ОДМ 218.3.030-2013. Отраслевой дорожный методический документ. Методика расчета армированных цементобетонных покрытий дорог и аэродромов на укрепленных основаниях
(издан на основании Распоряжения Росавтодора от 11.11.2013 № 1848-р)
Примечание
Текст документа приведен в соответствии с публикацией на сайте https://rosavtodor.gov.ru/ по состоянию на 20.10.2020. Документ рекомендован к применению с 30.12.2013 Распоряжением Росавтодора от 11.11.2013 № 1848-р.
Издан на основании Распоряжения Федерального дорожного агентства от 11 ноября 2013 г. № 1848-р
ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ
МЕТОДИКА РАСЧЕТА АРМИРОВАННЫХ ЦЕМЕНТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ ДОРОГ И АЭРОДРОМОВ НА УКРЕПЛЕННЫХ ОСНОВАНИЯХ
ОДМ 218.3.030-2013
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)».
Коллектив авторов: канд. техн. наук А.А. Чутков (руководитель работ), д-р техн. наук А.П. Степушин, канд. техн. наук В.В. Татаринов, канд. техн. наук В.Д. Садовой, канд. техн. наук В.А. Сабуренкова, канд. техн. наук А.А. Фотиади.
2 ВНЕСЕН Управлением проектирования и строительства автомобильных дорог Федерального дорожного агентства.
3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 11.11.2013 № 1848-р.
4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР. 5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.
1 Область применения
1.1 Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее — методический документ) разработан в развитие Методических рекомендаций по проектированию жестких дорожных одежд (взамен ВСН 197-91), СП 34.13330.2012 (СНиП 2.05.02-85*), СП 121.13330.2012 (СНиП 32-03-96), Федеральных авиационных правил «Технологическое проектирование и строительство аэродромов ГА» и распространяется на вновь строящиеся автомобильные дороги и аэродромы с покрытиями из монолитного армированного цементобетона на укрепленных основаниях.
1.2 Положения настоящего методического документа не распространяются на проектирование автомобильных дорог и аэродромов, располагаемых в районах со сложными инженерно-геологическими условиями.
2 Нормативные ссылки
В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 3344-83 Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия
ГОСТ 8736-93 Песок для строительных работ. Технические условия
ГОСТ 23558-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия
ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация
ГОСТ 25192-2012 Бетоны. Классификация и общие технические требования
ГОСТ 25607-2009 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия
ГОСТ 25820-2000 Бетоны легкие. Технические условия
ГОСТ 26633-91 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия
ГОСТ 30491-2012 Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими вяжущими, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия
ГОСТ 30740-2000 Материалы герметизирующие для швов аэродромных покрытий. Общие технические условия
ГОСТ Р 52748-2007 Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения
СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения (актуализированная редакция СНиП 52-01-2003)
СП 131.13330.2012 Строительная климатология (актуализированная редакция СНиП 23-01-99*)
СП 121.13330.2012 Аэродромы (актуализированная редакция СНиП 32-03-96) СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры
3 Термины и определения
В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 покрытие: Верхняя часть дорожной одежды, воспринимающая непосредственно усилия от колес автомобилей и опор самолетов, подвергающаяся непосредственному воздействию атмосферных факторов.
3.2 основание дорожной одежды: Несущая часть дорожной одежды, обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на расположенные ниже дополнительные слои основания или грунт земляного полотна.
3.3 искусственное укрепленное основание: Конструктивный слой, расположенный под покрытием, обеспечивающий совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на нижележащие дополнительные слои или грунт земляного полотна, состоящий из обработанных вяжущим материалов, для которых нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе.
3.4 искусственное неукрепленное основание: Конструктивный слой между искусственным укрепленным основанием и грунтом земляного полотна, выполняющий морозозащитную, дренирующую и теплоизолирующую функции.
3.5 жесткое покрытие: Покрытие, работающее под нагрузкой как пластина на упругом основании, к таким покрытиям относятся цементобетонные покрытия.
3.6 армобетонное покрытие: Покрытие из цементобетона, армированного металлической сеткой, предназначенной для восприятия температурных напряжений и расположенной на расстоянии, равном 1/3 — 1/2 толщины плиты от поверхности покрытия.
3.7 железобетонное покрытие: Армированное цементобетонное покрытие, в котором необходимую площадь сечения арматуры определяют расчетом на прочность и ширину раскрытия трещин.
3.8 предельное состояние: Состояние конструкции, при наступлении которого она становится неспособной сопротивляться внешним воздействиям или получает недопустимые по условиям эксплуатации повреждения.
3.9 нормативная нагрузка: Установленное нормами значение массы транспортного средства или категории.
3.10 расчетная нагрузка: Установленное значение для расчета дорожной одежды и покрытия аэродрома, учитывающее условия эксплуатации и конфигурацию шасси транспортного средства или его категорию.
3.11 расчетный изгибающий момент: Внутреннее усилие в сечении плиты покрытия, вызванное внешней силовой нагрузкой.
3.12 предельный изгибающий момент: Предельное значение внутреннего усилия в сечении плиты покрытия, вызванное внешней силовой нагрузкой, при которой наступает предельное состояние.
4 Нормативные и расчетные нагрузки на армированные цементобетонные покрытия автомобильных дорог и аэродромов
4.1 Нормативные и расчетные нагрузки на армированные цементобетонные покрытия автомобильных дорог
4.1.1 Согласно существующему положению о расчете дорожных одежд с цементобетонным покрытием, расчет покрытий автомобильных дорог ведется от нагрузки на колесо автомобиля или прицепа (часто наиболее нагруженного колеса задней оси) или другого колесного средства. В качестве расчетной схемы нагружения конструкции колесом автомобиля принимается гибкий круговой штамп, передающий равномерно распределенную нагрузку.
4.1.2 В соответствии с ГОСТ Р 52748-2007 приняты следующие нормативные нагрузки (таблица 1).
Таблица 1
Нормативные нагрузки на автомобильные дороги
| Нормативные нагрузки, МН, в зависимости от категории автомобильной дороги | ||
| IА, IБ, IВ, II | III, IV | V |
| 0,115 | 0,100 | 0,060 |
4.1.3 В процессе эксплуатации покрытия автомобильных дорог подвергаются воздействию транспортного потока, состоящего из различных автомобилей и автопоездов, отличающихся назначением, грузоподъемностью, количеством осей и нагрузкой на колесо или ось. Учет характера действующей нагрузки осуществляется через принятие соответствующих расчетных характеристик, а также через введение коэффициента динамичности при назначении величины нагрузки.
4.1.4 В связи с тем, что транспортный поток неоднороден, транспортные средства разделяют на группы по грузоподъемности [1], в каждой из которых выделяют расчетный автомобиль. Для каждого колеса осей расчетного автомобиля в группе определяют коэффициент приведения Sn номинальной динамической нагрузки от колеса каждой из n осей транспортного средства к расчетной динамической нагрузке по формуле
S_{n} = (\frac{Q_{\text{дн}}}{Q_{\text{драсч}}})^{\beta}, (1)
где Qдн — номинальная динамическая нагрузка от колеса на покрытие, МН;
\beta Qдрасч — расчетная динамическая нагрузка от колеса на покрытие, МН;
4.1.5 Номинальная динамическая нагрузка Qдн определяется умножением номинальной статической нагрузки на колесо данной оси транспортного средства (по паспортным данным) на коэффициент динамичности по формуле
Qдн = Qн·Kдин, (2)
где Qн — номинальная статическая нагрузка на колесо данной оси, МН;
Kдин — коэффициент динамичности, принимаемый равным 1,3. В зависимости от осевого веса автомобиля Kдин допускается принимать по таблице 2.
Таблица 2
Осевой вес автомобиля
| Осевой вес автомобиля, МН | 0,02 | 0,04 | 0,06 | 0,08 | 0,10 | 0,12 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Kдин | 1,60 | 1,30 | 1,15 | 1,08 | 1,06 | 1,04 |
4.1.6 При определении расчетного значения номинальной статической нагрузки для многоосных автомобилей фактическую номинальную нагрузку на колесо, определяемую по паспортным данным, следует умножать на коэффициент Kс, вычисляемый по формуле
K_{c} = a - \text{в} \cdot \sqrt{\text{Б}_{\text{т}} - \text{с}} , (3)
где Бт — расстояние между крайними осями тележки автомобиля, м; a, в, c — параметры, определяемые в зависимости от числа осей тележки по таблице 3.
Таблица 3
Параметры тележки автомобиля
| Тележки | Величина параметров | ||
| a | в | c | |
| Двухосные | 1,7 | 0,43 | 0,5 |
| Трехосные | 2,0 | 0,46 | 1,0 |
4.1.7 Расчетную динамическую нагрузку Qдрасч определяют как произведение нормативной нагрузки в зависимости от категории автомобильной дороги на коэффициент динамичности
Qдрасч = Qнорм·Kдин, (4)
где Qнорм — нормативная нагрузка на колесо, МН. Суммарный коэффициент приведения Sm_сум от рассматриваемого расчетного автомобиля в группе к расчетной нагрузке определяют как сумму числа осей по формуле
S_{m_\text{сум}} = \sum_{1}^{n} S_{n}. (5)
4.1.8 Значения основных нормативных нагрузок при расчете армированных цементобетонных покрытий автомобильных дорог на укрепленных основаниях следует принимать в соответствии с таблицами 4 и 5.
Таблица 4
Значения нормативных нагрузок для автомобильных дорог
0,6Таблица 5
Значения нормативных нагрузок от транспортных средств
1,40
1,324.2 Нормативные и расчетные нагрузки на армированные цементобетонные покрытия аэродромов
4.2.1 Значения основных нормативных нагрузок при расчете армированных цементобетонных покрытий аэродромов на укрепленных основаниях следует принимать в соответствии с таблицей 6.
Таблица 6
Значения нормативных нагрузок и нагрузок от отечественных и зарубежных самолетов
1
0,95
0,958
0,950
0,940
0,950
0,950
0,950
0,9224.2.2 В соответствии с заданием на проектирование допускается рассчитывать аэродромные покрытия на воздействие вертикальных нагрузок от воздушного судна конкретного типа.
4.2.3 Величину расчетной нагрузки на колесо основной опоры Fd надлежит определять по формуле
F_{d} = \frac{F}{\sum_{i = 1}^{N_{o}} \sum_{j = 1}^{N_{k}} n_{kj}} \cdot K_{o} \cdot k_{d} \cdot \gamma_{f}, (6)
No — количество основных опор;
Nk — количество колес основной опоры;
Ko — коэффициент загрузки основных опор;
\gamma_{f} kd — коэффициент динамичности;
\sum_{i = 1}^{N_{o}} \sum_{j = 1}^{N_{k}} n_{kj} — коэффициент разгрузки;
4.2.4 Покрытия аэродромов по степени воздействия нагрузок воздушных судов и несущей способности надлежит подразделять на группы участков в соответствии с рисунком 1. Приведенные схемы допускается уточнять в зависимости от назначения и ведомственной принадлежности аэродромов, при этом участки покрытий, предназначаемые для систематического руления воздушных судов, следует относить к группе А.
\ell_{\text{впп}} А, Б, В, Г — группы участков;
- ширина взлетно-посадочной полосы
Рисунок 1 — Схема деления покрытий аэродрома на группы участков
4.2.5 При расчете аэродромных покрытий на прочность значения коэффициентов динамичности kd и разгрузки для всех групп участков следует принимать по таблице 7.
Таблица 7
Значения коэффициентов динамичности и разгрузки
4.2.6 При расчете аэродромных покрытий категорию нормативной нагрузки от самолета следует устанавливать с использованием значений классификационных чисел ACN по таблицам 8, 9, 10.
Таблица 8
Значения классификационных чисел ACN для категорий нормативных нагрузок
Таблица 9
Код прочности основания
| Код прочности основания | Категория прочности основания | Значения коэффициента постели основания, МН/м3 |
|---|---|---|
| A | Высокая | Свыше 120 |
| B | Средняя | Свыше 60 до 120 |
| C | Низкая | Свыше 25 до 60 |
| D | Очень низкая | 25 и менее |
Таблица 10
Значения классификационных чисел ACN для различных типов самолетов
5 Материалы для жестких покрытий и укрепленных оснований автомобильных дорог и аэродромов. Технические требования
5.1 Общие положения
5.1.1 Для жестких покрытий автомобильных дорог и аэродромов следует применять тяжелый бетон, отвечающий требованиям ГОСТ 26633-91.
5.1.2 При конструировании монолитных жестких дорожных и аэродромных покрытий в верхнем слое следует применять прочные морозо-, износостойкие, долговечные материалы.
5.2 Материалы для жестких покрытий автомобильных дорог
5.2.1 При проектировании дорожных одежд с цементобетонным покрытием следует применять бетоны тяжелые и мелкозернистые согласно классификации ГОСТ 25192-2012. Бетон должен отвечать требованиям ГОСТ 26633-91.
5.2.2 Основными характеристиками дорожного бетона являются классы (марки) по прочности на растяжение при изгибе и на сжатие, модуль упругости, марка по морозостойкости, коэффициент линейного температурного расширения и коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона).
5.2.3 Класс бетона по прочности принимают в зависимости от конструктивного слоя дорожной одежды, категории дороги и интенсивности расчетной нагрузки (таблица 11).
Таблица 11
Проектные классы бетона для конструктивных слоев автомобильных дорог
5.2.4 Значения начального модуля упругости бетона принимаются в зависимости от прочности бетона на растяжение при изгибе (таблица 12).
Таблица 12
Значения начального модуля упругости бетона
5.2.5 Коэффициент линейной температурной деформации при изменении температуры от -40 °C до 50 °C для тяжелого и мелкозернистого бетонов принимается равным (1·10)-5 °C-1.
5.2.6 Марка бетона по морозостойкости принимается в зависимости от конструктивных слоев дорожной одежды и среднемесячной температуры воздуха наиболее холодного месяца (таблица 13).
Таблица 13
Марки бетона по морозостойкости для конструктивных слоев автомобильных дорог
5.3 Материалы для жестких покрытий аэродромов
5.3.1 Строительство жестких покрытий аэродромов следует выполнять из тяжелого бетона, отвечающего требованиям ГОСТ 26633-91, технических условий [2] и рекомендаций настоящего методического документа.
5.3.2 Допускается применять мелкозернистый бетон, отвечающий требованиям ГОСТ 26633-91, при этом класс бетона по прочности на сжатие в случае использования его в однослойном покрытии или в верхнем слое двухслойного покрытия должен быть не ниже B30. Проектные классы бетона по прочности необходимо принимать не ниже значений, указанных в таблице 14.
Таблица 14
Проектные классы бетона для покрытий аэродромов
5.3.3 Морозостойкость бетона должна быть не ниже значений, приведенных в таблице 15 и на рисунке 2.
Рисунок 2 — Районирование территории России по требуемой морозостойкости бетона для однослойных покрытий и верхнего слоя двухслойных покрытий
Таблица 15
Марки бетона по морозостойкости для покрытий аэродромов
1 Мягкие климатические условия характеризуются среднемесячной температурой наружного воздуха наиболее холодного месяца от 0 °C до -5 °C, умеренные — ниже -5 до -15 °C, суровые — ниже -15 °C. 2 Расчетная среднемесячная температура наружного воздуха принимается в соответствии с требованиями СП 131.13330.2012 (СНиП 23-01-99*).
5.3.4 Нормативные и расчетные характеристики бетона следует принимать по таблице 16.
Таблица 16
Нормативные и расчетные характеристики бетона
1 Классы бетона отвечают гарантированной прочности бетона на растяжение при изгибе с обеспеченностью 0,95. 2 Начальный модуль упругости мелкозернистого бетона приведен для бетона естественного твердения, приготовленного из песков с модулем крупности свыше 2; для бетона естественного твердения, приготовленного из песков с модулем крупности менее 2, табличные значения следует умножать на 0,9.
5.3.5 Вид и класс арматуры, характеристики арматурных сталей надлежит устанавливать в соответствии с требованиями пособия [3], СП 52-101-2003, СП 63.13330.2012 (СНиП 52-01-2003) в зависимости от вида покрытия, назначения арматуры, температурных условий, технологии приготовлении арматурных элементов и способов их использования (ненапрягаемая и напрягаемая арматура).
В качестве ненапрягаемой арматуры в сварных сетках и каркасах следует применять:
- холоднодеформированную арматуру периодического профиля класса В500 (Вр-I, В500С);
- горячекатаную и термомеханически упрочненную арматуру периодического профиля классов А300 (А-II), А400 (А-III, А400С), А500 (А500С).
5.3.6 В качестве монтажной, распределительной и конструктивной арматуры, а также для элементов стыковых соединений следует использовать горячекатаную арматурную гладкую сталь класса А240 (А-I) и обыкновенную арматурную гладкую проволоку класса В-I. Основные характеристики арматуры следует назначать в соответствии с таблицей 17.
Таблица 17
Характеристики арматуры
5.3.7 В качестве арматуры железобетонных конструкций, устанавливаемой по расчету, рекомендуется преимущественно применять арматуру периодического профиля:
5.3.8 В конструкциях покрытий, эксплуатируемых в районах с расчетной зимней температурой ниже -30 °C, не допускается применение арматуры класса А300 марки стали Ст5пс диаметром 18 — 40 мм, а также класса А240 марки стали Ст3кп. Прочие виды и классы арматуры допускается применять без ограничений.
5.4 Материалы для оснований жестких покрытий автомобильных дорог. Технические требования, предъявляемые к основаниям дорожных одежд
5.4.1 Модули упругости конструктивных слоев оснований жестких покрытий автомобильных дорог из щебеночно-гравийно-песчаных смесей и грунтов, обработанных органическими и комплексными вяжущими (органоминеральных смесей согласно ГОСТ 30491-2012), приведены в таблице 18.
Таблица 18
Модули упругости слоев оснований жестких покрытий из щебеночно-гравийно-песчаных смесей и грунтов, обработанных органическими и комплексными вяжущими
5.4.2 Конструктивные слои оснований жестких покрытий автомобильных дорог из черного щебня следует назначать в соответствии с данными таблицы 19.
Таблица 19
Модули упругости слоев оснований жестких покрытий из черного щебня
| Материал слоев | Расчетные значения модуля упругости, МПа |
|---|---|
| Черный щебень, уложенный по способу заклинки | 600 |
| Слой из щебня, устроенного по способу пропитки вязким битумом или битумной эмульсией | 400 |
5.4.3 Модули упругости конструктивных слоев оснований жестких покрытий из смесей щебеночно-гравийно-песчаных и грунтов, обработанных неорганическими вяжущими материалами согласно ГОСТ 23558-94, приведены в таблице 20.
Таблица 20
Модули упругости слоев оснований жестких покрытий, обработанных неорганическими вяжущими
5.4.4 Модули упругости конструктивных слоев оснований жестких покрытий из смесей щебеночно-гравийно-песчаных, соответствующих ГОСТ 25607-2009 и ГОСТ 3344-83, приведены в таблице 21.
Таблица 21
Модули упругости слоев оснований из смесей щебеночно-гравийно-песчаных
5.4.5 Модули упругости слоев оснований жестких покрытий автомобильных дорог из щебеночных смесей, устраиваемых методом заклинки (ГОСТ 25607-2009), приведены в таблице 22.
Таблица 22
Модули упругости слоев оснований из щебеночных смесей, устраиваемых методом заклинки
Примечание - В числителе даны значения для слоев оснований из легкоуплотняемого щебня, в знаменателе — из трудноуплотняемого щебня.
5.5 Материалы для оснований жестких покрытий аэродромов. Технические требования, предъявляемые к основаниям аэродромных покрытий
5.5.1 Для искусственных оснований и термоизоляционных слоев следует применять бетон тяжелый и мелкозернистый (ГОСТ 26633-91), бетон легкий (ГОСТ 25820-2000), жесткие бетонные смеси согласно СП 63.13330.2012 (СНиП 52-01-2003), материалы щебеночные, гравийные и песчаные необработанные (ГОСТ 25607-2009) и обработанные неорганическими (ГОСТ 23558-94) и органическими (ГОСТ 30491-2012) вяжущими, щебень и гравий (ГОСТ 3344-83), песок (ГОСТ 8736-93), а также другие местные материалы.
5.5.2 Материалы всех слоев искусственных оснований должны обладать морозостойкостью, соответствующей климатическим условиям района строительства. Требования к морозостойкости этих слоев приведены в таблице 23.
Таблица 23
Требования к морозостойкости слоев искусственных оснований
5.5.3 Материалы слоев укрепленных оснований жестких армированных покрытий аэродромов следует назначать в соответствии с рекомендациями таблицы 24.
Таблица 24
Рекомендуемые материалы слоев укрепленных оснований жестких армированных покрытий аэродромов
<*> Значения модулей упругости и расчетных сопротивлений растяжению при изгибе приведены для материалов, получаемых способом смешения на месте производства работ. Для материалов, получаемых путем смешения в установке, указанные значения Rtb и Ef следует повышать на 30%.
5.6 Грунты, используемые для оснований автомобильных дорог и аэродромов
5.6.1 Номенклатура грунтов, используемых для грунтового основания автомобильных дорог и аэродромов, по генезису, составу, состоянию в природном залегании, пучинистости, набуханию и просадочности должна устанавливаться в соответствии с ГОСТ 25100-2011.
5.6.2 Расчетные характеристики грунтов природного залегания, а также искусственного происхождения должны определяться на основе их непосредственных испытаний в полевых или лабораторных условиях с учетом возможного изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации аэродромных сооружений. При отсутствии данных испытаний допускается использовать значения расчетных характеристик, установленных на основе статистической обработки массовых испытаний грунтов (таблица 25).
Таблица 25
Расчетные значения коэффициента постели грунтов
Карта дорожно-климатических зон России приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 — Карта дорожно-климатических зон России
5.6.3 Глубина сжимаемой толщи грунтового основания, в пределах которой учитываются состав и свойства грунтов, принимается по таблице 26 в зависимости от числа колес на основной опоре воздушного судна и нагрузки на одно колесо этой опоры.
Таблица 26
Глубина сжимаемой толщи грунтового основания
5.6.4 Тип гидрогеологических условий рекомендуется устанавливать по таблице 27, при этом следует учитывать, что устройство капитальных монолитных покрытий при 3-м типе гидрогеологических условий не допускается без предварительного проведения инженерных мероприятий, приводящих местность к гидрогеологическим условиям 2-го типа [СП 121.13330.2012 (СНиП 32-03-96)].
Таблица 27
Глубина горизонта подземных вод к началу промерзания грунта
1 Глубина промерзания определяется расчетом для открытой, очищенной от снега, поверхности покрытия и исчисляется от его верха с учетом вертикальной планировки поверхности аэродрома и теплотехнических характеристик материалов основания и покрытия. 2 Глубина горизонта подземных вод к началу промерзания грунта исчисляется от верха покрытия до уровня подземных вод, установленного изысканиями, а при наличии глубинного дренажа или других водопонижающих устройств — до верха депрессионной кривой.
6 Классификация монолитных армированных цементобетонных покрытий
6.1 Жесткие покрытия представляют собой слоистую систему, включающую покрытие, конструктивные слои искусственных оснований и естественный грунт.
\cdot 6.2 Различают следующие виды покрытий.
\cdot Бетонные, не имеющие армирования.
\cdot Армобетонные из цементобетона, армированного сеткой, расположенной на расстоянии от поверхности, равном от 1/3 до 1/2 толщины плиты. Процент армирования определяется температурными напряжениями и находится в пределах 0,1 до 0,15. При толщине плиты до 0,3 м их армируют сетками из стержневой арматуры диаметром от 10 до 14 мм, при толщине плит свыше 0,3 м — диаметром от 14 до 18 мм. Шаг стержней продольной арматуры в сетках принимают по расчету в зависимости от процента армирования. Поперечное армирование конструктивное, расстояние между поперечными стержнями принимают равным 0,4 м.
Железобетонные, в которых необходимую площадь арматуры определяют расчетом на эксплуатационную нагрузку. Рабочую арматуру располагают в одном или двух уровнях по сечению плиты. Процент армирования должен быть от 0,25 до 0,4. Для армирования железобетонных покрытий с ненапрягаемой арматурой применяют сварные каркасы из арматуры диаметром от 12 до 18 мм или сварные сетки из арматуры диаметром от 5 до 18 мм. Расстояния между стержнями назначают в зависимости от требуемой площади арматуры и принятого диаметра стержней в пределах от 0,1 до 0,3 м.
6.3 Расчетными предельными состояниями жестких покрытий являются (таблица 28) [4]:
- предельное состояние по прочности (для армобетонных покрытий);
- предельные состояния по прочности и раскрытию трещин (для железобетонных покрытий с ненапрягаемой арматурой).
Таблица 28
Предельные состояния жестких покрытий
3
md <= muПримечание - Re - радиус круга, равновеликого площади отпечатка колеса основной опоры, м; B, Bsup, Binf - жесткость плиты соответственно однослойного покрытия, верхнего и нижнего слоев двухслойного покрытия, (МН·м2)/пог. м; Bf - то же, укрепленного основания, (МН·м2)/пог. м; Ksi - коэффициент постели i-го слоя, МН/м3; Kse - эквивалентный коэффициент постели, МН/м3; Rs - расчетное сопротивление растяжению арматурной стали, МПа; As,sup, As,inf - площадь сечения арматуры железобетонного покрытия соответственно в верхней и нижней зонах, м2/пог. м; md, md,sup, md,inf - расчетный изгибающий момент на единицу ширины сечения соответственно для однослойного покрытия, верхнего и нижнего слоев двухслойного покрытия, (МН·м)/пог. м; mu, mu,sup, mu,inf - предельный изгибающий момент на единицу ширины сечения соответственно для однослойного покрытия, верхнего и нижнего слов двухслойного покрытия, (МН·м)/пог. м.
\cdot 6.4 При проектировании допускаются следующие варианты конструкций жестких покрытий на укрепленном основании. Однослойное армобетонное покрытие на укрепленном основании (рисунок 4).
| а) | |
|---|---|
 б) |
 |
а - с дренирующим основанием; б - без дренирующего основания; 1 - армобетонное покрытие; 2 - разделяющая прослойка; 3 - укрепленное основание; 4 - дренирующее основание; t, ti, tf - толщина соответственно однослойного покрытия, слоев искусственного неукрепленного и укрепленного основания
Рисунок 4 - Однослойное армобетонное покрытие на укрепленном основании
\cdot Двухслойное армобетонное покрытие на укрепленном основании (рисунок 5).
| а) | |
|---|---|
 б) |
 |
а - с дренирующим основанием; б - без дренирующего основания; 1 - армобетонное покрытие; 2 - разделяющая прослойка; 3 - укрепленное основание; 4 - дренирующее основание; 5 - бетонное покрытие; tsup, tinf - толщина слоев двухслойного покрытия соответственно верхнего и нижнего
Рисунок 5 - Двухслойное армобетонное покрытие на укрепленном основании
\cdot Однослойное железобетонное покрытие на укрепленном основании (рисунок 6).
| а) | |
|---|---|
 б) |
 |
а - с дренирующим основанием; б - без дренирующего основания; 1 - железобетонное покрытие; 2 - разделяющая прослойка; 3 - укрепленное основание; 4 - дренирующее основание
Рисунок 6 - Однослойное железобетонное покрытие на укрепленном основании
6.5 Двухслойные покрытия следует устраивать с совмещением швов в слоях. В отдельных случаях допускается устраивать двухслойные покрытия с несовмещением швов (с несовмещенными швами считаются покрытия, в которых продольные и поперечные швы в верхнем и нижнем слоях взаимно смещены более чем на 2tsup).
При проектировании покрытий с совмещенными швами следует предусматривать взаимное смещение швов в обоих направлениях до 2tsup. В покрытиях с совмещенными швами жесткость нижнего слоя не должна превышать жесткость верхнего более чем в 2 раза.
6.6 Между плитами жестких монолитных покрытий и искусственными основаниями, а также между слоями двухслойных монолитных покрытий необходимо предусматривать конструктивные мероприятия, обеспечивающие независимость горизонтальных перемещений слоев (разделительных прослоек из рулонных, пленочных полимерных и других материалов). Применение пескобитумного коврика (прослойки) не допускается.
При устройстве двухслойных покрытий методом сращивания разделительная прослойка не устраивается.
6.7 В деформационных швах однослойных покрытий необходимо предусматривать устройство стыковых соединений, обеспечивающих передачу нагрузки с одной плиты на другую, и возможность взаимного горизонтального смещения плит в направлении, перпендикулярном шву. Вместо устройства стыковых соединений допускается предусматривать усиление краевых участков плит армированием или утолщением, либо применять подшовные плиты.
6.8 Двухслойные покрытия с совмещенными швами следует проектировать с устройством стыковых соединений в продольных и поперечных швах. Допускается устраивать стыковые соединения только в верхнем слое, но параметры их принимать как для однослойной плиты, имеющей жесткость, равную суммарной жесткости слоев.
6.9 В двухслойных покрытиях с несовмещенными швами стыковые соединения следует предусматривать только в поперечных технологических (рабочих) швах, при этом в армобетонных покрытиях нижнюю зону плит верхнего слоя надлежит армировать над швами нижнего слоя в соответствии с расчетом. Армирование монолитных железобетонных плит следует выполнять в соответствии со схемами, приведенными на рисунках 7 и 8, и рекомендациями таблицы 29.
а, в - положительные изгибающие моменты при ширине плиты соответственно до 10 м и более; б, г - отрицательные изгибающи \ell е моменты при ширине плиты соответственно до 10 м и более; - упругая характеристика плиты, м (цифры в кружках обозначают зоны армирования плиты)
Рисунок 7 - Схема деления железобетонной плиты на зоны армирования
K_{\ell} Рисунок 8 - График для определения поправочного коэффициента в зависимости от упругой характеристики плиты
Таблица 29
\mu_{a} Значения процента армирования участков плит железобетонного покрытия
7 Деформационные швы в жестких покрытиях автомобильных дорог и аэродромов
7.1 Жесткие покрытия следует расчленять на отдельные плиты деформационными швами сжатия. Размеры плит должны устанавливаться в зависимости от местных климатических условий, а также в соответствии с намеченной технологией производства строительных работ.
7.2 Расстояния между деформационными швами сжатия для монолитных армированных жестких покрытий не должны превышать значений, приведенных ниже.
Покрытие Расстояние между
швами сжатия, м
Армобетонное при годовой
амплитуде среднесуточных температур:
45 °C и выше .................................... 10
менее 45 °C .................................... 15
в одном уровне .................................. 7,5 в двух уровнях .................................. 20
7.3 Годовую амплитуду среднесуточных температур надлежит вычислять как разницу средних температур воздуха наиболее жаркого и наиболее холодного месяцев, определяемых в соответствии с требованиями СП 131.13330.2012 (СНиП 23-01-99*).
7.4 Деформационные швы жестких покрытий должны быть защищены от проникновения поверхностных вод и эксплуатационных жидкостей, а также от засорения их песком, щебнем и другими твердыми материалами. В качестве заполнителей швов должны использоваться специальные герметизирующие материалы горячего и холодного применения, отвечающие требованиям деформативности, адгезии к бетону, температуростойкости, химической стойкости, липкости к пневматикам авиационных колес и усталостным деформациям, соответствующим условиям их применения. Материалы — заполнители швов — не должны изменять свои эксплуатационные свойства при кратковременном воздействии горячих газовоздушных струй от авиадвигателей.
7.5 В качестве материалов для заполнения деформационных швов жестких покрытий должны применяться специальные герметизирующие материалы, которые по технологии применения подразделяются на герметики горячего и холодного применения.
7.6 По виду основного компонента герметики подразделяют на битумные (Б), битумно-полимерные (БП), битумно-резиновые (БР), полимерные (П). Материалы, предназначенные для герметизации деформационных швов жестких и асфальтобетонных покрытий аэродромов, должны отвечать эксплуатационным и технологическим требованиям, предъявляемым ГОСТ 30740-2000.
7.7 Необходимость устройства швов расширения и расстояния между ними следует обосновывать расчетом с учетом климатических условий и конструктивных особенностей покрытий. Швы расширения необходимо устраивать при примыкании покрытий к другим сооружениям, а также при примыкании различных элементов аэродрома друг к другу.
7.8 К технологическим швам относятся швы, устройство которых обусловливается шириной захвата бетоноукладочных машин и возможными перерывами в строительном процессе. В монолитных покрытиях продольные технологические швы необходимо использовать в качестве деформационных.
7.9 Конструкции швов сжатия следует принимать в соответствии с таблицей 30.
Таблица 30
Шпунтовый сквозной
Сквозной с краевым армированием
Ложный с краевым армированием
Ложный штыревой (штырь покрывается битумом на 2/3 длины)
Шпунтовый сквозной
Сквозной без стыковых соединений
Ложный без стыковых соединений
Ложный штыревой (штырь покрывается битумом на 2/3 длины)Поперечный
\ell Примечание - as — шаг арматуры, м; c — длина штыря, м; d — номинальный диаметр арматурных стержней, мм; — упругая характеристика плиты, м.
8 Искусственные основания
\cdot 8.1 Искусственные основания жестких покрытий состоят из одного или нескольких слоев, которые по своему назначению подразделяют на:
\cdot упрочняющие или повышающие несущую способность покрытия;
\cdot дренирующие, отводящие воду из оснований;
\cdot термоизоляционные, уменьшающие глубину промерзания-оттаивания грунтового основания;
\cdot гидроизолирующие, предотвращающие проникание поверхностных вод в грунтовое основание или воздействие засоленных грунтов на материалы вышележащих слоев;
\cdot капилляропрерывающие, предотвращающие проникание грунтовых вод в вышележащие слои;
противозаиливающие, предотвращающие проникание частиц переувлажненного глинистого или пылеватого грунта в вышележащие слои искусственных оснований из крупнопористых материалов.
8.2 Искусственные покрытия устраивают на укрепленных искусственных основаниях из материалов, обработанных органическими или неорганическими вяжущими.
8.3 При устройстве искусственных оснований из крупнозернистых материалов, укладываемых непосредственно на глинистые грунты, должна быть предусмотрена противозаиливающая прослойка, которая исключала бы возможность проникания грунта основания при его увлажнении в слой крупнопористого материала.
Толщина противозаиливающей прослойки должна быть не менее размера наиболее крупных частиц используемого зернистого материала, но не менее 5 см.
8.4 Для местности с гидрогеологическими условиями 2-го типа, когда естественное основание сложено недренирующими грунтами (глинами, суглинками, суглинками и супесями пылеватыми), в конструкциях искусственных оснований следует предусматривать дренирующие слои из песков крупных и средней крупности с коэффициентом фильтрации не менее 7 м/сут. Минимальная толщина дренирующего слоя приведена в таблице 31.
Таблица 31
Минимальная толщина дренирующего слоя
Примечание - В числителе указана толщина слоя для районов, расположенных в южной части дорожно-климатической зоны, в знаменателе — в северной части.
8.5 В качестве материала дренирующего слоя может быть использован щебень с большим коэффициентом фильтрации, чем у песка.
\cdot 8.6 Грунтовые основания (спрофилированные и уплотненные местные или привозные грунты), которые должны обеспечивать прочность и устойчивость дорожной и аэродромной одежд независимо от погодных условий и времени года, следует проектировать с учетом:
\cdot состава и физико-механических характеристик грунтов в пределах сжимаемой толщи и зоны действия на грунты природных факторов;
\cdot типов гидрологических условий;
\cdot дорожно-климатической зоны объекта;
\cdot категории нормативных нагрузок;
опыта проектирования, строительства и эксплуатации жестких дорожных и аэродромных одежд, расположенных в аналогичных инженерно-геологических, гидрологических и климатических условиях. Минимально допустимую толщину конструктивных слоев (в уплотненном состоянии) искусственных оснований следует принимать согласно таблице 32. При этом толщина конструктивного слоя должна быть во всех случаях не меньше чем 1,5 размера наиболее крупной фракции применяемого в слое минерального материала.
Таблица 32
Минимальная толщина конструктивных слоев искусственных оснований
9 Расчет на прочность монолитных армированных цементобетонных покрытий автомобильных дорог и аэродромов на укрепленных основаниях
9.1 Общие положения
9.1.1 Монолитные армированные цементобетонные покрытия дорог и аэродромов должны удовлетворять предельным состояниям, приведенным в таблице 28.
9.1.2 При расчете армированных покрытий на прочность многоколесную нагрузку располагают в центре плиты так, чтобы было создано самое невыгодное загружение (рисунок 9). Расчетным колесом считается колесо, расположенное в центре плиты. Нагрузка от расчетного колеса считается распределенной по круговому отпечатку радиуса Re, определяемого по следующей формуле:
R_{e} = \sqrt{\frac{F_{d}}{\pi \cdot p_{a}}} . (7)
\eta \xi , — приведенные координаты
Рисунок 9 — Расчетная схема загружения армированного покрытия четырехколесной нагрузкой
Нагрузка от колес, не совпадающих с расчетным сечением, принимается как сосредоточенная сила величиной Fd.
9.1.3 При выполнении расчета на прочность определяется максимальный изгибающий момент при центральном загружении плиты mc,max, который вычисляется как наибольший суммарный момент, создаваемый колесами в расчетном сечении плиты, перпендикулярном к осям X и Y (см. рисунок 9)
m_{c,max} = m_{1} + \sum_{i = 2}^{n_{k}} m_{x(y)i}, (8)
где m1 — изгибающий момент от действия колеса, центр отпечатка которого совпадает с расчетным сечением, (МН·м)/пог. м;
nk — количество колес нагрузки;
mx(y)i — изгибающий момент, создаваемый действием i-го колеса, расположенного за пределами расчетного сечения, (МН·м)/пог. м.
\cdot 9.1.4 Значения изгибающих моментов в расчетном сечении надлежит определять следующим образом: момент от колеса, совпадающего с расчетным сечением
m_{1} = F_{d} \cdot \overline{m_{1}}, (9)
\alpha = R_{e}/\ell \overline{m_{1}}
\ell где — единичный изгибающий момент от действия колеса, центр отпечатка которого совпадает с расчетным сечением, м/пог. м, определяется по таблице 33 в зависимости от параметра ;
- упругая характеристика плиты, м
\ell = \sqrt{\frac{B}{K_{se}}} ; (10)
\cdot моменты от колес, не совпадающих с расчетным сечением
m_{x(y)i} = F_{d} \cdot \overline{m_{x(y)i}}, (11)
\eta_{i} = \frac{x_{i}}{\ell} \xi_{i} = \frac{y_{i}}{\ell} \overline{m_{x(y)i}} где — единичные изгибающие моменты, создаваемые действием i-го колеса, расположенного за пределами расчетного сечения, определяемые по таблице 34 в зависимости от приведенных координат и , м/пог. м.
Таблица 33
Значения единичного изгибающего момента, м/пог. м, от действия колеса, центр отпечатка которого совпадает с расчетным сечением
\overline{m_{1}} \alpha Примечание - Для промежуточных значений величину следует принимать по линейной интерполяции.
Таблица 34
Значения единичных изгибающих моментов от действия i-го колеса, расположенного за пределами расчетного сечения
-0,0003
Продолжение таблицы 34
-0,0009
Продолжение таблицы 34
-0,0010
Продолжение таблицы 34
-0,0003
Примечания \eta \xi \overline{m_{yi}}
1 Значения находятся при зам \xi ене \eta в таблице \overline{m_{xi}} вх \overline{m_{yi}} ода по входом по и обратно. 2 Для промежуточных значений и величины и следует принимать по линейной интерполяции.
Таким образом, формула для определения mc,max имеет следующий вид:
m_{c,max} = F_{d} \cdot [\overline{m_{1}} + max(\sum_{i = 2}^{n_{k}} \overline{m_{xi}}, \sum_{i = 2}^{n_{k}} \overline{m_{yi}})]. (12)
При определении моментов должны быть исключены колеса, вызывающие отрицательное значени \gamma_{c} е изгибающего момента в расчетном сечении.
9.1.5 При расчете армированных покрытий аэродромов значения коэффициента условий работы следует принимать по данным таблицы 35.
Таблица 35
Значения коэффициента условий работы жестких покрытий
9.1.6 Для слоистых неукрепленных оснований армированных цементобетонных покрытий эквивалентный коэффициент постели Kse следует определять по формуле
K_{se} = \frac{K_{s1} + K_{s2} \cdot \alpha_{2} + K_{s3} \cdot \alpha_{3}}{1 + \alpha_{2} + \alpha_{3}} , (13)
где
\alpha_{2} = \frac{t_{2} \cdot [1,6 \cdot D_{r} - (t_{1} + 0,5 \cdot t_{2})]}{t_{1} \cdot (1,6 \cdot D_{r} - 0,5 \cdot t_{1})} , (14)
\alpha_{3} = \frac{0,5 \cdot [1,6 \cdot D_{r} - (t_{1} + t_{2})]^{2}}{t_{1} \cdot (1,6 \cdot D_{r} - 0,5 \cdot t_{1})} ; (15)
Ks1, Ks2, Ks3 - расчетные значения коэффициентов постели соответственно первого (считая сверху), второго и третьего слоев естественного или искусственного основания из однородных грунтов в различном состоянии, включая дренирующие и теплозащитные слои, МН/м3;
t1, t2 — толщина соответственно первого и второго слоев основания, м;
Dr — условный диаметр круга передачи нагрузки на \alpha_{2} основание, принимаемый для монолитных покрытий, рассчитываемых на внекатегорийную и I категорию нагрузок, равным 3,6 м, на II категорию — 3,2 м, на III категорию — 2,9 м, на IV категорию — 2,4. При расчете конструкций на конкретный самолет категорию нормативной нагрузки следует выбирать из таблицы 8. При расчете автомобильных дорог I и II категорий Dr = 3,2 м, для остальных категорий Dr = 2,9 м.
Для оснований, состоящих из двух слоев, значения и t2 принимаются равными нулю.
9.1.7 Если в основании более трех слоев, конструкцию приводят к расчетной трехслойной путем объединения наиболее тонких слоев со смежными, а при расчете эквивалентного коэффициента постели используют показатели (толщину tred и приведенное значение коэффициента постели Ksr) объединенного слоя, определяемые по формулам
t_{red} = \sum_{i = 1}^{n} t_{i}, (16)
K_{sr} = \frac{\sum_{i = 1}^{n} K_{si} \cdot t_{i}}{\sum_{i = 1}^{n} t_{i}} , (17)
где ti, Ksi — соответственно толщина, м, и коэффициент постели, МН/м3, каждого из объединяемых слоев.
9.1.8 Расчетное количество приложений нагрузки U следует определять по формуле
U = \sum_{i = 1}^{n_{j}} k_{n} \cdot n_{a} \cdot N_{i}, (18)
где na — количество осей в расчетной схеме загружения;
Ni — количество приложений колесной нагрузки за проектный срок эксплуатации (20 лет);
nj — количество учитываемых типов транспортных средств; kn — коэффициент приведения, определяемый по графику, приведенному на рисунке 10, в зависимости от отношения расчетной нагрузки на колесо i-го транспортного средства Fdi к максимальной расчетной нагрузке для данного покрытия Fmax.
Рисунок 10 — График для определения коэффициента kn
9.2 Расчет армобетонных покрытий на укрепленном основании
9.2.1 Армобетонные покрытия на укрепленном основании должны удовлетворять следующим предельным состояниям по прочности:
- однослойные варианты покрытий на укрепленном основании
md <= mu; (19)
- двухслойные варианты покрытий на укрепленном основании
(20)С целью недопущения перерасхода строительных материалов предельные состояния по каждому слою должны быть выполнены с точностью до 5%
\epsilon = \frac{m_{u} - m_{d}}{m_{u}} \cdot 100\% \leq 5\%. (21)
9.2.2 Расчетные значения изгибающих моментов на единицу ширины сечения армобетонных однослойных покрытий на искусственном основании из материалов, для которых нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе (укрепленном основании), следует определять по формуле
m_{d} = \frac{B}{B + B_{f}} \cdot m_{c,max} \cdot k \cdot \rho, (22)
где
B = 0,085·Eb·t3; (23)
Bf — жесткость укрепленного основания, (МН·м2)/пог. м
B_{f} = 0,085 \cdot E_{f} \cdot t_{f}^{3}; (24)
tf — толщина укрепленного основания, м;
Ef — расчетный модуль упругости укрепленного основания (при наличии нескольких слоев основания их жесткости суммируются), МПа;
mc,max — максимальный изгибающий момент при центральном загружении плиты, вычисляемый как для однослойной плиты жесткостью B + Bf по формуле (12), (МН·м)/пог. м;
\rho k — переходный коэффициент от изгибающего момента при центральном загружении к моменту при краевом загружении, принимаемый для армобетонных покрытий со стыковыми соединениями или конструктивным краевым армированием равным 1,2; для армобетонных покрытий, устраиваемых без стыковых соединений и краевого армирования плит, — 1,5;
- безразмерный коэффициент
\rho = 1 - 0,167 \cdot \theta_{0}; (25)
\gamma_{b} = \frac{B}{B_{f}} \theta_{0}
- коэффициент, определяемый по графику, приведенному на рисунке 11, в зависимости от значения коэффициента .
\theta_{0} Рисунок 11 — График для определения коэффициента
9.2.3 Расчетные значения изгибающих моментов на единицу ширины сечения армобетонных двухслойных покрытий на искусственном основании из материалов, для которых нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе (укрепленном основании), рекомендуется определять по следующим формулам:
- для верхнего слоя с совмещенными швами
m_{d,sup} = \frac{B_{sup}}{B_{tot}} \cdot m_{c,max} \cdot k\prime \cdot \rho; (26)
- для нижнего слоя с совмещенными швами
m_{inf} = \frac{B_{inf}}{B_{tot}} \cdot m_{c,max} \cdot k\prime \cdot \rho; (27)
- для верхнего слоя с несовмещенными швами
m_{d,sup} = \frac{B_{sup}}{B_{tot}} \cdot m_{c,max} \cdot k_{1} \cdot \rho; (28)
- для нижнего слоя с несовмещенными швами
m_{inf} = \frac{B_{inf}}{B_{tot}} \cdot m_{c,max}, (29)
где mc,max — максимальный изгибающий момент при центральном загружении плиты, вычисляемый как для однослойной плиты жесткостью Btot = Bsup + Binf + Bf, (МН·м)/пог. м;
k' — коэффициент, принимаемый равным 1,5 при отсутствии стыковых соединений в верхнем и нижнем слоях; 1,4 при устройстве стыковых соединений только в нижнем слое; 1,2 при устройстве стыковых соединений в верхнем и нижнем слоях или только в верхнем слое, но с параметрами, принятыми по толщине покрытия, вычисленной по суммарной жесткости слоев;
\rho k1 — коэффициент, учитывающий концентрацию изгибающих моментов в верхн \theta_{0} ем слое двухслойного покрытия над краями и углами плит нижнего слоя, принимаемы \gamma_{b} й по таблице 36;
\gamma_{b} = \frac{B_{inf} + B_{sup}}{B_{f}} — коэффициент, вычисляемый по формуле (25) в зависимости от величины , определяемой по графику, приведенному на рисунке 11, при следующих значениях :
\gamma_{b} = \frac{B_{inf}}{B_{f}} — для покрытий с совмещенными швами;
- для покрытий с несовмещенными швами.
Таблица 36
Значения коэффициента k1
| \frac{B_{inf}}{B_{sup}} | \frac{B_{inf}}{B_{sup}} k1 | ||
|---|---|---|---|
| k1 | 0 | 1,20 | 4,00 |
| 2,00 | 0,15 | 1,04 | 5,00 |
| 2,25 | 1,00 | 1,25 | 6,00 |
| 2,50 | 2,00 | 1,50 | 7,00 |
| 2,75 | 3,00 | 1,75 | 8,00 |
3,00
9.2.4 Предельные значения изгибающих моментов на единицу ширины сечения армобетонных однослойных покрытий mu на искусственном основании из материалов, для которых нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе (укрепленном основании), следует определять по формуле
m_{u} = \gamma_{c} \cdot R_{tb} \cdot \frac{t^{2}}{6} \cdot k_{u}, (30)
где ku — коэффициент, учитывающий количество приложений колесных нагрузок за проектный срок службы, принимаемый при расчете покрытий автомобильных дорог равным 1, а при проектировании покрытий аэродромов рассчитываемый по формуле
k_{u} = 2 - \frac{lg(U)}{6} . (31)
9.2.5 Предельные значения изгибающих моментов на единицу ширины сечения армобетонных двухслойных покрытий на искусственном основании из материалов, для которых нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе (укрепленном основании), необходимо определять по следующим формулам:
- предельный изгибающий момент в верхнем слое
m_{u,sup} = \gamma_{c,sup} \cdot R_{tb,sup} \cdot \frac{t_{sup}^{2}}{6} \cdot k_{u}; (32)
- предельный изгибающий момент в нижнем слое
m_{u,inf} = \gamma_{c,inf} \cdot R_{tb,inf} \cdot \frac{t_{inf}^{2}}{6} \cdot k_{u} \cdot k_{m}, (33)
\gamma_{c,sup} гд \gamma_{c,inf} е km — коэффициент, учитывающий толщину верхнего слоя и принимаемый по графику, приведенному на рисунке 12;
, — коэффициенты условий работы соответственно верхнего и нижнего слоев покрытия; Rtb,sup, Rtb,inf — расчетные сопротивления растяжению при изгибе соответственно верхнего и нижнего слоев покрытия, МПа.
Рисунок 12 — График для определения коэффициента km
\cdot 9.2.6 Расчет арматурной сетки армобетонного покрытия надлежит осуществлять следующим образом. Определить шаг продольной арматуры сетки as при условии расположения крайних стержней на границах зоны армирования
a_{s} = \frac{B_{s}}{n - 1} , (34)
где Bs — ширина зоны армирования плиты, определяемая как разница между шириной плиты и удвоенным значением защитного слоя шва 2a = 0,1 м;
\cdot n — количество стержней рабочей арматуры. Определить количество стержней рабочей арматуры n для всей плиты с округлением в большую сторону до целого значения
n = \frac{A_{sp}}{A_{1}} , (35)
где A1 — площадь сечения одного стержня рабочей арматуры, м2; Asp — общая площадь стержней рабочей арматуры сетки армобетонной плиты, м2
A_{sp} = \frac{\mu_{a} \cdot A_{b}}{100} ; (36)
Ab — площадь поперечного сечения плиты армобетонного покрытия, м2
Ab = t·Bs. (37)
Шаг поперечной арматуры сетки армобетонного покрытия принимается постоянным и равен 0,4 м. В случае деления арматурной сетки на фрагменты длина их нахлеста в продольном направлении должна быть не менее 30 номинальных диаметров стержней рабочей арматуры.
9.3 Расчет монолитных железобетонных покрытий на укрепленном основании
9.3.1 Железобетонные покрытия на укрепленном основании должны удовлетворять следующим предельным состояниям:
- по прочности
md <= mu (38)
(данное условие должно выполняться для конструкции покрытия и укрепленного основания; характеристики укрепленного основания подбираются таким образом, чтобы обеспечить равенство расчетного и предельного изгибающих моментов);
- по раскрытию трещин
acrc >= 0,3, (39)
где acrc — ширина раскрытия трещин в расчетном сечении, мм.
9.3.2 Расчетное значение изгибающего момента на единицу ширины сечения железобетонных покрытий на искусственном основании из материалов, для которых нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе (укрепленном основании), следует определять по формуле
md = mc,max·k·kN, (40)
где k — переходный коэффициент от изгибающего момента при центральном загружении к моменту при краевом загружении, принимаемый равным 1,15;
kN — коэффициент, учитывающий накопление остаточных прогибов в основании из материалов, не обработанных вяжущими, и принимаемый равным 1,1.
Величину mc,max при расчете железобетонных монолитных покрытий рекомендуется определять по формуле (12) в зависимости от жесткости, рассчитываемой с учетом параметров арматуры. Жесткость железобетонных плит определяется по формуле
B = \frac{E_{s} \cdot A_{s}}{\psi_{b}} \cdot (t_{0} - \frac{x}{3}) \cdot (t_{0} - x), (41)
\psi_{b} где As — площадь сечения растянутой арматуры на единицу ширины сечения плиты, м2/пог. м.;
- коэффициент, учитывающий работу бетона между трещинами в растянутой зоне и принимаемый равным при расчете по прочности 0,2, по раскрытию трещин — 1; t0 — рабочая высота сечения (расстояние от сжатой грани сечения до центра тяжести растянутой арматуры), м (рисунок 13)
t0 = t — tpr — d/2, (42)
tpr — толщина защитного слоя, м; x — высота сжатой зоны бетона в сечении, м
x = (- \theta_{0} + \sqrt{\theta_{0}^{2} + 2 \cdot \theta_{0}}) \cdot t_{0}, (43)
\theta_{0} = \frac{E_{s}}{E_{b}} \cdot \frac{\psi_{c}}{\psi_{b}} \cdot \mu; (44)
\psi_{c} — коэффициент армирования, равный As/t0;
- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения деформаций крайнего волокна сжатой зоны сечения на участке между трещинами и принимаемый по таблице 37 в зависимости от отношения шага арматуры as, расположенной параллельно рассматриваемому сечению, к толщине плиты t.
| а) | |
|---|---|
 б) |
 |
z — плечо изгибающего момента, м; b — ширина рабочей зоны, равная 1 м; Ru — сопротивление бетона, МПа
Рисунок 13 — Расчетная схема (а, б) железобетонного покрытия
Таблица 37
\psi_{c} Значения коэффициента
| \frac{a_{s}}{t} | 0,50 | 0,75 | 1,00 | 1,25 | |
|---|---|---|---|---|---|
| \psi_{c} 1,50 и более | 0,79 | 0,67 | 0,59 | 0,53 |
0,48
Значение величины шага арматуры as, расположенной параллельно рассматриваемому сечению, рекомендуется устанавливать по формуле
a_{s} = \frac{A_{1}}{A_{s}} = \frac{\pi \cdot d^{2}}{4 \cdot A_{s}} . (45)
9.3.3 Предельное значение изгибающего момента на единицу ширины сечения железобетонных покрытий на искусственном основании из материалов, для которых нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе (укрепленном основании) mu, следует определять по формуле
m_{u} = \gamma_{c} \cdot A_{s} \cdot R_{s} \cdot (t_{0} - \frac{x}{3}), (46)
где Rs — расчетное сопротивление арматуры растяжению, МПа.
9.3.4 Расчет железобетонных монолитных покрытий на искусственном основании из материалов, для которых нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе (укрепленном основании), заключается в подборе толщины укрепленного основания при заданной величине толщины железобетона, при которой выполняется условие прочности md = mu.
9.3.5 Расчет рекомендуется производить в следующем порядке. Сначала выполняется определение расчетного и предельного изгибающих моментов железобетонного покрытия без искусственного основания по формулам (40), (46) и проверяется условие прочности (38). Если это условие выполняется, укрепление основания не требуется. При невыполнении условия прочности (38) вычисляется требуемый максимальный изгибающий момент mc,max,d при центральном загружении плиты из условия равенства расчетного и предельного изгибающих моментов
m_{c,max,d} = \frac{m_{u}}{k \cdot k_{N}} . (47)
\ell_{d} \ell_{d} Следующим этапом расчета является определение требуемой упругой характеристики плиты , при которой выполняется условие md = mu. Определение величины следует выполнять по номограммам, приведенным на рисунках 14 — 18.
\ell_{d} Рисунок 14 — Номограмма для определения нормативных нагрузок автомобильных дорог
| а) | |
|---|---|
 б) |
 |
\ell_{d} Рисунок 15 — Номограммы (а, б) для определения транспортных средств
\ell_{d} Рисунок 16 — Номограмма для определения нормативных нагрузок аэродромов
| а) | |
|---|---|
 б) |
 |
\ell_{d} Рисунок 17 — Номограммы (а, б) для определения отечественных самолетов
| а) | |
|---|---|
 б) |
 |
\ell_{d} Рисунок 18 — Номограммы (а, б) для определения зарубежных самолетов
Требуемое значение коэффициента постели Ksd, при котором достигается равенство расчетного и предельного изгибающих моментов, определяется по формуле
K_{sd} = \frac{B}{\ell_{d}^{4}} . (48)
Определение эквивалентного модуля деформации искусственного основания Ed вычисляется по формуле
E_{d} = 1,8 \cdot \ell_{d} \cdot K_{sd}. (49)
Эквивалентный модуль деформации E0 основания, включающего слои из материалов, для которых не нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе, и грунт, определяется следующим образом:
E_{0} = 1,8 \cdot \ell \cdot K_{se}. (50)
\frac{D_{r}}{t_{f}} По номограмме, приведенной на рисунке 19, определяется отношение в зависимости от соотношений
\frac{E_{c}}{E_{d}} = \frac{E_{c}}{1,8 \cdot \ell_{d} \cdot K_{sd}} , (51)
\frac{E_{c}}{E_{0}} = \frac{E_{c}}{1,8 \cdot \ell \cdot K_{se}} , (52)
где Ec — модуль упругости материала основания, МПа.
\frac{D_{r}}{t_{f}} Рисунок 19 — Номограмма для определения отношения
Вычисляется условный диаметр круга передачи нагрузки от плиты покрытия к искусственному основанию Dr
D_{r} = 2,5 \cdot \ell_{d} \cdot k_{\alpha}, (53)
R_{e}/\ell_{d} k_{\alpha} где — коэффициент, определяемый в зависимости от отношения по таблице 38.
Таблица 38
k_{\alpha} Значения коэффициента
| \frac{R_{e}}{\ell_{d}} | k_{\alpha} | \frac{R_{e}}{\ell_{d}} | k_{\alpha} |
|---|---|---|---|
| 0,1 | 1,042 | 0,6 | |
| 1,300 | 0,2 | 1,095 | 0,7 |
| 1,363 | 0,3 | 1,140 | 0,8 |
| 1,430 | 0,4 | 1,190 | 0,9 |
| 1,500 | 0,5 | 1,240 | 1,0 |
1,580
Толщина искусственного укрепленного основания tf, при которой достигается равенство предельного и расчетного изгибающих моментов, определяется по формуле
(54)При расчете по предельному состоянию (39) ширина раскрытия трещин в расчетном сечении железобетонной плиты определяется по формуле
\alpha_{crc} = 1000 \cdot \frac{\sigma_{s}}{E_{s}} \cdot \alpha_{c}, (55)
\sigma_{s} где — величина напряжения в растянутой арматуре, МПа
\sigma_{s} = \frac{m_{d}}{A_{s} \cdot (t_{0} - \frac{x}{3})} ; (56)
- расстояние между трещинами, м
\alpha_{c} = k_{c} \cdot \frac{A_{s}}{U_{s}} \cdot \frac{E_{s}}{E_{b}} \cdot \eta_{1} = k_{c} \cdot \frac{d}{4} \cdot \frac{E_{s}}{E_{b}} \cdot \eta_{1}; (57)
md — расчетный момент в рассматриваемом сечении при \psi_{b} = 1 параметрах Kse = Ksd, , kN = 1, ;
x — высота сжатой зоны сечения, м, рассчитанная при ;
\eta_{1} Us — периметр сечения арматуры, приходящейся на единицу ширины сечения плиты, м;
- коэффициент, принимаемый равным 0,7 для стержневой арматуры периодического профиля; 1,25 для сварных сеток из холоднодеформируемой проволоки; kc — коэффициент, определяемый по формуле
k_{c} = \frac{t^{2} \cdot E_{b}}{3,5 \cdot A_{s} \cdot (t_{0} - \frac{x}{3}) \cdot E_{s}} - 2. (58)
Расчет арматурных сеток каркасов надлежит выполнять по формуле (34), при этом значения зон и процентов армирования назначаются по данным таблицы 29 и рисунка 7.
10 Расчет на морозоустойчивость монолитных армированных цементобетонных покрытий автомобильных дорог и аэродромов на укрепленных основаниях
10.1 Расчетные значения вертикальных деформаций равномерного пучения основания Sf в период эксплуатации покрытия не должны превышать предельных значений Su
Sf <= Su, (59)
где Sf — равномерная деформация пучения поверхности грунтового основания, м; Su — предельное значение вертикальной деформации пучения основания, м, принимаемое по таблице 39.
Таблица 39
Предельные значения вертикальной деформации пучения основания
10.2 Для выполнения условия (59) следует предусматривать:
- понижение уровня подземных вод;
- устройство в основании стабильного слоя из непучинистых материалов с применением в отдельных случаях теплоизолирующих материалов для уменьшения глубины промерзания пучинистого грунта;
- мероприятия по уменьшению пучинистости грунтов основания путем обработки их на расчетную глубину солями (NaCl, CaCl2, MgCl2 и др.), понижающими температуру замерзания, органическими и минеральными вяжущими, а также электрохимической обработкой.
10.3 Возвышение поверхности покрытия над расчетным уровнем подземных вод должно быть не менее значений, приведенных в таблице 40.
Таблица 40
Минимальное возвышение поверхности покрытия над уровнем подземных вод в дорожно-климатических зонах
10.4 В случае, когда выполнение настоящих требований технико-экономически нецелесообразно, в грунтовом основании, сооружаемом во II и III дорожно-климатических зонах, следует устраивать капилляропрерывающие, а в IV и V дорожно-климатических зонах — гидроизолирующие прослойки, верх которых должен располагаться на расстоянии от поверхности покрытия не менее 0,9 м для II и III зон и 0,75 м для IV и V зон. Низ прослоек должен отстоять от горизонта подземных вод не менее чем на 0,2 м.
10.5 Значение деформации равномерного пучения основания Sf согласно расчетной схеме, приведенной на рисунке 20, следует определять по формуле
S_{f} = H_{1} \cdot m_{z1} \cdot k_{f1} + \sum_{i = 2}^{n} H_{i} \cdot m_{zi} \cdot (k_{fi} - k_{f(i - 1)}), (60)
где Hi — высота промерзающего слоя основания за вычетом слоев, лежащих выше i-го слоя, м;
mzi — коэффициент, учитывающий снижение интенсивности пучения по глубине и определяемый по рисунку 21 в зависимости от отношения Hi/Hf;
Hf — высота промороженной толщи покрытия и основания, м; kfi — коэффициент морозного пучения i-го слоя, принимаемый по таблице 41.
1 — покрытие; 2 — искусственное основание; 3, 4, 5 — естественное основание; 6 — изотерма начала пучения
Рисунок 20 — Расчетная схема к определению коэффициента морозного пучения kf
Рисунок 21 — График для определения коэффициента mz
Таблица 41
Значения коэффициента морозного пучения
Приложение А
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА МОНОЛИТНЫХ АРМИРОВАННЫХ ЦЕМЕНТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ ДОРОГ И АЭРОДРОМОВ НА УКРЕПЛЕННЫХ ОСНОВАНИЯХ
А.1 Пример расчета однослойного армобетонного покрытия автомобильной дороги на укрепленном основании на нормативную нагрузку
\cdot Категория автомобильной дороги IА. Характеристика района проектирования: II дорожно-климатическая зона; 50° северной широты, 1-й тип гидрогеологических условий, грунт естественного основания суглинок с Ks = 50 МН/м3.
А.1.1 Конструирование
\cdot На основании опыта проектирования подобных конструкций принимаем следующий конструктивный вариант армобетонного покрытия на укрепленном основании.
Армобетонное покрытие без стыковых соединений по контуру
\cdot (Btb = 4,0; Eb = 3,24·104 МПа; Rtb = 3,43 МПа; t = 0,19 м).
Искусственное основание из пескоцемента
\cdot (E = 2900 МПа; tf = 0,22 м).
Основание из песчано-гравийной смеси
\cdot (Ks1 = 280 МН/м3; t1 = 0,35 м).
Естественное суглинистое основание (Ks = 50 МН/м3).
А.1.2 Расчет принятого варианта конструкции покрытия на прочность
А.1.2.1 Определение расчетных коэффициентов:
- переходного k = 1,5;
- учитывающего количество приложений колесных нагрузок ku = 1,0. А.1.2.2 Расчет эквивалентного коэффициента постели:
K_{se} = \frac{K_{s1} + K_{s2} \cdot \alpha_{2} + K_{s3} \cdot \alpha_{3}}{1 + \alpha_{2} + \alpha_{3}} = 80,3705\text{МН}/\text{м}^{3} ,
\alpha_{3} = \frac{0,5 \cdot [1,6 \cdot D_{r} - (t_{1} + t_{2})]^{2}}{t_{1} \cdot (1,6 \cdot D_{r} - 0,5 \cdot t_{1})} = 6,5731 ,
\alpha_{2} = 0 Dr = 3,2 м, t2 = 0, .
А.1.2.3 Определение расчетного изгибающего момента:
- жесткость армобетонной плиты
B = 0,085·Eb·t3 = 18,8897 (МН·м2)/пог. м;
- жесткость укрепляемого основания
B_{f} = 0,085 \cdot E_{f} \cdot t_{f}^{3} = 2,6247(\text{МН } \cdot \text{м}^{2})/\text{пог}.\text{м} ;
- суммарная жесткость
B + Bf = 21,5144 (МН·м2)/пог. м;
- упругая характеристика плиты
;- динамическая нагрузка от одного колеса
Fd = 0,07475 МН;
- давление в шине
pa = 0,6 МПа;
- радиус круга, равновеликого площади отпечатка колеса
R_{e} = \sqrt{\frac{F_{d}}{\pi \cdot p_{a}}} = 0,19914\text{м} ;
- параметр
\alpha = \frac{R_{e}}{\ell} = 0,27685 ;
- единичный изгибающий момент от действия колеса, центр отпечатка которого совпадает с расчетным сечением (рисунок А.1)
\overline{m_{1}} = 0,17711\text{м}/\text{пог}.\text{м} ;
- сумма единичных изгибающих моментов, создаваемых действием колес, расположенных за пределами расчетного сечения (таблица А.1);
- максимальный изгибающий момент при центральном загружении плиты
m_{c,max} = F_{d} \cdot [\overline{m_{1}} + max(\sum_{i = 2}^{2} \overline{m_{xi}}, \sum_{i = 2}^{2} \overline{m_{yi}})] = 0,01359(\text{МН } \cdot \text{м})/\text{пог}.\text{м} ;
\theta_{0} = 0,552 \gamma_{b} = 7,1968 \rho
- коэффициент при и
\rho = 1 - 0,167 \cdot \theta_{0} = 0,9078 ;
- расчетное значение изгибающего момента
m_{d} = \frac{B}{B + B_{f}} \cdot m_{c,max} \cdot k \cdot \rho = 0,01625(\text{МН } \cdot \text{м})/\text{пог}.\text{м} .
Рисунок А.1 — Расчетная схема приложения нагрузки (движение вдоль оси X)
Таблица А.1
А.1.2.4 Определение предельного изгибающего момента
m_{u} = \gamma_{c} \cdot R_{tb} \cdot \frac{t^{2}}{6} \cdot k_{u} = 0,01651(\text{МН } \cdot \text{м})/\text{пог}.\text{м} .
А.1.2.5 Определение процента недонапряжения
\epsilon = \frac{m_{u} - m_{d}}{m_{u}} \cdot 100\% = 1,58\% \leq 5\% .
Заключение: прочность конструкции покрытия обеспечена.
А.1.3 Расчет принятого варианта конструкции покрытия на морозоустойчивость при высоте промороженной толщи Hf = 1,4 м
А.1.3.1 Определение расчетных коэффициентов:
- пучения для грунтов естественного основания kf = 0,03, для остальных материалов покрытия и основания kf1 = 0;
- учитывающего интенсивность снижения пучения по глубине mz1
\frac{H_{1}}{H_{f}} = \frac{1,4 - 0,19 - 0,22 - 0,35}{1,4} = 0,457 , mz1 = 0,57.
А.1.3.2 Определение расчетного значения деформации пучения основания
Sf = H1·mz1·kf1 = (1,4 — 0,19 — 0,22 — 0,35)·0,57·0,03 = 0,011 м.
Заключение: морозоустойчивость конструкции покрытия обеспечена, так как Sf = 0,011 <= Su = 0,02.
А.1.4 Расчет арматурной сетки для принятого варианта покрытия
\cdot А.1.4.1 Исходные данные. \mu_{\text{а}} = 0,10\%
\cdot Процент продольного армирования .
Тип арматуры: стержневая горячекатаная периодического профиля А300 (А-II), Es = 2·105 МПа, Rs = 270 МПа, номинальный диаметр стержня d = 8 мм, площадь сечения одного стержня A1 = 5,026·10-5 м2.
А.1.4.2 Расчет арматурной сетки:
- площадь поперечного сечения плиты армобетонного покрытия при ширине зоны армирования Bs = 7,5 — 2·0,05 = 7,4 м
Ab = t·Bs = 0,19·7,4 = 1,406 м2;
- площадь всех стержней продольной арматуры на плиту
A_{sp} = \frac{\mu_{a} \cdot A_{b}}{100} = 1,406 \cdot 10^{- 3}\text{м}^{2} ;
- количество стержней продольной арматуры
n = \frac{A_{sp}}{A_{1}} = 27,97 \approx 28 ;
- расстояние между продольными стержнями
\alpha_{s} = \frac{B_{s}}{n - 1} = 0,27\text{м} ;
- расстояние между поперечными стержнями конструктивное и равно 0,4 м. А.1.4.3 Принимается сетка из арматурной стали класса А300 (А-II) с диаметром стержней 8 мм и размером ячейки 0,27 x 0,4 м.
А.2 Пример расчета однослойного армобетонного покрытия автомобильной дороги на укрепленном основании
\cdot Расчетная нагрузка — седельный тягач Iveco-Eurotrakker MP720E42TH.
\cdot Категория автомобильной дороги IА. Характеристика района проектирования: II дорожно-климатическая зона, 50° северной широты, 1-й тип гидрогеологических условий, грунт естественного основания суглинок с Ks = 50 МН/м3.
А.2.1 Конструирование
\cdot На основании опыта проектирования подобных конструкций принимаем следующий конструктивный вариант армобетонного покрытия на укрепленном основании.
Армобетонное покрытие без стыковых соединений по контуру
\cdot (Btb = 4,0; Eb = 3,24·104 МПа; Rtb = 3,43 МПа; t = 0,23 м).
Искусственное основание из пескоцемента
\cdot (E = 2900 МПа; tf = 0,25 м).
Основание из песчано-гравийной смеси
\cdot (Ks1 = 280 МН/м3; t1 = 0,35 м).
Естественное суглинистое основание (Ks = 50 МН/м3).
А.2.2 Расчет принятого варианта конструкции покрытия на прочность
А.2.2.1 Определение расчетных коэффициентов:
- переходного k = 1,5;
- учитывающего количество приложений колесных нагрузок ku = 1,0. А.2.2.2 Расчет эквивалентного коэффициента постели
K_{se} = \frac{K_{s1} + K_{s2} \cdot \alpha_{2} + K_{s3} \cdot \alpha_{3}}{1 + \alpha_{2} + \alpha_{3}} = 80,3705\text{МН}/\text{м}^{3} ,
\alpha_{3} = \frac{0,5 \cdot [1,6 \cdot D_{r} - (t_{1} + t_{2})]^{2}}{t_{1} \cdot (1,6 \cdot D_{r} - 0,5 \cdot t_{1})} = 6,5731 ,
\alpha_{2} = 0 Dr = 3,2 м, t2 = 0, .
А.2.2.3 Определение расчетного изгибающего момента:
- жесткость армобетонной плиты
B = 0,085·Eb·t3 = 33,5079 (МН·м2)/пог. м;
- жесткость укрепляемого основания
B_{f} = 0,085 \cdot E_{f} \cdot t_{f}^{3} = 3,8516(\text{МН } \cdot \text{м}^{2})/\text{пог}.\text{м} ;
- суммарная жесткость
B + Bf = 37,3595 (МН·м2)/пог. м;
- упругая характеристика плиты
;- динамическая нагрузка от одного колеса
Fd = 0,04781 МН;
- давление в шине
pa = 0,85 МПа;
- радиус круга, равновеликого площади отпечатка колеса
R_{e} = \sqrt{\frac{F_{d}}{\pi \cdot p_{a}}} = 0,13381\text{м} ;
- параметр
\alpha = \frac{R_{e}}{\ell} = 0,1338;
- единичный изгибающий момент от действия колеса, центр отпечатка которого совпадает с расчетным сечением (рисунок А.2)
\overline{m_{1}} = 0,16205\text{м}/\text{пог}.\text{м} ;
- сумма единичных изгибающих моментов, создаваемых действием колес, расположенных за пределами расчетного сечения (таблица А.2);
- максимальный изгибающий момент при центральном загружении плиты
m_{c,max} = F_{d} \cdot [\overline{m_{1}} + max(\sum_{i = 2}^{8} \overline{m_{xi}}, \sum_{i = 2}^{8} \overline{m_{yi}})] = 0,019343(\text{МН } \cdot \text{м})/\text{пог}.\text{м} ;
\theta_{0} = 0,507 \gamma_{b} = 8,6998 \rho
- коэффициент при и
\rho = 1 - 0,167 \cdot \theta_{0} = 0,915 ;
- расчетное значение изгибающего момента
m_{d} = \frac{B}{B + B_{f}} \cdot m_{c,max} \cdot k \cdot \rho = 0,02382(\text{МН } \cdot \text{м})/\text{пог}.\text{м} .
Рисунок А.2 — Расчетная схема приложения нагрузки (движение вдоль оси X)
Таблица А.2
А.2.2.4 Определение предельного изгибающего момента
m_{u} = \gamma_{c} \cdot R_{tb} \cdot \frac{t^{2}}{6} \cdot k_{u} = 0,02419(\text{МН } \cdot \text{м})/\text{пог}.\text{м} .
А.2.2.5 Определение процента недонапряжения
\epsilon = \frac{m_{u} - m_{d}}{m_{u}} \cdot 100\% = 1,53\% \leq 5\% .
Заключение: прочность конструкции покрытия обеспечена.
А.2.3 Расчет принятого варианта конструкции покрытия на морозоустойчивость при высоте промороженной толщи Hf = 1,4 м
А.2.3.1 Определение расчетных коэффициентов:
- пучения для грунтов естественного основания kf = 0,03, для остальных материалов покрытия и основания kf1 = 0;
- учитывающего интенсивность снижения пучения по глубине mz1
\frac{H_{1}}{H_{f}} = \frac{1,4 - 0,23 - 0,25 - 0,35}{1,4} = 0,57 , mz1 = 0,63.
А.2.3.2 Определение расчетного значения деформации пучения основания
Sf = H1·mz1·kf1 = (1,4 — 0,23 — 0,25 — 0,35)·0,63·0,03 = 0,011 м.
Заключение: морозоустойчивость конструкции покрытия обеспечена, так как Sf = 0,011 <= Su = 0,02.
А.2.4 Расчет арматурной сетки для принятого варианта покрытия
\cdot А.2.4.1 Исходные данные. \mu_{\text{а}} = 0,10\%
\cdot Процент продольного армирования .
Тип арматуры: стержневая горячекатаная периодического профиля А300 (А-II), Es = 2·105 МПа, Rs = 270 МПа, номинальный диаметр стержня d = 8 мм, площадь сечения одного стержня A1 = 5,026·10-5 м2.
А.2.4.2 Расчет арматурной сетки:
- площадь поперечного сечения плиты армобетонного покрытия при ширине зоны армирования Bs = 7,5 — 2·0,05 = 7,4 м
Ab = t·Bs = 0,23·7,4 = 1,702 м2;
- площадь всех стержней продольной арматуры на плиту
A_{sp} = \frac{\mu_{a} \cdot A_{b}}{100} = 1,702 \cdot 10^{- 3}\text{м}^{2} ;
- количество стержней продольной арматуры
n = \frac{A_{sp}}{A_{1}} = 33,86 \approx 34 ;
- расстояние между продольными стержнями
\alpha_{s} = \frac{B_{s}}{n - 1} = 0,22\text{м} ;
- расстояние между поперечными стержнями конструктивное и равно 0,4 м. А.2.4.3 Принимается сетка из арматурной стали класса А300 (А-II) с диаметром стержней 8 мм и размером ячейки 0,22 x 0,4 м.
А.3 Пример расчета однослойного армобетонного покрытия аэродрома на укрепленном основании
\cdot Расчетная нагрузка I КНН.
\cdot Интенсивность движения 25 операций/сут. Характеристика района проектирования: II дорожно-климатическая зона, 50° северной широты, 1-й тип гидрогеологических условий, грунт естественного основания суглинок с Ks = 50 МН/м3, группа участков покрытия A.
А.3.1 Конструирование
\cdot На основании опыта проектирования подобных конструкций принимаем следующий конструктивный вариант армобетонного покрытия на укрепленном основании.
Армобетонное покрытие со стыковыми соединениями по контуру плиты
\cdot (Btb = 4,0; Eb = 3,24·104 МПа; Rtb = 3,43 МПа; t = 0,32 м).
Искусственное основание из пескоцемента
\cdot (E = 7800 МПа; tf = 0,33 м).
Основание из крупнозернистого песка
\cdot (Ks1 = 160 МН/м3; t1 = 0,35 м).
Естественное суглинистое основание (Ks = 50 МН/м3).
А.3.2 Расчет принятого варианта конструкции покрытия на прочность
А.3.2.1 Определение расчетных коэффициентов:
- динамичнос \gamma_{f} = 1,0 ти kd = 1,2;
- разгрузки ;
- переходного k = 1,2;
- учитывающего количество приложений колесных нагрузок ku
U = \sum_{i = 1}^{n_{j}} k_{n} \cdot n_{a} \cdot N_{i} = 1 \cdot 2 \cdot 20 \cdot 365 \cdot 20 = 292000 ,
k_{u} = 2 - \frac{lg(U)}{6} = 1,0891 .
A.3.2.2 Расчет эквивалентного коэффициента постели
K_{se} = \frac{K_{s1} + K_{s2} \cdot \alpha_{2} + K_{s3} \cdot \alpha_{3}}{1 + \alpha_{2} + \alpha_{3}} = 62,9619\text{МН}/\text{м}^{3} ,
\alpha_{3} = \frac{0,5 \cdot [1,6 \cdot D_{r} - (t_{1} + t_{2})]^{2}}{t_{1} \cdot (1,6 \cdot D_{r} - 0,5 \cdot t_{1})} = 7,4864 ,
\alpha_{2} = 0 Dr = 3,6 м, t2 = 0, .
A.3.2.3 Определение расчетного изгибающего момента:
- жесткость армобетонной плиты
B = 0,085 \cdot E_{b} \cdot t^{3} = 98,9705(\text{МН } \cdot \text{м}^{2})/\text{пог}.\text{м} ;
- жесткость укрепляемого основания
B_{f} = 0,085 \cdot E_{f} \cdot t_{f}^{3} = 26,0586(\text{МН } \cdot \text{м}^{2})/\text{пог}.\text{м} ;
- суммарная жесткость
B + Bf = 125,0291 (МН·м2)/пог. м;
- упругая характеристика плиты
;- динамическая нагрузка от одного колеса
F_{d} = \frac{F}{\sum_{i = 1}^{N_{o}} \sum_{j = 1}^{N_{k}} n_{kj}} K_{o} \cdot k_{d} \cdot \gamma_{f} = \frac{0,7}{4} \cdot 1 \cdot 1,2 \cdot 1 = 0,2100MH ;
- радиус круга, равновеликого площади отпечатка колеса
R_{e} = \sqrt{\frac{F_{d}}{\pi \cdot p_{a}}} = 0,2585\text{м} ;
- параметр
\alpha = \frac{R_{e}}{\ell} = 0,2178 ;
- единичный изгибающий момент от действия колеса, центр отпечатка которого совпадает с расчетным сечением (рисунок А.3)
\overline{m_{1}} = 0,1991\text{м}/\text{пог}.\text{м} ;
- сумма единичных изгибающих моментов, создаваемых действием колес, расположенных за пределами расчетного сечения (таблица А.3);
- максимальный изгибающий момент при центральном загружении плиты
m_{c,max} = F_{d} \cdot [\overline{m_{1}} + max(\sum_{i = 2}^{4} \overline{m_{xi}}, \sum_{i = 2}^{4} \overline{m_{yi}})] = 0,064945(\text{МН } \cdot \text{м})/\text{пог}.\text{м} ;
\theta_{0} = 0,762 \gamma_{b} = 3,798 \rho
- коэффициент при ,
\rho = 1 - 0,167 \cdot \theta_{0} = 0,8727 ;
- расчетное значение изгибающего момента
m_{d} = \frac{B}{B + B_{f}} \cdot m_{c,max} \cdot k \cdot \rho = 0,05384(\text{МН } \cdot \text{м})/\text{пог}.\text{м} .
Рисунок А.3 — Расчетная схема приложения нагрузки (движение вдоль оси X)
Таблица А.3
А.3.2.4 Определение предельного изгибающего момента
m_{u} = \gamma_{c} \cdot R_{tb} \cdot \frac{t^{2}}{6} \cdot k_{u} = 0,05424(\text{МН } \cdot \text{м})/\text{пог}.\text{м} .
А.3.2.5 Определение процента недонапряжения
\epsilon = \frac{m_{u} - m_{d}}{m_{u}} \cdot 100\% = 0,7\% \leq 5\% .
Заключение: прочность конструкции покрытия обеспечена.
А.3.3 Расчет принятого варианта конструкции покрытия на морозоустойчивость при высоте промороженной толщи Hf = 1,4 м
А.3.3.1 Определение расчетных коэффициентов:
- пучения для грунтов естественного основания kf = 0,03, для остальных материалов покрытия и основания kf1 = 0;
- учитывающего интенсивность снижения пучения по глубине mz1
\frac{H_{1}}{H_{f}} = \frac{1,4 - 0,32 - 0,33 - 0,35}{1,4} = 0,29 , mz1 = 0,5.
А.3.3.2 Определение расчетного значения деформации пучения основания
Sf = H1·mz1·kf1 = (1,4 — 0,32 — 0,33 — 0,35)·0,50·0,03 = 0,006 м.
Заключение: морозоустойчивость конструкции покрытия обеспечена, так как Sf = 0,006 <= Su = 0,02.
А.3.4 Расчет арматурной сетки для принятого варианта покрытия
\cdot А.3.4.1 Исходные данные. \mu_{\text{а}} = 0,15\%
\cdot Процент продольного армирования .
Тип арматуры: стержневая горячекатаная периодического профиля А300 (А-II), Es = 2·105 МПа, Rs = 270 МПа, номинальный диаметр стержня d = 14 мм, площадь сечения одного стержня A1 = 1,539·10-4 м2.
А.3.4.2 Расчет арматурной сетки:
- площадь поперечного сечения плиты армобетонного покрытия при ширине зоны армирования Bs = 7,5 — 2·0,05 = 7,4 м
Ab = t·Bs = 0,32·7,4 = 2,368 м2;
- площадь всех стержней продольной арматуры плиты
A_{sp} = \frac{\mu_{a} \cdot A_{b}}{100} = 3,552 \cdot 10^{- 3}\text{м}^{2} ;
- количество стержней продольной арматуры
n = \frac{A_{sp}}{A_{1}} = 21,65 \approx 22 ;
- расстояние между продольными стержнями
\alpha_{s} = \frac{B_{s}}{n - 1} = 0,34\text{м} ;
- расстояние между поперечными стержнями конструктивное и равно 0,4 м. А.3.4.3 Принимается сетка из арматурной стали класса А300 (А-II) с диаметром стержней 14 мм и размером ячейки 0,34 x 0,4 м.
А.4 Пример расчета однослойного монолитного железобетонного покрытия аэродрома на укрепленном основании
\cdot Расчетная нагрузка I КНН. Характеристика района проектирования: II дорожно-климатическая зона, 50° северной широты, 1-й тип гидрогеологических условий, грунт естественного основания суглинок с Ks = 50 МН/м3, группа участков покрытия A.
А.4.1 Конструирование
\cdot На основании опыта проектирования подобных конструкций принимаем следующий конструктивный вариант железобетонного покрытия на укрепленном основании.
\cdot (Btb = 4,0; Eb = 3,24·104 МПа; Rtb = 3,43 МПа; t = 0,24 м).
Арматура без стыковых соединений \mu = 3,5 \cdot 10^{- 3} \mu_{\text{а}} = 0,35\%
\cdot (А400, d = 14 мм, Es = 2·105 МПа, Rs = 355 МПа, , ).
Искусственное основание из пескоцемента
\cdot (E = 2900 МПа; tf — по расчету).
Основание из крупнозернистого песка
\cdot (Ks1 = 160 МН/м3; t1 = 0,35 м).
Естественное суглинистое основание (Ks = 50 МН/м3).
А.4.2 Расчет принятого варианта конструкции покрытия на прочность
А.4.2.1 Определение расчетных коэффициентов:
- динамичнос \gamma_{f} = 1,0 ти kd = 1,2;
- разгрузки ;
- переходного k = \gamma_{c} = 1,0 1,15;
- условий работы ;
- учета накопления остаточных прогибов в основании при расчете варианта без укрепленного основания kN = 1,1. А.4.2.2 Расчет эквивалентного коэффициента постели
K_{se} = \frac{K_{s1} + K_{s2} \cdot \alpha_{2} + K_{s3} \cdot \alpha_{3}}{1 + \alpha_{2} + \alpha_{3}} = 62,9619\text{МН}/\text{м}^{3} ,
\alpha_{3} = \frac{0,5 \cdot [1,6 \cdot D_{r} - (t_{1} + t_{2})]^{2}}{t_{1} \cdot (1,6 \cdot D_{r} - 0,5 \cdot t_{1})} = 7,4864 ,
\alpha_{2} = 0 Dr = 3,6 м, t2 = 0, .
A.4.2.3 Определение расчетного изгибающего момента:
- рабочая высота сечения
t_{0} = t - t_{pr} - \frac{d}{2} = 0,24 - 0,03 - \frac{14 \cdot 10^{- 3}}{2} = 0,2030\text{м} ;
- площадь сечения растянутой арматуры на единицу ширины плиты
A_{s} = \mu \cdot t_{0} = 3,5 \cdot 10^{- 3} \cdot 0,2030 = 0,0007105\text{м}^{2}/\text{пог}.\text{м} ;
- шаг арматуры, параллельной рассматриваемому сечению
\alpha_{s} = \frac{\pi \cdot d^{2}}{4 \cdot A_{s}} = \frac{\pi \cdot (14 \cdot 10^{- 3})^{2}}{4 \cdot 0,0007105} = 0,21666\text{м} ;
- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения деформаций крайнего волокна сжатой зоны сечения на участке между трещинами
\frac{\ell_{s}}{t} = \frac{0,21666}{0,24} = 0,90275 \psi_{\text{с}} = 0,62112 при ;
- параметр
\theta_{0} = \frac{E_{s}}{E_{b}} \cdot \frac{\psi_{c}}{\psi_{b}} \cdot \mu = \frac{2 \cdot 10^{4}}{3,24 \cdot 10^{4}} \cdot \frac{0,62112}{0,2} \cdot 3,5 \cdot 10^{- 3} = 0,067096 ;
- высота сжатой зоны сечения
x = (- \theta_{0} + \sqrt{\theta_{0}^{2} + 2 \cdot \theta_{0}}) \cdot t_{0} = 0,06198\text{м} ;
- жесткость покрытия
- упругая характеристика плиты
;- расчетная нагрузка на колесо
F_{d} = \frac{F}{\sum_{i = 1}^{N_{o}} \sum_{j = 1}^{N_{k}} n_{kj}} K_{o} \cdot k_{d} \cdot \gamma_{f} = \frac{0,7}{4} \cdot 1 \cdot 1,2 \cdot 1 = 0,21MH ;
- радиус круга, равновеликого площади отпечатка колеса
R_{e} = \sqrt{\frac{F_{d}}{\pi \cdot p_{a}}} = 0,2585\text{м} ;
- параметр
\alpha = \frac{R_{e}}{\ell} = \frac{0,2585}{0,7339} = 0,3523 ;
- единичный изгибающий момент от действия колеса, центр отпечатка которого совпадает с расчетным сечением (см. рисунок А.3)
\overline{m_{1}} = 0,15516\text{м}/\text{пог}.\text{м} ;
- сумма единичных изгибающих моментов, создаваемых действием колес, расположенных за пределами расчетного сечения (таблица А.4);
- максимальный изгибающий момент при центральном загружении плиты
m_{\text{с},max} = F_{d} \cdot [\overline{m_{1}} + max(\sum_{i = 2}^{4} \overline{m_{xi}}, \sum_{i = 2}^{4} \overline{m_{yi}})] = 0,044737(\text{МН } \cdot \text{м})/\text{пог}.\text{м} ;
- расчетное значение изгибающего момента
m_{d} = m_{c,max} \cdot k \cdot k_{N} = 0,044737 \cdot 1,15 \cdot 1,1 = 0,05659(\text{МН } \cdot \text{м})/\text{пог}.\text{м} .
Таблица А.4
А.4.2.4 Определение предельного изгибающего момента
Поскольку условие требуемой прочности не выполняется, необходимо устройство укрепленного основания.
А.4.2.5 Расчет толщины укрепленного основания:
- максимальный изгибающий момент из условия равенства расчетного и предельного изгибающих моментов
m_{c,max,d} = \frac{m_{u}}{k \cdot k_{N}} = \frac{0,04599}{1,15 \cdot 1,10} = 0,036357(\text{МН } \cdot \text{м})/\text{пог}.\text{м} ;
\ell_{d} = 0,589\text{м} \ell_{d}
- требуемое значение упругой характеристики плиты , при которой удовлетворяется условие прочности (по номограмме, приведенной на рисунке 14, );
- требуемое значение коэффициента постели
K_{sd} = \frac{B}{\ell_{d}^{4}} = 152,2626\text{МН}/\text{м}^{3} ;
- условный диаметр круга передачи нагрузки от плиты покрытия к искусственному основанию при значениях
k_{\alpha} = 1,2096 \frac{R_{e}}{\ell_{d}} = 0,43929 и ,
D_{r} = 2,5 \cdot \ell_{d} \cdot k_{\alpha} = 2,5 \cdot 0,589 \cdot 1,2096 = 1,7798\text{м} ;
- требуемая толщина укрепленного основания определяется при значениях
\frac{E_{c}}{E_{0}} = \frac{E_{c}}{1,8 \cdot \ell \cdot K_{se}} = 34,8646 \frac{E_{c}}{E_{d}} = \frac{E_{c}}{1,8 \cdot \ell_{d} \cdot K_{sd}} = 17,9783 и ;
;- толщина укрепленного основания принимается равной tf = 0,22 м.
А.4.3 Расчет принятого варианта конструкции покрытия по ширине раскрытия трещин
А.4.3.1 Опр \theta_{0} еделение расчетного изгибающего момента:
- параметр
\theta_{0} = \frac{E_{s}}{E_{b}} \cdot \frac{\psi_{c}}{\psi_{b}} \cdot \mu = \frac{2 \cdot 10^{4}}{3,24 \cdot 10^{4}} \cdot \frac{0,62112}{1,0} \cdot 3,5 \cdot 10^{- 3} = 0,013419 ;
- высота сжатой зоны сечения
- жесткость покрытия
- упругая характеристика плиты
;- параметр
\alpha = \frac{R_{e}}{\ell} = \frac{0,2585}{0,41964} = 0,616 ;
- единичный изгибающий момент от действия колеса, центр отпечатка которого совпадает с расчетным сечением
\overline{m_{1}} = 0,10545\text{м}/\text{пог}.\text{м} ;
- сумма единичных изгибающих моментов, создаваемых действием колес, расположенных за пределами расчетного сечения (таблица А.5);
- максимальный изгибающий момент при центральном загружении плиты
m_{\text{с},max} = F_{d} \cdot [\overline{m_{1}} + max(\sum_{i = 2}^{4} \overline{m_{xi}}, \sum_{i = 2}^{4} \overline{m_{yi}})] = 0,02672(\text{МН } \cdot \text{м})/\text{пог}.\text{м} ;
- расчетное значение изгибающего момента
md = mc,max·k·kN = 0,02672·1,15·1,0 = 0,03073 (МН·м)/пог. м.
Таблица А.5
А.4.3.2 Величина напряжения в растянутой арматуре
\sigma_{s} = \frac{m_{d}}{A_{s} \cdot (t_{0} - \frac{x}{3})} = \frac{0,03073}{0,0007105 \cdot (0,2030 - \frac{0,030644}{3})} = 224,3425\text{МПа} ;
- значение коэффициента kc
А.4.3.3 Расстояние между трещинами
\alpha_{\text{с}} = k_{c} \cdot \frac{A_{s}}{U_{s}} \cdot \frac{E_{s}}{E_{b}} \cdot \eta_{1} = k_{c} \cdot \frac{d}{4} \cdot \frac{E_{s}}{E_{b}} \cdot \eta_{1} = 17,464 \cdot \frac{14 \cdot 10^{- 3}}{4} \cdot \frac{2 \cdot 10^{4}}{3,24 \cdot 10^{4}} \cdot 0,7 = 0,26412\text{м} .
А.4.3.4 Расчетное значение ширины раскрытия трещин
\alpha_{crc} = 1000 \cdot \frac{\sigma_{s}}{E_{s}} \cdot n_{c} = 1000 \cdot \frac{224,3425}{2 \cdot 10^{4}} \cdot 0,26412 = 0,296\text{м} .
\alpha_{crc} = 0,296\text{мм }<0,3\text{мм} Ширина раскрытия трещин допустима, так как выполняется условие .
А.4.4 Расчет принятого варианта конструкции покрытия на морозоустойчивость при высоте промороженной толщи Hf = 1,4 м
А.4.4.1 Определение расчетных коэффициентов:
- пучения для грунтов естественного основания kf = 0,03, для остальных материалов покрытия и основания kf1 = 0;
- учитывающего интенсивность снижения пучения по глубине mz1
\frac{H_{1}}{H_{f}} = \frac{1,4 - 0,24 - 0,22 - 0,35}{1,4} = 0,42 , mz1 = 0,56.
А.4.4.2 Определение расчетного значения деформации пучения основания
Sf = H1·mz1·kf1 = (1,4 — 0,24 — 0,22 — 0,35)·0,56·0,03 = 0,01 м.
Заключение: морозоустойчивость конструкции покрытия обеспечена, так как Sf = 0,01 <= Su = 0,02.
А.4.5 Расчет армирования железобетонного покрытия
А.4.5.1 Расчет сетки п S = 1,6 \cdot \ell = 1,6 \cdot 0,73394 = 1,17\text{м} оложительных изгибающих моментов (нижней сетки каркаса) при размерах плиты в плане 7,5 x 20 м:
- размер краевой зоны ; K_{\ell} = 0,88
- поправочный коэффициент ;
- значения процентов армирования по зонам нижней сетки в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 7, а, и данными таблицы 29 (рисунок А.4, таблица А.6).
Рисунок А.4 — Схема деления плиты на зоны армирования согласно рисунку 7, а (цифры в кружках обозначают зоны армирования плиты)
Таблица А.6
А.4.5.2 Расчет сетки отрицательных изгибающих моментов (верхней сетки каркаса) при размерах плиты в плане 7,5 x 20 м:
- размер краевой зоны S = 1,6·n = 1,6·0,73394 = 1,17 м;
- значения процента армирования по зонам верхней сетки в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 7, б, и данными таблицы 29 (рисунок А.5, таблица А.7).
Рисунок А.5 — Схема деления плиты на зоны армирования согласно рисунку 7, б (цифры в кружках обозначают зоны армирования плиты)
Таблица А.7
А.4.5.3 Расстояния между продольными стержнями арматуры верхней и нижней сеток каркаса надлежит определять по каждой зоне:
- расстояния между продольными стержнями при условии расположения крайних стержней на границах зоны армирования следует определять по формуле (34);
- количество стержней арматуры n следует определять по формуле (35) с округлением в большую сторону до целого значения.
БИБЛИОГРАФИЯ
| ОКС |
|---|
| Ключевые слова: автомобильная дорога, дорожная одежда, аэродромное покрытие, армированное цементобетонное покрытие, армобетонное покрытие, железобетонное покрытие, укрепленное основание |
Руководитель организации-разработчика
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»
Проректор по научной работе А. М. Иванов