Материал: Проектирование жестких дорожных одежд. учебное пособие. Гладышева И.А., Самодурова Т.В

7.2. Требования к материалам

Непрерывно армированные покрытия устраивают из бетона, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 26633-91*, и арматуры периодического профиля. Класс бетона обосновывают расчетом. Применение бетона класса ниже B 27,5 не допускается.

Расчетные характеристики бетона, используемые при расчетах непрерывно армированных покрытий и оснований, и сопротивление бетона осевому растяжению при расчете на прочность принимают по табл. 7.1.

Таблица 7.1

Расчетные характеристики бетона для проектирования

непрерывно армированных покрытий и оснований

При расчете покрытий на выносливость нормативное сопротивление бетона рассчитывается по формуле

(7.1)

где K_у –относительный предел выносливости бетона (коэффициент усталости бетона при повторном нагружении) определяемый по формуле (3.20).

Расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.R_p^р следует принимать по табл. 7.1. Оно рассчитывается по формуле

(7.2)

где K_б – коэффициент однородности бетона, принимаемый при расчетах K_б= 0,7.

Коэффициенты приведения n^/ при расчете покрытий на выносливость определяют по табл. 7.1 или рассчитывают по формуле

(7.3)

где E_a – модуль упругости арматуры, МПа; E_б – модуль упругости бетона, МПа.

Для армирования покрытий следует применять следующие виды арматурных сталей:

а) стержневая горячекатаная периодического профиля:

класса А-II – диаметром от 10 до 20 мм;

класса А-III – диаметром от 6 до 20 мм;

б) стержневая упроченная вытяжкой периодического профиля:

класса А-IIa – диаметром от 10 до 20 мм;

класса А-IIIв – диаметром от 6 до 20 мм.

Величину силы сцепления между бетоном и арматурой (τ), при отсутствии опытных данных, можно принимать равной пределу прочности бетона на растяжение при изгибе (R_pи).

Нормативное сопротивление арматуры при расчете покрытий на выносливость (R_а^/) определяют по формуле

(7.4)

где R_p^н – расчетное сопротивление материала; K_у^а – коэффициент усталости арматуры, принимается по данным табл. 7.2

Таблица 7.2

Значения коэффициента усталости арматуры

7.3. Общие положения расчета непрерывно армированных покрытий

Расчет непрерывно армированных покрытий производят по методу предельных состояний :

1) на воздействие автомобильного транспорта;

2) на объемные изменения материала.

По первому предельному состоянию производится расчет покрытий по выносливости и прочности на воздействие автомобильной нагрузки.

При расчетах учитывают две стадии работы непрерывно армированных покрытий:

– до раскрытия трещин, когда арматура не включается в работу;

– после образования трещин и включения арматуры в работу на автомобильные нагрузки.

По второму предельному состоянию производят расчет покрытий на воздействие объемных изменений материала, обеспечивающих допустимое раскрытие трещин.

Расчетные напряжения, возникающие в элементах покрытия от воздействия автомобильных нагрузок и объемных изменений материала, при толщине покрытия более 18 см можно не суммировать.

7.4. Расчет покрытий на воздействие объемных изменений материала

Расчеты производятся в следующей последовательности.

Предварительно назначается конструкция дорожной одежды.

Коэффициент армирования покрытия в продольном направлении определяют из условия восприятия арматурой объемных изменений бетона по формуле

(7.5)

где μ – коэффициент армирования; K_с – коэффициент, учитывающий наличие сцепления между покрытием и основанием (K_с =0,85 при укладке покрытия на основание из бетона или цементопесчаной смеси; K_с =1,0 при отсутствии надежного сцепления между покрытием и основанием); R_p^н – нормативное сопротивление бетона осевому растяжению, МПа; R_а^p – расчетное сопротивление арматуры; n^/ – коэффициент приведения.

Процент армирования (p) рассчитывается по формуле

(7.6)

Раскрытие трещин (Δl) от воздействия температурных и усадочных деформаций определяется по формулам

(7.7)

(7.8)

где П – суммарный периметр арматурных стержней; F_а – площадь поперечного сечения арматуры; τ – сила сцепления между бетоном и арматурой; R_p^н – нормативное сопротивление материала; μ – коэффициент армирования покрытия (или процент); E_а – модуль упругости арматуры; K_с – коэффициент, учитывающий наличие сцепления между покрытием и основанием.

При расчете по формулам (7.7) и (7.8) при вычислении q вместо П и F_а может приниматься периметр сечения одного стержня.

При диаметрах арматуры 12, 10, 8 и 6 мм раскрытие трещин уменьшается соответственно до 0,31; 0,25; 0,21 и 0,15 мм.

Диаметр арматуры выбирается из условия минимального раскрытия трещин.

7.5. Расчет покрытий на воздействие автомобильных нагрузок

Непрерывно армированное покрытие на воздействие автомобильной нагрузки рассчитывается как жесткая плита бесконечной длины, лежащая на упругом полупространстве.

Если арматура расположена от поверхности плиты на расстоянии менее 1/2h, то покрытие рассчитывается как бетонное – без учета арматуры (работающее в первой стадии до раскрытия трещин).

Если арматура расположена от поверхности плиты на расстоянии равном или более 1/2h, то покрытие рассчитывается на автомобильные нагрузки как железобетонное – с включением арматуры в работу после раскрытия трещин.

Для работы покрытия в первой стадии расчеты ведутся в следующей последовательности:

1. Определяют эквивалентный (общий) модуль упругости основания.

2. Определяют радиус жесткости непрерывно армированного покрытия (упругую характеристику) по формуле

(7.9)

где h – толщина цементобетонной плиты, см; Е₀ – эквивалентный модуль упругости основания, МПа; Е_б – модуль упругости бетонной плиты, МПа.

3. Определяют изгибающий момент в покрытии в центре площадки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой по площади круга, который рассчитывается по формуле

(7.10)

где Q – нагрузка на колесо автомобиля, МПа; R – радиус отпечатка колеса, принимается равным 18,5 см.

4. Рассчитывают изгибающий момент в центре площадки от нагрузки, расположенной в других точках покрытия:

(7.11)

где - безразмерная величина изгибающего момента, принимаемая

в зависимости от приведенных координат точки (η и ξ), в которой приложена

нагрузка

(7.12)

где x и y – действительные координаты точки.

За начало координат принимается точка приложения нагрузки.

5. Рассчитывается суммарный момент в заданной точке:

(7.13)

6. Проверяют выполнение условия

, (7.14)

где W_б – момент сопротивления бетонного сечения, вычисляемый

по формуле

W_б = bh² / 6 , (7.15)

b - ширина сечения, принимаемая равной 100 см.