2.8.5 Расчет по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта

Дорожную одежду проектируют из расчета, чтобы под действием кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации формоизменения. Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если в грунте земляного полотна и в малосвязных (песчаных) слоях обеспечено условие

(15)

где требуемое минимальное значение коэффициента прочности, определяемое с учетом заданного уровня надежности, ;

расчетное активное напряжение сдвига (часть сдвигающего напряжения, непогашенная внутренним трением) в расчетной (наиболее опасной) точке конструкции от действующей временной нагрузки;

предельная величина активного напряжения сдвига (в той же точке),

превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг.

Модуль упругости верхнего слоя определяем по формуле

(16)

где п – число слоёв дорожной одежды;

– модуль упругости слоя;

– толщина слоя.

Действующие в грунте активные напряжения сдвига (Т) вычисляют по формуле

(17)

где – удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки;

– давление от колеса на покрышке.

Для определения приводим конструкцию к двухслойной расчётной модели. В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт со следующими характеристиками: МПа; ; МПа; .

по отношениям:

И при , по номограмме находим удельное активное напряжение сдвига

МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя (или в песчаном материале промежуточного слоя) определяют по формуле

(18)

где сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), МПа, принимаемое с учетом повторности нагрузки;

коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания. При устройстве нижнего слоя из укрепленных материалов, а также при укладке на границе «основание - песчаный слой» разделяющей геотекстильной прослойки, следует принимать значения равным:

- 4,5 – при использовании в песчаном слое крупного песка;

- 4,0 – при использовании в песчаном слое песка средней крупности;

- 3,0 – при использовании в песчаном слое мелкого песка;

- 1,0 – во всех остальных случаях.

глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость,

от верха конструкции, см;

средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше

проверяемого слоя, кг/см³;

расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при

статическом действии нагрузки.

МПа.

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.

Вывод: условие прочности выполнено.

2.8.6 Расчет конструкции на сопротивление при изгибе

В монолитных слоях дорожной одежды (из асфальтобетона, дегтебетона, материалов и грунтов, укрепленных комплексными и неорганическими вяжущими и др.), возникающие при прогибе одежды напряжения под действием повторных кратковременных нагрузок, не должны в течение заданного срока службы приводить к образованию трещин от усталостного разрушения. Для этого должно быть обеспечено условие

, (19)

где - требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности;

R_N – прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений;

s_r – наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое,

устанавливаемое расчетом.

Наибольшее растягивающее напряжение s_r при изгибе в монолитном слое определяют с помощью номограммы (рисунок 3.4), приводя реальную конструкцию к двухслойной модели.

К верхнему слою модели относят все асфальтобетонные слои, включая рассчитываемый.

Толщину верхнего слоя модели h_в принимают равной сумме толщин, входящих в пакет асфальтобетонных слоев (Sh_i).

Модуль упругости нижнего слоя основания МПа.

К верхнему слою отнесены все асфальтобетонные слои. Модуль упругости верхнего слоя (h_в=20 см) определяем по формуле

(20)

где п – число слоёв дорожной одежды;

– модуль упругости слоя;

– толщина слоя.

Значение модуля упругости верхнего слоя модели устанавливают как средневзвешенное для всего пакета асфальтобетонных слоев по формуле 3.12.

Нижним (полубесконечным) слоем модели служит часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, включая грунт рабочего слоя земляного полотна.

Модуль упругости нижнего слоя модели определяют путем приведения слоистой системы к эквивалентной по жесткости с помощью номограммы рис. 3.4. ( ).

При использовании номограммы рис. 3.4 расчетное растягивающее напряжение определяют по формуле

, (21)

где – растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку, определяемое по номограмме;

– коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия

конструкции под спаренным баллоном. Принимают равным 0,85 (при расчете на однобалочное колесо );

р – расчетное давление.

МПа.

Прочность материала монолитного слоя при многократном растяжении при изгибе определяют по формуле

(22)

где R_o – нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки, принимаемое по табличным данным;

коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных

явлений при многократном приложении нагрузки;

коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов;

коэффициент вариации прочности на растяжение.

Коэффициент k₁, отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляют по выражению:

, (23)

где SN_p - расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия;

m - показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя;

a - коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности, определяемый по табл. П.3.1.

МПа.

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.

Вывод: условие прочности выполнено.