Материал: Проектирование автомобильных дорог. Ч. 1

Чтобы гарантировать для дорог каждой категории некоторую соответствующую возможным условиям работы при случайных пре­ вышениях расчетной интенсивности минимальную прочность, най­ денные расчетом значения требуемого общего модуля упругости дорожной одежды должны быть увеличены до значений, приведен­ ных в табл. 16.3.

При расчете толщины дорожной одежды теоретическое значе­ ние модуля упругости намечаемой конструкции дорожной одежды определяют по номограммам, составленным на основе решения о напряжениях и деформациях в двухслойной системе (рис. 16.8 и 16.9). Они связывают значение модулей упругости верхнего и ниж-

Расстояние,м

Рис. 16.7. Эпюра вертикальных напряжений в песчаном подстилающем слое на глубине 25 и 35 см и на глубине 50 см в грунте под асфальтобетонным покрыти­ ем на дементогрунтовом основании при проезде автомобиля КрАЗ-255Б со ско­ ростью 50 км/ч

326

Рис. 16.8. Номограмма для определения модуля упругости верхнего слоя двух­ слойной системы (цифрами на кривых показано отношение Е21Е06Щ— модуля упругости нижнего слоя Е2 к эквивалентному модулю двухслойной системы

£общ)

него слоев Е\ и Е2, относительную толщину верхнего слоя h/D и об­ щий модуль упругости на поверхности двухслойной системы Е0бЩ. Зная четыре из этих величин, можно найти любую пятую.

При расчетах можно пользоваться и одной номограммой, при­ веденной на рис. 16.8, но в этом случае при определении суммарного модуля слоев, лежащих ниже 1покрытия, приходится действовать ме­ тодом последовательных приближений. При этом необходимо, зада­ ваясь значением Е2—суммарного модуля упругости конструктивных слоев, расположенных ниже покрытия (£'2= ^ ’0бщ0.м.г)» —'добиться совпадения точек пересечения с перпендикуляром к оси абсцисс в точке, соответствующей отношению h/D кривой Е2/Е0бЩ, и перпелдикуляра к оси ординат из точки Е2/Еt.

327

Рис. 16.9. Номограмма для определения общего модуля упругости двухслойной системы £ общ (цифрами на кривых показано отношение £ 0s4/£i)

Рассмотрим последовательность расчета на примере трехслой­ ной дорожной одежды (рис. 16.10). Толщина ее верхнего слоя из наиболее дорогого материала принята по конструктивным сообра­ жениям минимальной, равной hn. Толщина нижнего морозозащит­ ного слоя, назначаемая из условия обеспечения отвода воды и пре­ дотвращения пучения, равна Лм.

Задача расчета сводится к определению необходимой толщины слоя основания h0.

1. Исходя из известных модулей упругости грунта Егр и материа­ ла морозозащитного слоя Ем и его толщины hMнаходим эквивалент­ ный модуль системы «нижний слой — подстилающий грунт» £общм_гр.

В данном случае принимаем £,гр= £ ,2, ЕМ=Е\. Для этого на оси ор­ динат (см. рис. 16.9) откладываем отношение Е2/Е1= Егр/Ем, а на

328

Ег

Рис. 16.10. Последовательность расчета толщины нежесткой, дорожной одежды:

а — схема одежды и расчетные величины; б — последовательность расчетов; 1 — 3 — этапы расчета

оси абсцисс — отношение hM/D (где D —диаметр круга, эквива­ лентного площади контакта шины расчетного автомобиля с по­ крытием).

Восстанавливая перпендикуляры из найденных на осях коорди­ нат точек, определяем по точке их пересечения на системе линий на поле номограммы отношение£’гр/£'общм.гр, из которого находим иско­

мый эквивалентный модуль.

2. Исходя из известных значений общего модуля упругости всей дорожной одежды £ 0бщ, модуля упругости покрытия Еп, прини­ маемого за Ei, и конструктивно принятой толщины покрытия кп оп­ ределяем суммарный модуль слоев дорожной одежды, располо­ женных под покрытием — системы «основание — морозозащитный слой — грунт» .£общ0_м_Гр> принимаемый за Е\.

Для этого откладываем на оси абсцисс (рис. 16.9) отношение hn/D и восстанавливаем из этой точки перпендикуляр до пересе­ чения с линией на поле номограммы, соответствующей отношению

Еосщ/Е1 = Е0ъщ/Еп.

Проводя из точки пересечения перпендикуляр к оси ординат, получаем отношение Е21Е1= Е0ьш0_1Л.гр/Еп, из которого находим

искомый модуль £обЩ_м.гр.

3. Зная общие модули £o6iu0_M.rp и Яобщм.Гр и модуль слоя осно­ вания дорожной одежды Е0, находим по номограмме (см. рис. 16.8), пользуясь шкалой ординат E2/Ei = Eo6iuMrpIEQ и линией

на поле номограммы E!o6ulfEl= E 06m0.^.rpi^o, искомое отношение

ЛосиID.

Последовательность расчетов показана на рис. 16.10.

Как видно из предыдущего изложения, последовательность расположения конструктивных слоев и толщина некоторых из них при расчетах дорожных

329

Рис. 16.11. Схемы к методу конструи­ рования и расчета дорожных одежд ХАДИ:

а — схема слоев с изменяющимся по глу­ бине модулем упругости; б — размещение слоев при конструировании дорожной одежды

одежд назначаются проектировщиком. Поэтому определяемые расчетом толщи­ ны остальных слоев в какой-то степени зависят от удачности этих решений, Проф. А. К. Бируля (Харьковский автомобильно-дорожный институт) предло­ жил метод конструирования и расчета равнопрочных дорожных одежд из раз­

При этом необходимый общий модуль одежды принимается согласно изло­ женному выше в этом параграфе.

Изменение модуля упругости конструктивных слоев дорожной одежды дол­ жно соответствовать закономерности, выражаемой формулой проф. Б. И. Когана

одежды; г — координата рассматриваемой точки в системе координат, показан­ ной на рис. 16.11; р — коэффициент, характеризующий интенсивность изменения модуля упругости по глубине.

Значение р определяют из условия, что на поверхности подстилающего грун­ та модуль упругости должен быть равен модулю упругости Е0, а на поверхно­ сти покрытия — модулю'упругости его материала £ в. Подставляя в уравнение

330

Рис. 16.13. Примеры конструкций дорожных одежд, рассчитанных по методу ХАДИ:

1 — двухслойный асфальтобетон; 2 — щебень, обработанный органическими вяжущими в установке; 3 — сортированный по крупности щебень; 4 — подобранная щебеночная смесь, -обработанная органическими вяжущими; 5 — грунт, укрепленный добавками щебня н обра­ ботанный вяжущими; 6 — не сортированный по крупности , щебень; 7 — грунт, укрепленный добавками щебня; 8 — грунт, обработанный органическими вяжущими; 9 — грунт, укреп­

ленный малыми добавками щебня

Построив теоретическую эпюру распределения модуля упругости по глубине {см. рис. 16.11, б), размещают на ней слон разных материалов таким образом, чтобы в середине толщины каждого слоя значение модуля равнялось модулю этого материала. Площадь ступенчатой эпюры модулей дорожной одежды дол­ жна равняться площади, ограниченной теоретической кривой. На рис. 16.13 при­ ведены три варианта дорожной одежды с общим модулем £ ’ 0 б щ = 218 МПа при суммарной толщине 75 см.

16.4. Проверка несвязных слоев дорожной одежды на устойчивость против сдвига

При действии расчетной нагрузки в слоях дорожной одежды, не обладающих большой связностью, не должно возникать явлений сдвига, приводящих к деформациям дорожных одежд. Условия ус­ тойчивости против возникновения сдвигов в некоторой точке конст­ руктивного слоя из несвязных материалов выражаются зависи­ мостью Кулона.

где Ттах — максимальное касательное напряжение; ст— нормальная состав­ ляющая напряжений к площадке, по которой действуют максимальные касатель­ ные напряжения; <р — угол внутреннего трения несвязного материала; с — сцеп­ ление.

Левую часть преобразованного выражения тШах—fftg<p = r aKTна­ зывают активным напряжением сдвига.

331