параметров транспортного потока и климатических условий.

Провести серию расчётов для проверки адекватности модели и выработки рекомендаций.

Глава 2 содержит теоретический анализ процесса образования уступов в поперечных швах цементобетонных покрытий. Принято считать, что образование уступов начинается с момента срабатывания ложного поперечного шва сжатия. С момента срабатывания шва передача нагрузки с плиты на плиту от проезжающих автомобилей должна обеспечиваться за счёт естественного зацепления материала по поверхности излома трещины и штыревых соединений в швах.

Выявлены основные физические процессы, сопровождающие образование уступов, к которым следует отнести: накопление остаточных деформаций в нижележащих слоях в зоне поперечных швов; вымывание частиц грунта и основания в виде выплесков в период выпадения осадков (рис. 2); коробление плит при градиенте температуры и влажности; периодическое раскрытие и закрытие швов в результате изменения средней температуры цементобетонных плит, что снижает способность конструкции шва передавать нагрузку с плиты на плиту.

Рис. 2. Схема взаимного смещения смежных плит

Анализ литературных источников и особенностей физических процессов, сопровождающих взаимное перемещение соседних плит в зоне шва, позволил заключить, что прогноз интенсивности нарастания уступов следует связывать с количеством взаимных смещений и принять в качестве основного критерия, определяющего нарастание уступов, величину энергии, затрачиваемой на взаимное смещение плит в зоне поперечных швов.

В основу математической модели для вычисления энергии, затрачиваемой на взаимное смещение плит в поперечных швах при проезде автотранспортных средств, положены зависимости теории плит на упругом основании при краевом расположении нагрузки и расчёта плит на температурные воздействия на основе решения Б.Г. Коренева и Л.И. Горецкого.

загрузка...