Delist.ru

Расчетные параметры асфальтобетонных покрытий для проектирования нежестких дорожных одежд (20.05.2008)

Автор: Сибирякова Юлия Михайловна

Разработать практические рекомендации по применению полученных значений расчетных параметров асфальтобетонов различных видов и обосновать экономическую эффективность использования предлагаемых методики испытаний и результатов исследования.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

Разработана методика испытания асфальтобетонных образцов под воздействием многократных кратковременных нагрузок обосновывающая рекомендуемый режим нагружения;

Разработана и теоретически обоснована методика обработки результатов испытания, позволяющая прогнозировать изменение расчетных параметров асфальтобетона в зависимости от числа приложенных нагрузок, что позволило получить необходимые значения с учетом обеспечения требуемого срока службы нежестких дорожных одежд;

Установлена возможность и целесообразность определения усталостных, деформативных и прочностных характеристик асфальтобетонов для конкретных составов и необходимость внедрения практики их учета в процессе проектирования нежестких дорожных одежд автомобильных дорог.

Практическая ценность исследования заключается в определении расчетных значений (модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе) асфальтобетонов различных видов, не нашедших отражения в нормативной и методической литературе по расчету нежестких дорожных одежд на прочность. Результаты исследования позволяют внедрить в практику проектирования дорожных асфальтобетонных покрытий конкретные значения расчетных параметров асфальтобетонов, а также применять разработанную методику испытаний для контроля качества при строительстве и ремонте асфальтобетонных покрытий.

Реализация результатов исследования осуществлена путем внедрения в практику проектирования разработанной методики испытания асфальтобетонных образцов под воздействием многократных кратковременных нагрузок и назначения расчетных параметров асфальтобетонов для определения толщин слоев дорожной одежды.

Результаты исследований использованы ОАО «Дорожный научно-исследовательский институт СоюздорНИИ» при разработке новой редакции ОДМ «Проектирование нежестких дорожных одежд» (взамен ОДН 218.046-01). В проект нормативного документа включены полученные значения кратковременного модуля упругости асфальтобетона различных составов при расчете конструкции по допускаемому прогибу.

Кроме того, результаты исследований были практически применены при разработке проектов на капитальный ремонт территориальных автомобильных дорог и улиц Московской области.

Апробация работы осуществлялась докладами и обсуждениями ее основных положений на 63, 64 и 65 научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ в 2005, 2006 и 2007 гг.

Структура и объем работы.

Диссертация содержит 160 стр., включает введение, 4 главы, общие выводы, 39 рисунков, 42 таблицы, список использованной литературы, включающий 111 наименований, 2 приложений.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

обоснование рекомендуемого режима нагружения асфальтобетонных образцов под воздействием многократных кратковременных нагрузок;

методика испытания асфальтобетонных образцов под воздействием многократных кратковременных нагрузок;

методика обработки результатов и назначения расчетных параметров в зависимости от заданного числа циклов нагружений для конструирования нежестких дорожных одежд;

экспериментально полученные значения расчетных параметров (модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе) при нескольких температурных режимах различных видов асфальтобетона (таких, как плотный асфальтобетон типа Б на БНД 60/90; плотный асфальтобетон типа Б на БНД 60/90 с отсевами дробления; плотный асфальтобетон типа Б на полимер-битумном вяжущем; плотный асфальтобетон типа Б на резино-битумном вяжущем; щебеночно-мастичный асфальтобетон ЩМА-10 на БНД 60/90; плотный асфальтобетон типа Б на БНД 60/90 с применением 30% серы);

практические рекомендации по применению полученных значений расчетных параметров асфальтобетонов различных видов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены цель и задачи исследования, сформулированы научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе проведен анализ способов испытания асфальтобетонных образцов на изгиб под воздействием кратковременных нагрузок и определения параметров для расчета покрытий нежестких дорожных одежд.

Так как расчет на прочность покрытий нежестких дорожных одежд необходимо вести с учетом реальных свойств асфальтобетонов и поведения их в конструкции, испытания асфальтобетонных образцов с целью определения параметров для расчета ведутся при многократном воздействии кратковременных нагрузок с имитацией современных условий эксплуатации автомобильных дорог.

Изучение влияния повторных нагрузок на прочность дорожных одежд и исследование свойств различных видов асфальтобетона проводилось многими учеными: В.И. Барздо, О.Т. Батраковым, А.К. Бируля, Н.Н. Ивановым, С.К. Илиополовым, В.Д. Казарновским, Т.Н. Калашниковой, Б.А. Козловским, В.Н. Кононовым, М.Б. Корсунский, А.М. Кривисским, В.П. Матуа, М.С. Мелик-Багдасаровым, Б.С. Радовским, А.В. Руденским, А.О. Саллем, И.М. Щербаковым, Ю.М. Яковлевым и др.

Рассматривается развитие методов расчета дорожных одежд на прочность, анализируется используемый в настоящее время метод расчета. В результате проведенного обзора сделан вывод, что применительно к конструкции дорожной одежды с асфальтобетонными слоями, проектирование включает расчет в целом по допускаемому прогибу и расчет на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Для экспериментального определения модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе материалов, содержащих органическое вяжущее, в нашей стране более 40 лет назад были разработаны и впоследствии успешно применялись механический рычажный пресс конструкции НИИМосстроя, маятниковый прибор Госдорнии и электромагнитный пульсатор Ленфилиала Союздорнии. Приведены краткие описания данных приборов, проанализированы принципы их действия и режимы испытания асфальтобетонных образцов-балочек под воздействием кратковременных нагрузок.

С помощью указанных установок для испытания асфальтобетонных образцов были получены и использованы в нормативной литературе расчетные параметры для высокоплотного, плотного, пористого и высокопористого асфальтобетонов с ранжированием по маркам вяжущего. Однако в действующей нормативной литературе по проектированию нежестких дорожных одежд на прочность отсутствуют расчетные значения модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе некоторых видов асфальтобетонов, получивших в современных условиях широкое распространение: щебеночно-мастичный асфальтобетон, асфальтобетоны на битумно-резиновом вяжущем, на полимермодифицированном вяжущем и др.

В целях исследования ранее не изученных видов асфальтобетонов и исследования характера изменения расчетных параметров асфальтобетонных покрытий в процессе эксплуатации, необходимо разработать методику испытания асфальтобетонов, имитирующую современные условия работы дорожных покрытий. ГУП МО «Лабораторно-исследовательский центр» был приобретен универсальный аппарат для испытаний асфальтобетона на усталость Universal Technical Machine (UTM) 021.

Аппарат представляет собой систему с пневматическим сервоуправлением, где воздействие на образец передается с помощью воздуха под большим давлением. Система, задействованная при испытании, состоит из: установки (рис. 1), которая осуществляет непосредственный контакт с образцом; пневматической системы, в которой происходит управление давлением воздуха; интегрированной системы сбора данных и управления, управляющей процессом испытания и преобразующей полученные от установки сигналы в цифровую; персонального компьютера, позволяющего обработать полученные данные и вывести их на экран.

Рисунок 1. Схема установки для испытаний асфальтобетона на усталость UTM 021.

1 – рама, рассчитанная на установку образца из асфальтобетона в виде балочки; 2 – управляемые сервомотором шаровых винтов (зажимов) для закрепления образца по вертикали; 3 – органы управления аппаратом; 4 – нагрузочная ячейка, используемая для измерения силы, действующей на образец; 5 – датчик сигнала действующей на образец силы, расположенный в основании нагрузочной ячейки; 6 – алюминиевая пластина, опирающейся на образец в двух точках, и имитирующая упругое основание; 7 – датчик линейного изменяющегося перемещения, используемый для фиксирования прогибов асфальтобетонного образца; 8 – асфальтобетонного образец в виде балочки, имеющий в среднем размеры 400мм*63,5мм*50мм.

Дальнейшие исследования направлены на углубленный анализ работы асфальтобетонных слоев покрытия в современных условиях эксплуатации с помощью автоматизированного аппарата для испытаний асфальтобетона на усталость UTM 021, позволяющего испытывать асфальтобетонные образцы на изгиб под воздействием кратковременных нагрузок в широком диапазоне значений нагрузочных параметров

Во второй главе обоснованы значения следующих нагрузочных параметров для испытания асфальтобетонных образцов на изгиб под воздействием многократных нагрузок: максимальное растягивающее напряжение, максимальная продольная относительная деформация, длительность действия нагрузки, период «отдыха» между нагружениями, длительность цикла нагружения, количество циклов нагружения.

Для сопоставления требуемых для испытания значений нагрузочных параметров и значений параметров воздействия движения автомобильного транспорта по дороге с асфальтобетонным покрытием, было разработано несколько расчетных моделей, позволивших определить значения нагрузочных параметров для испытания в зависимости от категории автомобильной дороги.

Для определения нагрузочного значения максимального растягивающего напряжения (?max) разработаны две расчетные модели: расчетная модель растягивающего напряжения, создаваемого в растянутой зоне асфальтобетонного покрытия при движении автомобильного транспорта и расчетная модель ?max, создаваемого в асфальтобетонном образце в процессе испытания многократным изгибом.

Значение максимального растягивающего напряжения получено в результате сопоставления расчетных моделей и применения к модели нагружения теории Бернулли-Эйлера, основным положением которой является предположение о том, что нормальные напряжения при изгибе распределяются по линейному закону в плоскости поперечного сечения.

Для определения нагрузочного значения максимальной продольной относительной деформации рассмотрен радиус кривизны чаши прогиба, учитывающий значение прогиба покрытия. Для сопоставления требуемого для испытания значения радиуса кривизны чаши прогиба и значения радиуса кривизны чаши прогиба, создаваемого при движении колеса по автомобильной дороге с асфальтобетонным покрытием, были разработаны две расчетные модели: расчетная модель радиуса кривизны чаши прогиба, возникающего в условиях движения автомобильного транспорта на покрытии, и расчетная модель радиуса кривизны чаши прогиба, образующегося в асфальтобетонном образце в процессе испытания.

Радиус кривизны чаши прогиба рассчитан с помощью формулы, предложенной В.И. Барздо и использованной В.А. Лейваком:

R = L2 / 8·? (1)

где: L – расстояние между двумя точками, в пределах которого искривленная поверхность учитывается как цилиндрическая; ? – упругий прогиб покрытия в пределах рассматриваемого участка.

%, были получены расчетные значения максимальной относительной продольной деформации в зависимости от категории автомобильной дороги.

загрузка...